Ngn-wdm-technology
NGN-WDMテクノロジー
WDMは、さまざまな光信号を単一のファイバで送信できるようにする技術です。 その原理は、周波数分割多重化（FDM）と本質的に同じです。 つまり、複数の信号が異なるキャリアを使用して送信され、周波数スペクトルの重複しない部分を占有します。 WDMの場合、使用されるスペクトル帯域は1300または1550 nmの領域にあります。これは、光ファイバの信号損失が非常に少ない2つの波長ウィンドウです。
最初は、各ウィンドウを使用して単一のデジタル信号を送信していました。 分布帰還型（DFB）レーザー、エルビウム添加ファイバーアンプ（EDFA）、光検出器などの光学部品の進歩により、各送信ウィンドウは実際には複数の光信号によって使用され、それぞれが利用可能な全波長ウィンドウの小さな牽引力。
実際、ウィンドウ内で多重化される光信号の数は、これらのコンポーネントの精度によってのみ制限されます。 現在の技術では、100を超える光チャネルを単一のファイバーに多重化できます。 その後、この技術は dense WDM （DWDM）と名付けられました。
DWDMの主な利点は、光ファイバの帯域幅を何倍も費用効果的に増加できることです。 世界中に存在する大規模な繊維ネットワークでは、高価なプロセスである長い新しい繊維を必要とせずに、急激に容量を掛け合わせたマニホールドを持つことができます。 明らかに、新しいDWDM機器をこれらのファイバーに接続する必要があります。 また、光再生器が必要になる場合があります。
使用される波長の数と周波数は、ITU（T）によって標準化されています。 使用される波長セットは、相互運用性だけでなく、光信号間の破壊的な干渉を避けるためにも重要です。
次の表は、193.10 THz基準に固定された50 GHz、最小チャネル間隔に基づく公称中心周波数を示しています。 C（光の速度）の値は2.99792458 x 108 m/secに等しいことに注意してください。 周波数と波長の間の変換用。
ITU-Tグリッド（Cバンド内）、ITU（T）Rec。 G.692
| Nominal central frequencies (THz) for spacing of 50 GHz | Nominal central frequencies (THz) for spacing of 100 GHz | Nominal central wavelengths (Nm) |
|---|---|---|
| 196.10 | 196.10 | 1528.77 |
| 196.05 | 1529.16 | |
| 196.00 | 196.00 | 1529.55 |
| 195.95 | 1529.94 | |
| 195.90 | 195.90 | 1530.33 |
| 195.85 | 1530.72 | |
| 195.80 | 195.80 | 1531.12 |
| 195.75 | 1531.51 | |
| 195.70 | 195.70 | 1531.90 |
| 195.65 | 1532.29 | |
| 195.60 | 195.60 | 1532.68 |
| 195.55 | 1533.07 | |
| 195.50 | 195.50 | 1533.47 |
| 195.45 | 1533.86 | |
| 195.40 | 195.40 | 1534.25 |
| 195.35 | 1534.64 | |
| 195.30 | 195.30 | 1535.04 |
| 195.25 | 1535.43 | |
| 195.20 | 195.20 | 1535.82 |
| 195.15 | 1536.22 | |
| 195.10 | 195.10 | 1536.61 |
| 195.05 | 1537.00 | |
| 195.00 | 195.00 | 1537.40 |
| 194.95 | 1537.79 | |
| 194.90 | 194.90 | 1538.19 |
| 194.85 | 1538.58 | |
| 194.80 | 194.80 | 1538.98 |
| 194.75 | 1539.37 | |
| 194.70 | 194.70 | 1539.77 |
| 194.65 | 1540.16 | |
| 194.60 | 194.60 | 1540.56 |
| 194.55 | 1540.95 | |
| 194.50 | 194.50 | 1541.35 |
| 194.45 | 1541.75 | |
| 194.40 | 194.40 | 1542.14 |
| 194.35 | 1542.54 | |
| 194.30 | 194.30 | 1542.94 |
| 194.25 | 1543.33 | |
| 194.20 | 194.20 | 1543.73 |
| 194.15 | 1544.13 | |
| 194.10 | 194.10 | 1544.53 |
| 194.05 | 1544.92 | |
| 194.00 | 194.00 | 1545.32 |
| 193.95 | 1545.72 | |
| 193.90 | 193.90 | 1546.12 |
| 193.85 | 1546.52 | |
| 193.80 | 193.80 | 1546.92 |
| 193.75 | 1547.32 | |
| 193.70 | 193.70 | 1547.72 |
| 193.65 | 1548.11 | |
| 193.60 | 193.60 | 1548.51 |
| 193.55 | 1548.91 | |
| 193.50 | 193.50 | 1549.32 |
| 193.45 | 1549.72 | |
| 193.40 | 193.40 | 1550.12 |
| 193.35 | 1550.52 | |
| 193.30 | 193.30 | 1550.92 |
| 193.25 | 1551.32 | |
| 193.20 | 193.20 | 1551.72 |
| 193.15 | 1552.12 | |
| 193.10 | 193.10 | 1552.52 |
| 193.05 | 1552.93 | |
| 193.00 | 193.00 | 1533.33 |
| 192.95 | 1553.73 | |
| 192.90 | 192.90 | 1554.13 |
| 192.85 | 1554.54 | |
| 192.80 | 192.80 | 1554.94 |
| 192.75 | 1555.34 | |
| 192.70 | 192.70 | 1555.75 |
| 192.65 | 1556.15 | |
| 192.60 | 192.60 | 1556.55 |
| 192.55 | 1556.96 | |
| 192.50 | 192.50 | 1557.36 |
| 192.45 | 1557.77 | |
| 192.40 | 192.40 | 1558.17 |
| 192.35 | 1558.58 | |
| 192.30 | 192.30 | 1558.98 |
| 192.25 | 1559.39 | |
| 192.20 | 192.20 | 1559.79 |
| 192.15 | 1560.20 | |
| 192.10 | 192.10 | 1560.61 |
ネットワーク内のDWDM
典型的なSDHネットワークには、すべてのノードの両側に2つのファイバーがあり、1つは neighbor on に送信し、もう1つは neighbor on から受信します。
サイト間に2本のファイバーが存在することは悪くありませんが、実際には、同じネットワークの一部ではなくても、サイト間で実行される多くのシステムがあるでしょう。
上記の2つのネットワークだけで、サイトCとDの間に4本のファイバーが必要になり、サイト間の敷設は非常に高価になります。 これが、DWDMネットワークの出番です。
DWDMシステムを使用すると、サイトCとDの間に必要なファイバーの量が単一のファイバーに削減されます。 最新のDWDM機器は最大160チャネルを多重化できるため、ファイバーへの投資を大幅に節約できます。 DWDM機器は物理信号でのみ機能するため、ネットワークのSDHレイヤーにはまったく影響しません。 SDHネットワークに関する限り、SDH信号は終了または中断されません。 サイト間の直接接続はまだあります。
DWDMネットワークはプロトコルに依存しません。 それらは光の波長を転送し、プロトコル層で動作しません。
DWDMシステムは、ファイバーを敷設する際に、長距離にわたってさらに多くのネットワークオペレーターのお金を節約できます。 光増幅器を使用すると、DWDM信号を長距離に送信できます。
増幅器は多波長DWDM信号を受信し、それを増幅して次のサイトに到達します。
オペアンプは、赤色または青色のラムダを増幅します。赤色のラムダを増幅している場合、受信した青色のチャネルをドロップアウトし、その逆も同様です。 両方向に増幅するには、両方のタイプの増幅器のいずれかが必要です。
DWDMシステムが満足のいく方法で動作するためには、光増幅器への入力波長を等しくする必要があります。
これには、DWDMシステムに着信するすべての光源を同様の光パワーレベルに設定することが含まれます。 イコライズされていない波長では、トラフィックを伝送するときにエラーが表示される場合があります。
一部のメーカーのDWDM機器は、着信チャネルの光パワーを測定し、パワー調整が必要なチャネルを推奨することにより、フィールド技術者を支援します。
波長の均等化は、いくつかの方法で実行できます。可変光減衰器は、ファイバー管理フレームとDWDMカプラーの間に取り付けることができます。エンジニアはDWDMカプラー側で信号を調整できます。
あるいは、ソース機器に可変出力の光送信機が備わっている場合があります。これにより、エンジニアはソース機器のソフトウェアを介して光パワーを調整できます。
一部のDWDMカプラーには、受信したすべてのチャネルに減衰器が組み込まれているため、エンジニアはDWDMアクセスポイントですべてのチャネルを調整できます。
複数の周波数の光がファイバを通過すると、4波混合と呼ばれる状態が発生する場合があります。 新しい波長の光は、元の波長の周波数によって決定される波長/周波数でファイバ内に生成されます。 新しい波長の周波数は、f123 = f1 + f2-f3で与えられます。
波長の存在は、ファイバ内の光信号対雑音比に悪影響を及ぼし、波長内のトラフィックのBERに影響を与える可能性があります。
WDMコンポーネント
WDMコンポーネントは、さまざまな光学原理に基づいています。 以下の図は、単一のWDMリンクを示しています。 DFBレーザーは、各波長に1つずつ、トランスミッターとして使用されます。 光マルチプレクサは、これらの信号を伝送ファイバに結合します。 光増幅器は、システムの損失を補償するために、光信号のパワーアップに使用されます。
受信側では、光デマルチプレクサが各波長を分離し、光リンクの終端の光受信機に配信されます。 光信号は、光ADM（OADM）によってシステムに追加されます。
これらの光デバイスはデジタルADMと同等で、伝送経路に沿って光信号をグルーミングおよび分割します。 OADMは通常、アレイ導波路回折格子（AWG）で構成されていますが、ファイバブラッグ回折格子などの他の光学技術も使用されています。
主要なWDMコンポーネントは光スイッチです。 このデバイスは、光信号を特定の入力ポートから特定の出力ポートに切り替えることができます。 電子クロスバーに相当します。 光スイッチを使用すると、光ネットワークを構築できるため、特定の光信号を適切な宛先にルーティングできます。
別の重要な光学部品は波長変換器です。 波長変換器は、同じデジタルコンテンツを維持しながら、特定の波長の光信号を別の波長の別の信号に変換するデバイスです。 この機能は、ネットワーク全体で光信号をルーティングする際の柔軟性を高めるため、WDMネットワークにとって重要です。
光輸送ネットワーク
WDMネットワークは、選択した特定のトポロジで波長クロスコネクト（WXC）ノードを接続することにより構築されます。 WXCは、波長マルチプレクサーとデマルチプレクサー、スイッチ、波長コンバーターによって実現されます。
次の_Figure_は、一般的なWXCノードアーキテクチャを示しています。
同じファイバで多重化された光信号は、光デマルチプレクサに到達します。 信号はいくつかの波長キャリアに分解され、一連の光スイッチに送信されます。 光スイッチは、いくつかの波長信号を出力のバンクにルーティングします。
マルチプレクサ。信号が多重化され、送信用の発信ファイバに挿入されます。 ルーティングの柔軟性を高めるために、光スイッチと出力マルチプレクサの間に波長変換器を使用できます。 WXCは長年にわたって研究されてきました。 WXCの問題は、クロストークと消光比です。
波長相互接続ノード
光トランスポートネットワーク（OTN）は、光パスを介してトランスポートサービスを提供するWDMネットワークです。 ライトパスは、1秒あたり最大数ギガビットでデータを伝送する高帯域幅のパイプです。 光路の速度は、光学部品（レーザー、光増幅器など）の技術によって決まります。 現在、STM-16（2488.32 Mbps）およびSTM-64（9953.28 Mbps）程度の速度が達成可能です。
OTNは、WXCノードと、光デバイス（アンプ、レシーバー）の監視、障害回復などの監視機能を通じて光パスのセットアップとティアダウンを制御する管理システムで構成されます。 ライトパスのセットアップとティアダウンは、それぞれがバックボーン帯域幅容量を提供することを前提として、数時間または数日などの大きな時間スケールで実行されます。
提供されるトランスポートサービスに応じて、OTNの展開方法には多くの柔軟性があります。 この柔軟性の理由の1つは、ほとんどの光学コンポーネントが信号のエンコードに対して透過的であることです。 光信号を電子ドメインに変換し直す必要がある光学層の境界でのみ、符号化が問題になります。
したがって、SDH、ATM、IP、フレームリレーなど、光層の上で実行されるさまざまなレガシー電子ネットワークテクノロジーをサポートする透過的な光サービスは、将来的にはありそうなシナリオです。
光学層はさらに3つのサブレイヤーに分かれています-
- OTNクライアントとインターフェイスし、光チャネル（OCh）を提供する光チャネル層ネットワーク。
- さまざまなチャネルを単一の光信号に多重化する光多重化層ネットワーク。
- 光伝送セクション層ネットワーク。これは、ファイバーを介した光信号の伝送を提供します。
OTNフレーム形式
SDHフレームの使用と同様に、OChへのアクセスは、現在定義されているOCフレームを介して行われると予想されます。 基本フレームサイズは、STM-16速度または2488.32 Mbpsに対応し、これが基本OCh信号を構成します。 次の図は、可能なOChフレーム形式を示しています。
光チャネルフレーム
フレームの左端の領域（以下の図に示す）は、オーバーヘッドバイト用に予約されています。 これらのバイトは、前述のSDHフレームのオーバーヘッドバイトと同様に、OAM＆P機能に使用されます。
ただし、ダークファイバー（1人のユーザー用の2つのエンドポイント間の波長の予約）や波長ベースのAPSなどの追加機能がサポートされる可能性があります。 フレームの右端の領域は、すべてのペイロードデータで実行される前方誤り訂正（FEC）スキーム用に予約されています。 光伝送層上のFECは、最大スパン長を増やし、リピーターの数を減らします。 リードソロモンコードを使用できます。
いくつかのOChは、光ドメインで一緒に多重化され、光マルチプレクサ信号（OMS）を形成します。 これは、複数のSTM-1フレームをSTM-N SDHフレーム形式に多重化することと類似しています。 複数のOChを多重化してOMSを形成できます。
光クライアント信号は、OChペイロード信号内に配置されます。 クライアント信号は、OChフレーム形式による制約を受けません。 代わりに、クライアント信号は、固定ビットレートのデジタル信号のみである必要があります。 そのフォーマットは、光学層とは無関係です。
WDMリング
概念的には、WDMリングはSDHリングと大差ありません。 WXCは、SDHリングのSDH ADMと同様に、リングトポロジで相互接続されます。 SDHリングとWDMリングのアーキテクチャ上の大きな違いは、波長の切り替えと変換のWXC機能にあります。
たとえば、これらの機能を使用して、SDHテクノロジーに並ぶことなくレベルの保護を提供できます。 言い換えれば、パスおよびライン保護に加えて、波長または光パス保護を提供できます。
光APSプロトコルは、SDH APSと同じくらい複雑です。 保護は、OChレベルまたは光多重化セクション/光送信セクションレベルで提供できます。 SDHリングで並列処理を行わずに、いくつかの追加の保護機能を実装できます。 たとえば、光路の障害（例： レーザー障害）は、光信号を特定の波長から別の波長に変換して、信号の再ルーティングを回避することで修正できます。
これは、SDHのスパンスイッチングに相当しますが、2つのファイバWDMリングでさえOCh保護にこのような機能を提供できる点が異なります。 ただし、OMSレイヤーでは、SDHの場合と同様に、スパン保護には4つのファイバーリングが必要です。 これらの追加機能により、光層APSプロトコルがさらに複雑になります。
WDMリングが起動したら、サポートするトラフィックパターンに従って光パスを確立する必要があります。
メッシュWDMネットワーク
メッシュWDMネットワークは、WDMリングと同じ光学コンポーネントで構築されます。 ただし、メッシュネットワークで使用されるプロトコルは、リングで使用されるプロトコルとは異なります。 たとえば、メッシュネットワークでの保護は、WDMメッシュネットワークでのルーティングと波長の割り当ての問題と同様に、より複雑な提案です。
メッシュネットワークは、WDMリングを接続するバックボーンインフラストラクチャになる可能性があります。 これらの接続の一部は光学的であると予想され、光学的/電子的なボトルネックを回避し、透明性を提供します。 他の企業では、監視管理、およびおそらく課金目的のために、光信号を電子ドメインに変換する必要があります。 次の図は、WDMネットワークを示しています。
インフラストラクチャ-この図では、次の3つのトポロジレイヤーが示されています-
- アクセスネットワーク
- 地域ネットワーク
- バックボーンネットワーク
WDMネットワークインフラストラクチャ
アクセスネットワークとしてのSDHリングとパッシブ光ネットワーク（PON）の両方が含まれます。 これらは一般にバスまたはスタートポロジに基づいており、メディアアクセス制御（MAC）プロトコルを使用してユーザー間の伝送を調整します。 そのようなネットワークではルーティング機能は提供されません。
これらのアーキテクチャは、短距離で最大数百人のユーザーをサポートするネットワークに実用的です。 PONはWDMリングよりも安価なネットワークですが、アクティブコンポーネントや波長ルーティングなどの機能がないため、PONソースで必要なレーザーは、SDHリングよりもこのような機器の第1世代をさらに高価にします。 これは、少なくとも近い将来、アクセスネットワークレベルでSDHソリューションを支持します。
バックボーンネットワークにはアクティブな光コンポーネントが含まれているため、波長変換やルーティングなどの機能を提供します。 バックボーンネットワークは、ATM、IP、PSTN、SDHなどのレガシートランスポートテクノロジーと何らかの方法でインターフェイスする必要があります。
全体的なシナリオを次の図に示します。 図に含まれるいくつかのタイプのインターフェース。
ATM/IPトラフィックを伝送するWDMトランスポートネットワークのオーバーレイ。
SDHフレームのカプセル化
OChフレームは、SDHフレームのカプセル化を簡単に行えるように定義する必要があります。 たとえば、STM-16xc全体をOChペイロードとして運ぶ必要があります。 基本的なSTM-16光チャネルが使用される場合、OChオーバーヘッドバイトのために、SDH-16xcをSTM-16光チャネルにカプセル化できない場合があります。
OChフレーム形式は現在定義されています。 次の図は、OChフレームへのSDHフレームのカプセル化の例を示しています。
WDMへのSDHインターフェイス
物理SDHインターフェイスを備えたWDM機器は、光信号をSDHデバイスに配信します。 これらのインターフェイスは、SDHテクノロジーとの下位互換性のためのものでなければなりません。 したがって、SDHデバイスは、信号の転送に使用されるWDMテクノロジーを認識する必要はありません（例： デバイスはBLSR/4リングに属することができます）。
この場合、WXCはドロップし、SDHリングで最初に使用された波長を光媒体に追加します。 このように、WDMおよびSDHレイヤーは完全に分離されます。これは、SDHレガシー機器とのWDM相互運用性に必要です。
波長変換が提供されていない場合、SDHデバイスとインターフェイスするラストホップ波長は、光パスを終了するためにSDHデバイスによって使用されるものと同じでなければならないため、これにより、光学層の波長の選択に特別な制約が課されますSDHデバイス内。
WDMリンク
技術
検出
復元
詳細
WDM
WDM-OMS/OCH
1〜10ミリ秒
10〜30ms
リング/P-P
SDH
SDH
0.1ms
50ms
Ring
APS 1 + 1
0.1ms
50ms
P-P
ATM
FDDI
0.1ms
10ms
Ring
STM
0.1ms
100ms
ATM PV-C/P 1 + 1
0.1ms
10msxN
スタンバイN =＃hops
ATM PNNI SPV-C/P、SV-C/P
40s
1〜10秒
IP
ボーダーゲートウェイプロトコル
180ms
10〜100代
内部ゲートウェイルーティングプロトコルとE-OSPF
40s
1〜10秒
中間システム
40s
1〜10秒
ルーティングインターネットプロトコル
180s
100s
上記の表によると、WDMでの復元はSDHテクノロジーよりも高速ですが、WDMでの障害検出は低速です。 WDM/SDH保護メカニズムをより安全にオーバーレイするには、より高速なWDM保護スキームが必要です。 あるいは、SDHクライアントがそのような手順によって発生するパフォーマンスの低下を許容できる場合、SDH APSを人為的に遅くすることもできます。
上位層での不必要な障害回復により、ルートが不安定になり、トラフィックが混雑する場合があります。したがって、すべてのコストで回避する必要があります。 上位層で障害持続性チェックを使用すると、下位層での障害に対する早期の反応を回避できます。
OMSサブレイヤーでの障害回復は、光学レイヤーによって処理されるSDH信号のいくつかのインスタンスの回復手順を置き換えることができます。 したがって、潜在的に多数のSDHクライアントは、各レイヤーで障害回復手順を開始することから免れます。 したがって、光OMSサブレイヤーでの1回の障害回復で数百を節約できます。
全光トランスポートネットワークへの進化
全光WDMネットワークへの進化は徐々に発生する可能性があります。 まず、WXCデバイスを既存のファイバーに接続します。 レガシーファイバリンクをWDMテクノロジーに適したものにするために、EDFAなどの光リンクにいくつかの追加コンポーネントが必要になる場合があります。 WXCは、SDHやFiber Distributed Data Interface（FDDI）などのレガシー機器とインターフェイスします。
全光透過トランスポートネットワークに加えて、SDH機能の上位（IP/ATM）または下位（WDM）SDHへの転送が発生する可能性が高く、ネットワークのアップグレード性とメンテナンスの観点から節約できます。 このようなレイヤーの再編成は、トランスポートネットワークに影響を与える可能性があり、音声を含むリアルタイムトラフィックがパケット化される（IP/ATM）と仮定します。 これにより、VCのSDH信号が消滅する可能性があります。
その場合の主要な問題は、パケットをSDHに、または直接OChフレームに最も効率的にパックする方法です。 どのような新しいカプセル化方法が出現したとしても、IP/PPP/HDLCおよびATMカプセル化との後方互換性は必須です。
