Redes de Convergência

As redes de transporte baseadas em TDM de hoje foram projetadas para fornecer um nível garantido de desempenho e confiabilidade para os serviços predominantes de voz e linha baseada. Tecnologias comprovadas, como SDH, têm sido amplamente implantadas, fornecendo transporte de alta capacidade, escalável para taxas de gigabit por segundo, para aplicativos de voz e linha alugada. Os anéis de autocura SDH permitem a recuperação de nível de serviço em dezenas de milissegundos após falhas de rede. Todos esses recursos são suportados por padrões globais bem estabelecidos, permitindo um alto grau de interoperabilidade de vários fornecedores.

Rede Hoje

Em contraste com as redes de transporte baseadas em TDM de hoje (e, até certo ponto, com redes ATM), as redes IP de "melhor esforço" geralmente carecem dos meios para garantir alta confiabilidade e desempenho previsível. O serviço de melhor esforço fornecido pela maioria das redes IP legadas, com atraso imprevisível, jitter e perda de pacotes, é o preço pago para atingir a utilização máxima do link por meio de multiplexação estatística. A utilização do link (por exemplo, o número de usuários por unidade de largura de banda) tem sido uma importante figura de mérito para redes de dados, uma vez que os links são normalmente transportados em circuitos alugados através da rede de transporte TDM.

Dada a natureza inerentemente explosiva do tráfego de dados, os canais de largura de banda fixa do transporte TDM podem não ser uma solução idealmente eficiente. No entanto, essa ineficiência tem sido tradicionalmente considerada menos importante do que a confiabilidade da rede e os recursos de isolamento de congestionamento de um provedor de rede de transporte baseado em TDM.

A crescente demanda por alta largura de banda e serviços de dados diferenciados agora está desafiando esse modelo de arquitetura dupla de transporte baseado em TDM e redes de pacotes de melhor esforço. Não é econômico estender a utilidade da rede de melhor esforço provisionando largura de banda da rede e mantendo a rede levemente carregada.

Além disso, esta abordagem nem sempre pode ser alcançada ou garantida devido ao crescimento irregular da demanda, e é um problema particular para o domínio de acesso à rede, que é mais sensível às restrições econômicas de instalações subutilizadas. Como resultado, em geral, os provedores de serviço de dados hoje não têm o suporte de infraestrutura de rede para fornecer garantias de serviço diferenciadas específicas ao cliente e acordos de nível de serviço correspondentes.

Rede de próxima geração

As arquiteturas de rede da próxima geração para uma evolução econômica, confiável e escalável empregarão redes de transporte e camadas de serviço aprimoradas, trabalhando juntas de maneira complementar e interoperável. Essas redes de próxima geração aumentarão drasticamente e compartilharão ao máximo a capacidade da infraestrutura de rede de backbone e fornecerão diferenciação de serviço sofisticada para aplicativos de dados emergentes.

A rede de transporte permite que as camadas de serviço operem com mais eficácia, liberando-as das restrições da topologia física para se concentrar no desafio suficientemente grande de atender aos requisitos de serviço. Conseqüentemente, complementando os muitos aprimoramentos da camada de serviço, a rede de transporte ótico fornecerá uma camada unificada e otimizada de gerenciamento de largura de banda de alta capacidade e confiabilidade e criará as chamadas soluções de rede de dados óticos para serviços de dados de maior capacidade com qualidade garantida.

Rede de transporte óptico: uma visão prática

Visões de redes ópticas têm capturado a imaginação de pesquisadores e planejadores de redes, desde a comercialização rápida e bem-sucedida de WDM. Na visão original da rede de transporte óptico, uma rede de transporte flexível, escalável e robusta emerge, atendendo a uma variedade crescente de sinais de cliente com requisitos de serviço igualmente variados (flexibilidade, escalabilidade e capacidade de sobrevivência juntamente com taxa de bits e independência de protocolo).

A promessa de uma infraestrutura de transporte capaz de atender às crescentes demandas de largura de banda bem neste novo século, em que os comprimentos de onda substituem os intervalos de tempo como o meio para fornecer transferência confiável de serviços de alta largura de banda pela rede, é realmente tentadora. Mas o que é rede óptica? A resposta varia muito e, de fato, evoluiu nos últimos anos. As primeiras tentativas de redes ópticas se concentraram em uma transparência óptica e no projeto de redes opticamente transparentes em escala global.

Solução Prática

Na ausência de soluções "totalmente ópticas" viáveis, as soluções mais práticas para redes ópticas acomodam a necessidade de optoeletrônicos para apoiar a regeneração de sinal óptico e monitoramento de desempenho de sinal óptico. No que é denominado rede totalmente óptica, os sinais atravessam a rede inteiramente no domínio óptico, sem nenhuma forma de processamento optoeletrônico. Isso implica que todo o processamento do sinal - incluindo - regeneração do sinal, roteamento e intercâmbio do comprimento de onda - ocorre inteiramente no domínio óptico.

Devido às limitações da engenharia analógica (por exemplo, o fator de limitação em um sistema digital adequadamente projetado é uma precisão da conversão da forma de onda da mensagem analógica original para a forma digital) e considerando o estado-da-arte atual em tecnologia de processamento totalmente óptico , a noção de todas as redes ópticas globais ou mesmo nacionais não é atingível na prática.

Em particular, a conversão optoeletrônica pode ser necessária em elementos de rede opto para evitar o acúmulo de deficiências de transmissão - deficiências que resultam de tais fatores áreas fibra fibra dispersão cromática e não linearidades, cascata de amplificadores de ganho plano não ideais, diafonia de sinal óptico, e estreitamento do espectro de transmissão de filtros não planos em cascata. A conversão optoeletrônica também pode suportar o intercâmbio de comprimento de onda, que atualmente é um recurso desafiador de realizar em todo o domínio óptico.

Em suma, na ausência de dispositivos comercialmente disponíveis que realizam regeneração de sinal para mitigar o acúmulo de deficiência e suportar a conversão de comprimento de onda no domínio totalmente óptico, alguma medida de conversão optoeletrônica deve ser esperada em arquiteturas de rede óptica práticas de curto prazo. As arquiteturas de rede óptica resultantes podem ser caracterizadas por sub-redes opticamente transparentes (ou totalmente ópticas), delimitadas por optoeletrônicos com recursos aprimorados, conforme mostrado na figura acima.

Transparência do sinal do cliente

Além da engenharia de rede analógica, as considerações práticas continuarão a governar a realização final do OTN. O principal entre essas considerações é o desejo da operadora de rede de um alto grau de transparência do sinal do cliente dentro da futura infraestrutura de transporte.

O que significa "transparência do sinal do cliente"? Especificamente, para o conjunto desejado de sinais de cliente direcionados para transporte no OTN, mapeamentos individuais são definidos para transportar esses sinais como cargas úteis de sinais de servidor de canal óptico (OCh). Os sinais esperados no OTN incluem sinais SDH e PDH legados e tráfego baseado em pacotes, como Protocolo de Internet (IP), ATM, GbE e Ssimple Ddata Llink (SDL). Uma vez que um sinal de cliente foi mapeado em seu sinal de servidor OCh no ingresso do OTN, um operador implantando tal rede não precisa ter conhecimento detalhado (ou acesso) ao sinal de cliente, até que seja desmapeado na saída da rede.

Os pontos de entrada e saída da rede óptica devem delimitar o domínio da transparência do sinal do cliente OTN. Portanto, o fator mais importante na realização da transparência do sinal do cliente é eliminar todos os equipamentos e processamento específicos do cliente entre os pontos de entrada e saída OTN. Felizmente, é mais fácil aceitar equipamentos dependentes do cliente na entrada / saída, uma vez que geralmente são dedicados por serviço.

Rede de transporte óptico via digital wrappers

O uso difundido da tecnologia DWDM apresentou aos provedores de serviços um novo desafio: como gerenciar de maneira econômica o número crescente de comprimentos de onda para fornecer serviços rápidos e confiáveis ​​a seus clientes finais. Para gerenciar efetivamente o comprimento de onda ou OChs, é necessário que as redes ópticas suportem funções por comprimento de onda ou operações, administração e manutenção (OAM) em nível de OCh.

ITU (T) Rec. G872 define algumas funcionalidades para OAM de nível OCh implementado na forma de overheads sem especificar como esse overhead deve ser carregado. Até agora, a única maneira viável de suportar a regeneração de sinal e monitorar, analisar e gerenciar OChs (comprimentos de onda) era contar com sinais SDH e equipamentos em toda a rede. Isso requer que os sinais em cada um dos comprimentos de onda no sistema WDM sejam formatados em SDH.

Um canal óptico (comprimento de onda)

Aproveitando os pontos de regeneração optoeletrônicos existentes em sistemas DWDM, a noção de usar a tecnologia digital wrapper fornecerá funcionalidade e confiabilidade semelhantes ao SDH, mas para qualquer sinal de cliente, trazendo-nos um passo mais perto de realizar a visão original da rede de transporte óptico .

A tecnologia digital wrapper fornece as funções de gerenciamento de rede descritas em ITU (T) Rec. G.872 para habilitar OTNs. Isso inclui monitoramento de desempenho de camada óptica, correção Fforward Eerror C (FEC) e proteção de anel e restauração de rede por comprimento de onda, tudo independente do formato do sinal de entrada, conforme mostrado na figura a seguir.

A noção de usar um wrapper digital (ou TDM) por "ao redor" do cliente OCh para suportar sobrecarga OCh associada ao canal foi proposta recentemente e, de fato, foi adotada como base para a definição de OCh. Este esquema aproveitará a necessidade de regeneração de OCh para adicionar capacidade adicional ao cliente OCh. Obviamente, uma vez que temos um meio de adicionar overhead ao sinal do cliente OCh digitalmente, faz sentido usar isso para dar suporte a todos os requisitos de OAM de nível OCh.

Em particular, o overhead adicionado digitalmente torna quase trivial resolver o principal problema de monitoramento de desempenho do OTN, a saber, fornecer acesso ao Bbit Eerror Rrate (BER) de uma maneira independente do cliente. BAnd opcionalmente usando FEC, o método de envoltório digital pode aumentar significativamente o desempenho de BER do sinal do cliente, minimizando ainda mais a necessidade de conversão optoeletrônica.

Um método para melhorar o desempenho da rede de transporte é por meio do uso do FEC, que atualmente é fornecido em alguns equipamentos. Conseqüentemente, um benefício adicional da técnica de envoltório digital é a capacidade de, opcionalmente, oferecer suporte a FEC para aumento de margem do sistema.

Estrutura do Quadro OCh

Em termos funcionais, a carga útil OCh e OAM devem ser separáveis ​​do mecanismo FEC. Isso permite transportar a carga útil e o OAM de ponta a ponta pela rede, enquanto usa diferentes esquemas FEC em diferentes links. Um exemplo óbvio de onde isso pode ocorrer é entre links submarinos e terrestres. No primeiro caso, novos códigos FEC estão sob investigação para a próxima geração de sistemas.

A figura a seguir A figura abaixo ilustra a estrutura de quadro básica proposta do OCh e os tipos de funções que podem ser transportadas na estrutura de quadro OCh. Embora possa ser argumentado que esta proposta é inconsistente com os objetivos de longo prazo de todas as redes ópticas, não devemos esperar que a necessidade de regeneração desapareça.

A distância entre os pontos de regeneração continuará a aumentar; no entanto, a necessidade de regeneração nos pontos de transferência de sinal permanecerá. Juntamente com o uso do Ooptical Ssupervisory Cchannel (OSC) para gerenciar OChs em sub-redes opticamente transparentes, os wrappers digitais darão suporte ao gerenciamento ponta a ponta de OChs (comprimento de onda) em OTNs nacionais ou globais.

A regeneração 3R (Remodelagem, Retiming e Regeneração) é fornecida por meio de conversão ótica para elétrica e vice-versa, e a proposta de envoltório digital tira vantagem disso. A imagem mudaria caso a regeneração 3R totalmente óptica se tornasse disponível? Se a regeneração totalmente ótica for capaz de adicionar sobrecarga, o argumento não será alterado; apenas a implementação do regenerador mudaria.

Se os regeneradores ópticos não puderem adicionar sobrecarga, a necessidade de sobrecarga de OChs não desaparecerá. ; Os regeneradores ópticos então simplesmente aumentariam a distância potencial entre os pontos de regeneração optoeletrônicos, e o envoltório digital passaria de forma transparente por eles. As implicações do uso de wrappers digitais na evolução das redes de transporte óptico podem ser profundas, especialmente quando consideradas no contexto das tendências das redes de dados.

Opções de pilha de protocolo

O protocolo IP é claramente a camada de convergência nas redes de comunicação de dados atuais e é previsível que ele expanda essa função para redes multisserviço nos próximos anos. O IP pode ser transportado por uma ampla variedade de protocolos da camada de enlace de dados e infraestruturas de rede subjacentes. Figura a seguir A figura abaixo mostra algumas das possíveis pilhas de protocolo, ou mapeamentos, de IP em uma infraestrutura de rede WDM.

O que é IP sobre WDM?

As pilhas de protocolo rotuladas a, b e d na seguinte figura acima são as mais comumente implantadas hoje. Eles usam o mapeamento clássico IP sobre ATM sobre SDH, conforme mostrado na Fig (a) ;. pacote sobre SDH (POS) como mostrado na Fig. (b); ou o IP clássico e bem estendido sobre Ethernet, conforme mostrado na Fig. (d). Os casos (e) e (f) usam Simple Data Link (SDL), uma nova camada de enlace de dados recentemente proposta como alternativa ao PDV. A pilha de protocolos rotulada (c) é uma alternativa ao caso (a), onde a camada SDH intermediária é eliminada e um mapeamento direto de células ATM em WDM é realizado.

Essas diferentes pilhas de protocolo fornecem funcionalidades diferentes, em termos de sobrecarga de largura de banda, escalabilidade de taxa, gerenciamento de tráfego e QOS. Afirmar que qualquer mapeamento particular representa IP sobre WDM é extremamente falso.

Essa diversidade de protocolos da camada de enlace de dados e mapeamentos de IP em diferentes infraestruturas de rede subjacentes é um dos principais pontos fortes do IP e é uma característica que não desaparecerá. Ao contrário, é bem possível que um mapeamento de protocolo novo, inovador e mais eficiente seja proposto para o transporte de pacotes IP. Esse já é o caso para redes de baixa largura de banda e baixa confiabilidade, e também será para redes ópticas de alta largura de banda e altamente confiáveis. Essa visão também se encaixa na visão de "tudo em IP e IP em tudo".