Дизайн сети DWDM: линейные системы, ROADM, OTN, модули

Сеть DWDM слоиста: цветной свет в волокне (линейная система), цифровая обёртка, несущая клиентов и исправляющая ошибки (OTN), и сами клиенты (Ethernet, FC, SDH). Куда вставляется трансивер — в полку транспондеров или прямо в маршрутизатор как модуль 400ZR — решает, кто владеет каждым слоем. Здесь — карта слоёв, строительные блоки и проектные решения, чтобы цветной съёмный модуль можно было поместить в контекст.

Слои

Слой	Элементы	Заботы
Клиентский	Ethernet 10/100/400G, FC, SDH/SONET, видео	серая оптика между клиентским устройством и транспондером или её нет, если клиент использует когерентный модуль
OTN (ITU-T G.709)	кадры OTU, оборачивающие контейнеры ODU, FEC, тандемный мониторинг	мультиплексирование, мониторинг производительности, защитное переключение
Оптический канал	транспондеры / мукспондеры или когерентные модули, дающие длины волн сетки ITU	формат модуляции, OSNR, дисперсия
Линейная система / OMS	mux/demux, усилители, ROADM, OSC, DCM	инженерия пролётов (Усиление и OSNR)
Волокно / OTS	пары волокон, разъёмы, сварки	потери, дисперсия, PMD, OTDR

Строительные блоки линейной системы

Блок	Функция	Примечания
Mux/demux (AWG или TFF)	объединяют/разделяют 40–96 каналов	фиксированный план каналов; Сетка ITU
ROADM (реконфигурируемый OADM)	ввод/вывод или пропуск любого канала под управлением софта; степени = число линейных направлений (2 для узла кольца, 4–8 для сетевого концентратора)	на основе WSS (селективного по длине волны коммутатора); варианты colourless/directionless/contentionless (CDC)
Усилители	бустер, линейный, предусилитель	Усиление и OSNR
OSC — оптический служебный канал	внеполосное управление на 1510 или 1625 нм	несёт DCN, управление усилителями, мониторинг потерь пролёта
DCM	компенсация дисперсии (системы с прямым детектированием)	отсутствует в полностью когерентных проектах
OCM / OPM	монитор мощности по каналам	ввод и аварии
OLP — оптическая защита линии	1+1 разветвитель/переключатель на двух волоконных маршрутах	переключение ~50 мс

Сетка и ёмкость

Сетка	Каналов в C-диапазоне	На канал	Итого	Примечания
100 ГГц фиксированная	40–48	10G / 100G	0,4–4,8 Тбит/с	наследие и простое метро
50 ГГц фиксированная	80–96	10G / 100G / 200G	до 19 Тбит/с	мейнстрим
75 ГГц	~64	400G (60 ГБод)	25 Тбит/с	ширина канала 400ZR/ZR+
Flexgrid (слоты 12,5 ГГц)	переменно	100G–800G+	30–40+ Тбит/с	суперканалы; требует flexgrid-ROADM
C + L диапазоны	×2	—	60–80 Тбит/с	усилители L-диапазона

Когерентные транспондеры обменивают ёмкость на дальность на длине волны — 400G 16QAM для метро, 300G 8QAM региональные, 200G QPSK дальняя связь на том же железе, — поэтому проект выбирает формат на каждый путь (Когерент и дальняя связь).

OTN вкратце

Контейнер	Скорость	Типичный клиент
ODU0 / ODU1 / ODU2 / ODU2e	1,25 / 2,5 / 10,04 / 10,4 Гбит/с	GbE / STM-16 / STM-64 / 10GbE
ODU3 / ODU4	40 / 104 Гбит/с	40GbE / 100GbE
ODUflex	n × 1,25 Гбит/с	FC, произвольные
OTU2 / OTU4	10,7 / 112 Гбит/с	линейные кадры с FEC
OTUCn / FlexO	n × 100G	когерентная линия 200G–800G

OTN добавляет: FEC (GFEC RS(255,239) ≈ 6,2 дБ выигрыша; вендорский SD-FEC ≈ 10–11 дБ в когерентных линейных картах), мониторинг производительности по секциям и путям (BIP-8, тандемный мониторинг соединений), мультиплексирование многих клиентов в одну длину волны (мукспондеры) и защиту (SNCP, ~50 мс). Клиенты видят прозрачную трубу; слой OTN видит каждую битовую ошибку.

Где стоит съёмный модуль

Архитектура	Кто терминирует OTN / FEC	Оптика	Компромиссы
Полка транспондеров / мукспондеров	линейная карта вендора DWDM	серая клиентская оптика + встроенная или CFP2-DCO когерентная линейная сторона	лучшие дальность и мониторинг; две коробки, два управления вендоров
Когерентный модуль в маршрутизаторе (400ZR / ZR+ в QSFP-DD/OSFP)	модуль (CFEC/oFEC), маршрутизатор как хост	один модуль, без клиентской оптики	меньше коробок и ватт; дальность ограничена метро/регионом; мониторинг через VDM CMIS; линейная система должна быть открытой
Чужая длина волны	любой транспондер на сторонней линейной системе	как выше	требует открытой линейной системы, принимающей чужие каналы, и договора об управлении мощностью
Пассивный DWDM с фиксированными/перестраиваемыми SFP+ 10G	никто (только клиентский FEC)	перестраиваемые DWDM SFP+ прямо в коммутаторы, пассивный mux, возможно один EDFA	дешевле всего для 10G × 40 на ≤ 80 км; без мониторинга OTN (Перестраиваемые трансиверы)

Защита и устойчивость

Механизм	Слой	Время переключения	Примечания
OLP 1+1	оптический	~50 мс	дублирующий волоконный маршрут; вдвое меньше ёмкости
OTN SNCP	OTN	~50 мс	на ODU; нужна терминация OTN
Восстановление ROADM	оптическая плоскость управления	секунды — минуты	перемаршрутизирует длины волн после отказов
Клиентский слой (LAG, IP FRR, многопутёвость FC)	клиент	мс — с	часто достаточно с когерентными модулями

Чек-лист проектных решений

Матрица трафика и рост → число каналов, сетка, C или C+L.
Топология: точка-точка, кольцо, сеть → степени ROADM на узел.
OSNR и нелинейный бюджет по путям → формат и класс дальности на длину волны.
Когерентные модули или транспондеры по узлам и требования к открытой линейной системе.
OTN: нужен ли для субволнового мультиплексирования, жёстких SLA, тандемного мониторинга? Иначе может хватить защиты клиентского слоя.
Мониторинг: OSC, OCM, BER до FEC по каналам, пороги аварий (Мониторинг).
База ввода: мощность, OSNR, BER по каналам; хранить вместе с идентификацией модулей.

В CodingBox

Когерентные и DWDM-модули входят в эту сеть как модули с идентификацией, настройкой канала и VDM/DDM. CodingBox читает и кодирует их идентификацию (карты tunable, сетки каналов) и показывает модульные мониторы, которых линейная система не видит — ошибку частоты лазера, мощность Tx/Rx, BER до FEC — на DDM и Check transceiver.