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光ネットワーク-はじめに

プロトコルに依存しない光ネットワークインフラストラクチャと組み合わせた複数のデータネットワークプロトコルを含む、光データネットワーキングへのパスを概説することで、IP over WDMについての現在の考え方に挑戦しています。 このチュートリアルでは、光ネットワークのデータネットワーキングプロトコルとネットワークアーキテクチャの多様性について説明します。

インターネットの人気によってもたらされた帯域幅の爆発により、通信業界では、音声最適化回線交換サービスからデータ最適化パケット交換サービスへのパラダイムシフトが生じています。 「光学上で直接データをサポートする」という表記法は、不要なネットワークレイヤーを排除することで、ネットワークのコストと複雑さを大幅に削減できるという期待に支えられています。

ネットワーク層の縮小または崩壊のこのビューでは、Synchronous Digital Hierarchy（SDH）などの既存のTDMシステムが役割を縮小し、結果として生じる「ネットワークのネットワーク」の基礎となるトランスポートインフラストラクチャとして光トランスポートネットワーキングが出現します。

光インターネット

たとえば、Optical Interworking Forum（OIF）で定義されているように、光インターネットは、スイッチとルーターが統合された光インターフェイスを持ち、ファイバーまたは高密度波長などの光ネットワーク要素によって直接接続されているデータ最適化ネットワークインフラストラクチャです分割マルチプレクサー（DWDM）。

ただし、現時点では、WDMを介したIPの概念は、巧妙に偽装されたマーケティングにすぎません。 ほとんどの場合、IP over WDMはSDHにマップされたIPパケットであり、SDHベースのポイントツーポイントDWDMシステムと結合されています。 しばしばTime-Division Multiplexer（TDM）と呼ばれるSDHスタンドアロン要素は必要ありませんが、SDHはデータネットワーキング機器インターフェイスの不可欠な要素のままです。

DWDMシステムでのSDHの存在への依存度がますます高まっているため、技術革新が制限されています。 たとえば、非同期転送モード（ATM）、ギガビットイーサネット（GbE）、DWDM上の10 GbEなどのファイバー経由のパケットアプリケーションを禁止する場合があります。 また、光トランスポートネットワーキングの究極のビジョンの実現に近づくこともできません。

IP over WDMの現在のビューと比較すると、データ/トランスポートネットワークの進化についてよりバランスの取れたビューがあります。 このバランスのとれた見解は、2つの基本原則に基づいています-

• 差別化によって管理される市場では、すべてのデータネットワークは一意です。
• 基盤となるインフラストラクチャ「ネットワークのネットワーク」としての光トランスポートネットワーク（OTN）は、形式に関係なく、さまざまなクライアント信号を転送できる必要があります。

これらの基本原則が一体となって、光データネットワーキングの概念の基礎を形成します。

収束ネットワーク

今日のTDMベースのトランスポートネットワークは、主要な音声サービスとベースラインサービスに確実なレベルのパフォーマンスと信頼性を提供するように設計されています。 SDHなどの実績のある技術が広く展開されており、音声および専用回線アプリケーション向けに、ギガビット/秒レートにスケーラブルな大容量トランスポートを提供しています。 SDH自己修復リングにより、ネットワーク障害から数10ミリ秒以内にサービスレベルの回復が可能になります。 これらの機能はすべて、確立されたグローバル標準によってサポートされており、高度なマルチベンダー相互運用性を実現しています。

今日のネットワーク

今日のTDMベースのトランスポートネットワーク（およびある程度、ATMネットワークを使用）とは対照的に、「ベストエフォート型」IPネットワークには一般に、高い信頼性と予測可能なパフォーマンスを保証する手段がありません。 予測できない遅延、ジッター、およびパケット損失を伴う、ほとんどのレガシーIPネットワークによって提供されるベストエフォート型サービスは、統計的多重化を通じて最大のリンク使用率を達成するために支払われる価格です。 リンク使用率（例： リンクは通常、TDMトランスポートネットワークを介して専用回線で運ばれるため、帯域幅の単位あたりのユーザー数）はデータネットワークの重要な性能指数です。

データトラフィックの本質的にバースト性を考えると、TDMトランスポートの固定帯域幅パイプは理想的な効率的なソリューションではない場合があります。 ただし、この非効率性は、従来、TDMベースのトランスポートネットワークプロバイダーのネットワークの信頼性と輻輳分離機能よりも重要度が低いと考えられてきました。

高帯域幅と差別化されたデータサービスに対する急増する需要は、TDMベースのトランスポートとベストエフォートパケットネットワークのこのデュアルアーキテクチャモデルに挑戦しています。 ネットワーク帯域幅を過剰にプロビジョニングし、ネットワークの負荷を軽く保つことにより、ベストエフォート型ネットワーキングの有用性を拡張することは費用効果が高くありません。

さらに、このアプローチは、むらのある需要の増加のために常に達成または保証できるとは限らず、十分に活用されていない施設の経済的制約に最も敏感なネットワークアクセスドメインの特定の問題です。 その結果、一般的に、今日のデータサービスプロバイダーは、顧客固有の差別化されたサービス保証と対応するサービスレベル契約を提供するネットワークインフラストラクチャサポートを備えていません。

次世代ネットワーク

費用効果が高く、信頼性が高く、スケーラブルな進化のための次世代ネットワークアーキテクチャは、トランスポートネットワークと拡張サービスレイヤーの両方を採用し、補完的かつ相互運用可能な方法で連携します。 これらの次世代ネットワークは劇的に増加し、バックボーンネットワークインフラストラクチャの容量を最大限に共有し、新しいデータアプリケーションに高度なサービスの差別化を提供します。

トランスポートネットワーキングにより、サービスレイヤーはより効率的に動作し、物理トポロジの制約から解放され、サービス要件を満たすという十分に大きな課題に集中できます。 したがって、多くのサービスレイヤーの機能強化を補完する光トランスポートネットワーキングは、大容量、高信頼性の帯域幅管理の統合された最適化されたレイヤーを提供し、品質が保証された大容量データサービス用のいわゆる光データネットワーキングソリューションを作成します。

光トランスポートネットワーキング：実用的な見解

WDMの急速かつ成功した商業化以来、光ネットワーキングのビジョンは、研究者とネットワークプランナーの想像力を同様に捉えてきました。 光トランスポートネットワーキングの当初のビジョンでは、柔軟でスケーラブルで堅牢なトランスポートネットワークが出現し、同様にさまざまなサービス要件（柔軟性、スケーラビリティ、およびビットレートとプロトコルの独立性と組み合わせた生存性）を備えたさまざまなクライアント信号に対応します。

急増する帯域幅の需要を満たすことができるトランスポートインフラストラクチャの約束は、ネットワーク全体で高帯域幅サービスの信頼性の高い転送を提供するための媒体として波長がタイムスロットに置き換わる今世紀によくなります。 しかし、光ネットワークとは何ですか？ 答えは大きく異なり、実際、近年進化してきました。 光ネットワークの初期の試みは、世界規模での光透過性と光透過性ネットワークの設計に焦点を当てていました。

実用的なソリューション

実行可能な「全光」ソリューションが存在しない場合、光ネットワーキングのより実用的なソリューションは、光信号の再生と光信号性能の監視をサポートするオプトエレクトロニクスのニーズに対応します。 全光ネットワーキングと呼ばれるものでは、信号はオプトエレクトロニック処理の形態なしで、完全に光領域でネットワークを通過します。 これは、信号再生、ルーティング、波長交換を含むすべての信号処理が完全に光ドメインで行われることを意味します。

アナログエンジニアリングの制限のため（例： 適切に設計されたデジタルシステムの制限要因は、元のアナログメッセージ波形をデジタル形式に変換する精度の1つです）、全光処理技術の現在の最先端技術、グローバルまたはナショナルの概念を考慮することですすべての光ネットワークが実際に達成できるわけではありません。

特に、伝送障害の蓄積を防ぐために、オプトネットワーク要素では光電子変換が必要になる場合があります-ファイバファイバの色分散と非線形性、非理想的なフラットゲインアンプのカスケード、光信号クロストークなどの要因に起因する障害カスケードされた非フラットフィルターからの伝送スペクトルの狭まり。 また、光電子変換は波長交換をサポートできますが、これは現在、すべての光領域で実現するのが難しい機能です。

Practical Optical Transport Networking Architectures

要するに、信号再生を実行して障害の蓄積を軽減し、全光領域での波長変換をサポートする市販のデバイスがない場合、短期の実用的な光ネットワークアーキテクチャでは、光電子変換の何らかの手段が期待されるはずです。 結果として得られる光ネットワークアーキテクチャは、上図に示すように、機能が強化されたオプトエレクトロニクスで区切られた、光学的に透明な（またはすべて光の）サブネットワークによって特徴付けられます。

クライアント信号の透明性

アナログネットワークエンジニアリングを超えて、OTNの最終的な実現には実際的な考慮事項が引き続き適用されます。 これらの考慮事項の中で最も重要なのは、将来のトランスポートインフラストラクチャ内での高度なクライアント信号の透過性に対するネットワークオペレータの要望です。

「クライアント信号の透過性」とはどういう意味ですか？ 具体的には、OTNでのトランスポートの対象となるクライアント信号の目的のセットについて、これらの信号を光チャネル（OCh）サーバー信号のペイロードとして搬送するための個別のマッピングが定義されます。 OTNで予想される信号には、レガシーSDHおよびPDH信号、およびインターネットプロトコル（IP）、ATM、GbE、Ssimple Ddata Llink（SDL）などのパケットベースのトラフィックが含まれます。 クライアント信号がOTNの入口でOChサーバー信号にマッピングされると、そのようなネットワークを展開するオペレーターは、ネットワーク出口でデマップされるまで、クライアント信号の詳細な知識（またはアクセス）を必要としません。

光ネットワークの入力および出力ポイントは、OTNクライアント信号の透過性のドメインを区切る必要があります。 したがって、クライアント信号の透過性を実現するための最も重要な要素は、OTNの入力ポイントと出力ポイント間のすべてのクライアント固有の機器と処理を排除することです。 幸いなことに、それは一般的にサービスごとに専用であるため、クライアント依存の機器を入力/出力で受け入れるのが簡単です。

デジタルラッパーによる光トランスポートネットワーキング

DWDMテクノロジーの普及により、サービスプロバイダーは新たな課題に直面しています。それは、増加する波長をコスト効率よく管理して、高速で信頼性の高いサービスをエンドカスタマーに提供する方法です。 波長またはOChを効果的に管理するには、光ネットワークが波長ごとまたはOChレベルの運用、管理および保守（OAM）機能をサポートする必要があります。

ITU（T）Rec。 G872では、オーバーヘッドの形式を実装したOChレベルのOAMの機能を、このオーバーヘッドの搬送方法を指定せずに定義しています。 これまで、信号の再生をサポートし、OCh（波長）を監視、分析、管理する唯一の実行可能な方法は、ネットワーク全体でSDH信号と機器に依存することでした。 これには、WDMシステムの各波長の信号がSDH形式であることが必要です。

光チャネル（波長）

DWDMシステムの既存の光電子再生ポイントを利用して、デジタルラッパーテクノロジーを使用するという概念は、SDHと同様の機能と信頼性を提供しますが、あらゆるクライアント信号に対して、光伝送ネットワーキングの元のビジョンを実現するための一歩を近づけます。

デジタルラッパーテクノロジーは、ITU（T）Rec。 OTNを有効にするG.872。 これらには、光学層のパフォーマンスモニタリング、Fforward Eerror Ccorrection（FEC）、および波長ごとのリング保護とネットワーク復元が含まれ、すべて次の図に示すように入力信号形式に依存しません。

光学チャネル

OChクライアントの「アラウンド」ごとにデジタル（またはTDM）ラッパーを使用してチャネル関連のOChオーバーヘッドをサポートするという概念が最近提案され、実際にはOChの定義の基礎として採用されています。 このスキームは、OCh再生成の必要性を活用して、OChクライアントに容量を追加します。 もちろん、OChクライアント信号にデジタルでオーバーヘッドを追加する手段が得られたら、これを使用してOChレベルのOAM要件をすべてサポートすることは理にかなっています。

特に、デジタル的に追加されたオーバーヘッドにより、OTNの主要なパフォーマンスモニタリングの問題、つまりクライアントに依存しない方法でBbit Eerror Rrate（BER）へのアクセスを提供することはほとんど簡単になります。 また、オプションでFECを使用することにより、デジタルラッパー方式は、クライアント信号のBER性能を大幅に向上させ、光電子変換の要件をさらに最小限に抑えることができます。

トランスポートネットワークのパフォーマンスを向上させる方法の1つは、現在一部の機器で提供されているFECの使用です。 したがって、デジタルラッパー手法の追加の利点は、システムマージンの強化のためにFECをオプションでサポートできることです。

OChフレーム構造

機能的には、OChペイロードとOAMはFECメカニズムから分離可能である必要があります。 これにより、異なるリンクで異なるFECスキームを使用しながら、ペイロードとOAMをネットワーク全体でエンドツーエンドで運ぶことができます。 これが発生する可能性のある明白な例は、潜水艦と地上のリンクの間です。 前者では、次世代のシステムのために新しいFECコードが調査中です。

下図下図 OChの提案された基本フレーム構造と、OChフレーム構造で実行できる機能のタイプを示します。 この提案は、すべての光ネットワーキングの長期的な目標と矛盾していると主張されるかもしれませんが、再生の必要性がなくなることを期待すべきではありません。

再生ポイント間の距離は増加し続けます。ただし、信号のハンドオフポイントでの再生成の必要性は残ります。 Ooptic Ssupervisory Cchannel（OSC）を使用して、光学的に透過的なサブネットワーク内のOChを管理することと相まって、デジタルラッパーは、国内またはグローバルOTNにわたるOCh（波長）のエンドツーエンド管理をサポートします。

OChフレーム構造

3R再生成（再形成、リタイミング、および再生成）は、光から電気への変換によって提供され、逆もまた同様です。デジタルラッパーの提案はこれを利用します。 全光学3R再生が利用可能になった場合、画像は変更されますか？ 全光再生でオーバーヘッドを追加できる場合、引数は変更されません。再生器の実装のみが変更されます。

光再生器でオーバーヘッドを追加できない場合、OChオーバーヘッドの必要性はなくなりません。 ;光再生器は、光電子再生点間の潜在的な距離を単純に増加させ、デジタルラッパーはそれらを透過的に通過します。 デジタルラッパーの使用が光トランスポートネットワーキングの進化に与える影響は、特にデータネットワーキングのトレンドのコンテキストで考慮した場合、深刻になる場合があります。

プロトコルスタックの選択

IPプロトコルは、明らかに今日のデータ通信ネットワークのコンバージェンスレイヤーであり、今後数年でこの役割がマルチサービスネットワークに拡大することが予測されます。 IPは、さまざまなデータリンクレイヤープロトコルおよび基盤となるネットワークインフラストラクチャを介して転送できます。 下図下図 IPからWDMネットワークインフラストラクチャへの可能なプロトコルスタックまたはマッピングの一部を示しています。

IP over WDMとは何ですか？

次の略図のa、b、dというラベルのプロトコルスタック 今日最も一般的に展開されています。 図（a）に示すように、従来のIP over ATM over SDHマッピングを使用します。 図に示すようにSDH（POS）上のパケット （b）;または、図に示すように、従来の十分に拡張されたIP over Ethernet (d). ケース（e）および（f）は、POSの代替として最近提案された新しいデータリンクレイヤーであるSimple Data Link（SDL）を使用します。 （c）とラベル付けされたプロトコルスタックは、中間SDH層が削除され、ATMセルのWDMへの直接マッピングが実行されるケース（a）の代替です。

IP over WDM

これらの異なるプロトコルスタックは、帯域幅オーバーヘッド、レートスケーラビリティ、トラフィック管理、およびQOSの点で異なる機能を提供します。 特定のマッピングがIP over WDMを表すと述べることは非常に不誠実です。

データリンク層プロトコルのこの多様性と、さまざまな基盤となるネットワークインフラストラクチャへのIPのマッピングは、IPの主要な長所の1つであり、消えることのない特性です。 それどころか、IPパケットの転送のために、新しく、革新的で、より効率的なプロトコルマッピングが提案される可能性は非常に高いです。 これは、すでに低帯域幅で信頼性の低いネットワークの場合であり、高帯域幅で信頼性の高い光ネットワークでも同様です。 このビューは、「IP上のすべておよびすべてのIP」のビジョンにも適合します。

光データネットワーキング

IP over WDMは、今日定義されているように、データネットワークと光ネットワークが提供できる機能の制限されたビューを課しています。 オプティカルレイヤでネットワーク機能を完全に使用することではなく、単一のプロトコルスタックによって導入される制約は、一部のネットワークアプリケーションに対して非常に制限されます。

上記のネットワークの傾向には、さまざまなプロトコルスタック、ネットワークアーキテクチャ、および保護と復元のオプションをクライアント信号に依存しない方法でサポートできる光ネットワークプラットフォームが必要です。 ポイントツーポイントWDMを介したPOSの選択は、高速データネットワークのネットワークアプリケーションの一部に最適ですが、すべてではありません。 また、これらの将来のデータネットワークを実装および展開するために選択された光プラットフォームは、新しい予期しないプロトコルスタックマッピングに容易に対応できることを保証する必要があり、中間プロトコル変換を必要とせずに光層ネットワークから同じネットワーク機能を受信できます。

光ネットワーク

光データネットワーキングは、プロトコルスタックとネットワークアーキテクチャの不均一性を低減しようとせず、不均一性を利用して特定のアプリケーションおよびネットワークプロバイダーセグメントごとにカスタマイズされたネットワークソリューションを提供する代替アプローチです。 光データネットワーキングは、サービス層とトランスポート層の両方でネットワーキング機能を組み合わせます。

光データネットワーキングの主要コンポーネント

OTNでサポートされるクライアント信号タイプの多様性に反映されるプロトコルスタックの多様性は、デジタルラッパーを使用することで対応できます。 真の光ネットワーク機能を使用すると、OChルーティング、障害およびパフォーマンスの監視、保護、復元を介して、柔軟性と堅牢性がさらに向上します。これらはすべて、OChごとに選択的に実行されます。 これらのすべての要素を組み合わせることで、将来性があり、データサービスプロバイダーの特定のビジョンに開かれた強力で柔軟なネットワークソリューションが実現します。

このテクノロジーは、費用対効果が高く、チャネル容量のアップグレード、チャネルの追加/削除、再ルーティングおよびトラフィック分散に対してより柔軟で、あらゆるタイプのネットワークトポロジと保護システムおよび同期をサポートします。 主なコンポーネントは次のとおりです-

• TP（トランスポンダー）
• VOA（可変光減衰器）
• MUX（マルチプレクサ）
• DEMUX（デマルチプレクサー）
• BA（ブースターアンプ）
• 回線（OFCメディア）
• LA（ラインアンプ）
• PA（プリアンプ）
• OSC（光監視チャネル）

トランスポンダ

このユニットは、STM-nワイドパルス光信号とMUX/DEMUX機器間のインターフェイスです。 この光信号は、同じ場所にあるか、さまざまな物理媒体、さまざまなプロトコル、およびトラフィックタイプから送信されます。 幅の広いパルス信号を、1.6 nmの間隔でナノメートル（nm）のオーダーの狭い波長（スポットまたは着色周波数）に変換します。 MUXに送信します。

トランスポンダー

逆方向では、DEMUXからのカラー出力がワイドパルス光信号に変換されます。 出力電力レベルは、両方向で+1〜-3 dBmです。 変換は、2Rまたは3R方式での光から電気および電気から光（OからEおよびEからO）です。

2Rでは、再生成と再整形が行われ、3Rでは、再生成、再整形、および再タイミングが実行されます。 TPは、両方の波長の色とビットレートに依存するか、調整可能です（高価で使用されません）。 ただし、2Rでは、任意のビットレート、PDH、STM-4、またはSTM-16がチャネルレートになる場合があります。 ユニットには、受信機の感度と過負荷点に関する制限があります。

トランスポンダーは波長変換器です

中間の電気ステージにはアクセスできませんが、監視目的でSTN-nのオーバーヘッドバイトが利用されます。 このユニットは、ITU-T勧告G.957を介した光安全操作（ALS）もサポートしています。

可変光減衰器（VOA）

これは、システムにロードされているチャネルの数に関係なく、Muxユニットの個々のチャネルの光出力パワーが同じままになるように、EDFA帯域での信号レベルの均一な分布を調整するために必要なプリエンファシスのようなパッシブネットワークです。

光減衰器は、信号レベルを下げるために使用される単純なポテンショメータまたは回路に似ています。 減衰器は、たとえばリンクの信号レベルを変えることでビットエラーがどのように影響を受けるかを確認するために、パフォーマンステストを実行する必要がある場合に使用されます。 1つの方法は、図に示すように、光信号が異なる量の暗さでガラス板を通過してから光ファイバーに戻る、正確な機械的セットアップを行うことです。

ガラスプレートのグレー濃度は、一端が0％から他端が100％です。 プレートがギャップを横切って移動すると、多少の光エネルギーの通過が許可されます。 このタイプの減衰器は非常に正確で、あらゆる波長の光を処理できます（プレートは波長に関係なく同じ量の光エネルギーを減衰するため）が、機械的に高価です。

マルチプレクサー（MUX）およびデマルチプレクサー（De-MUX）

DWDMシステムは、単一のファイバーを介して複数のステーションから信号を送信するため、着信信号を結合する手段を含める必要があります。 これは、複数のファイバから光波長を取得してビームに収束するマルチプレクサの助けを借りて行われます。 受信側では、システムは光ビームの透過波長を分離して、それらを慎重に検出できる必要があります。

マルチプレクサ

デマルチプレクサは、受信したビームを波長成分に分離し、個々のファイバに結合することにより、この機能を実行します。

De-Multiplexer

マルチプレクサーとデマルチプレクサーは、設計上パッシブまたはアクティブのいずれかです。 パッシブデザインではプリズム、回折格子、またはフィルターを使用し、アクティブデザインではパッシブデバイスと調整可能なフィルターを組み合わせます。

これらのデバイスの主な課題は、クロストークを最小化し、チャネル分離（2つの隣接チャネル間の波長差）を最大化することです。 クロストークはチャンネルがどれだけうまく分離されているかを示す尺度であり、チャンネル分離は各波長を区別する能力を指します。

マルチプレクサー/デマルチプレクサーのタイプ

プリズムタイプ

プリズムを使用して、波長の多重化または逆多重化の単純な形式を実行できます。

多色光の平行ビームはプリズム表面に当たり、各成分の波長は異なって屈折します。 これは*虹効果*です。 出力光では、各波長は角度によって次から分離されます。 次に、レンズは各波長をファイバーに入る必要があるポイントにフォーカスします。 コンポーネントを逆に使用して、1つのファイバに異なる波長を多重化できます。

回折格子タイプ

別の技術は、回折と光学干渉の原理に基づいています。 多色光源が回折格子に当たると、各波長は異なる角度で、したがって空間の異なる点に回折されます。 次の図に示すように、レンズを使用して、これらの波長を個々のファイバーに集中させることができます。 *ブラッグ格子*は、波長選択ミラーとして使用でき、DWDMシステムでチャネルを追加およびドロップするために広く使用されている単純な受動部品です。

回折格子タイプ

ブラッグ格子は、紫外線レーザービームを使用して、位相マスクを通してモノモードファイバーのコアを照射することによって作成されます。 ファイバーには、感光性を持たせるためにリン、ゲルマニウム、またはホウ素がドープされています。 光がマスクを通過した後、縞模様が生成され、ファイバに「印刷」されます。 これにより、ファイバーコアガラスの屈折率が恒久的に周期的に変調されます。 完成したグレーティングは、ブラッグ波長（高屈折率領域と低屈折率領域間の光学間隔の2倍に等しい）の光を反射し、他のすべての波長を透過します。

調整可能なブラッグ格子

ブラッグファイバーグレーティングは、圧電素子に接着できます。 素子に電圧を印加すると、素子が伸び、格子が伸び、ブラッグ波長がより長い波長にシフトします。 現在のデバイスは、150vの入力に対して2 nmのチューニング範囲を提供できます。

アレイ導波路回折格子

アレイ導波路回折格子（AWG）も回折原理に基づいています。 AWGデバイスは、光導波路ルーターまたは導波路回折格子ルーターとも呼ばれ、隣接するチャネル間の経路長に一定の差がある湾曲したチャネル導波路の配列で構成されます。 導波管は、入力および出力で空洞に接続されています。

光マルチプレクサ

光が入力キャビティに入ると、回折されて導波路アレイに入ります。 したがって、各導波路の光学的長さの差により、ファイバのアレイが結合されている出力キャビティに位相遅延が生じます。 このプロセスにより、出力ポートに対応するさまざまな場所で最大の干渉を持つさまざまな波長が得られます。

多層干渉フィルター

別の技術では、薄膜フィルターまたは多層干渉フィルターと呼ばれるデバイスで干渉フィルターを使用します。 光路に薄膜で構成されるフィルターを配置することにより、波長を逆多重化できます。 各フィルターの特性は、1つの波長を透過し、他の波長を反射するというものです。 これらのデバイスをカスケード接続することにより、多くの波長を逆多重化できます。

フィルタは、中程度のコストで良好な安定性とチャネル間の分離を提供しますが、高い挿入損失を伴います（AWGはフラットなスペクトル応答と低い挿入損失を示します）。 フィルターの主な欠点は、温度に敏感であり、すべての環境で実際に使用できるわけではないことです。 ただし、それらの大きな利点は、多重化操作と逆多重化操作を同時に実行するように設計できることです。

OMのカップリングタイプ

カップリングOMは、相互にはんだ付けされた2本以上の繊維と相互作用する表面です。 通常、これはOMに使用され、その動作原理は次の図に示されています。

OMのカップリングタイプ

カップリングOMは、低い製造コストでのみ多重化機能を実行できます。 その欠点は、高い挿入損失です。 現在、ZTWEのDWDM機器で使用されるOMは結合OMを採用しています。 ODはAWGコンポーネントを採用しています。

ブースターアンプ（光アンプ）

減衰のため、ファイバセグメントが信号を再生成する前に整合性を持って伝搬できる時間には制限があります。 光増幅器（OA）が到着する前に、送信されるすべての信号に対してリピーターが必要でした。 OAは、すべての波長を一度に増幅することを可能にし、光電気光学（OEO）変換なしで可能にしました。 （リピータとして）光リンクで使用されるほか、光増幅器は、多重化後または逆多重化前に信号パワーをブーストするためにも使用できます。

光増幅器の種類

すべての光経路で、光増幅器はシンプレックスモードのリピータとして使用されました。 1本のファイバは送信パスで使用され、2本目のファイバはリターンパスで使用されました。 最新の光増幅器は、同時に2方向に動作します。 2つの異なるビットレートが使用される場合、2つの方向で同じ波長を使用することもできます。 したがって、1本のファイバーを二重操作に使用できます。

また、光増幅器は、異なる波長で動作する信号範囲を通過させるのに十分な帯域幅を備えている必要があります。 たとえば、たとえば40 nmのスペクトル帯域幅を持つSLAは、約10の光信号を処理できます。

565 mb/sシステムでは、500 kmの光リンクの場合、83 kmの間隔で5つのSLA光増幅器が必要です。 各増幅器は約12 dBのゲインを提供しますが、システムにノイズを導入します（10-9のBER）。

SLAアンプには次の欠点があります-

• 温度変化に敏感
• 供給電圧の変化に敏感
• 機械的振動に敏感
• 信頼できない
• クロストークを起こしやすい

エルビウム添加ファイバ増幅器（EDFA）

DWDMシステムでは、EDFAが使用されます。 エルビウムは、励起されるとDWDMで使用される光ファイバーの低損失波長である約1.54マイクロメートルの光を発する希土類元素です。 弱い信号がエルビウム添加ファイバーに入り、ポンプレーザーを使用して980 nmまたは1480 nmの光が注入されます。

この入射光はエルビウム原子を刺激し、蓄積されたエネルギーを追加の1550 nm光として放出します。 信号は強くなります。 EDFAの自然放出は、EDFAの雑音指数も追加します。 EDFAの一般的な帯域幅は100 nmであり、光ルートに沿って80〜120 kmの間隔で必要です。

EDFAは、隣接するチャネル間の非線形相互作用のため、「4波混合」と呼ばれる影響も受けます。 したがって、増幅器の電力を増やしてリピーター間の距離を増やすと、クロストークが増加します。

ラマン増幅器

既に説明したように、WDMでのSLAおよびEDFAアンプの使用は制限されており、最新のWDMシステムは約300 nmの帯域幅を持つラマン増幅に移行しています。 ここでは、ポンプレーザーはファイバの受信端にあります。 クロストークとノイズが大幅に削減されます。 ただし、ラマン増幅では、高ポンプレーザーを使用する必要があります。

ファイバ内の分散は、実際には「四光波混合」効果を最小限に抑えるのに役立ちます。 残念ながら、初期の光リンクでは、長距離の分散を最小限に抑えるために、これらの同じファイバがWDM信号を伝送するためにアップグレードされる場合、ゼロ分散ファイバを使用することがよくありました。広帯域光信号の理想的な媒体ではありません。

WDM用に特別なモノモードファイバが開発されています。 これらは正と負の分散ファイバーの交互セグメントを持っているため、合計分散はゼロになります。 ただし、個々のセグメントは分散を提供して、4波混合を防ぎます。

ラインアンプ

プリアンプ（PA）とブースターアンプ（BA）で構成される2ステージEDFAアンプです。 2段なしでは、EDFA原理で信号を最大33 dB増幅することはできません（自然放出によって生成されるノイズを回避するため）。 ラインアンプ（LA）は、長距離システムと超長距離システムのそれぞれで22 dBまたは33 dBのライン損失を補償します。 それは完全に光学ステージ装置です。

ライン（OFC）メディア

これは、DWDM信号が伝送される光ファイバメディアです。 減衰と分散は、伝送距離、ビットレート容量などを決定する主な制限要因です。 通常、22dBと33dBは、それぞれ長距離および超長距離システムのホップ長の回線損失と見なされます。

非常に長い長距離回線の波長は、リピーター（LA）なしで120 kmになります。 ただし、カスケード接続された複数のリピーターでは、長さは最大600 kmになることがあり、さらに分散補償モジュールを使用して最大1200 kmまで延長することができます。 そのような距離の後、光学ステージのみのリピーターではなく、電気ステージで再生成する必要があります。

プリアンプ（PA）

この増幅器のみが端末で使用され、DEMUXと遠隔局からの信号を受信するための回線を接続します。 したがって、減衰したライン信号は、DEMUXユニットに入る前に+3 dBm〜10 dBmのレベルに増幅されます。

光監視チャネル

追加のデータ（2 mbps：EOW、ユーザー固有のデータなど）を、光学的安全対策なしで、より低い光学レベルの別の波長（ITU-T勧告G-692による1480 nm）で送信する機能。メインSTM-n光トラフィック信号とは無関係に、OSCによって実行されます。 選択チャネルおよびオムニバスチャネルのEOW（0.3〜3.4 KHz）は、8ビットPCMコードで64 kbpsです。

光監視チャネル（OSC）は、LCTを使用して達成される障害の位置、構成、パフォーマンス、およびセキュリティの管理だけでなく、光回線デバイスの制御と監視にも役立ちます。

光ネットワーク-デバイス

この章では、光学デバイスのさまざまなコンポーネントについて説明します。

アイソレーター

アイソレータは、光がファイバに沿って一方向に通過することを可能にし、反対方向に非常に高い減衰を提供する非可逆デバイスです。 光学システムには、不要な反射を防ぎ、ファイバーに戻り、レーザーの動作を妨害する（ノイズを発生させる）ためのアイソレーターが必要です。 製造アイソレータでは、偏光に依存する「 Faradays Effect 」が使用されます。

アイソレーター

アイソレータは、偏光子、アナライザー、およびファラデー回転子を使用して構築されます。 光信号は偏光子を通過し、入射偏光状態と平行に向けられます。 ファラデー回転子は、光信号の偏光を45度回転させます。

次に、信号はアナライザーを通過します。アナライザーは、入力偏光子に対して45度に向けられています。 アイソレータは光信号を左から右へ通過させ、偏光を45度変化させ、約2 dBの損失を生成します。

サーキュレーター

サーキュレータはマイクロ光学デバイスであり、任意の数のポートで使用できますが、通常は3ポート/4ポートのサーキュレータが使用されます。 ポート間での損失は0.5〜1.5 dBと比較的低くなっています。

サーキュレーター

サーキュレーターの基本的な機能を上図に示します。 特定のポート（ポート1など）に入射した光は、サーキュレーターの周りを進み、次のポート（ポート2など）から出ます。 ポート2から入る光はポート3から出ます。 デバイスは、円を中心に対称に動作します。 サーキュレータはマイクロ光学デバイスであり、任意の数のポートで作成できます。 ただし、3および4ポートのサーキュレータは非常に一般的です。 サーキュレータの損失は非常に低いです。 通常のポート間損失は、約0.5〜1.5 dbです。

スプリッターとカプラー

カプラーとスプリッターを使用して、光信号を結合したり、光信号を分割したりします。 シングルモード光カプラーの大部分は、共振結合の原理を採用しています。 2つのSMファイバーコアは、互いに平行に平行に配置されます。 光パワーは、電磁波誘導によってコアからコアへ、そしてコアからバックへ転送されます。 電力結合は、結合セクションの長さに依存します。

3つの重要な特徴は次のとおりです-

• リターンロス-反射および損失した電力量。
• Insertion Loss -デバイスを通過する合計通過で失われた信号の量。
• 過剰損失-理論上の損失を超えるデバイスの追加損失。

カプラーの種類

• Yカプラー
• スターカプラー
• 溶融繊維
• ミキシングプレート
• 平面（空きスペース）
• 3 dBカプラー
• ビームスプリッター

フィルター

フィルターは、多くの信号からトランスパスとレシーバーの信号を選択するために使用されます。 格子はフィルターです。 スイッチ、変調器、AWG、マルチプレクサなど フィルタのタイプと見なされます。

以下は、フィルタの種類です-

• ファブリーペロー
• 調整可能なフィルター
• ファイバー内ブラッグ格子フィルター

送信前にライン幅を狭めるために、LEDの前にフィルターが使用されます。 フィルタは、WDMネットワークで非常に役立ちます-

• インコヒーレント受信機の前に配置されたフィルターを使用して、多くの到着信号から特定の信号を選択できます。
• フィルタを使用して、信号がネットワークを通過するパスを制御するWDMネットワークが提案されています。

ファイバーブラッググレーティングは、通信の世界で最も重要な光学フィルターです。

ファイバーブラッグ

変調器

変調器は、電界または磁界の影響下で光学特性を変化させる材料で構成されています。 一般的に、3つのアプローチが使用されます-

• 電気光学および磁気光学効果
• 電界吸収効果
• 音響変調器

機械的振動のため 材料の変更のインデックス。 音響変調器は非常に高い周波数の音を使用します。 音の強さを制御することにより、偏向される光の量を制御し、変調器を構築できます。

以下は、その利点の一部です-

• 彼らは非常に高い電力を扱うことができます。
• 屈折する光の量は、音波の強度に直線的に比例します。
• 異なる波長を同時に変調できます。

光ADM

光学フィルターを使用して、ファイバーに到達する複数の波長から目的の波長を分離またはドロップします。 波長がドロップされると、同じ波長を使用する別のチャネルをファイバに追加または挿入でき、OADMを離れます。

単純なADMには、それぞれ4つの波長を持つ4つの入力チャネルと出力チャネルのみがあります。 OADMでは、波長が増幅、等化、またはさらに処理される場合があります。 OADMは、光クロスコネクトを使用して、入力ファイバから出力ファイバまでの波長を調整します。

光学ADM

光クロスコネクト

光Xコネクトは、それぞれが4つの波長を伝送する4つの入力ファイバを取り、4つの出力ファイバに16の波長を再配置できます。 OXC内のシンプルなトランスポンダーは、使用可能なチャネルに波長の1つをシャッフルします。

光クロスコネクト

シングルおよびマルチホップネットワーク

通信トラフィックは非常に速いペースで増加し続けています。 これは、特にインドでは、最近の電気通信市場の自由化により、データとモバイルトラフィックの量が増加していることにより加速しています。 ソリューションは、WDM、SDH、およびIPトランスポートテクノロジーの組み合わせに基づいて、増え続けるトラフィック要件を満たすために採用できます。

波長分割多重化は、ファイバの単一ストランドで複数の波長チャネルを多重化するために使用され、ファイバの輻輳を克服します。 SDHテクノロジーは、今日顧客が要求する容量の粒度を提供し、ネットワークの停止からこれらのサービスを保護する可能性を提供します。 IP-over-WDMトランスポートネットワークは、大容量のインターネット中継サービスをインターネットサービスプロバイダー（ISP）に提供できます。

同期デジタル階層

同期デジタル階層（SDH）ネットワークはPDHに取って代わり、いくつかの重要な利点があります。

• G.707、G.708、およびG.709 ITUの推奨事項は、グローバルネットワーキングの基礎を提供します。
• ネットワークは、トラフィックの回復力の恩恵を受けて、ファイバの破損や機器の障害が発生した場合のトラフィック損失を最小限に抑えます。
• 組み込みの監視技術により、ネットワークのリモート設定とトラブルシューティングが可能です。
• 柔軟なテクノロジーにより、あらゆるレベルでのトリビュタリアクセスが可能です。
• 将来性のあるテクノロジーにより、テクノロジーの進歩に応じてビットレートを高速化できます。

同期デジタル階層

欧州のPDHネットワークは米国のネットワークと接続できませんでした。SDHネットワークは両方のタイプを伝送できます。 上の図は、さまざまなPDHネットワークがどのように比較され、SDHネットワークを介して伝送できる信号を示しています。

SDH-ネットワークトポロジ

ラインシステムは、PDHネットワークトポロジへのシステムです。 トラフィックは、ネットワークのエンドポイントでのみ追加およびドロップされます。 ターミナルノードは、ネットワークの最後でトラフィックを追加およびドロップするために使用されます。

ラインシステム

ラインシステム

SDHネットワーク内では、*リジェネレータ*と呼ばれるノードを使用できます。 このノードは高次SDH信号を受信し、再送信します。 再生器からの低次のトラフィックアクセスは不可能であり、サイト間の長距離をカバーするためにのみ使用されます。距離とは、受信電力が低すぎてトラフィックを伝送できないことを意味します。

リングシステム

リングシステムは、リング構成で接続された複数のアド/ドロップマルチプレクサ（ADM）で構成されます。 トラフィックは、リング周辺の任意のADMでアクセスでき、ブロードキャスト目的で複数のノードでトラフィックをドロップすることもできます。 リングネットワークには、光ファイバが切断されてもトラフィックが失われない場合、トラフィックの復元力を提供するという利点があります。 ネットワークの復元力については、後続の章で詳しく説明します。

リングシステム

SDHネットワーク同期

PDHネットワークは中央で同期されませんでしたが、SDHネットワークは同期されます（したがって、同期デジタル階層の名前）。 オペレーターのネットワーク上のどこかが主要な参照ソースになります。 このソースは、SDHネットワークまたは別の同期ネットワークを介してネットワーク全体に分散されます。

SDHネットワーク同期

メインソースが利用できなくなった場合、各ノードはバックアップソースに切り替えることができます。 さまざまな品質レベルが定義されており、ノードは次に見つけられる最高品質のソースを切り替えます。 ノードが着信ラインタイミングを使用する場合、MSオーバーヘッドのS1バイトは、ソースの品質を示すために使用されます。

ノードで使用できる最低品質のソースは、一般に内部発振器です。 ノードが独自の内部クロックソースに切り替わった場合、ノードは時間の経過とともにエラーを生成し始める可能性があるため、できるだけ早く修正する必要があります。

ネットワークの同期戦略を慎重に計画することが重要です。 ネットワーク内のすべてのノードが同じ側の隣接ノードから同期しようとすると、上の図に示すように、*タイミングループ*と呼ばれる効果が得られます。 このネットワークは、各ノードが相互に同期をとろうとすると、すぐにエラーを生成し始めます。

SDH階層

次の図は、ペイロードがどのように構築されるかを示しており、最初に見えるほど怖くはありません。

SDH階層

光ネットワーク-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、基本的に周波数分割多重化（FDM）と同じです。 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増幅器（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で使用され、それぞれが占有していることがすぐにわかりました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。 この技術は、その後、高密度WDM（DWDM）と名付けられました。

長距離のWDM

1995年、米国の長距離通信事業者は、既存のファイバーインフラストラクチャを活用しながらネットワークの容量をアップグレードするために、ポイントツーポイントWDM伝送システムの展開を開始しました。 それ以来、WDMは長距離市場を席巻しました。 WDMテクノロジーにより、増え続ける容量要件に対応しながら、ファイバの枯渇を延期し、容量のアップグレードの柔軟性を高めることができます。

ただし、最も普及しているドライバーは、ネットワーク容量をアップグレードするためのSpace Division Multiplexing（SDM）やEnhanced Time Division Multiplexing（TDM）などの競合ソリューションと比較したWDMソリューションのコスト優位性です。 次の図に示す「オープン」WDMソリューションは、WDMターミナルマルチプレクサー（TM）のトランスポンダーと、複数の波長チャネルで共有されるインライン光増幅器を使用します。

トランスポンダーは本質的に3R光電気光学（O/E/O）コンバーターで、G.957標準に準拠した光信号を適切な波長チャネルに変換し（逆も同様）、電気的に信号のリパワー、リシェーピング、リタイミングを行います。 SDMソリューションでは、同じインライン光増幅器を共有する複数の波長の代わりに、それぞれがSDH再生器を備えた複数のファイバペアを並行して使用します。 分散などの伝送障害は、特に標準でTDMレートの増加にうまく対応できないため、より高いTDMレート（たとえば、2.5 Gb/s STM-16から10 Gb/s STM-64へ）へのアップグレードは短命です。シングルモードファイバー。

長距離のWDM

ケーススタディにより、長距離ポイントツーポイントWDMシステムは、STM-16の3つのチャネルでも、明らかにSDMよりもコスト効率の高いソリューションであることが実証されています。 上の図は、2つのアクセス都市間の平均距離が300 kmで、5000ファイバーkmで構成されるトランスポートネットワークの初期コアの2つのリンクコスト比較を示しています。 上の図の100％のコスト参照ポイントは、ファイバーコストを含む1つのSTM-16チャネルの展開コストに対応していることに注意してください。 上記の図から2つの結論を導き出すことができます。

次の図に示すように、伝送および再生機器のコスト（つまり、SDMの場合はSDH再生器、WDMの場合はインライン光増幅器を備えたトランスポンダーを備えたWDM TM）のみを考慮すると、WDMテクノロジーを使用する初期リンクコストはより大きくなりますSDHの2倍以上。 ただし、WDMソリューションは、インライン光増幅器を共有して使用するため、ネットワークで3チャネル以上を展開する場合のコスト効率が高くなります。

伝送および再生機器のコストを考慮する

次の図に示すように、上記の考慮事項に加えて、ファイバコストも考慮した場合、WDMの場合のコストの利点はさらに明確になり、チャネル数が増えるにつれて増幅されます。 WDMソリューションは、ネットワーク内で3つ以上のチャネルを展開する場合の方が費用効率が高くなります。

繊維コストについて

短距離のWDM

再生器は不要であり、短距離ネットワークの距離が限られているため、光障害による影響が少ないため、WDMの利点はSDMまたは拡張TDMソリューションの利点よりも明確ではありません。 しかし、ファイバーの枯渇と低コストの光学部品が現在、首都圏のWDMを推進しています。

短距離アプリケーションは、同じ都市内の複数のPoint of Presence（POP）の相互接続に関連しています。 例を考えてみましょう。 次の図は、トランスポートネットワークに都市ごとに少なくとも2つのPOPがあり、顧客が相互接続できることを示しています。 ドロップアンドコンティニューなどのデュアルノード相互接続技術により、2つの異なるPOPを介して顧客ネットワークをトランスポートネットワークと相互接続できます。

これにより、トラフィックに影響を与えることなくPOPの障害に耐えることができる非常に安全なアーキテクチャが実現します。 したがって、都市内の2つのPOP間のトラフィックフローは、都市を通過するトラフィックだけでなく、都市で終了し、ドロップアンドコンティニューを使用して保護されるトラフィックで構成されます。 これらの都市内容量要件の増加により、トランスポートネットワークの短距離セクションにWDMが展開されています。

短距離のWDM

WDMがSDMよりも優先される主な理由は、都市のファイバーをサードパーティからリースするか、光ファイバーネットワークを構築する必要があるためです。 都市繊維のリースまたは建設は、高価なプロセスであるだけでなく、容量をアップグレードするための柔軟性の低いアプローチでもあります。 トラフィックの分布と量が急速に変化する動的な環境では、リースまたは構築するファイバの量を事前に予測することは困難です。 したがって、WDMテクノロジーを使用すると、波長チャネルを非常に短時間でアクティブにできるため、柔軟性に明らかな利点があります。

特定の短距離WDMシステムは世界中で利用可能ですが、長距離ネットワークに同じタイプのWDMシステムを使用することは有利です。 短距離WDMシステムは、長距離システムよりも安価であり、低コストの光コンポーネントを使用できるため、ヘテロジニアスネットワークになりますが、これはいくつかの理由で好ましくありません。 まず、2つの異なるシステムを使用すると、運用コストと管理コストが増加します。 たとえば、異種ネットワークには、同種ネットワークよりも多くの予備の機器部品が必要です。 第二に、2つの異なるシステム間の相互作用が問題を引き起こす可能性があります。 たとえば、短距離WDMシステムは通常、長距離WDMシステムよりも少ない波長をサポートするため、ボトルネックが発生する可能性があります。

光トランスポートネットワークアーキテクチャ

次の図に示すように、Optical Transport Networking（OTN）は、トランスポートネットワーキングの進化における自然な次のステップを表しています。 高レベルのアーキテクチャの観点からは、OTNアーキテクチャがSDHのアーキテクチャと大きく異なることは期待できません。 それにもかかわらず、SDHがデジタルネットワークエンジニアリングを含み、OTNがアナログネットワークエンジニアリングを含むという事実は、微妙な違いではあるが重要な結果をもたらします。 これらの違いを調べることで、SDNの対応物とは異なる可能性が高いOTNの側面を理解することができます。

光トランスポートネットワークアーキテクチャ

進化するWDM OTNアーキテクチャ（ネットワークトポロジやサバイバビリティスキームを含む）は、ミラーではないにしても、SDH TDMネットワークのアーキテクチャに非常に似ています。 ただし、SDHとOTNはどちらも接続指向の多重化ネットワークであるため、これは驚くべきことです。 主な違いは、マルチプレキシングテクノロジーの形式、つまりSDHのデジタルTDMとOTNのアナログWDMに由来します。

デジタルvs アナログの区別は、OTNネットワークおよびシステム設計の多くの側面における基本的なコスト/パフォーマンスのトレードオフに大きな影響を及ぼします。 特に、アナログネットワークエンジニアリングとメンテナンスへの影響に関連する複雑さは、OTNに関連する課題の大部分を占めています。

キャパシティゲインの短期的なニーズを満たすために、WDMポイントツーポイントラインシステムは引き続き大規模に展開されます。 波長の数と端末間の距離が大きくなるにつれて、中間サイトで波長を追加および/またはドロップする必要性が高まっています。 したがって、柔軟な再構成可能な光ADM（OADM）は、WDMネットワークの不可欠な要素になります。

キャリアネットワークに展開される波長が増えるにつれて、光チャネルレベルでネットワーク間の容量とハンドオフ信号を管理する必要性が高まります。 同様に、DXCは電気層の容量を管理するために登場し、Optical Cross-Connects（OXC）は光層の容量を管理するために登場します。

最初は、コアトランスポートネットワーク環境において、光層帯域幅管理の必要性が最も深刻になります。 ここでは、OADMベースの共有保護リングやOXCベースのメッシュ復元アーキテクチャを含む物理トポロジを介して、論理メッシュベースの接続がサポートされます。 選択は、サービスプロバイダーが希望する帯域幅の「オーバービルド」の程度と、存続可能時間のスケール要件に依存します。

同様の帯域幅管理要件がメトロポリタンのオフィス間およびアクセス環境に現れると、OADMリングベースのソリューションもこれらのアプリケーションに最適化されます：メッシュデマンド用の光共有保護リング、ハブデマンド用の光専用保護リング。 したがって、OAがWDMポイントツーポイントラインシステムの出現を可能にするテクノロジーであったように、OADMとOXCはOTNの出現を可能にします。

光ネットワーク要素は、従来SDH機器によって提供されていたトランスポート層機能を想定しているため、光トランスポート層は、レガシーおよびコンバージドパケットコアネットワーク信号形式の両方をサポートできる統合トランスポート層として機能します。 もちろん、サービスプロバイダーのOTNへの移行は、「SDHに似た」トランスポートレイヤー機能の光レイヤーへの移行と同時に、新しい光トランスポートレイヤーの保守哲学および関連するネットワークメンテナンス機能の開発と同時に予測されます。

存続可能性は、統合トランスポートインフラストラクチャとしての光ネットワーキングの役割の中心です。 他の多くのアーキテクチャの側面と同様に、ネットワークトポロジとネットワーク要素のタイプは非常に似ているため、光ネットワークの存続可能性はSDHの存続可能性と高いレベルで類似しています。 光学層内では、サバイバビリティメカニズムにより、ファイバ切断やその他の物理メディア障害から可能な限り高速なリカバリが提供され、保護容量の効率的で柔軟な管理が提供されます。

OTNは、クライアントとサーバーの関係を反映するサブレイヤーが定義されているという点で、SDHと概念的に類似しています。 OTNとSDHはどちらも接続指向の多重化ネットワークであるため、両方の復元スキームと保護スキームが著しく類似していることは驚くべきことではありません。 TDMネットワーキングはデジタルタイムスロット操作に基づいていますが、OTN/WDMネットワーキングはアナログ周波数スロットまたは光チャネル（波長）操作に基づいています。 したがって、両方のテクノロジーで同様の保護および復元アーキテクチャが可能になると予想される場合がありますが、特定のサバイバビリティスキームで考慮する必要があるネットワーク障害のタイプはまったく異なる場合があります。

光学層の生存性

信頼できる途切れないサービスを顧客に提供するには、通信ネットワークが必要です。 全体的な可用性の要件は99.999パーセント以上のオーダーであり、これはネットワークが平均6年/年を超えてダウンできないことを意味します。 その結果、ネットワークの存続可能性は、これらのネットワークの設計および運用方法に影響を与える主要な要因です。 ネットワークは、リンクやファイバーの切断、および機器の障害を処理するように設計する必要があります。

Optical Layer Survivability1

ネットワークは、上の図に示すように、相互に動作する多くの層で構成されていると見なすことができます。 異なる通信事業者は、さまざまな組み合わせの階層化戦略を使用してネットワークを実現するさまざまな方法を選択します。 現在のキャリアは、SDHギアの大規模なインストールベースと、デジタルクロスコネクトの広範なグルーミングおよび監視機能を利用しています。

対照的に、インターネットプロトコル（IP）ベースのサービスを提供する通信事業者は、SDHを使用せずにIPを基本的なトランスポートレイヤーとして使用するネットワークインフラストラクチャの簡素化を目指しています。 サービスの品質（および多様性）（QOS）に基づいて区別するキャリアは、ATMをトランスポートテクノロジーとして使用できます。 これらの層の下には、新しい光WDM層または光学層があります。

光学層は、光学層によって提供されるサービスを利用するクライアント層と見なされる上位層への光路を提供します。 ライトパスは、かなり高いビットレート（2.5 Gb/sまたは10 Gb/sなど）でトラフィックを伝送する回線交換パイプです。 これらのライトパスは通常、SDH ADM、IPルーター、ATMスイッチなどのクライアント層機器を相互接続するように設定されます。 一度設定すると、それらは時間とともにかなり静的なままです。

Optical Layer Survivability2

光学層は、次の図に示すように、光回線端末（OLT）、光ADM（OADM）、および光クロスコネクト（OXC）で構成されています。 OLTは、複数のチャネルを単一のファイバーまたはファイバーペアに多重化します。 OADMは、集約WDMストリームとの間で少数のチャネルをドロップおよび追加します。 OXCは、トラフィックの多いノードの場所で多数のチャネルを切り替えて管理します。

Optical Layer Survivability3

光学層によって上位層に提供される必要があるサービスの種類の観点から、サービスの観点から光学層の保護を検討します。 次に、サポートする必要があるサービスミックスに基づいて、コストと帯域幅の効率の観点から提案されているさまざまな光層保護スキームを比較します。 これは若干異なり、光学層の保護をSDH層の保護と類似していると見なす傾向があります。

なぜ光学層保護なのか？

上の図に示されているIP、ATM、およびSDHレイヤーには、すべて保護および復元の手法が組み込まれています。 これらのレイヤーはすべて他のレイヤーと連携するように設計されていますが、ファイバーを介して直接動作することもできるため、保護および復元機能を処理するために他のレイヤーに依存しません。 その結果、これらの各レイヤーには独自の保護および復元機能が組み込まれています。 したがって、なぜ独自の保護および復元メカニズムのセットを提供するために光学層が必要なのかという疑問が生じます。 以下は、いくつかの理由です-

• 光学層の上で動作する一部の層は、ネットワークで必要なすべての保護機能を完全に提供できない場合があります。 たとえば、SDH層は包括的な保護を提供するように設計されているため、光学層の保護に依存しません。 ただし、他の層（IPまたはATM）の保護技術だけでは、障害が発生した場合に適切なネットワーク可用性を提供するには不十分な場合があります。 +現在、SDHレイヤーを使用せずに、光学レイヤー上でIPレイヤーを直接操作する多くの提案があります。 IPにはルーティングレベルでフォールトトレランスが組み込まれていますが、このメカニズムは面倒であり、十分なQOSを提供するのに十分な速度ではありません。 この場合、トランスポート層からの全体的な可用性要件を満たすために、光学層が高速保護を提供することが重要になります。
• ほとんどの通信事業者は、保護メカニズムをまったく提供しないが無視できないレガシー機器に多大な投資をしています。 この機器と生ファイバの間に光学層をシームレスに導入することで、長距離ファイバリンクを介したインフラストラクチャの低コストアップグレードが可能になり、生存性が向上します。
• 光学層の保護と復元を使用して、ネットワークの復元力をさらに高めることができます。 たとえば、多くのトランスポートネットワークは、一度に1つの障害を処理するように設計されていますが、複数の障害は処理しません。 光学的復元を使用して、複数の障害に対する回復力を提供できます。
• 光学層の保護は、ファイバーの切断など、特定の種類の障害の処理においてより効率的です。 1本のファイバーで複数の波長のトラフィック（16-32 SDHストリームなど）を伝送します。 したがって、ファイバーカットにより、これらのSDHストリームの16〜32がすべて、SDH層によって個別に復元されます。 ネットワーク管理システムは、これらの独立した各エンティティによって生成された多数のアラームであふれています。 ファイバ層が光学層によって十分に迅速に回復した場合、この運用上の非効率性を回避できます。
• 光学層の保護と復元を利用することにより、大幅なコスト削減を実現できます。

制限-光学層保護

以下は、光学層保護の制限の一部です。

• ネットワーク内のすべてのタイプの障害を処理することはできません。 たとえば、IPルーターまたは光ネットワークに接続されたSDH ADMのレーザーの障害を処理できません。 このタイプの障害は、それぞれIPまたはSDH層で処理する必要があります。
• ネットワーク内のすべてのタイプの障害を検出できない場合があります。 光学層によって提供される光路は、さまざまなビットレートでデータを伝送するように透明にすることができます。 この場合の光学層は、実際、これらの光路で正確に運ばれているものに気付かない場合があります。 その結果、トラフィックを監視して、通常は保護スイッチを起動するビットエラーレートの増加などの低下を検知することはできません。
• 光層は、光パスの単位でトラフィックを保護します。 ライトパスで伝送されるトラフィックのさまざまな部分に異なるレベルの保護を提供することはできません（トラフィックの一部は高優先度で、他の低優先度である場合があります）。 この機能は、このより細かい粒度でトラフィックを処理する上位層で実行する必要があります。
• 光層の保護機能を制限するリンクバジェットの制約がある場合があります。 たとえば、保護ルートの長さ、または保護トラフィックが通過するノードの数が制限される場合があります。
• ネットワーク全体が慎重に設計されていない場合、光層とクライアント層の両方が同時に障害からトラフィックを保護しようとするときに競合状態が発生する可能性があります。
• 技術と保護技術はまだ現場でテストされていないため、これらの新しい保護メカニズムの本格的な展開には数年かかります。

保護されたエンティティの定義

保護技術とそれらの間のトレードオフの詳細に入る前に、光学層とクライアント層によって保護されるエンティティを定義することは有益です。 これらのエンティティを次の図に示します。

エンティティ

クライアント機器ポート

クライアント機器のポートに障害が発生する場合があります。 この場合、光学層はそれ自体でクライアント層を保護できません。

クライアントと光学機器間のサイト内接続

主に人為的ミスが原因で、サイト内のケーブルが切断される場合があります。 これは比較的可能性の高いイベントと見なされます。 繰り返しますが、このような事態に対する完全な保護は、クライアント層と光学層の組み合わせによる保護によってのみサポートされます。

トランスポンダーカード

トランスポンダは、クライアント機器と光層の間のインターフェイスカードです。 これらのカードは、光から電気への光変換を使用して、クライアント機器からの信号を光ネットワーク内での使用に適した波長に変換します。 したがって、このカードの故障率は無視できるとは見なされません。 システム内にこれらのカードが多数（波長ごとに1つ）ある場合、それらに対する特別な保護サポートが適切に行われます。

外部施設

サイト間のこのファイバ設備は、システム内で最も信頼性の低いコンポーネントと見なされます。 繊維の切断はかなり一般的です。 このカテゴリには、ファイバに沿って展開される光増幅器も含まれます。

ノード全体

メンテナンススタッフによるエラー（電源サーキットブレーカーの作動など）またはサイト全体の障害により、ノード全体が故障する可能性があります。 サイト障害は比較的まれであり、通常、火災、洪水、地震などの自然災害が原因で発生します。 ノード障害はネットワークに大きな影響を与えるため、発生する可能性が比較的低いにもかかわらず、保護する必要があります。

保護と復元

• 保護*は、障害に対処するために使用される主要なメカニズムとして定義されています。 非常に高速である必要があります（通常、SDHネットワークで障害が発生した場合、トラフィックを60ミリ秒以上中断しないでください）。 その結果、通常は保護ルートを事前に計画して、トラフィックを通常のルートから保護ルートにすばやく切り替えることができるようにする必要があります。

速度要件のため、この機能は通常、集中管理エンティティに依存せずに保護アクションを調整することなく、ネットワーク要素によって分散方式で実行されます。 最近の（まだ実証されていない）高速メッシュ保護スキームを除いて、保護技術はかなり単純になる傾向があり、線形またはリングトポロジで実装されます。 それらはすべて、ネットワーク内の100％アクセス帯域幅を使用することになります。

対照的に、*復元*は、障害に対処するために使用される主要なメカニズムではありません。 保護機能が完了したら、復元を使用して、最初の障害が修正される前に、効率的なルートまたは追加の障害に対する追加の復元力を提供します。 その結果、非常に遅くなることがあります（時には数秒から数分）。

復元ルートは事前に計画する必要はなく、分散制御機能を必要とせずに、集中管理システムによってオンザフライで計算できます。 より高度なアルゴリズムを使用して、必要な余分な帯域幅を削減でき、より複雑なメッシュトポロジをサポートできます。

光学層内のサブレイヤー

光学層は複数のサブレイヤーで構成されています。 これらの異なる層で保護と復元を実行できます。 個々の光路または光チャネルを保護するスキームを使用できます。 これらのスキームは、レーザーやレシーバーなどの端末装置の障害だけでなく、ファイバーの切断も処理します。

Optical Multiplex Section（OMS）レイヤーに対応する集約信号レベルで機能するスキームを使用できます。 これらのスキームは、一緒に多重化される異なる光路を区別せず、それらをグループとして切り替えることにより、それらすべてを同時に復元します。

パス層保護という用語は、個々のチャネルまたは光パス上で動作するスキームを示すために使用され、ライン層保護は、光多重化セクション層で動作するスキームを示すために使用されます。 パスとラインレイヤースキームのプロパティの比較については表1を、異なるパスとラインスキームについては表2と表3を参照してください。

表1：回線保護とパス保護の比較

Criterion	Line Protection	Path Protection
Protects against	Interoffice facilities サイト/ノードの障害 a	オフィス間設備 サイト/ノードの障害 機器の故障
Number of fibers	Four, if single-level multiplexing is used	Two
Can handle failures/degradation of a single path	No	Yes
Supports traffic that must not be protected	No	Yes
Equipment cost	Low	High
Bandwidth efficiency	Good for protected traffic	Low for unprotected channels

表2：ラインレイヤースキームの比較

Scheme	Protects Against	Topology	Constraints/Deficiencies	Customer Benefits
1+1 line	Line cuts	Point-to-point	Diverse route needed to protect fibers	Simplest to implement and operate
1+1 line	Line cuts	Point-to-point	Diverse route needed to protect fibers	Support for low priority traffic 低損失（約 3 dB）
OULSR	Line cuts ノード障害	Metropolitan ring	Optical layer impairments 信号のラインレベルのブリッジングにより、さらに電力損失が発生します a	実装と操作が簡単 （光スイッチの代わりに）受動素子を使用して行うことができます
OBLSR	Line cuts ノード障害	Metropolitan ring	Optical layer impairments	Protection bandwidth reuse 低優先度トラフィックのサポート
Mesh line Protection	Line cuts ノード障害	Any	Limited by optical layer impairments 全光クロスコネクトに基づく 管理が難しい a	効率的 低価格

表3：パスレイヤースキームの比較

Scheme	Protects Against	Topology	Constraints/Deficiencies	Customer Benefits
Client layer protection	Client equipment faults オフィス内施設 トランスポンダーの障害 オフィス間設備 ノード障害	Any	Requires diverse paths in the network 最も高価な	Most extensive protection
1:_N_ equipment protection	Transponder faults	Linear or ring		Very low cost 効率的な帯域幅
1+1 path or OUPSR	Interoffice facilities ノード障害	Any	Requires diverse paths in the network 帯域幅の消費 a	クライアント保護と同様 開発と操作が簡単
OBPSR	Interoffice facilities ノード障害	Virtual ring		Protection bandwidth reuse 低優先度トラフィックをサポート
Mesh path protection	Interoffice facilities ノード障害	Any	Requires an OXC 実装と操作が非常に複雑	High efficiency

物理ネットワークトポロジは、クライアント機器ノード間で光路を通過する任意のメッシュにすることができます。 クライアント機器の観点からの仮想トポロジは、クライアント層（SDHの呼び出し音など）ごとに制限されています。 2物理トポロジは任意のメッシュであり、光パスの仮想トポロジはリングです。

たとえば、次の図に示す2つの保護スキームを検討してください。 これらのスキームはどちらも1 + 1保護スキームと考えることができます。つまり、送信側で信号を分割し、受信側でより適切なコピーを選択します。 Fig. （a）1 + 1回線層保護を示します。この場合、WDM信号全体に対して分割と選択の両方が一緒に行われます。 Fig. （b）1 + 1パス層保護を示します。分割と選択は、各ライトパスに対して個別に行われます。

パス保護

ラインレイヤーとパスレイヤーの保護

2つのアプローチには、コストと複雑さの重要な違いがあります。 回線保護には、スプリッタを1つ追加し、保護されていないシステムに切り替える必要があります。 ただし、UPSRにはチャネルごとに1つのスプリッタとスイッチが必要です。 さらに重要なことは、通常、パス保護には回線保護の2倍のトランスポンダーと2倍のmux/demuxリソースが必要です。 したがって、すべてのチャネルを保護する場合、パス保護は回線保護のほぼ2倍の費用がかかります。 ただし、すべてのチャネルを保護する必要がない場合、ストーリーは変わります。

基本的な保護スキーム

保護スキームの比較は、表-1、2、および3にあります。 光層保護方式は、SDH保護方式とほぼ同じ方法で分類でき、クライアント層、パス層、または回線層のいずれかで実装できます。

クライアント保護

簡単なオプションは、クライアント層に独自の保護を行わせ、光学層に保護を実行させないことです。 これは、SDHクライアントレイヤーの場合があります。 これは、光学層の観点からは単純ですが、光学層の保護を実行することにより、大幅なコストメリットと帯域幅の節約を実現できます。 クライアント保護方法はポイントツーポイント、リング、またはメッシュクライアントネットワークをサポートできますが、光ネットワークの観点からは、これらすべてがポイントツーポイントクライアントでさえも光メッシュサポートに変換されることに注意することが重要です。リンクは光メッシュネットワーク全体に広がることができます。

クライアント層保護では、単一の障害点が存在しないように、現用および保護のクライアントパスが完全に多様であり、光層を介してルーティングされます。 また、現用および保護のクライアントパスは、同じWDMリンクを介して異なる波長にマッピングしないでください。 WDMリンクに障害が発生すると、両方のパスが失われます。

パス層スキーム

1 + 1パス保護

このスキームでは、ネットワーク全体で2つの波長と、各端に2セットのトランスポンダーが必要です。 リングに適用される場合、この保護は光単方向パス交換リング（OUPSR）またはOCh専用保護リング（OCh/DPリング）とも呼ばれます。

実装上の注意-ブリッジングは通常、光カプラーを介して行われますが、選択は1 x 2の光スイッチを介して行われます。 受信側は、ソースと調整せずにバックアップパスに切り替えることを決定できます。

双方向パススイッチリング

このスキームは、SDH 4ファイバ双方向回線交換リング（BLSR）に大まかに基づいており、リング周辺の共有保護帯域幅に依存しています。 ワーキングライトパスに障害が発生すると、ノードは調整され、指定された保護帯域幅を介してリングの周りを同じ方向にトラフィックを送信しようとします（トランスポンダーの障害を克服するため）。 これはスパンスイッチです。 これが失敗すると、ノードは障害のもう一方の端までリングの周りの代替パスの周りのトラフィックをループします。 このアクションはリング切り替えです。

この方式では、オーバーラップしない光パスが一緒に障害を起こさない限り、同じ保護帯域幅を共有できます。 このスキームは、OCh共有保護リング（OCh/SPRing）とも呼ばれます。

実装上の注意-このスキームは、OXCで、またはOADMの非常に小さなスイッチを介して実装できます。 保護チャネルごとにスイッチが必要です。 SDH BLSR標準に似ています。

メッシュパス保護

このスキームにより、障害が発生したすべてのライトパスを、ライトパスごとに異なるルートを取る可能性のある複数のライトパスで共有するバックアップパスとは別に、非常に高速なスイッチング（100ミリ秒未満）によるグローバルメッシュ保護が可能になります。 障害が発生した場合、バックアップパスを設定するすべての関連ノードに推測されます。

実装に関する注意-これらのスキームはOXCで実装されています。 時間の制約により、事前定義されたバックアップパスはネットワークのノードに保存され、障害タイプに基づいてアクティブ化されます。

メッシュパスの復元

メッシュパス保護とは異なり、このスキームには厳しい時間制限はありません。 このデバイスは、そのトポロジを使用して代替ルートを計算し、これらのルートをセットアップするノードに新しいセットアップ情報を配布します。 ノードは、n/w情報を保持する必要はありません。

実装上の注意-このスキームの集中化された性質により、より最適化された保護ルートが保証され、実装とメンテナンスの複雑さが軽減されます。

1：N機器保護

一般的なWDM端末で最も複雑な（したがって障害が発生しやすい）モジュールの1つはトランスポンダーです。 1：N保護は、通常のトランスポンダーに障害が発生した場合に引き継ぐスペアのトランスポンダーを指定します。

実装上の注意-このスキームは、より一般的には指定された保護された波長に基づいています。 障害が発生した場合、SDHのAPSとは異なり、両端で高速シグナリングプロトコルを使用して切り替える必要があります。

ラインレイヤースキーム

1 + 1線形保護

このスキームは、WDM信号全体をバルクで1対の多様にルーティングされた施設にブリッジングすることに基づいています。 これらの施設の受信側は、2つの信号のどちらを受信するかを選択します。

1：1線形保護

このスキームでは、前のものと同様の構成（つまり、1 + 1リニア）が必要ですが、信号は現用パスまたは保護パスのいずれかに切り替えられますが、両方には切り替えられません。 これにより、調整の負担が増加しますが、バックアップパスで優先順位の低いトラフィックを実行できます（作業パスを保護するために必要になるまで）。 また、信号エネルギー全体が2つではなく1つのパスに向けられるため、光パワー損失が低くなります。

実装上の注意-スイッチングは通常、光1×2スイッチを使用して行われます。 調整は、高速シグナリングプロトコルによって実現されます。

光単方向回線交換リング（OULSR）

この方式は、信号のブリッジングと選択が集約WDM信号に対して行われることを除いて、OUPSR方式に似ています。 これにより、より最適化された設計、低コスト、および非常に異なる実装が可能になります。

実装上の注意-この方式の実装は、ブロードキャストメディアに光リングを実行するパッシブカプラーに基づいています。 OADMを使用する代わりに、このスキームは単純なOLTに基づいており、それぞれが時計回りと反時計回りの両方のリングに結合されているため、両方のファイバで各波長が送受信されます。 通常の状態では、ファイバ切断リンクが再接続されると、リンクが人為的に切断され、線形バスが発生します。

双方向回線交換リング

この方式は、プロトコルの側面と使用される保護アクション（スパンとリングの切り替え）の両方でOBPSR方式に似ています。 すべての回線層スキームと同様に、集約WDM信号は、専用の保護ファイバー（4つのファイバーが必要）または単一のファイバー内の異なるWDM帯域に一括で切り替えられます（2つのファイバーのみが許可されますが、2ステージの光マルチプレクサスキームが必要です） ）。 このスキームは、OMS共有保護リング（OMS/SPRing）とも呼ばれます。

実装上の注意-バックアップルートはリング全体を光学的にループするため、損失を補償するためにバックアップパスに沿って光回線増幅器が必要になる場合があります。 リングの円周は、他の光学的障害によっても制限されます。 したがって、このオプションは大都市アプリケーションに最適です。

メッシュラインの保護/復元

このスキームは、WDM信号を障害のある施設から代替ルートに迂回させ、障害のある施設のもう一方の端に戻す全光クロスコネクトに基づいています。

実装上の注意-OBLSRと同様に、このスキームは、代替ルートに沿って発生する可能性のある光学障害によって制限されており、注意深い光学設計が必要です。

保護スキームの選択に関する考慮事項

キャリアがネットワークで使用する保護スキームを選択するために使用できる基準。 このための簡略化された決定表は、機器と回線保護の両方が必要であると仮定して次の図に示されています。

保護スキームの選択

保護のコスト

キャリアの観点からの別の基準は、少なくとも2つの側面でのシステムのコストです-

• 設備費
• 帯域幅効率

これらは両方とも、トラフィックのサービスミックス、つまり、光層によって保護されるトラフィックの割合に依存します。

次の図は、トラフィックミックスの関数としてのパスレイヤースキームと同等のラインレイヤースキームの機器コストを示しています。 すべてのトラフィックを保護する場合、一般的な機器の共有が少ないため、パスレイヤースキームはラインレイヤースキームの約2倍の機器を必要とします。

ただし、パスレイヤー保護のコストは、保護されるチャネルの数に比例します。これは、各チャネルに関連するmux/demuxおよび終端装置が必要なためです。 したがって、保護する必要のあるチャネルが少なくなると、パス層保護のコストが下がります。 チャネルを保護する必要がない場合、パス層スキームは、追加の共通機器が展開されていないと仮定すると、ライン層スキームとほぼ同じコストになります。

トラフィックタイプ1の混合

次の図に示すように、ストーリーは帯域幅効率の観点とは異なります。 回線保護されたシステムでは、保護を必要とする光路と保護を必要としない光路で保護帯域幅が消費されます。 パス保護システムでは、保護を必要としないライトパスが帯域幅を使用できるため、他の保護されていないライトパスは、不要な保護で無駄になっていた帯域幅を使用できます。

したがって、光パスの大部分を保護せずにおくことができる場合、パス層保護は、回線層保護よりも同じネットワーク上でより多くの作業トラフィックをサポートすることにより、コストを回収します。

トラフィックタイプ2の混合

光ネットワーク-ROADM

レガシー光ネットワークは、光ネットワークを介してデータを転送するためのSDH/SONETテクノロジーを展開します。 これらのネットワークは、計画と設計が比較的簡単です。 新しいネットワーク要素を簡単にネットワークに追加できます。 静的WDMネットワークでは、特にメトロネットワークでの機器への投資が少なくて済みます。 ただし、エンジニアリングルールとスケーラビリティは非常に複雑な場合が多いため、これらのネットワークの計画と保守は悪夢のようです。

帯域幅と波長は事前に割り当てられている必要があります。 波長はグループにまとめられ、すべてのグループがすべてのノードで終端されるわけではないため、特定のサイトでは特定の波長にアクセスできない場合があります。 ネットワークの拡張には、新しい光電気光学再生および増幅器、または少なくとも既存のサイトでの電力調整が必要になる場合があります。 静的WDMネットワークの運用は、人手がかかります。

ROADM

ネットワークおよび帯域幅の計画は、過去のSDH/SONETネットワークと同じくらい簡単でなければなりません。 たとえば、STM-16またはOC-48などの指定されたリング帯域幅内で、各ノードは必要な帯域幅を提供できます。

すべてのADMで帯域幅全体にアクセスできました。 たとえば、既存のリングに新しいノードを導入するなどのネットワーク拡張は比較的簡単で、既存のノードを現地で訪問する必要はありませんでした。 左側のネットワーク図は、これを示しています。デジタルクロスコネクトシステムは、複数の光SDH/SONETリングとリンクしています。

再構成可能な光ネットワークの動作は異なります。帯域幅はオンデマンドで計画でき、WDMチャネルごとに光パワーが管理されるため、リーチが最適化されます。 スケーラビリティが大幅に向上します。

このような再構成可能な光ネットワークを有効にするための重要な要素は、*再構成可能な光アドドロップマルチプレクサー（ROADM）*です。 ソフトウェアをクリックするだけで、光波長をクライアントインターフェイスにリダイレクトできます。 他のトラフィックはこの影響を受けません。 これらはすべて、フィルターまたは他の機器を設置するために、それぞれのサイトにトラックロールを必要とせずに達成されます。

ROADMを使用した再構成可能なWDMネットワーク

静的WDMエンジニアリングルールとスケーラビリティは非常に複雑になる可能性があります（すべてのノードにOADM）。

• 帯域幅と波長の事前割り当て
• 固定フィルター構造のマージン割り当て
• 不十分な電源管理
• ネットワーク拡張には光電気光学（OEO）再生が必要

SDH/SONETネットワークは簡単に計画できます。

• すべてのADMで帯域幅全体にアクセス
• 簡単なエンジニアリングルール（シングルホップのみ）
• 新しいネットワーク要素の簡単な追加

再構成可能な光学層により、次のことが可能になります。

• オンデマンド帯域幅計画
• WDMチャネルごとの電力管理による透過的なリーチの拡大
• ヒットレスなスケーラビリティ

静的フォトニック層は、個別の光学リングで構成されています。 これらの各リングに配置された多数のDWDMシステムを検討してください。 多くの場合、情報やデータは同じリング上にとどまるため、問題はありません。 しかし、データを別の光リングに引き渡す必要がある場合はどうなりますか？

静的システムでは、リング間の移行が必要な場合は常に、多数のトランスポンダーが必要です。 実際には、1つのリングから別のリングに通過する各波長には、ネットワークの両側に1つずつ、計2つのトランスポンダーが必要です。 このアプローチでは、帯域幅とチャネルの割り当てを考慮して、高いコストと多くの初期計画が必要になります。

動的な再構成可能なフォトニックレイヤーを想像してみましょう。 ここでは、2つの光リング間のインターフェイスを形成するDWDMシステムは1つだけです。 その結果、トランスポンダベースの再生成がなくなり、DWDMシステムの数が減少します。 ネットワーク全体の設計が簡素化され、波長をリングからリングに移動できるようになりました。

任意の波長が任意のリングおよび任意のポートに伝播できます。 コアからアクセスエリアへの光パススルーを備えた、このような完全に柔軟でスケーラブルなネットワーク設計の鍵は、ROADMおよびGMPLSコントロールプレーンです。

ROADMによる簡素化

ROADMは、ネットワークおよびサービスプロバイダーまたは通信事業者のプロセスを簡素化します。 この相互作用は、これらの単純化のいくつかを要約しています。 結局のところ、これらすべての利点が時間と労力の削減につながることに留意する必要があります。 しかし、より重要なことは、それが顧客満足度の向上につながり、ひいては顧客ロイヤルティにもつながるということです。

ROADMを使用すると、ネットワーク計画が大幅に簡素化されます。 倉庫に保管する必要があるトランスポンダーの数が大幅に減少したことを考慮してください。

設置と試運転-たとえば、ネットワークに新しい波長を設定する場合-に必要な労力が大幅に軽減され、はるかに複雑になりません。 サービス技術者は、トランスポンダーとROADMを設置するために、それぞれのエンドサイトにアクセスするだけです。 インストール作業およびパッチを実行できるように、各中間サイトへの訪問を必要とするために使用される固定光アド/ドロップマルチプレクサー（FOADM）を修正しました。

動的な光ネットワークを展開すると、運用と保守が大幅に簡素化されます。 以前のように、光診断は数時間ではなく数分で実行できます。 外部サイトへのトラックロールをトリガーする代わりに、障害を検出して動的にクリアできます。

波長可変レーザーと無色のROADMの導入により、ファイバープラントのメンテナンスが容易になります。 これらの機能を使用すると、サービスのプロビジョニングがこれまでになく簡単になりました。 設置および試運転作業と同様に、ネットワークメンテナンスおよび潜在的なアップグレードの実行も非常に簡単です。

ROADMアーキテクチャ

ROADMがネットワークの設計と運用にもたらす多くの利点については、前のセクションで説明しました。 ここにさらにいくつかあります-

• DWDM信号全体をイコライズするためのチャネルごとの電力モニタリングとレベリング
• リモートネットワークオペレーションセンターからの完全なトラフィック制御

ただし、これまでのところ1つの質問に答えがありません。ROADMはどのように機能しますか？ いくつかの基本を見てみましょう。

ROADMアーキテクチャ

ROADMは一般に、波長スプリッターと波長選択スイッチ（WSS）という2つの主要な機能要素で構成されています。 上記のブロック図を見てください：ネットワークインターフェイスNo. 1はROADMモジュールに接続されています。

（ネットワークから）着信データを伝送するファイバは、波長スプリッタに供給されます。 これで、スプリッターのすべての出力ポート（この場合は8）ですべての波長が使用可能になりました。 ローカルのアド/ドロップトラフィック（波長）は、Arrayed Waveguide Filter（AW​​G）を使用して多重化/逆多重化できます。 AWGを使用すると、波長の割り当てと方向が固定されます。

波長選択スイッチ（WSS）は、さまざまな波長を選択的に結合し、ネットワークインターフェイス＃1の出力に送ります。 残りのスプリッタポートは、4度の分岐点で他の3つの方向など、他のネットワーク方向に接続されます。

注-このノードでは、ネットワークの方向ごとに、図のモジュールの1つ（完全に灰色のボックス）が必要です。 または、より正確に言うと、4つの方向（4度）を提供するジャンクションノードでは、これらのモジュールのうち4つが必要です。

ROADMハート-WSSモジュール

左から入ってくるWDM信号から始めましょう。 上部の光ファイバーを通過し、バルク回折格子に向けられます。 このバルク回折格子は、一種のプリズムとして機能します。 さまざまな波長を異なる方向に分離しますが、角度の変動はかなり小さいです。 分離された波長は球面鏡に当たり、短い間、光線を一連の微小電子機械システム（MEMS）に反射します。 各マイクロスイッチは異なる波長にヒットし、それが球面ミラーに送り返されます。

そこから光線はバルク回折格子に戻され、光ファイバーに送られます。 しかし、これは私たちが始めたものとは異なるファイバーになりました。 単一波長の出力信号は、これが発生したことを示しています。 次に、この信号を他の単一波長信号と組み合わせて、別の伝送ファイバを埋めることができます。

WSSモジュール

さまざまなバージョンが利用可能です–ここのキーワードは無色、方向性なしなどです。

ROADM –度、無色、無方向など

Term	Explanation
Degree	The term Degree describes the number of supported DWDM line interfaces. A 2-degree ROADM node supports two DWDM line interfaces. It also allows two add/drop branches of all line interfaces.
Multi Degree	Multi degree ROADMs support more than two DWDM line interfaces. The number of possible add/drop branches is determined by the WSS port count.
Colorless	A colorless ROADM enables the flexible allocation of any wavelength or color to any port. Filter modules must be connected for implementing this function.
Directionless	A directionless ROADM does not require a physical reconnection of the transmission fibers. Restrictions on directions are eliminated. 無指向性ROADMは、復元目的またはサービスの一時的な再ルーティング（例： ネットワークのメンテナンスまたは帯域幅のオンデマンド要件のため）。
Contentionless	Contentionless ROADMs eliminate the potential problem of two identical wavelengths colliding in the ROADM.
Gridless	Gridless ROADMs support various ITU-T channel grids with the same DWDM signal. The grid granularity can be adapted to future transmission speed requirements.

このレベルのROADMアプローチを理解するために、ROADMに関連してよく使用される重要な用語を次に示します。

無色

単純なROADMは、「1度」とも呼ばれる各方向に1つのWSSで構成されます。 波長は引き続き割り当てられ、使用される固定アド/ドロップトランシーバーが固定されます。 無色のROADMはこの制限を取り除きます。このようなROADMを使用すると、任意の波長または色を任意のポートに割り当てることができます。 完全なセットアップはソフトウェアで制御されるため、トラックのロールは必要ありません。 カラーレス機能を実現するには、フィルターモジュールを実装する必要があります。

無方向性

これはしばしば「無色」という用語と一緒に表示されます。 方向性のない設計により、ROADMのさらなる制限がなくなります。 方向に関する制限（たとえば、南向きまたは北向き）がないため、伝送ファイバを物理的に再接続する必要はありません。

無競争

ROADMは無色で方向性はありませんが、柔軟性に優れているため、同じ周波数を使用する2つの波長がROADMで衝突する可能性があります。 コンテンションレスROADMは、このようなブロッキングを回避するための専用の内部構造を提供します。

グリッドレス

グリッドレスROADMは、非常に高密度の波長チャネルグリッドをサポートし、将来の伝送速度要件に適合できます。 この機能は、100Gbit/sを超える信号速度と1つのネットワーク内の異なる変調形式に必要です。

無方向の場合

無指向性ROADMは、あらゆるラインインターフェイスでサポートされているITUグリッドからの波長のアド/ドロップを可能にするため、最も広く普及しているROADM設計です。 方向のみのバリアントの場合、アド/ドロップポートは定義された波長に固有です。 カラーレスオプションを使用すると、ポートは波長固有でなくてもかまいません。

方向性のない技術は、主に、復元の目的に必要な波長を他のポートに再ルーティングするために展開されます。 たとえば、帯域幅オンデマンドの状況では、他のアプリケーションも可能です。 無指向性機能をサポートしていないROADMは、柔軟性に関していくつかの制限を受けます。

無色のとき

無色のROADMを使用すると、物理的なケーブルを再配線することなく、特定の光チャネルの波長を変更できます。 無色のROADMは、任意のアド/ドロップポートでサポートされているITUグリッドから任意の波長を追加/ドロップするように再構成できます。 追加/ドロップされた波長は変更できます（調整可能なDWDMインターフェイス）。 これにより可能になります-

• 波長プロビジョニングと波長復元の柔軟性の向上
• 復元切り替え、方向切り替え、および色切り替え
• 波長可変DWDMラインインターフェイスと組み合わせた無色のアド/ドロップポートの主な利点は、波長のプロビジョニングと波長の復元を目的とした柔軟性の向上です。 要求された光路上の次の空き波長への自動チューニング。

光ネットワークの完全自動化における最後のビットの1つは、無色のROADMの展開です。 このようなROADMを使用すると、サポートされているITUグリッドの波長をアド/ドロップポートでアド/ドロップできます。 調整可能なトランシーバーが光フロントエンドとして使用されるため、ポートの波長は変化する可能性があります。

波長のプロビジョニングと復元が以前よりもさらに簡単になりました。 波長がビジーな場合、システムは次に利用可能な空き波長にトランシーバーを自動的に調整できます。 ROADMは、同じROADMノード内で固定および無色のアド/ドロップ機能を使用するオプションを提供します。

無競合の場合

コンテンションレスROADMは、アド/ドロップポート上のコンテンショングリッドなしで、アド/ドロップポートで波長をアド/ドロップできます。 同じアド/ドロップブランチで、（異なるDWDMラインインターフェイスから）専用波長の色を複数回追加/ドロップできます。 8つのアド/ドロップポートのみが装備されている場合、8つのアド/ドロップポートで8つの異なる回線方向から同じ波長をドロップできる必要があります。 空きアド/ドロップポートが利用できる限り、ROADMノードは、任意の波長を任意の回線インターフェイスに追加/ドロップできる必要があります。

Colorless、Directionless、およびContentionless機能（CDC）の組み合わせは、究極のレベルの柔軟性を提供します。

グリッドレスの場合

グリッドレスROADMノードは、同じDWDM信号内で異なるITU-Tチャネルグリッドをサポートします。 グリッド帯域幅は、チャネルごとにプロビジョニングできます。

グリッドレス機能は、100Gbit/sを超えるデータレートで動作するネットワーク、または異なる変調方式で動作するネットワークに必要です。 コヒーレントラインインターフェイスを備えた次世代ネットワーク向けです。 データレートが異なると、変調方式とデータレートに応じて異なる波長要件が要求されます。

伝送速度が上がり、変調方式はますます複雑になっています。 単一の光ファイバー上でいくつかの変調技術が混在する場合があります。 これらはすべてROADMテクノロジーに反映され、グリッドレスROADMの要件を生成します。 このようなROADMは、高密度の周波数グリッドで動作し、チャネルごとの帯域幅プロビジョニングを可能にします。 現在、データチャネルは、変調方式とデータレートに応じて異なる波長要件を要求しています。

典型的なアプリケーションは、100Gbit/sを超えるデータレートで動作するネットワーク、または異なる変調方式を並行して実行するネットワークです。 後者の状況は、たとえば、コヒーレント伝送技術を展開するときに簡単に存在する可能性があります。