Aunque gran parte de la atención del sector se ha centrado en la evolución de los motores ópticos coherentes, con motores integrados capaces de ofrecer 800 Gb/s y enchufables compactos con capacidad de 400 Gb/s, los sistemas de línea DWDM que transportan estas longitudes de onda también han evolucionado. Entre los factores clave de esta evolución se encuentran la maximización del alcance de la capacidad de los motores ópticos coherentes, la habilitación de redes ópticas abiertas y la minimización del coste total de propiedad (CTP). La innovación en los sistemas de línea se produce a nivel de componentes: conmutador selectivo de longitud de onda (WSS), amplificador, conmutador de multidifusión, monitor de canal óptico (OCM), canal de supervisión óptica (OSC), reflectómetro óptico de dominio del tiempo (OTDR), etc. También se produce a nivel de sistemas: factor de forma de la estantería, factor de forma del módulo, software de control del enlace, interfaces de gestión, etc. Teniendo en cuenta estos dos tipos, a continuación presento lo que considero son las cinco principales áreas de innovación de los sistemas de línea:
- Innovación en WSS
Los ROADM aprovechan la tecnología WSS y son el principal tipo de sistema de línea para muchas aplicaciones, como los equipos de terminación de líneas metropolitanas, de larga distancia y submarinas (SLTE). Mientras que los primeros ROADMs aprovechaban las tecnologías de bloqueadores de longitud de onda y de circuitos de ondas luminosas planas, las principales tecnologías WSS actuales son espejos de sistemas microelectromecánicos, incluyendo el procesamiento digital de la luz (DLP), el cristal líquido (LC) y el cristal líquido sobre silicio (LCoS). Las tecnologías DLP o LC, de bajo coste, suelen ser las más utilizadas, mientras que las más caras son las LCoS. Los WSS también han evolucionado en cuanto al número de puertos, de 1×2 a 1×30+, evolucionando a un número de puertos aún mayor (48, 60, etc.) en el futuro. El espectro de la banda C ha aumentado de 3.200 GHz a 4.800 GHz. Las mejoras recientes incluyen 6.000 GHz en la banda C y 9.600 GHz con la banda C+L, que a su vez está evolucionando de WSS separadas a una única WSS C+L. Han surgido WSS MxN con y sin contención para permitir la adición/desconexión escalable sin colores y sin colores y sin contención.
El espaciado de los canales pasó de 100 GHz a 50 GHz a una red flexible, primero con una granularidad de 12,5 GHz y luego de 6,25 GHz, y la granularidad de 3,125 GHz se ha convertido en un requisito para las aplicaciones SLTE. El rendimiento está mejorando con una mejor capacidad de conexión en cascada, lo que permite tener más WSS en la trayectoria de la longitud de onda, ya que las penalizaciones por estrechamiento del filtro se han reducido con una forma de banda de paso más cuadrada. La huella de las WSS se ha reducido drásticamente, especialmente con la llegada de las WSS optimizadas para el borde (es decir, 1×4). Los WSS gemelos han reducido el espacio necesario para los ROADM de enrutamiento y selección. Los ecualizadores de ganancia dinámica (DGE) que aprovechan la tecnología WSS también permiten ampliar el alcance cuando se integran con amplificadores en línea (ILA) en redes de larga distancia.
Además de la evolución de los componentes WSS, el factor de forma de los ROADM ha evolucionado. El factor de forma original de los ROADM consistía de módulos individuales para cada componente de un grado ROADM, como se muestra en la Figura 1. Esto tiene ventajas en cuanto a la posibilidad de mezclar y combinar una amplia gama de amplificadores, pero suele suponer una mayor carga de trabajo y una instalación más compleja, con la necesidad de cablear correctamente todos estos módulos. Alrededor de 2007 surgió un enfoque alternativo denominado «ROADM-on-a-blade», con todos los componentes necesarios para un grado ROADM (WSS, amplificador de entrada, amplificador de salida, OCM, OSC, etc.) en un solo módulo. Una tercera alternativa que surgió en 2015, originalmente puramente para WDM fijo con WSS posterior, fue poner los componentes individuales del sistema de línea en enchufables de capa óptica compacta.
- Innovación en los amplificadores
Los amplificadores han evolucionado en cuanto a la ganancia que pueden ofrecer. Un factor clave que contribuye a esta mayor ganancia es la adopción de arquitecturas ROADM-on-a-blade integradas con conexiones internas a los amplificadores, que permiten niveles de potencia más elevados. También han mejorado en cuanto al ruido de emisión espontánea amplificado que se añade para una ganancia determinada. Otra evolución ha sido la de los amplificadores de ganancia fija a los de ganancia variable. Los amplificadores de ganancia variable suelen cubrir un rango específico de pérdidas de tramo, siendo necesarios al menos tres tipos (por ejemplo, 0-18 dB, 14-25 dB, 22-35 dB). Posteriormente, esto evolucionó a amplificadores de ganancia conmutable con un único número de pieza capaz de cubrir un rango de pérdida de tramo muy amplio (es decir, 0-32 dB). Además, ha habido una tendencia hacia la amplificación híbrida que combina la amplificación de fibra dopada con erbio (EDFA) con Raman para reducir el ruido. Una última innovación en materia de amplificación es la reciente disponibilidad de EDFAs endurecidos (es decir, de -40°C a + 65°C), lo que simplifica el despliegue de la DWDM amplificada en instalaciones de red que carecen de control de temperatura, por ejemplo, en redes de borde de metro y en algunos entornos específicos de larga distancia (por ejemplo, ILAs en el desierto).
- Modularidad compacta
Las plataformas de sistemas de línea han evolucionado a partir de los sistemas de transporte tradicionales basados en chasis con una profundidad inferior a 300 mm y un flujo de aire de lado a lado. La primera evolución fue de chasis grandes (12+ RU) a chasis más compactos (~5RU) hacia 2007, más o menos al mismo tiempo que el ROADM-on-a-blade. En 2015 se lanzaron plataformas modulares compactas de 600 mm de profundidad con flujo de aire de adelante hacia atrás, que ahora pueden ofrecer la funcionalidad completa del sistema de línea, incluido el ROADM, además de una amplia gama de otras funciones (por ejemplo, transpondedor/muxpondedor) en sleds autónomos. En cuanto a la huella del sistema de línea, hemos pasado de unas 6RU por grado ROADM para larga distancia y 3RU por grado ROADM para metro en el periodo 2005-2010 a dos grados ROADM en 1RU con las modernas plataformas modulares compactas de 600 mm. El modular compacto de 300 mm es la siguiente evolución. Un aspecto adicional de esta evolución de las plataformas es el paso de plataformas específicas para cada aplicación a una única plataforma común que pueda soportar aplicaciones desde el borde del metro, pasando por el núcleo del metro, hasta el largo recorrido y el SLTE.
- Sistemas de línea abierta
Con ventajas como la aceleración de la innovación, la optimización de las redes y la transformación de la economía, muchos operadores de redes están adoptando las redes ópticas abiertas. Por ello, los sistemas de línea son cada vez más abiertos, con OCM integrados, atenuación basada en WSS y control de enlaces ajeno a la longitud de onda que simplifican la compatibilidad con las longitudes de onda de terceros, mientras que las capacidades de red flexible proporcionan una vía para los servicios de espectro. Las interfaces de gestión, como TL1 y SNMP, están evolucionando hacia API abiertas (NETCONF, RESTCONF, gRPC, gNMI, etc.) con modelos de datos estandarizados (Open ROADM MSA, OpenConfig). El Open ROADM MSA también ha proporcionado estándares para la interoperabilidad de líneas entre ROADMs de metro de diferentes proveedores, con especificaciones que cubren el controlador de dominio SDN, el control de enlaces, los niveles de potencia, la seguridad láser, la monitorización del rendimiento, la detección de fallos y el OSC.
- Mejora de las operaciones y la capacidad de gestión
Varias innovaciones responden a la necesidad de reducir los costes operativos y mejorar la capacidad de gestión. Por ejemplo, un OTDR transmite pulsos de luz en la fibra que se está probando y luego analiza la luz que se devuelve a través de la dispersión y los reflejos. Los casos de uso incluyen la identificación de la ubicación de los cortes de fibra, la detección del aumento de la pérdida de fibra y la detección de intrusiones. El OTDR integrado comenzó a aparecer como una opción de ROADM alrededor de 2015. Más recientemente, los OTDR basados en SFP han proporcionado una alternativa más compacta, pero de una sola fibra, a los factores de forma de OTDR de mayor rendimiento que admiten múltiples fibras a través de un conmutador óptico. Ahora hay SFP que integran el OSC y el OTDR, con el SFP actuando como OSC hasta que hay un corte de fibra y luego cambiando a un OTDR «fuera de servicio». Los OTDR coherentes son otra innovación reciente. Mientras que los OTDR tradicionales pueden medir las pérdidas, los OTDR coherentes también pueden medir parámetros como la dispersión cromática, la dispersión del modo de polarización y los cambios de estado de la polarización. Y con la capacidad de pasar a través de amplificadores, pueden utilizarse para supervisar toda la longitud de una fibra transoceánica repetida. Otras aplicaciones potenciales de los OTDRs coherentes incluyen la alerta previa de cortes de fibra terrestre basados en las vibraciones de la actividad de construcción y la monitorización submarina de la actividad sísmica.
Como otro ejemplo, los OTDRs proporcionan la capacidad de monitorizar el nivel de potencia de cada longitud de onda. Esta información puede ser utilizada por el control del enlace para atenuar cada longitud de onda con WSSs en los sitios ROADM o DGEs en los sitios ILA para optimizar el nivel de potencia de cada longitud de onda. Los OCM también pueden utilizarse para solucionar problemas de la red. Entre las innovaciones recientes se encuentran los OCM de rejilla flexible y los OCM coherentes de mayor resolución. Los OCM coherentes ofrecen una precisión por debajo de los GHz y una monitorización de potencia muy exacta de cortes espectrales finos e independientes de la potencia del canal adyacente. Reducen el tiempo de exploración de la banda C de segundos a cientos de milisegundos y proporcionan un procesamiento avanzado de las características espectrales, como la detección de canales válidos, la longitud de onda central y la relación señal/ruido óptico.
Por último, el OSC proporciona un canal de comunicación entre nodos adyacentes que puede utilizarse para funciones como el control de enlaces, la gestión en banda, el plano de control (es decir, ASON/GMPLS) y la medición de pérdidas de tramo. Las velocidades de datos del OSC han evolucionado de ~2 Mb/s a ~100-155 Mb/s, y más recientemente a 1 Gb/s. La ubicación del OSC ha pasado del controlador de la estantería a la tarjeta ROADM y, más recientemente, a los enchufables SFP, que también permiten diferentes tipos de OSC que satisfacen requisitos específicos de aplicación e interoperabilidad.
Reducción del CTP de la red óptica
Estas innovaciones están proporcionando a los operadores de redes una serie de beneficios clave, como la mejora de la capacidad de alcance del motor óptico coherente, el aumento de la capacidad de la fibra, un mayor grado y flexibilidad de adición/desconexión, la reducción de la huella, la mayor disponibilidad de la red, la reducción de los costes operativos y la aceleración de la innovación de las redes ópticas abiertas. En conjunto, estas ventajas permiten a los operadores de redes reducir significativamente el CTP de sus redes ópticas.
