การออกแบบเครือข่าย DWDM: ระบบสายส่ง, ROADM, OTN และโมดูลแบบถอดเสียบได้

เครือข่าย DWDM แบ่งเป็นชั้น ๆ ได้แก่ แสงสีบนใยแก้วนำแสง (ระบบสาย) ตัวห่อดิจิทัลที่นำพาไคลเอนต์และแก้ไขข้อผิดพลาด (OTN) และไคลเอนต์เอง (Ethernet, FC, SDH) ตำแหน่งที่ทรานซีฟเวอร์เสียบเข้าไป ไม่ว่าจะเป็นชั้นวางทรานสปอนเดอร์หรือเสียบตรงเข้าเราเตอร์ในรูปโมดูล 400ZR เป็นตัวกำหนดว่าใครเป็นเจ้าของแต่ละชั้น เพจนี้แสดงผังของชั้นต่าง ๆ ส่วนประกอบหลัก และการตัดสินใจด้านการออกแบบ เพื่อให้วางโมดูลถอดเสียบสีไว้ในบริบทที่ถูกต้อง

ชั้นต่าง ๆ

ชั้น	องค์ประกอบ	ประเด็นที่ต้องพิจารณา
ไคลเอนต์	Ethernet 10/100/400G, FC, SDH/SONET, วิดีโอ	ออปติกส์เกรย์ระหว่างอุปกรณ์ไคลเอนต์กับทรานสปอนเดอร์ หรือไม่มีเลยถ้าไคลเอนต์ใช้โมดูลโคฮีเรนต์แบบถอดเสียบ
OTN (ITU-T G.709)	เฟรม OTU ห่อคอนเทนเนอร์ ODU, FEC, การตรวจติดตามแบบแทนเดม	การมัลติเพล็กซ์, การตรวจติดตามประสิทธิภาพ, การสลับป้องกัน
ช่องสัญญาณเชิงแสง	ทรานสปอนเดอร์/มักซ์พอนเดอร์ หรือโมดูลโคฮีเรนต์ถอดเสียบที่สร้างความยาวคลื่นบนกริดของ ITU	รูปแบบมอดูเลชัน, OSNR, ดิสเพอร์ชัน
ระบบสาย / OMS	มัลติเพล็กเซอร์/ดีมัลติเพล็กเซอร์, ตัวขยายสัญญาณ, ROADM, OSC, DCM	วิศวกรรมสแปน (การขยายสัญญาณและ OSNR)
ใยแก้วนำแสง / OTS	คู่ใยแก้วนำแสง, คอนเนกเตอร์, จุดเชื่อม	การสูญเสีย, ดิสเพอร์ชัน, PMD, OTDR

ส่วนประกอบหลักของระบบสาย

ส่วนประกอบ	หน้าที่	หมายเหตุ
มัลติเพล็กเซอร์/ดีมัลติเพล็กเซอร์ (AWG หรือ TFF)	รวม/แยกช่องสัญญาณ 40–96 ช่อง	ผังช่องสัญญาณคงที่; กริดของ ITU
ROADM (OADM ที่ปรับตั้งค่าใหม่ได้)	เพิ่ม/ลด หรือส่งผ่านช่องสัญญาณใดก็ได้ภายใต้การควบคุมของซอฟต์แวร์; degree = จำนวนทิศทางของสาย (2 สำหรับโหนดวงแหวน, 4–8 สำหรับฮับแบบเมช)	ใช้ WSS (สวิตช์เลือกความยาวคลื่น) เป็นฐาน; มีรุ่นย่อยแบบ colourless/directionless/contentionless (CDC)
ตัวขยายสัญญาณ	บูสเตอร์, อินไลน์, ตัวขยายสัญญาณก่อน	การขยายสัญญาณและ OSNR
OSC — ช่องสัญญาณกำกับดูแลเชิงแสง	การจัดการนอกแบนด์ที่ 1510 หรือ 1625 nm	นำพา DCN, การควบคุมตัวขยายสัญญาณ, การตรวจติดตามการสูญเสียของสแปน
DCM	การชดเชยดิสเพอร์ชัน (ระบบตรวจจับโดยตรง)	ไม่มีในระบบที่เป็นโคฮีเรนต์ทั้งหมด
OCM / OPM	ตัวตรวจวัดกำลังต่อช่องสัญญาณ	การตรวจรับและอะลาร์ม
OLP — การป้องกันสายเชิงแสง	สปลิตเตอร์/สวิตช์แบบ 1+1 ข้ามสองเส้นทางใยแก้วนำแสง	สลับภายใน ~50 ms

กริดและความจุ

กริด	ช่องสัญญาณในแบนด์ C	ต่อช่องสัญญาณ	รวม	หมายเหตุ
100 GHz คงที่	40–48	10G / 100G	0.4–4.8 Tb/s	รุ่นเก่าและเมโทรแบบง่าย
50 GHz คงที่	80–96	10G / 100G / 200G	สูงสุด 19 Tb/s	กระแสหลัก
75 GHz	~64	400G (60 GBd)	25 Tb/s	ความกว้างช่องสัญญาณของ 400ZR/ZR+
Flexgrid (ช่อง 12.5 GHz)	ผันแปร	100G–800G+	30–40+ Tb/s	ซูเปอร์ช่องสัญญาณ; ต้องใช้ ROADM แบบ flexgrid
แบนด์ C + L	×2	—	60–80 Tb/s	ตัวขยายสัญญาณแบนด์ L

ทรานสปอนเดอร์โคฮีเรนต์แลกความจุกับระยะส่งต่อความยาวคลื่น คือ 400G 16QAM สำหรับเมโทร, 300G 8QAM สำหรับภูมิภาค, 200G QPSK สำหรับระยะไกล บนฮาร์ดแวร์ตัวเดียวกัน การออกแบบจึงต้องเลือกรูปแบบมอดูเลชันตามแต่ละเส้นทาง (โคฮีเรนต์และระยะไกล)

OTN โดยสรุป

คอนเทนเนอร์	อัตรา	ไคลเอนต์ทั่วไป
ODU0 / ODU1 / ODU2 / ODU2e	1.25 / 2.5 / 10.04 / 10.4 Gb/s	GbE / STM-16 / STM-64 / 10GbE
ODU3 / ODU4	40 / 104 Gb/s	40GbE / 100GbE
ODUflex	n × 1.25 Gb/s	FC, ตามต้องการ
OTU2 / OTU4	10.7 / 112 Gb/s	เฟรมไลน์พร้อม FEC
OTUCn / FlexO	n × 100G	สายโคฮีเรนต์ 200G–800G

OTN เพิ่มสิ่งต่อไปนี้: FEC (GFEC RS(255,239) ให้เกน ≈ 6.2 dB; SD-FEC ของผู้ผลิตให้ ≈ 10–11 dB ในการ์ดไลน์โคฮีเรนต์), การตรวจติดตามประสิทธิภาพ ต่อเซกชันและต่อพาธ (BIP-8, การตรวจติดตามการเชื่อมต่อแบบแทนเดม), การมัลติเพล็กซ์ ไคลเอนต์หลายตัวลงในความยาวคลื่นเดียว (มักซ์พอนเดอร์), และการป้องกัน (SNCP, ~50 ms) ไคลเอนต์มองเห็นเพียงท่อโปร่งใส ส่วนชั้น OTN มองเห็นข้อผิดพลาดของบิตทุกบิต

ตำแหน่งของโมดูลถอดเสียบ

สถาปัตยกรรม	ใครเป็นผู้ปิดจบ OTN / FEC	ออปติกส์	ข้อแลกเปลี่ยน
ชั้นวางทรานสปอนเดอร์ / มักซ์พอนเดอร์	การ์ดไลน์ของผู้ผลิต DWDM	ออปติกส์เกรย์ฝั่งไคลเอนต์ + ฝั่งไลน์โคฮีเรนต์แบบฝังในตัวหรือ CFP2-DCO	ระยะส่งและการตรวจติดตามดีที่สุด; สองกล่อง สองระบบจัดการของสองผู้ผลิต
โมดูลโคฮีเรนต์ถอดเสียบในเราเตอร์ (400ZR / ZR+ ใน QSFP-DD/OSFP)	ตัวโมดูลเอง (CFEC/oFEC) โดยมีเราเตอร์เป็นโฮสต์	โมดูลเดียว ไม่มีออปติกส์ฝั่งไคลเอนต์	กล่องน้อยลงและกินไฟน้อยลง; ระยะส่งจำกัดอยู่ที่เมโทร/ภูมิภาค; ตรวจติดตามผ่าน CMIS VDM; ระบบสายต้องเปิด
ความยาวคลื่นแปลกปลอม (alien)	ทรานสปอนเดอร์ใดก็ได้บนระบบสายของบุคคลที่สาม	เหมือนข้างต้น	ต้องมีระบบสายแบบเปิดที่ยอมรับช่องสัญญาณจากภายนอกและมีข้อตกลงด้านการจัดการกำลัง
DWDM แบบพาสซีฟด้วย SFP+ 10G ความยาวคลื่นคงที่/ปรับได้	ไม่มี (มีแค่ FEC ฝั่งไคลเอนต์)	SFP+ DWDM ปรับความยาวคลื่นได้เสียบตรงเข้าสวิตช์ มัลติเพล็กเซอร์แบบพาสซีฟ อาจมี EDFA หนึ่งตัว	ถูกที่สุดสำหรับ 10G × 40 ระยะ ≤ 80 km; ไม่มีการตรวจติดตามแบบ OTN (ทรานซีฟเวอร์ปรับความยาวคลื่นได้)

การป้องกันและความทนทาน

กลไก	ชั้น	เวลาสลับ	หมายเหตุ
OLP 1+1	เชิงแสง	~50 ms	เส้นทางใยแก้วนำแสงสำรอง; ความจุลดลงครึ่งหนึ่ง
OTN SNCP	OTN	~50 ms	ต่อ ODU; ต้องปิดจบ OTN
การกู้คืนของ ROADM	เพลนควบคุมเชิงแสง	วินาที–นาที	จัดเส้นทางความยาวคลื่นใหม่หลังเกิดความล้มเหลว
ชั้นไคลเอนต์ (LAG, IP FRR, FC multipath)	ไคลเอนต์	ms–s	มักเพียงพอเมื่อใช้โมดูลโคฮีเรนต์แบบถอดเสียบ

รายการตรวจสอบการตัดสินใจด้านการออกแบบ

เมทริกซ์ทราฟฟิกและการเติบโต → จำนวนช่องสัญญาณ กริด แบนด์ C หรือ C+L
โทโพโลยี: จุดต่อจุด, วงแหวน, เมช → จำนวน degree ของ ROADM ต่อโหนด
งบประมาณ OSNR และความไม่เป็นเชิงเส้นต่อเส้นทาง → รูปแบบมอดูเลชันและคลาสระยะส่งต่อความยาวคลื่น
โมดูลโคฮีเรนต์ถอดเสียบเทียบกับทรานสปอนเดอร์ต่อไซต์ และข้อกำหนดของระบบสายแบบเปิด
OTN: จำเป็นหรือไม่สำหรับการมัลติเพล็กซ์ระดับต่ำกว่าความยาวคลื่น, SLA ที่เข้มงวด, การตรวจติดตามแบบแทนเดม หากไม่จำเป็นการป้องกันระดับไคลเอนต์อาจเพียงพอ
การตรวจติดตาม: OSC, OCM, pre-FEC BER ต่อช่องสัญญาณ, ค่าเกณฑ์อะลาร์ม (การตรวจติดตาม)
ค่าฐานตอนตรวจรับ: กำลังต่อช่องสัญญาณ, OSNR, BER เก็บไว้พร้อมข้อมูลระบุตัวตนของโมดูล

ใน CodingBox

โมดูลโคฮีเรนต์และ DWDM แบบถอดเสียบเข้าสู่เครือข่ายนี้ในรูปโมดูลที่มีข้อมูลระบุตัวตน การตั้งค่าช่องสัญญาณ และ VDM/DDM CodingBox อ่านและเขียนโค้ดข้อมูลระบุตัวตนของโมดูล (แผนผังการปรับความยาวคลื่น, กริดช่องสัญญาณ) และแสดงค่าตรวจวัดฝั่งโมดูลที่ระบบสายมองไม่เห็น ได้แก่ ความคลาดเคลื่อนของความถี่เลเซอร์ กำลัง Tx/Rx, pre-FEC BER บน DDM และ Check transceiver

มุมมองด้านโครงสร้างพื้นฐานใยแก้วนำแสงของเครือข่ายเหล่านี้ ได้แก่ จุดต่อจุด, วงแหวน, เมช, ระบบสายแบบมีโครงสร้าง, การวางแผนจำนวนใยแก้วนำแสง, การป้องกัน และเวลาหน่วง: โทโพโลยีเครือข่ายใยแก้วนำแสง

หากพบข้อมูลที่ไม่ถูกต้องหรือข้อผิดพลาดในบทความนี้ ให้เลือกข้อความส่วนนั้นแล้วกด Ctrl+Enter เพื่อ