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                                                                May 2005
      Impairments and Other Constraints on Optical Layer Routing

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Copyright (C) The Internet Society (2005).




Optical networking poses a number challenges for Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS). Fundamentally, optical technology is an analog rather than digital technology whereby the optical layer is lowest in the transport hierarchy and hence has an intimate relationship with the physical geography of the network. This contribution surveys some of the aspects of optical networks that impact routing and identifies possible GMPLS responses for each: (1) Constraints arising from the design of new software controllable network elements, (2) Constraints in a single all-optical domain without wavelength conversion, (3) Complications arising in more complex networks incorporating both all-optical and opaque architectures, and (4) Impacts of diversity constraints.

光ネットワークは、一般化マルチプロトコルラベルスイッチング(GMPLS)に多くの課題をもたらします。 基本的に、光学技術はデジタル技術ではなくアナログ技術であり、光学層はトランスポート階層で最も低く、したがってネットワークの物理的な地理と密接な関係があります。 このコントリビューションでは、ルーティングに影響を与える光ネットワークのいくつかの側面を調査し、それぞれの可能なGMPLS応答を特定します。 、(3)全光学アーキテクチャと不透明アーキテクチャの両方を組み込んだより複雑なネットワークで発生する合併症、および(4)多様性の制約の影響。

Table of Contents


   1.  Introduction .................................................  2
   2.  Sub-IP Area Summary and Justification of Work ................  3
   3.  Reconfigurable Network Elements ..............................  3
       3.1.  Technology Background ..................................  3
       3.2.  Implications for Routing ...............................  6
   4.  Wavelength Routed All-Optical Networks .......................  6
       4.1.  Problem Formulation ....................................  7
       4.2.  Polarization Mode Dispersion (PMD) .....................  8
       4.3.  Amplifier Spontaneous Emission .........................  9
       4.4.  Approximating the Effects of Some Other
             Impairments Constraints ................................ 10
       4.5.  Other Impairment Considerations ........................ 13
       4.6.  An Alternative Approach - Using Maximum
             Distance as the Only Constraint ........................ 13
       4.7.  Other Considerations ................................... 15
       4.8.  Implications for Routing and Control Plane Design ...... 15
   5.  More Complex Networks ........................................ 17
   6.  Diversity .................................................... 19
       6.1.  Background on Diversity ................................ 19
       6.2.  Implications for Routing ............................... 23
   7.  Security Considerations ...................................... 23
   8.  Acknowledgements ............................................. 24
   9.  References ................................................... 25
       9.1.  Normative References ................................... 25
       9.2.  Informative References ................................. 26
   10. Contributing Authors ......................................... 26
1. Introduction
1. はじめに

Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) [Mannie04] aims to extend MPLS to encompass a number of transport architectures, including optical networks that incorporate a number of all-optical and opto-electronic elements, such as optical cross-connects with both optical and electrical fabrics, transponders, and optical add-drop multiplexers. Optical networking poses a number of challenges for GMPLS. Fundamentally, optical technology is an analog rather than digital technology whereby the optical layer is lowest in the transport hierarchy and hence has an intimate relationship with the physical geography of the network.

Generalized Multi-Protocol Label Switching(GMPLS)[Mannie04]は、MPLSを拡張して、多くのトランスポートアーキテクチャを網羅することを目的としています。 および電気ファブリック、トランスポンダー、および光アドドロップマルチプレクサー。 光ネットワークは、GMPLSに多くの課題をもたらします。 基本的に、光学技術はデジタル技術ではなくアナログ技術であり、光学層はトランスポート階層で最も低く、したがってネットワークの物理的な地理と密接な関係があります。

GMPLS already has incorporated extensions to deal with some of the unique aspects of the optical layer. This contribution surveys some of the aspects of optical networks that impact routing and identifies possible GMPLS responses for each. Routing constraints and/or complications arising from the design of network elements, the accumulation of signal impairments, and the need to guarantee the physical diversity of some circuits are discussed.

GMPLSは、光学層のユニークな側面のいくつかに対処するための拡張機能をすでに組み込んでいます。 この貢献は、ルーティングに影響を与える光ネットワークのいくつかの側面を調査し、それぞれの可能なGMPLS応答を識別します。 ネットワーク要素の設計、信号障害の蓄積、および一部の回線の物理的多様性を保証する必要性から生じるルーティングの制約および/または複雑性について説明します。

Since the purpose of this document is to further the specification of GMPLS, alternative approaches to controlling an optical network are not discussed. For discussions of some broader issues, see [Gerstel2000] and [Strand02].

このドキュメントの目的はGMPLSの仕様をさらに進めることであるため、光ネットワークを制御するための代替アプローチについては説明しません。 より広範な問題の議論については、[Gerstel2000]および[Strand02]を参照してください。

The organization of the contribution is as follows:


- Section 2 is a section requested by the sub-IP Area management for all new documents. It explains how this document fits into the Area and into the IPO WG, and why it is appropriate for these groups.

-セクション2は、すべての新しいドキュメントに対してサブIPエリア管理が要求するセクションです。 この文書が本エリアおよびIPO WGにどのように適合し、これらのグループに適している理由を説明しています。

- Section 3 describes constraints arising from the design of new software controllable network elements.


- Section 4 addresses the constraints in a single all-optical domain without wavelength conversion.


- Section 5 extends the discussion to more complex networks and incorporates both all-optical and opaque architectures.


- Section 6 discusses the impacts of diversity constraints.


- Section 7 deals with security requirements.


- Section 8 contains acknowledgments.


- Section 9 contains references.


- Section 10 contains contributing authors' addresses.


2. Sub-IP Area Summary and Justification of Work

This document merges and extends two previous expired Internet-Drafts that were made IPO working group documents to form a basis for a design team at the Minneapolis IETF meeting, where it was also requested that they be merged to create a requirements document for the WG.


In the larger sub-IP Area structure, this merged document describes specific characteristics of optical technology and the requirements they place on routing and path selection. It is appropriate for the IPO working group because the material is specific to optical networks. It identifies and documents the characteristics of the optical transport network that are important for selecting paths for optical channels, which is a work area for the IPO WG. The material covered is directly aimed at establishing a framework and requirements for routing in an optical network.

より大きなサブIPエリア構造では、このマージされたドキュメントは、光技術の特定の特性と、ルーティングとパス選択に課される要件を説明しています。 素材は光ネットワークに固有であるため、IPOワーキンググループに適しています。 IPO WGの作業領域である光チャネルのパスを選択するために重要な光トランスポートネットワークの特性を識別して文書化します。 対象となる資料は、光ネットワークでのルーティングのフレームワークと要件を確立することを直接目的としています。

3. Reconfigurable Network Elements
3.1. Technology Background
3.1. 技術の背景

Control plane architectural discussions (e.g., [Awduche99]) usually assume that the only software reconfigurable network element is an optical layer cross-connect (OLXC). There are however other software reconfigurable elements on the horizon, specifically tunable lasers and receivers and reconfigurable optical add-drop multiplexers (OADM). These elements are illustrated in the following simple example, which is modeled on announced Optical Transport System (OTS) products:

コントロールプレーンのアーキテクチャに関する議論([Awduche99]など)では、通常、ソフトウェアで再構成可能な唯一のネットワーク要素は光学層相互接続(OLXC)であると想定しています。 ただし、水平線上には他のソフトウェアの再構成可能な要素、特に調整可能なレーザーと受信機、および再構成可能な光アドドロップマルチプレクサー(OADM)があります。 これらの要素は、発表された光伝送システム(OTS)製品をモデルにした次の簡単な例で説明されています。

               +                                       +
   ---+---+    |\                                     /|    +---+---
   ---| A |----|D|          X              Y         |D|----| A |---
   ---+---+    |W|     +--------+     +--------+     |W|    +---+---
        :      |D|-----|  OADM  |-----|  OADM  |-----|D|      :
   ---+---+    |M|     +--------+     +--------+     |M|    +---+---
   ---| A |----| |      |      |       |      |      | |----| A |---
   ---+---+    |/       |      |       |      |       \|    +---+---
               +      +---+  +---+   +---+  +---+      +
                D     | A |  | A |   | A |  | A |     E
                      +---+  +---+   +---+  +---+
                       | |    | |     | |    | |

Figure 3-1: An OTS With OADMs - Functional Architecture


In Fig. 3-1, the part that is on the inner side of all boxes labeled "A" defines an all-optical subnetwork. From a routing perspective two aspects are critical:

図3-1では、「A」というラベルが付いたすべてのボックスの内側にある部分が、すべて光のサブネットワークを定義しています。 ルーティングの観点から、2つの側面が重要です。

- Adaptation: These are the functions done at the edges of the subnetwork that transform the incoming optical channel into the physical wavelength to be transported through the subnetwork.


- Connectivity: This defines which pairs of edge Adaptation functions can be interconnected through the subnetwork.


In Fig. 3-1, D and E are DWDMs and X and Y are OADMs. The boxes labeled "A" are adaptation functions. They map one or more input optical channels assumed to be standard short reach signals into a long reach (LR) wavelength or wavelength group that will pass transparently to a distant adaptation function. Adaptation functionality that affects routing includes:

図3-1では、DとEはDWDM、XとYはOADMです。 「A」というラベルの付いたボックスは、適応機能です。 これらは、標準の短距離信号と想定される1つ以上の入力光チャネルを、遠距離適応機能に透過的に渡される長距離(LR)波長または波長グループにマッピングします。 ルーティングに影響する適応機能には以下が含まれます。

- Multiplexing: Either electrical or optical TDM may be used to combine the input channels into a single wavelength. This is done to increase effective capacity: A typical DWDM might be able to handle 100 2.5 Gb/sec signals (250 Gb/sec total) or 50 10 Gb/sec (500 Gb/sec total); combining the 2.5 Gb/sec signals together thus effectively doubles capacity. After multiplexing the combined signal must be routed as a group to the distant adaptation function.

-多重化:電気的または光学的なTDMを使用して、入力チャネルを単一の波長に結合できます。 これは、実効容量を増やすために行われます。通常のDWDMは、100個の2.5 Gb /秒信号(合計250 Gb /秒)または50 10 Gb /秒(合計500 Gb /秒)を処理できます。 したがって、2.5 Gb /秒の信号を結合すると、容量が事実上2倍になります。 多重化後、結合された信号はグループとして遠方の適応機能にルーティングされる必要があります。

- Adaptation Grouping: In this technique, groups of k (e.g., 4) wavelengths are managed as a group within the system and must be added/dropped as a group. We will call such a group an "adaptation grouping". Examples include so called "wave group" and "waveband" [Passmore01]. Groupings on the same system may differ in basics such as wavelength spacing, which constrain the type of channels that can be accommodated.

-適応グループ化:この手法では、k(例:4)波長のグループはシステム内のグループとして管理され、グループとして追加/ドロップする必要があります。 このようなグループを「適応グループ化」と呼びます。 例には、いわゆる「ウェーブグループ」と「ウェーブバンド」が含まれます[Passmore01]。 同じシステム上のグループ化は、波長間隔などの基本的な点で異なる場合があり、これにより、対応できるチャネルのタイプが制限されます。

- Laser Tunability: The lasers producing the LR wavelengths may have a fixed frequency, may be tunable over a limited range, or may be tunable over the entire range of wavelengths supported by the DWDM. Tunability speeds may also vary.

-レーザーの調整可能性:LR波長を生成するレーザーは、周波数が固定されているか、限られた範囲で調整可能であるか、DWDMがサポートする波長の範囲全体で調整可能です。 調整速度も異なる場合があります。

Connectivity between adaptation functions may also be limited:


- As pointed out above, TDM multiplexing and/or adaptation grouping by the adaptation function forces groups of input channels to be delivered together to the same distant adaptation function.


- Only adaptation functions whose lasers/receivers are tunable to compatible frequencies can be connected.


- The switching capability of the OADMs may also be constrained.


For example:


o There may be some wavelengths that can not be dropped at all.


o There may be a fixed relationship between the frequency dropped and the physical port on the OADM to which it is dropped.


o OADM physical design may put an upper bound on the number of adaptation groupings dropped at any single OADM.

o OADMの物理設計では、単一のOADMでドロップされる適応グループの数に上限を設ける場合があります。

For a fixed configuration of the OADMs and adaptation functions connectivity will be fixed: Each input port will essentially be hard-wired to some specific distant port. However this connectivity can be changed by changing the configurations of the OADMs and adaptation functions. For example, an additional adaptation grouping might be dropped at an OADM or a tunable laser retuned. In each case the port-to-port connectivity is changed.

OADMと適応機能の固定構成では、接続が固定されます。各入力ポートは、特定の遠隔ポートに基本的に配線されます。 ただし、この接続性は、OADMおよび適応機能の構成を変更することで変更できます。 たとえば、追加の適応グループ化がOADMでドロップされたり、調整可能なレーザーが再調整されたりする場合があります。 いずれの場合も、ポート間の接続が変更されます。

These capabilities can be expected to be under software control. Today the control would rest in the vendor-supplied Element Management system (EMS), which in turn would be controlled by the operator's OSes. However in principle the EMS could participate in the GMPLS routing process.

これらの機能は、ソフトウェアの制御下にあることが期待できます。 今日、制御はベンダーが提供する要素管理システム(EMS)に置かれ、これはオペレーターのOSによって制御されます。 ただし、EMSは原則としてGMPLSルーティングプロセスに参加できます。

3.2. Implications for Routing
3.2. ルーティングへの影響

An OTS of the sort discussed in Sec. 3.1 is essentially a geographically distributed but blocking cross-connect system. The specific port connectivity is dependent on the vendor design and also on exactly what line cards have been deployed.

Secで説明されている種類のOTS。 3.1は本質的に地理的に分散していますが、クロスコネクトシステムをブロックしています。 特定のポート接続は、ベンダーの設計と、展開されているラインカードによって異なります。

One way for GMPLS to deal with this architecture would be to view the port connectivity as externally determined. In this case the links known to GMPLS would be groups of identically routed wavebands. If these were reconfigured by the external EMS the resulting connectivity changes would need to be detected and advertised within GMPLS. If the topology shown in Fig. 3-1 became a tree or a mesh instead of the linear topology shown, the connectivity changes could result in Shared Risk Link Group (SRLG - see Section 6.2) changes.

GMPLSがこのアーキテクチャに対処する1つの方法は、外部から決定されたポート接続を表示することです。 この場合、GMPLSが認識しているリンクは、同じ経路のウェーブバンドのグループになります。 これらが外部EMSによって再構成された場合、結果の接続の変更を検出し、GMPLS内でアドバタイズする必要があります。 図3-1に示されているトポロジが、示されている線形トポロジではなくツリーまたはメッシュになった場合、接続の変更により、共有リスクリンクグループ(SRLG-セクション6.2を参照)が変更される可能性があります。

Alternatively, GMPLS could attempt to directly control this port connectivity. The state information needed to do this is likely to be voluminous and vendor specific.

または、GMPLSはこのポート接続を直接制御しようとする可能性があります。 これを行うために必要な状態情報は、大量かつベンダー固有である可能性があります。

4. Wavelength Routed All-Optical Networks

The optical networks deployed until recently may be called "opaque" ([Tkach98]): each link is optically isolated by transponders doing O/E/O conversions. They provide regeneration with retiming and reshaping, also called 3R, which eliminates transparency to bit rates and frame format. These transponders are quite expensive and their lack of transparency also constrains the rapid introduction of new services. Thus there are strong motivators to introduce "domains of transparency" - all-optical subnetworks - larger than an OTS.

最近まで展開されていた光ネットワークは「不透明」([Tkach98])と呼ばれる場合があります。各リンクは、O / E / O変換を行うトランスポンダーによって光学的に分離されます。 これらは、3Rとも呼ばれるリタイミングとリシェーピングを備えた再生成を提供します。これにより、ビットレートとフレーム形式の透過性がなくなります。 これらのトランスポンダーは非常に高価であり、透明性の欠如も新しいサービスの迅速な導入を制限します。 したがって、OTSよりも大きな「透明性のドメイン」(すべて光学的なサブネットワーク)を導入する強い動機があります。

The routing of lightpaths through an all-optical network has received extensive attention. (See [Yates99] or [Ramaswami98]). When discussing routing in an all-optical network it is usually assumed that all routes have adequate signal quality. This may be ensured by limiting all-optical networks to subnetworks of limited geographic size that are optically isolated from other parts of the optical layer by transponders. This approach is very practical and has been applied to date, e.g., when determining the maximum length of an Optical Transport System (OTS). Furthermore operational considerations like fault isolation also make limiting the size of domains of transparency attractive.

全光ネットワークを介したライトパスのルーティングは、大きな注目を集めています。 ([Yates99]または[Ramaswami98]を参照)。 全光ネットワークでルーティングを議論する場合、通常、すべてのルートに適切な信号品質があると想定されます。 これは、全光ネットワークを、トランスポンダーによって光学層の他の部分から光学的に分離された地理的サイズの限られたサブネットワークに制限することで保証できます。 このアプローチは非常に実用的であり、例えば、光伝送システム(OTS)の最大長を決定する場合など、現在まで適用されています。 さらに、障害分離などの運用上の考慮事項により、透過性のあるドメインのサイズを制限することも魅力的です。

There are however reasons to consider contained domains of transparency in which not all routes have adequate signal quality. From a demand perspective, maximum bit rates have rapidly increased from DS3 to OC-192 and soon OC-768 (40 Gb/sec). As bit rates increase it is necessary to increase power. This makes impairments and nonlinearities more troublesome. From a supply perspective, optical technology is advancing very rapidly, making ever-larger domains possible. In this section, we assume that these considerations will lead to the deployment of a domain of transparency that is too large to ensure that all potential routes have adequate signal quality for all circuits. Our goal is to understand the impacts of the various types of impairments in this environment.

ただし、すべてのルートに適切な信号品質があるわけではない、透過性の含まれるドメインを検討する理由があります。 需要の観点から、最大ビットレートはDS3からOC-192に、そしてすぐにOC-768(40 Gb /秒)に急速に増加しました。 ビットレートが増加すると、電力を増加する必要があります。 これにより、障害と非線形性がさらに面倒になります。 供給の観点から見ると、光学技術は非常に急速に進歩しており、これまで以上に大きな領域が可能になっています。 このセクションでは、これらの考慮事項により、すべての潜在的なルートがすべての回線に対して適切な信号品質を確保するには大きすぎる透過性ドメインの展開につながると想定しています。 私たちの目標は、この環境におけるさまざまなタイプの障害の影響を理解することです。

Note that, as we describe later in the section, there are many types of physical impairments. Which of these needs to be dealt with explicitly when performing on-line distributed routing will vary considerably and will depend on many variables, including:

このセクションの後半で説明するように、物理的な障害には多くの種類があることに注意してください。 オンライン分散ルーティングを実行するときにこれらのどれを明示的に処理する必要があるかは、かなり異なり、以下を含む多くの変数に依存します。

- Equipment vendor design choices, - Fiber characteristics, - Service characteristics (e.g., circuit speeds), - Network size, - Network operator engineering and deployment strategies.


For example, a metropolitan network that does not intend to support bit rates above 2.5 Gb/sec may not be constrained by any of these impairments, while a continental or international network that wished to minimize O/E/O regeneration investment and support 40 Gb/sec connections might have to explicitly consider many of them. Also, a network operator may reduce or even eliminate their constraint set by building a relatively small domain of transparency to ensure that all the paths are feasible, or by using some proprietary tools based on rules from the OTS vendor to pre-qualify paths between node pairs and put them in a table that can be accessed each time a routing decision has to be made through that domain.

たとえば、2.5 Gb /秒を超えるビットレートをサポートすることを意図していないメトロポリタンネットワークは、これらの障害のいずれにも制約されませんが、O / E / O再生投資を最小限に抑え、40 Gb / sec接続では、それらの多くを明示的に考慮する必要があります。 また、ネットワークオペレーターは、比較的小さな透明ドメインを構築してすべてのパスを実行可能にするか、OTSベンダーのルールに基づいた独自のツールを使用してノード間のパスを事前に修飾することにより、制約セットを削減または削除することもできます ペアを作成し、そのドメインを介してルーティングの決定を行う必要があるたびにアクセスできるテーブルにそれらを配置します。

4.1. Problem Formulation
4.1. 問題の定式化

We consider a single domain of transparency without wavelength translation. Additionally, due to the proprietary nature of DWDM transmission technology, we assume that the domain is either single vendor or architected using a single coherent design, particularly with regard to the management of impairments.

波長変換なしの単一ドメインの透明性を考慮します。 さらに、DWDM伝送テクノロジーの独自の性質により、ドメインは単一のベンダーであるか、特に障害の管理に関して単一の一貫した設計を使用して設計されていると想定しています。

We wish to route a unidirectional circuit from ingress client node X to egress client node Y. At both X and Y, the circuit goes through an O/E/O conversion that optically isolates the portion within our domain. We assume that we know the bit rate of the circuit. Also, we assume that the adaptation function at X may apply some Forward Error Correction (FEC) method to the circuit. We also assume we know the launch power of the laser at X.

入力クライアントノードXから出力クライアントノードYに単方向回線をルーティングします。XとYの両方で、回線はドメイン内の部分を光学的に分離するO / E / O変換を通過します。 回路のビットレートがわかっていると仮定します。 また、Xの適応機能が何らかの前方誤り訂正(FEC)方式を回路に適用する可能性があると想定しています。 また、Xでのレーザーの発射パワーを知っていると仮定します。

Impairments can be classified into two categories, linear and nonlinear. (See [Tkach98] or [Kaminow02] for more on impairment constraints.) Linear effects are independent of signal power and affect wavelengths individually. Amplifier spontaneous emission (ASE), polarization mode dispersion (PMD), and chromatic dispersion are examples. Nonlinearities are significantly more complex: they generate not only impairments on each channel, but also crosstalk between channels.

障害は、線形と非線形の2つのカテゴリに分類できます。 (障害の制約の詳細については、[Tkach98]または[Kaminow02]を参照してください。)線形効果は信号パワーに依存せず、波長に個別に影響します。 増幅器の自然放出(ASE)、偏光モード分散(PMD)、および色分散がその例です。 非線形性は非常に複雑です。各チャネルで障害が発生するだけでなく、チャネル間のクロストークも発生します。

In the remainder of this section we first outline how two key linear impairments (PMD and ASE) might be handled by a set of analytical formulae as additional constraints on routing. We next discuss how the remaining constraints might be approached. Finally we take a broader perspective and discuss the implications of such constraints on control plane architecture and also on broader constrained domain of transparency architecture issues.

このセクションの残りの部分では、最初に2つの主要な線形障害(PMDとASE)がルーティングの追加の制約として分析式のセットによってどのように処理されるかを概説します。 次に、残りの制約へのアプローチ方法について説明します。 最後に、より広い視野を取り、コントロールプレーンアーキテクチャおよび透明性アーキテクチャの問題のより広範な制約ドメインに対するこのような制約の影響について説明します。

4.2. Polarization Mode Dispersion (PMD)
4.2. 偏光モード分散(PMD)

For a transparent fiber segment, the general PMD requirement is that the time-average differential group delay (DGD) between two orthogonal state of polarizations should be less than some fraction a of the bit duration, T=1/B, where B is the bit rate. The value of the parameter a depends on three major factors: 1) margin allocated to PMD, e.g., 1dB; 2) targeted outage probability, e.g., 4x10-5, and 3) sensitivity of the receiver to DGD. A typical value for a is 10% [ITU]. More aggressive designs to compensate for PMD may allow values higher than 10%. (This would be a system parameter dependent on the system design. It would need to be known to the routing process.)

透明なファイバセグメントの場合、一般的なPMD要件は、偏光の2つの直交状態間の時間平均微分群遅延(DGD)がビット期間の一部a、T = 1 / Bよりも小さいことです(Bは ビットレート。 パラメータaの値は、3つの主要な要因に依存します。1)PMDに割り当てられたマージン、たとえば1dB。 2)目標停止確率(4x10-5など)、3)DGDに対する受信機の感度。 aの典型的な値は10%[ITU]です。 PMDを補正するためのより積極的な設計では、10%を超える値が許可される場合があります。 (これは、システム設計に依存するシステムパラメーターになります。ルーティングプロセスに認識される必要があります。)

The PMD parameter (Dpmd) is measured in pico-seconds (ps) per sqrt(km). The square of the PMD in a fiber span, denoted as span-PMD-square is then given by the product of Dpmd**2 and the span length. (A fiber span in a transparent network refers to a segment between two optical amplifiers.) If Dpmd is constant, this results in a upper bound on the maximum length of an M-fiber-span transparent segment, which is inversely proportional to the square of the product of bit rate and Dpmd (the detailed equation is omitted due to the format constraint - see [Strand01] for details).

PMDパラメーター(Dpmd)は、sqrt(km)あたりのピコ秒(ps)で測定されます。 スパン-PMD-squareとして示されるファイバースパンのPMDの2乗は、Dpmd ** 2とスパンの長さの積で与えられます。 (トランスペアレントネットワークのファイバスパンは、2つの光増幅器間のセグメントを指します。)Dpmdが一定の場合、これは、Mファイバスパントランスペアレントセグメントの最大長の上限になります。これは、正方形に反比例します。 ビットレートとDpmdの積の(詳細な式は形式の制約のために省略されています-詳細については[Strand01]を参照してください)。

For older fibers with a typical PMD parameter of 0.5 picoseconds per square root of km, based on the constraint, the maximum length of the transparent segment should not exceed 400km and 25km for bit rates of 10Gb/s and 40Gb/s, respectively. Due to recent advances in fiber technology, the PMD-limited distance has increased dramatically. For newer fibers with a PMD parameter of 0.1 picosecond per square root of km, the maximum length of the transparent segment (without PMD compensation) is limited to 10000km and 625km for bit rates of 10Gb/s and 40Gb/, respectively. Still lower values of PMD are attainable in commercially available fiber today, and the PMD limit can be further extended if a larger value of the parameter a (ratio of DGD to the bit period) can be tolerated. In general, the PMD requirement is not an issue for most types of fibers at 10Gb/s or lower bit rate. But it will become an issue at bit rates of 40Gb/s and higher.

制約に基づいて、kmの平方根あたり0.5ピコ秒の典型的なPMDパラメーターを持つ古いファイバーの場合、透明セグメントの最大長は、それぞれ10Gb / sおよび40Gb / sのビットレートで400kmおよび25kmを超えてはなりません。 ファイバー技術の最近の進歩により、PMD制限距離は劇的に増加しました。 kmの平方根あたり0.1ピコ秒のPMDパラメーターを持つ新しいファイバーの場合、透過セグメント(PMD補正なし)の最大長は、10Gb / sおよび40Gb /のビットレートでそれぞれ10000kmおよび625kmに制限されます。 PMDのさらに低い値は、今日市販されているファイバで達成可能であり、パラメータa(ビット周期に対するDGDの比率)のより大きな値を許容できる場合、PMD制限はさらに拡張できます。 一般に、PMD要件は、10Gb / s以下のビットレートのほとんどのタイプのファイバでは問題になりません。 ただし、40Gb / s以上のビットレートでは問題になります。

If the PMD parameter varies between spans, a slightly more complicated equation results (see [Strand01]), but in any event the only link dependent information needed by the routing algorithm is the square of the link PMD, denoted as link-PMD-square. It is the sum of the span-PMD-square of all spans on the link.

PMDパラメータがスパン間で異なる場合、やや複雑な方程式が得られます([Strand01]を参照)が、いずれにしても、ルーティングアルゴリズムに必要なリンク依存情報は、リンクPMDの2乗のみです。 。 これは、リンク上のすべてのスパンのスパンPMD平方の合計です。

Note that when one has some viable PMD compensation devices and deploy them ubiquitously on all routes with potential PMD issues in the network, then the PMD constraint disappears from the routing perspective.


4.3. Amplifier Spontaneous Emission
4.3. アンプ自然放出

ASE degrades the optical signal to noise ratio (OSNR). An acceptable optical SNR level (SNRmin), which depends on the bit rate, transmitter-receiver technology (e.g., FEC), and margins allocated for the impairments, needs to be maintained at the receiver. In order to satisfy this requirement, vendors often provide some general engineering rule in terms of maximum length of the transparent segment and number of spans. For example, current transmission systems are often limited to up to 6 spans each 80km long. For larger transparent domains, more detailed OSNR computations will be needed to determine whether the OSNR level through a domain of transparency is acceptable. This would provide flexibility in provisioning or restoring a lightpath through a transparent subnetwork.

ASEは、光信号対雑音比(OSNR)を低下させます。 ビットレート、トランスミッター/レシーバーテクノロジー(FECなど)、および障害に割り当てられたマージンに依存する許容可能な光SNRレベル(SNRmin)をレシーバーで維持する必要があります。 この要件を満たすために、ベンダーは多くの場合、透過セグメントの最大長とスパン数に関して一般的なエンジニアリングルールを提供します。 たとえば、現在の伝送システムは多くの場合、各80kmの長さで最大6スパンに制限されています。 より大きな透過ドメインの場合、透過ドメインを介したOSNRレベルが許容できるかどうかを判断するには、より詳細なOSNR計算が必要になります。 これにより、透過的なサブネットワークを介したライトパスのプロビジョニングまたは復元に柔軟性がもたらされます。

Assume that the average optical power launched at the transmitter is P. The lightpath from the transmitter to the receiver goes through M optical amplifiers, with each introducing some noise power. Unity gain can be used at all amplifier sites to maintain constant signal power at the input of each span to minimize noise power and nonlinearity. A constraint on the maximum number of spans can be obtained [Kaminow97] which is proportional to P and inversely proportional to SNRmin, optical bandwidth B, amplifier gain G-1 and spontaneous emission factor n of the optical amplifier, assuming all spans have identical gain and noise figure. (Again, the detailed equation is omitted due to the format constraint - see [Strand01] for details.) Let's take a typical example. Assuming P=4dBm, SNRmin=20dB with FEC, B=12.5GHz, n=2.5, G=25dB, based on the constraint, the maximum number of spans is at most 10. However, if FEC is not used and the requirement on SNRmin becomes 25dB, the maximum number of spans drops down to 3.

送信機で発せられる平均光パワーがPであると仮定します。送信機から受信機への光路はM個の光増幅器を通り、それぞれがいくらかの雑音パワーを導入します。ユニティゲインをすべてのアンプサイトで使用して、各スパンの入力で一定の信号電力を維持し、ノイズ電力と非線形性を最小限に抑えることができます。最大スパン数の制約を取得できます[Kaminow97]。これはPに比例し、SNRmin、光帯域幅B、増幅器ゲインG-1、および光増幅器の自然放出係数nに反比例します。および雑音指数。 (繰り返しますが、形式の制約により詳細な方程式は省略されています-詳細については[Strand01]を参照してください。)典型的な例を見てみましょう。 P = 4dBm、FECでSNRmin = 20dB、B = 12.5GHz、n = 2.5、G = 25dBと仮定すると、制約に基づいて、スパンの最大数は最大10です。ただし、FECが使用されておらず、要件がSNRminは25dBになり、スパンの最大数は3まで減少します。

For ASE the only link-dependent information needed by the routing algorithm is the noise of the link, denoted as link-noise, which is the sum of the noise of all spans on the link. Hence the constraint on ASE becomes that the aggregate noise of the transparent segment which is the sum of the link-noise of all links can not exceed P/SNRmin.

ASEの場合、ルーティングアルゴリズムに必要なリンク依存情報は、リンク上のすべてのスパンのノイズの合計であるリンクノイズと呼ばれるリンクのノイズのみです。 したがって、ASEの制約は、すべてのリンクのリンクノイズの合計である透過セグメントの総ノイズがP / SNRminを超えないことです。

4.4. Approximating the Effects of Some Other Impairment Constraints
4.4. 他のいくつかの障害制約の効果の近似

There are a number of other impairment constraints that we believe could be approximated with a domain-wide margin on the OSNR, plus in some cases a constraint on the total number of networking elements (OXC or OADM) along the path. Most impairments generated at OXCs or OADMs, including polarization dependent loss, coherent crosstalk, and effective passband width, could be dealt with using this approach. In principle, impairments generated at the nodes can be bounded by system engineering rules because the node elements can be designed and specified in a uniform manner. This approach is not feasible with PMD and noise because neither can be uniformly specified. Instead, they depend on node spacing and the characteristics of the installed fiber plant, neither of which are likely to be under the system designer's control.

OSNRのドメイン全体のマージンで概算できると考えられる他の多くの障害の制約があり、場合によってはパスに沿ったネットワーク要素(OXCまたはOADM)の総数の制約もあります。 偏光依存損失、コヒーレントクロストーク、実効通過帯域幅など、OXCまたはOADMで生成されるほとんどの障害は、このアプローチを使用して対処できます。 原則として、ノードで生成される障害は、システムエンジニアリングルールによって制限されます。これは、ノード要素を統一的な方法で設計および指定できるためです。 このアプローチはPMDとノイズでは実現不可能です。どちらも一律に指定できないからです。 代わりに、ノードの間隔とインストールされているファイバープラントの特性に依存しますが、どちらもシステム設計者の制御下にはない可能性があります。

Examples of the constraints we propose to approximate with a domain-wide margin are given in the remaining paragraphs in this section. It should be kept in mind that as optical transport technology evolves it may become necessary to include some of these impairments explicitly in the routing process. Other impairments not mentioned here at all may also become sufficiently important to require incorporation either explicitly or via a domain-wide margin.

ドメイン全体のマージンで近似することを提案する制約の例は、このセクションの残りの段落に記載されています。 光伝送技術の進化に伴い、これらの障害の一部をルーティングプロセスに明示的に含めることが必要になる場合があることに留意してください。 ここでまったく言及されていないその他の障害も、明示的にまたはドメイン全体のマージンを介して組み込む必要があるほど十分に重要になる可能性があります。

Other Polarization Dependent Impairments Other polarization-dependent effects besides PMD influence system performance. For example, many components have polarization-dependent loss (PDL) [Ramaswami98], which accumulates in a system with many components on the transmission path. The state of polarization fluctuates with time and its distribution is very important also. It is generally required that the total PDL on the path be maintained within some acceptable limit, potentially by using some compensation technology for relatively long transmission systems, plus a small built-in margin in OSNR. Since the total PDL increases with the number of components in the data path, it must be taken into account by the system vendor when determining the maximum allowable number of spans.

その他の偏光依存性障害PMD以外のその他の偏光依存性の影響は、システムのパフォーマンスに影響します。 たとえば、多くのコンポーネントには偏光依存損失(PDL)[Ramaswami98]があり、伝送経路上に多くのコンポーネントがあるシステムに蓄積されます。 偏光の状態は時間とともに変動し、その分布も非常に重要です。 一般に、比較的長い伝送システムの補償技術とOSNRの小さな組み込みマージンを使用することにより、パス上の総PDLを許容範囲内に維持する必要があります。 総PDLはデータパス内のコンポーネントの数とともに増加するため、最大許容スパン数を決定する際にシステムベンダーが考慮する必要があります。

Chromatic Dispersion In general this impairment can be adequately (but not optimally) compensated for on a per-link basis, and/or at system initial setup time. Today most deployed compensation devices are based on Dispersion Compensation Fiber (DCF). DCF provides per fiber compensation by means of a spool of fiber with a CD coefficient opposite to the fiber. Due to the imperfect matching between the CD slope of the fiber and the DCF some lambdas can be over compensated while others can be under compensated. Moreover DCF modules may only be available in fixed lengths of compensating fiber; this means that sometimes it is impossible to find a DCF module that exactly compensates the CD introduced by the fiber. These effects introduce what is known as residual CD. Residual CD varies with the frequency of the wavelength. Knowing the characteristics of both of the fiber and the DCF modules along the path, this can be calculated with a sufficient degree of precision. However this is a very challenging task. In fact the per-wavelength residual dispersion needs to be combined with other information in the system (e.g., types fibers to figure out the amount of nonlinearities) to obtain the net effect of CD either by simulation or by some analytical approximation. It appears that the routing/control plane should not be burdened by such a large set of information while it can be handled at the system design level. Therefore it will be assumed until proven otherwise that residual dispersion should not be reported. For high bit rates, dynamic dispersion compensation may be required at the receiver to clean up any residual dispersion.

波長分散一般に、この障害は、リンクごとに、および/またはシステムの初期セットアップ時に適切に(ただし最適ではない)補償できます。現在、配備されている補償デバイスのほとんどは、分散補償ファイバー(DCF)に基づいています。 DCFは、繊維と反対のCD係数を持つ繊維のスプールにより、繊維ごとの補償を提供します。ファイバのCDスロープとDCFのマッチングが不完全であるため、一部のラムダは過補償され、他のラムダは過小補償されます。さらに、DCFモジュールは、固定長の補償ファイバでのみ利用可能です。これは、ファイバーによって導入されたCDを正確に補正するDCFモジュールを見つけることができない場合があることを意味します。これらの影響により、残留CDと呼ばれるものが導入されます。残留CDは、波長の周波数によって異なります。ファイバとDCFモジュールの両方の特性をパスに沿って知っていれば、これは十分な精度で計算できます。ただし、これは非常に困難な作業です。実際、シミュレーションまたは何らかの分析近似によりCDの正味の効果を得るには、波長ごとの残留分散をシステム内の他の情報と組み合わせて(たとえば、ファイバを入力して非線形性の量を把握する)必要があります。ルーティング/コントロールプレーンは、システム設計レベルで処理できますが、このような大量の情報によって負担されるべきではないようです。したがって、そうでないことが証明されるまで、残留分散は報告されるべきではないと想定されます。高ビットレートの場合、残留分散をクリーンアップするためにレシーバで動的分散補償が必要になる場合があります。

Crosstalk Optical crosstalk refers to the effect of other signals on the desired signal. It includes both coherent (i.e., intrachannel) crosstalk and incoherent (i.e., interchannel) crosstalk. Main contributors of crosstalk are the OADM and OXC sites that use a DWDM multiplexer/demultiplexer (MUX/DEMUX) pair. For a relatively sparse network where the number of OADM/OXC nodes on a path is low, crosstalk can be treated with a low margin in OSNR without being a binding constraint. But for some relatively dense networks where crosstalk might become a binding constraint, one needs to propagate the per-link crosstalk information to make sure that the end-to-end path crosstalk which is the sum of the crosstalks on all the corresponding links to be within some limit, e.g., -25dB threshold with 1dB penalty ([Goldstein94]). Another way to treat it without having to propagate per-link crosstalk information is to have the system evaluate what the maximum number of OADM/OXC nodes that has a MUX/DEMUX pair for the worst route in the transparent domain for a low built-in margin. The latter one should work well where all the OXC/OADM nodes have similar level of crosstalk.

クロストーク光学的クロストークとは、目的の信号に対する他の信号の影響を指します。これには、コヒーレント(つまり、チャネル内)クロストークとインコヒーレント(つまり、チャネル間)クロストークの両方が含まれます。クロストークの主な原因は、DWDMマルチプレクサ/デマルチプレクサ(MUX / DEMUX)ペアを使用するOADMおよびOXCサイトです。パス上のOADM / OXCノードの数が少ない比較的疎なネットワークの場合、クロストークはバインディングの制約にならずにOSNRで低いマージンで処理できます。ただし、クロストークがバインディング制約になる可能性がある比較的密なネットワークの場合、リンクごとのクロストーク情報を伝播して、対応するすべてのリンクのクロストークの合計であるエンドツーエンドパスクロストークを確認する必要があります一定の制限内。たとえば、-25dBのしきい値と1dBのペナルティ([Goldstein94])。リンクごとのクロストーク情報を伝播することなくそれを処理する別の方法は、低ビルトインのトランスペアレントドメインで最悪のルートのMUX / DEMUXペアを持つOADM / OXCノードの最大数をシステムに評価させることです。マージン。後者は、すべてのOXC / OADMノードで同様のレベルのクロストークがある場合にうまく機能するはずです。

Effective Passband As more and more DWDM components are cascaded, the effective passband narrows. The number of filters along the link, their passband width and their shape will determine the end-to-end effective passband. In general, this is a system design issue, i.e., the system is designed with certain maximum bit rate using the proper modulation format and filter spacing. For linear systems, the filter effect can be turned into a constraint on the maximum number of narrow filters with the condition that filters in the systems are at least as wide as the one in the receiver. Because traffic at lower bit rates can tolerate a narrower passband, the maximum allowable number of narrow filters will increase as the bit rate decreases.

有効な通過帯域カスケードされるDWDMコンポーネントが増えるにつれて、有効な通過帯域は狭くなります。 リンクに沿ったフィルターの数、通過帯域幅、および形状によって、エンドツーエンドの有効な通過帯域が決まります。 一般に、これはシステム設計の問題です。つまり、システムは適切な変調形式とフィルター間隔を使用して特定の最大ビットレートで設計されています。 線形システムの場合、フィルター効果は、システム内のフィルターが受信機内のフィルターと少なくとも同じ幅であるという条件で、狭いフィルターの最大数に対する制約に変えることができます。 より低いビットレートのトラフィックはより狭いパスバンドを許容できるため、ビットレートが低下すると、ナローフィルタの最大許容数が増加します。

Nonlinear Impairments It seems unlikely that these can be dealt with explicitly in a routing algorithm because they lead to constraints that can couple routes together and lead to complex dependencies, e.g., on the order in which specific fiber types are traversed [Kaminow97]. Note that different fiber types (standard single mode fiber, dispersion shifted fiber, dispersion compensated fiber, etc.) have very different effects from nonlinear impairments. A full treatment of the nonlinear constraints would likely require very detailed knowledge of the physical infrastructure, including measured dispersion values for each span, fiber core area and composition, as well as knowledge of subsystem details such as dispersion compensation technology. This information would need to be combined with knowledge of the current loading of optical signals on the links of interest to determine the level of nonlinear impairment. Alternatively, one could assume that nonlinear impairments are bounded and result in X dB margin in the required OSNR level for a given bit rate, where X for performance reasons would be limited to 1 or 2 dB, consequently setting a limit on the maximum number of spans. For the approach described here to be useful, it is desirable for this span length limit to be longer than that imposed by the constraints which can be treated explicitly. When designing a DWDM transport system, there are tradeoffs between signal power launched at the transmitter, span length, and nonlinear effects on BER that need to be considered jointly. Here, we assume that an X dB margin is obtained after the transport system has been designed with a fixed signal power and maximum span length for a given bit rate. Note that OTSs can be designed in very different ways, in linear, pseudo-linear, or nonlinear environments. The X-dB margin approach may be valid for some but not for others. However, it is likely that there is an advantage in designing systems that are less aggressive with respect to nonlinearities, and therefore somewhat sub-optimal, in exchange for improved scalability, simplicity and flexibility in routing and control plane design.

非線形障害これらは、ルーティングアルゴリズムで明示的に処理できる可能性は低いようです。なぜなら、これらは、ルートを一緒に結合し、特定のファイバータイプがトラバースされる順序などの複雑な依存関係をもたらす制約につながるためです[Kaminow97]。異なるファイバタイプ(標準シングルモードファイバ、分散シフトファイバ、分散補償ファイバなど)は、非線形障害とは非常に異なる効果を持つことに注意してください。非線形制約を完全に処理するには、各スパンの測定された分散値、ファイバーコア面積、組成、分散補償技術などのサブシステムの詳細など、物理インフラストラクチャの非常に詳細な知識が必要です。この情報は、非線形障害のレベルを判断するために、対象リンクでの光信号の現在の負荷に関する知識と組み合わせる必要があります。または、非線形障害が制限され、特定のビットレートで必要なOSNRレベルにX dBのマージンが生じると想定できます。パフォーマンス上の理由からXは1または2 dBに制限され、その結果、最大数の制限が設定されますスパン。ここで説明するアプローチが有用であるためには、このスパン長の制限が、明示的に処理できる制約によって課される制限よりも長いことが望ましい。 DWDMトランスポートシステムを設計する場合、トランスミッタで発せられる信号電力、スパン長、およびBERに対する非線形効果の間でトレードオフがあり、それらを共同で考慮する必要があります。ここでは、特定のビットレートで固定の信号電力と最大スパン長を使用してトランスポートシステムを設計した後に、X dBのマージンが得られると想定しています。 OTSは、線形、疑似線形、または非線形環境で、非常に異なる方法で設計できることに注意してください。 X-dBマージンアプローチは、一部の人には有効かもしれませんが、他の人には有効ではありません。ただし、ルーティングおよびコントロールプレーン設計のスケーラビリティ、シンプルさ、および柔軟性の向上と引き換えに、非線形性に関してそれほど積極的ではないため、ある程度最適ではないシステムの設計には利点がある可能性があります。

4.5. Other Impairment Considerations
4.5. その他の障害に関する考慮事項

There are many other types of impairments that can degrade performance. In this section, we briefly mention one other type of impairment, which we propose be dealt with by either the system designer or by the transmission engineers at the time the system is installed. If dealt with successfully in this manner they should not need to be considered in the dynamic routing process.

パフォーマンスを低下させる可能性のある他の多くの種類の障害があります。 このセクションでは、もう1つのタイプの障害について簡単に説明します。これは、システム設計者またはシステムのインストール時にトランスミッションエンジニアが対処することを提案します。 この方法で正常に処理された場合、動的ルーティングプロセスで考慮する必要はありません。

Gain Nonuniformity and Gain Transients For simple noise estimates to be of use, the amplifiers must be gain-flattened and must have automatic gain control (AGC). Furthermore, each link should have dynamic gain equalization (DGE) to optimize power levels each time wavelengths are added or dropped. Variable optical attenuators on the output ports of an OXC or OADM can be used for this purpose, and in-line devices are starting to become commercially available. Optical channel monitors are also required to provide feedback to the DGEs. AGC must be done rapidly if signal degradation after a protection switch or link failure is to be avoided.

ゲイン不均一性とゲイントランジェント単純なノイズ推定を使用するには、アンプをゲインフラット化し、自動ゲイン制御(AGC)が必要です。 さらに、各リンクには、波長が追加またはドロップされるたびにパワーレベルを最適化するためのダイナミックゲインイコライゼーション(DGE)が必要です。 OXCまたはOADMの出力ポートの可変光減衰器をこの目的に使用でき、インラインデバイスが市販され始めています。 DGEにフィードバックを提供するには、光チャネルモニターも必要です。 保護切り替えまたはリンク障害後の信号劣化を回避するには、AGCを迅速に実行する必要があります。

Note that the impairments considered here are treated more or less independently. By considering them jointly and varying the tradeoffs between the effects from different components may allow more routes to be feasible. If that is desirable or the system is designed such that certain impairments (e.g., nonlinearities) need to be considered by a centralized process, then distributed routing is not the one to use.

ここで考慮される減損は、多かれ少なかれ独立して扱われることに注意してください。 それらを一緒に検討し、異なるコンポーネントからの効果間のトレードオフを変えることにより、より多くのルートを実行可能にすることができます。 それが望ましい場合、またはシステムが集中プロセスによって特定の障害(たとえば、非線形性)を考慮する必要があるように設計されている場合、分散ルーティングは使用するものではありません。

4.6. An Alternative Approach - Using Maximum Distance as the Only Constraint

4.6. 代替アプローチ-最大距離を唯一の制約として使用

Today, carriers often use maximum distance to engineer point-to-point OTS systems given a fixed per-span length based on the OSNR constraint for a given bit rate. They may desire to keep the same engineering rule when they move to all-optical networks. Here, we discuss the assumptions that need to be satisfied to keep this approach viable and how to treat the network elements between two adjacent links.

今日、通信事業者は多くの場合、特定のビットレートのOSNR制約に基づいて固定されたスパンごとの長さを与えられたポイントツーポイントOTSシステムを設計するために最大距離を使用します。 全光ネットワークに移行する場合、同じエンジニアリングルールを維持することを望む場合があります。 ここでは、このアプローチを実行可能にするために満たす必要がある前提と、2つの隣接するリンク間のネットワーク要素を処理する方法について説明します。

In order to use the maximum distance for a given bit rate to meet an OSNR constraint as the only binding constraint, the operators need to satisfy the following constraints in their all-optical networks:


- All the other non-OSNR constraints described in the previous subsections are not binding factors as long as the maximum distance constraint is met.


- Specifically for PMD, this means that the whole all-optical network is built on top of sufficiently low-PMD fiber such that the upper bound on the mean aggregate path DGD is always satisfied for any path that does not exceed the maximum distance, or PMD compensation devices might be used for routes with high-PMD fibers.

-特にPMDの場合、これは、すべての光ネットワーク全体が十分に低いPMDファイバ上に構築され、平均総計パスDGDの上限が最大距離を超えないパスに対して常に満たされることを意味します。 PMD補償デバイスは、PMDの高いファイバーを含むルートに使用される場合があります。

- In terms of the ASE/OSNR constraint, in order to convert the ASE constraint into a distance constraint directly, the network needs to have a fixed fiber distance D for each span (so that ASE can be directly mapped by the gain of the amplifier which equals to the loss of the previous fiber span), e.g., 80km spacing which is commonly chosen by carriers. However, when spans have variable lengths, certain adjustment and compromise need to be made in order to avoid treating ASE explicitly as in section 4.3. These include: 1) Unless a certain mechanism is built in the OTS to take advantage of shorter spans, spans shorter than a typical span length D need to be treated as a span of length D instead of with its real length. 2) Spans that are longer than D would have a higher average span loss. In general, the maximum system reach decreases when the average span loss increases. Thus, in order to accommodate longer spans in the network, the maximum distance upper bound has to be set with respect to the average span loss of the worst path in the network. This sub-optimality may be acceptable for some networks if the variance is not too large, but may be too conservative for others.

-ASE / OSNR制約に関しては、ASE制約を直接距離制約に変換するために、ネットワークは各スパンに対して固定ファイバ距離Dを持つ必要があります(ASEが増幅器のゲインによって直接マッピングされるようにするため)これは、以前のファイバースパンの損失に相当します)、たとえば、キャリアによって一般的に選択される80kmの間隔です。ただし、スパンに可変長がある場合、セクション4.3のようにASEを明示的に扱うことを避けるために、特定の調整と妥協を行う必要があります。 1)短いスパンを活用するためにOTSに特定のメカニズムが組み込まれていない限り、通常のスパン長Dより短いスパンは、実際の長さではなく長さDのスパンとして扱われる必要があります。 2)Dより長いスパンでは、平均スパン損失が大きくなります。一般に、平均スパン損失が増加すると、最大システムリーチは減少します。したがって、ネットワーク内のより長いスパンに対応するには、ネットワーク内のワーストパスの平均スパン損失に関して、最大距離の上限を設定する必要があります。分散が大きすぎない場合、この準最適性は一部のネットワークでは許容可能ですが、他のネットワークでは保守的すぎる可能性があります。

If these assumptions are satisfied, the second issue we need to address is how to treat a transparent network element (e.g., MEMS-based switch) between two adjacent links in terms of a distance constraint since it also introduces an insertion loss. If the network element cannot somehow compensate for this OSNR degradation, one approach is to convert each network element into an equivalent length of fiber based on its loss/ASE contribution. Hence, in general, introducing a set of transparent network elements would effectively result in reducing the overall actual transmission distance between the OEO edges.

これらの仮定が満たされた場合、対処する必要がある2番目の問題は、挿入損失も導入するため、距離制約の観点から2つの隣接するリンク間の透過的なネットワーク要素(たとえば、MEMSベースのスイッチ)を処理する方法です。 ネットワーク要素がこのOSNRの劣化を何らかの形で補償できない場合、1つのアプローチは、各ネットワーク要素を損失/ ASEの寄与に基づいて同等の長さのファイバに変換することです。 したがって、一般的に、透過的なネットワーク要素のセットを導入すると、OEOエッジ間の全体的な実際の伝送距離が効果的に短縮されます。

With this approach, the link-specific state information is link-distance, the length of a link. It equals the distance sum of all fiber spans on the link and the equivalent length of fiber for the network element(s) on the link. The constraint is that the sum of all the link-distance over all links of a path should be less than the maximum-path-distance, the upper bound of all paths.

このアプローチでは、リンク固有の状態情報はリンク距離、つまりリンクの長さです。 これは、リンク上のすべてのファイバースパンの距離の合計と、リンク上のネットワーク要素の同等のファイバー長に等しくなります。 制約は、パスのすべてのリンクのすべてのリンク距離の合計が、すべてのパスの上限である最大パス距離よりも小さいことです。

4.7. Other Considerations
4.7. その他の考慮事項

Routing in an all-optical network without wavelength conversion raises several additional issues:


- Since the route selected must have the chosen wavelength available on all links, this information needs to be considered in the routing process. One approach is to propagate information throughout the network about the state of every wavelength on every link in the network. However, the state required and the overhead involved in processing and maintaining this information is proportional to the total number of links (thus, number of nodes squared), maximum number of wavelengths (which keeps doubling every couple of years), and the frequency of wavelength availability changes, which can be very high. Instead [Hjalmtysson00], proposes an alternative method which probes along a chosen path to determine which wavelengths (if any) are available. This would require a significant addition to the routing logic normally used in OSPF. Others have proposed simultaneously probing along multiple paths.

-選択したルートには、選択した波長がすべてのリンクで使用可能である必要があるため、ルーティングプロセスでこの情報を考慮する必要があります。 1つの方法は、ネットワーク内のすべてのリンクのすべての波長の状態に関する情報をネットワーク全体に伝搬することです。 ただし、この情報の処理と維持に必要な状態とオーバーヘッドは、リンクの総数(したがって、ノードの数の2乗)、波長の最大数(2年ごとに倍増し続ける)、および 波長の可用性の変化は非常に大きくなる可能性があります。 代わりに[Hjalmtysson00]は、選択したパスに沿ってプローブして、使用可能な波長(存在する場合)を決定する代替方法を提案します。 これには、OSPFで通常使用されるルーティングロジックに大幅に追加する必要があります。 他の人は、複数のパスに沿って同時にプローブすることを提案しています。

- Choosing a path first and then a wavelength along the path is known to give adequate results in simple topologies such as rings and trees ([Yates99]). This does not appear to be true in large mesh networks under realistic provisioning scenarios, however. Instead significantly better results are achieved if wavelength and route are chosen simultaneously ([Strand01b]). This approach would however also have a significant effect on OSPF.

-最初にパスを選択し、次にパスに沿った波長を選択すると、リングやツリーなどの単純なトポロジで適切な結果が得られることがわかっています([Yates99])。 ただし、これは現実的なプロビジョニングシナリオの大規模なメッシュネットワークでは当てはまらないようです。 代わりに、波長とルートが同時に選択された場合、かなり優れた結果が達成されます([Strand01b])。 ただし、このアプローチはOSPFにも大きな影響を及ぼします。

4.8. Implications For Routing and Control Plane Design
4.8. ルーティングとコントロールプレーンの設計への影響

If distributed routing is desired, additional state information will be required by the routing to deal with the impairments described in Sections 4.2 - 4.4:


- As mentioned earlier, an operator who wants to avoid having to provide impairment-related parameters to the control plane may elect not to deal with them at the routing level, instead treating them at the system design and planning level if that is a viable approach for their network. In this approach the operator can pre-qualify all or a set of feasible end-to-end optical paths through the domain of transparency for each bit rate. This approach may work well with relatively small and sparse networks, but it may not be scalable for large and dense networks where the number of feasible paths can be very large.

-前述のように、障害に関連するパラメーターをコントロールプレーンに提供することを避けたいオペレーターは、実行可能なアプローチである場合、システム設計および計画レベルでそれらを処理する代わりに、ルーティングレベルでそれらを処理しないことを選択できます 彼らのネットワークのために。 このアプローチでは、オペレータは、各ビットレートの透過性ドメインを通るすべてまたは実行可能なエンドツーエンドの光パスのセットを事前に認定できます。 このアプローチは、比較的小規模でまばらなネットワークではうまく機能する可能性がありますが、実行可能なパスの数が非常に大きくなる可能性がある大規模で高密度のネットワークではスケーラブルではない場合があります。

- If the optical paths are not pre-qualified, additional link-specific state information will be required by the routing algorithm for each type of impairment that has the potential of being limiting for some routes. Note that for one operator, PMD might be the only limiting constraint while for another, ASE might be the only one, or it could be both plus some other constraints considered in this document. Some networks might not be limited by any of these constraints.

-光パスが事前に認定されていない場合、一部のルートを制限する可能性のある各タイプの障害について、ルーティングアルゴリズムで追加のリンク固有の状態情報が必要になります。 あるオペレーターではPMDが唯一の制限制約であるのに対し、別のオペレーターではASEが唯一の制約である場合があります。 一部のネットワークは、これらの制約によって制限されない場合があります。

- For an operator needing to deal explicitly with these constraints, the link-dependent information identified above for PMD is link-PMD-square which is the square of the total PMD on a link. For ASE the link-dependent information identified is link-noise which is the total noise on a link. Other link-dependent information includes link-span-length which is the total number of spans on a link, link-crosstalk or OADM-OXC-number which is the total crosstalk or the number of OADM/OXC nodes on a link, respectively, and filter-number which is the number of narrow filters on a link. When the alternative distance-only approach is chosen, the link-specific information is link-distance.

-これらの制約に明示的に対処する必要があるオペレーターの場合、PMDについて上記で特定されたリンク依存情報は、リンク上のPMDの合計の2乗であるlink-PMD 2乗です。 ASEの場合、識別されるリンク依存情報は、リンク上の合計ノイズであるリンクノイズです。 その他のリンク依存情報には、リンクのスパンの合計数であるリンクスパン長、リンクの合計クロストークまたはリンク上のOADM / OXCノードの数であるリンククロストークまたはOADM-OXC-numberがそれぞれ含まれます。 およびfilter-numberは、リンク上の狭いフィルターの数です。 別の距離のみのアプローチが選択された場合、リンク固有の情報はリンク距離です。

- In addition to the link-specific information, bounds on each of the impairments need to be quantified. Since these bounds are determined by the system designer's impairment allocations, these will be system dependent. For PMD, the constraint is that the sum of the link-PMD-square of all links on the transparent segment is less than the square of (a/B) where B is the bit rate. Hence, the required information is the parameter "a". For ASE, the constraint is that the sum of the link-noise of all links is no larger than P/SNRmin. Thus, the information needed include the launch power P and OSNR requirement SNRmin. The minimum acceptable OSNR, in turn, depends on the strength of the FEC being used and the margins reserved for other types of impairments. Other bounds include the maximum span length of the transmission system, the maximum path crosstalk or the maximum number of OADM/OXC nodes, and the maximum number of narrow filters, all are bit rate dependent. With the alternative distance-only approach, the upper bound is the maximum-path-distance. In single-vendor "islands" some of these parameters may be available in a local or EMS database and would not need to be advertised

-リンク固有の情報に加えて、各障害の境界を定量化する必要があります。これらの境界はシステム設計者の減損割り当てによって決定されるため、これらはシステムに依存します。 PMDの場合、制約は、透明セグメント上のすべてのリンクのリンクPMD 2乗の合計が(a / B)の2乗より小さいことです。ここで、Bはビットレートです。したがって、必要な情報はパラメーター「a」です。 ASEの場合、制約は、すべてのリンクのリンクノイズの合計がP / SNRmin以下であるということです。したがって、必要な情報には、発射電力PおよびOSNR要件SNRminが含まれます。最小許容OSNRは、使用されているFECの強度と、他のタイプの障害用に確保されているマージンに依存します。その他の境界には、伝送システムの最大スパン長、最大パスクロストークまたはOADM / OXCノードの最大数、およびナローフィルターの最大数が含まれます。これらはすべてビットレートに依存します。代替の距離のみのアプローチでは、上限は最大パス距離です。単一ベンダーの「島」では、これらのパラメーターの一部はローカルまたはEMSデータベースで利用でき、広告する必要はありません。

- It is likely that the physical layer parameters do not change value rapidly and could be stored in some database; however these are physical layer parameters that today are frequently not known at the granularity required. If the ingress node of a lightpath does path selection these parameters would need to be available at this node.

-物理層パラメーターは値を急速に変更せず、何らかのデータベースに保存できる可能性があります。 ただし、これらは物理層のパラメータであり、今日では必要な粒度でしばしば知られていない。 ライトパスの入力ノードがパス選択を行う場合、これらのパラメーターはこのノードで利用可能である必要があります。

- The specific constraints required in a given situation will depend on the design and engineering of the domain of transparency; for example it will be essential to know whether chromatic dispersion has been dealt with on a per-link basis, and whether the domain is operating in a linear or nonlinear regime.

-特定の状況で必要な特定の制約は、透明性の領域の設計とエンジニアリングに依存します。 たとえば、波長分散がリンクごとに処理されているかどうか、およびドメインが線形領域で動作しているか非線形領域で動作しているかを知ることが不可欠です。

- As optical transport technology evolves, the set of constraints that will need to be considered either explicitly or via a domain-wide margin may change. The routing and control plane design should therefore be as open as possible, allowing parameters to be included as necessary.

-光伝送技術の進化に伴い、明示的にまたはドメイン全体のマージンを介して検討する必要がある制約のセットが変更される場合があります。 したがって、ルーティングおよびコントロールプレーンの設計は可能な限りオープンにして、必要に応じてパラメーターを含めることができるようにする必要があります。

- In the absence of wavelength conversion, the necessity of finding a single wavelength that is available on all links introduces the need to either advertise detailed information on wavelength availability, which probably doesn't scale, or have some mechanism for probing potential routes with or without crankback to determine wavelength availability. Choosing the route first, and then the wavelength, may not yield acceptable utilization levels in mesh-type networks.

-波長変換がない場合、すべてのリンクで利用可能な単一の波長を見つける必要があるため、波長の可用性に関する詳細情報をアドバタイズする必要がありますが、おそらくスケーリングされないか、または クランクバックなしで波長の可用性を判断します。 最初にルートを選択し、次に波長を選択すると、メッシュ型ネットワークで許容可能な使用率レベルが得られない場合があります。

5. More Complex Networks

Mixing optical equipment in a single domain of transparency that has not been explicitly designed to interwork is beyond the scope of this document. This includes most multi-vendor all-optical networks.

相互作用するように明示的に設計されていない単一の透明領域に光学機器を混在させることは、このドキュメントの範囲外です。 これには、ほとんどのマルチベンダー全光ネットワークが含まれます。

An optical network composed of multiple domains of transparency optically isolated from each other by O/E/O devices (transponders) is more plausible. A network composed of both "opaque" (optically isolated) OLXCs and one or more all-optical "islands" isolated by transponders is of particular interest because this is most likely how all-optical technologies (such as that described in Sec. 2) are going to be introduced. (We use the term "island" in this discussion rather than a term like "domain" or "area" because these terms are associated with specific approaches like BGP or OSPF.)

O / E / Oデバイス(トランスポンダー)によって光学的に互いに分離された複数の透過性ドメインで構成される光ネットワークの方が妥当です。 「不透明な」(光学的に分離された)OLXCとトランスポンダーによって分離された1つ以上のすべての光学的な「島」の両方で構成されるネットワークは、すべての光学技術(セクション2で説明されているような) 導入される予定です。 (この説明では、「ドメイン」や「エリア」などの用語ではなく、「島」という用語を使用します。これらの用語は、BGPやOSPFなどの特定のアプローチに関連付けられているためです。)

We consider the complexities raised by these alternatives now.


The first requirement for routing in a multi-island network is that the routing process needs to know the extent of each island. There are several reasons for this:

マルチアイランドネットワークでのルーティングの最初の要件は、ルーティングプロセスが各アイランドの範囲を知る必要があることです。 これにはいくつかの理由があります。

- When entering or leaving an all-optical island, the regeneration process cleans up the optical impairments discussed in Sec. 3.

-全光学アイランドに出入りする場合、再生プロセスは、セクション2で説明した光学障害をクリーンアップします。 3。

- Each all-optical island may have its own bounds on each impairment.


- The routing process needs to be sensitive to the costs associated with "island-hopping".


This last point needs elaboration. It is extremely important to realize that, at least in the short to intermediate term, the resources committed by a single routing decision can be very significant: The equipment tied up by a single coast-to-coast OC-192 can easily have a first cost of $10**6, and the holding times on a circuit once established is likely to be measured in months. Carriers will expect the routing algorithms used to be sensitive to these costs. Simplistic measures of cost such as the number of "hops" are not likely to be acceptable.

この最後のポイントは、詳細に説明する必要があります。 少なくとも短期から中期にかけて、単一のルーティング決定によってコミットされるリソースは非常に重要になる可能性があることを認識することは非常に重要です。単一の海岸から海岸へのOC-192で縛られた機器は コストは10 ** 6ドルで、一度確立された回線の保留時間は、数か月で測定される可能性があります。 キャリアは、使用されるルーティングアルゴリズムがこれらのコストに敏感であると予想します。 「ホップ」の数などの単純なコストの測定値は受け入れられない可能性があります。

Taking the case of an all-optical island consisting of an "ultra long-haul" system like that in Fig. 3-1 embedded in an OEO network of electrical fabric OLXCs as an example: It is likely that the ULH system will be relatively expensive for short hops but relatively economical for longer distances. It is therefore likely to be deployed as a sort of "express backbone". In this scenario a carrier is likely to expect the routing algorithm to balance OEO costs against the additional costs associated with ULH technology and route circuitously to make maximum use of the backbone where appropriate. Note that the metrics used to do this must be consistent throughout the routing domain if this expectation is to be met.

電気ファブリックOLXCのOEOネットワークに埋め込まれた図3-1のような「超長距離」システムで構成される全光アイランドの場合を例にとると、ULHシステムは比較的 短ホップでは高価ですが、長距離では比較的経済的です。 したがって、一種の「エクスプレスバックボーン」として展開される可能性があります。 このシナリオでは、キャリアは、ルーティングアルゴリズムがOEOコストとULHテクノロジに関連する追加コストのバランスを取り、適切にバックボーンを最大限に活用するために巡回的にルーティングすることを期待します。 この期待が満たされる場合、これを行うために使用されるメトリックは、ルーティングドメイン全体で一貫している必要があることに注意してください。

The first-order implications for GMPLS seem to be:


- Information about island boundaries needs to be advertised.


- The routing algorithm needs to be sensitive to island transitions and to the connectivity limitations and impairment constraints particular to each island.


- The cost function used in routing must allow the balancing of transponder costs, OXC and OADM costs, and line haul costs across the entire routing domain.


Several distributed approaches to multi-island routing seem worth investigating:


- Advertise the internal topology and constraints of each island globally; let the ingress node compute an end-to-end strict explicit route sensitive to all constraints and wavelength availabilities. In this approach the routing algorithm used by the ingress node must be able to deal with the details of routing within each island.

-各島の内部トポロジと制約をグローバルにアドバタイズします。 入力ノードに、すべての制約と波長の可用性に敏感なエンドツーエンドの厳密な明示的ルートを計算させます。 このアプローチでは、入力ノードが使用するルーティングアルゴリズムは、各アイランド内のルーティングの詳細を処理できる必要があります。

- Have the EMS or control plane of each island determine and advertise the connectivity between its boundary nodes together with additional information such as costs and the bit rates and formats supported. As the spare capacity situation changes, updates would be advertised. In this approach impairment constraints are handled within each island and impairment-related parameters need not be advertised outside of the island. The ingress node would then do a loose explicit route and leave the routing and wavelength selection within each island to the island.

-各アイランドのEMSまたはコントロールプレーンに、境界ノード間の接続を、サポートされているコスト、ビットレート、フォーマットなどの追加情報とともに決定し、アドバタイズさせます。 予備容量の状況が変わると、更新が通知されます。 このアプローチでは、障害の制約は各島内で処理され、障害関連のパラメータは島の外に広告する必要はありません。 入力ノードは、その後、緩やかな明示的ルートを実行し、各アイランド内のルーティングと波長選択をアイランドに任せます。

- Have the ingress node send out probes or queries to nearby gateway nodes or to an NMS to get routing guidance.


6. Diversity
6.1. Background on Diversity
6.1. 多様性の背景

"Diversity" is a relationship between lightpaths. Two lightpaths are said to be diverse if they have no single point of failure. In traditional telephony the dominant transport failure mode is a failure in the interoffice plant, such as a fiber cut inflicted by a backhoe.

「多様性」は、光路間の関係です。 2つのライトパスは、単一障害点がない場合、多様であると言われます。 従来のテレフォニーでは、主なトランスポート障害モードは、バックホーによるファイバ切断など、オフィス間設備の障害です。

Why is diversity a unique problem that needs to be considered for optical networks? Traditionally, data network operators have relied on their private line providers to ensure diversity and so have not had to deal directly with the problem. GMPLS makes the complexities handled by the private line provisioning process, including diversity, part of the common control plane and so visible to all.

ダイバーシティが光ネットワークで考慮する必要がある独自の問題であるのはなぜですか? 従来、データネットワークオペレーターは多様性を確保するために自社回線プロバイダーに依存していたため、問題に直接対処する必要はありませんでした。 GMPLSは、ダイバーシティ、共通コントロールプレーンの一部など、専用回線プロビジョニングプロセスで処理される複雑さをすべての人に見えるようにします。

To determine whether two lightpath routings are diverse it is necessary to identify single points of failure in the interoffice plant. To do so we will use the following terms: A fiber cable is a uniform group of fibers contained in a sheath. An Optical Transport System will occupy fibers in a sequence of fiber cables. Each fiber cable will be placed in a sequence of conduits - buried honeycomb structures through which fiber cables may be pulled - or buried in a right of way (ROW). A ROW is land in which the network operator has the right to install his conduit or fiber cable. It is worth noting that for economic reasons, ROWs are frequently obtained from railroads, pipeline companies, or thruways. It is frequently the case that several carriers may lease ROW from the same source; this makes it common to have a number of carriers' fiber cables in close proximity to each other. Similarly, in a metropolitan network, several carriers might be leasing duct space in the same RBOC conduit. There are also "carrier's carriers" - optical networks which provide fibers to multiple carriers, all of whom could be affected by a single failure in the "carrier's carrier" network. In a typical intercity facility network there might be on the order of 100 offices that are candidates for OLXCs. To represent the inter-office fiber network accurately a network with an order of magnitude more nodes is required. In addition to Optical Amplifier (OA) sites, these additional nodes include:

2つのライトパスルーティングが多様であるかどうかを判断するには、オフィス間プラントの単一障害点を識別する必要があります。そのために、次の用語を使用します。ファイバーケーブルは、シースに含まれるファイバーの均一なグループです。光伝送システムは、一連のファイバーケーブルでファイバーを占有します。各ファイバーケーブルは、一連のコンジット(埋設されたハニカム構造を介してファイバーケーブルを引っ張ることができます)に配置されるか、または公道(ROW)に埋設されます。 ROWは、ネットワークオペレーターがコンジットまたはファイバーケーブルを設置する権利を持つ土地です。経済的な理由から、ROWは鉄道、パイプライン会社、またはスルーウェイから頻繁に取得されることに注意してください。多くの場合、複数のキャリアが同じソースからROWをリースする場合があります。これにより、多くのキャリアのファイバケーブルを互いに近接させることが一般的になります。同様に、メトロポリタンネットワークでは、複数の通信事業者が同じRBOCコンジットのダクトスペースをリースしている場合があります。 「キャリアのキャリア」もあります。複数のキャリアにファイバーを提供する光ネットワークです。これらのすべては、「キャリアのキャリア」ネットワークの単一の障害によって影響を受ける可能性があります。典型的な都市間施設ネットワークでは、OLXCの候補である約100のオフィスがある場合があります。オフィス間ファイバーネットワークを正確に表すには、桁違いに多くのノードが必要なネットワークが必要です。光増幅器(OA)サイトに加えて、これらの追加ノードには次のものが含まれます。

- Places where fiber cables enter/leave a conduit or right of way;


- Locations where fiber cables cross; Locations where fiber splices are used to interchange fibers between fiber cables.

-ファイバーケーブルが交差する場所。 ファイバーケーブル間でファイバーを交換するためにファイバースプライスが使用される場所。

An example of the first might be:


                                    A                 B
      A-------------B                 \             /
                                        \         /
                                        /         \
      C-------------D                 /             \
                                    C                 D

(a) Fiber Cable Topology (b) Right-Of-Way/Conduit Topology


Figure 6-1: Fiber Cable vs. ROW Topologies


Here the A-B fiber cable would be physically routed A-X-Y-B and the C-D cable would be physically routed C-X-Y-D. This topology might arise because of some physical bottleneck: X-Y might be the Lincoln Tunnel, for example, or the Bay Bridge.

ここで、A-Bファイバーケーブルは物理的にA-X-Y-Bにルーティングされ、C-Dケーブルは物理的にC-X-Y-Dにルーティングされます。 このトポロジは、物理的なボトルネックが原因で発生する場合があります。たとえば、X-Yはリンカーントンネル、またはベイブリッジです。

Fiber route crossing (the second case) is really a special case of this, where X and Y coincide. In this case the crossing point may not even be a manhole; the fiber routes might just be buried at different depths.

ファイバールートの交差(2番目のケース)は、XとYが一致する特殊なケースです。 この場合、交差点はマンホールでさえない場合があります。 ファイバルートは、異なる深さに埋められているだけかもしれません。

Fiber splicing (the third case) often occurs when a major fiber route passes near to a small office. To avoid the expense and additional transmission loss only a small number of fibers are spliced out of the major route into a smaller route going to the small office. This might well occur in a manhole or hut. An example is shown in Fig. 6-2(a), where A-X-B is the major route, X the manhole, and C the smaller office. The actual fiber topology would then look like Fig. 6-2(b), where there would typically be many more A-B fibers than A-C or C-B fibers, and where A-C and C-B might have different numbers of fibers. (One of the latter might even be missing.)

ファイバーのスプライシング(3番目のケース)は、主要なファイバールートが小さなオフィスの近くを通るときによく発生します。 費用と追加の伝送損失を回避するために、少数のファイバのみが主要なルートから小規模オフィスに向かう小さなルートに接続されます。 これはマンホールまたは小屋でよく発生する可能性があります。 図6-2(a)に例を示します。A-X-Bは主要ルート、Xはマンホール、Cは小規模オフィスです。 実際のファイバートポロジは、図6-2(b)のようになります。通常、A-CまたはC-BファイバーよりもA-Bファイバーが多く、A-CとC-Bのファイバー数が異なる場合があります。 (後者の1つが欠落している場合もあります。)

                      C                             C
                      |                           /   \
                      |                         /       \
                      |                       /           \
               A------X------B              A---------------B

(a) Fiber Cable Topology (b) Fiber Topology


Figure 6-2. Fiber Cable vs Fiber Topologies

図6-2。 ファイバーケーブルとファイバートポロジー

The imminent deployment of ultra-long (>1000 km) Optical Transport Systems introduces a further complexity: Two OTSes could interact a number of times. To make up a hypothetical example: A New York - Atlanta OTS and a Philadelphia - Orlando OTS might ride on the same right of way for x miles in Maryland and then again for y miles in Georgia. They might also cross at Raleigh or some other intermediate node without sharing right of way.

超長距離(> 1000 km)の光伝送システムの差し迫った展開により、さらに複雑になります。2つのOTSが何度も相互作用する可能性があります。 架空の例を作成するには:ニューヨーク-アトランタOTSとフィラデルフィア-オーランドOTSはメリーランド州でxマイル、ジョージア州でyマイル同じ道を走ります。 彼らはまた、権利を共有せずにローリーまたは他の中間ノードで交差する場合があります。

Diversity is often equated to routing two lightpaths between a single pair of points, or different pairs of points so that no single route failure will disrupt them both. This is too simplistic, for a number of reasons:

多様性は、多くの場合、単一のルート障害がそれらの両方を混乱させないように、単一のポイントペアまたは異なるポイントペア間で2つのライトパスをルーティングすることと同等です。 これは、いくつかの理由から単純すぎます。

- A sophisticated client of an optical network will want to derive diversity needs from his/her end customers' availability requirements. These often lead to more complex diversity requirements than simply providing diversity between two lightpaths. For example, a common requirement is that no single failure should isolate a node or nodes. If a node A has single lightpaths to nodes B and C, this requires A-B and A-C to be diverse. In real applications, a large data network with N lightpaths between its routers might describe their needs in an NxN matrix, where (i,j) defines whether lightpaths i and j must be diverse.

-光ネットワークの洗練されたクライアントは、エンドカスタマーの可用性要件から多様性のニーズを引き出したいと思うでしょう。 これらは多くの場合、2つのライトパス間で単にダイバーシティを提供するよりも複雑なダイバーシティ要件につながります。 たとえば、一般的な要件は、単一の障害でノードを分離しないことです。 ノードAにノードBおよびCへの単一のライトパスがある場合、これにはA-BおよびA-Cが多様である必要があります。 実際のアプリケーションでは、ルーター間にN個のライトパスがある大規模なデータネットワークは、(i、j)がライトパスiとjを多様化する必要があるかどうかを定義するNxNマトリックスでニーズを記述する場合があります。

- Two circuits that might be considered diverse for one application might not be considered diverse for in another situation. Diversity is usually thought of as a reaction to interoffice route failures. High reliability applications may require other types of failures to be taken into account. Some examples:

-1つのアプリケーションで多様性があると考えられる2つの回路は、別の状況では多様性があるとは見なされない場合があります。 多様性は通常、オフィス間のルート障害に対する反応と考えられています。 信頼性の高いアプリケーションでは、他のタイプの障害を考慮する必要があります。 いくつかの例:

o Office Outages: Although less frequent than route failures, fires, power outages, and floods do occur. Many network managers require that diverse routes have no (intermediate) nodes in common. In other cases an intermediate node might be acceptable as long as there is power diversity within the office.

oオフィスの停止:ルートの障害ほど頻繁ではありませんが、火災、停電、洪水が発生します。 多くのネットワーク管理者は、多様なルートに共通の(中間)ノードがないことを要求しています。 その他の場合、オフィス内に電力の多様性がある限り、中間ノードが許容される場合があります。

o Shared Rings: Many applications are willing to allow "diverse" circuits to share a SONET ring-protected link; presumably they would allow the same for optical layer rings.

o共有リング:多くのアプリケーションは、「多様な」回線がSONETリングで保護されたリンクを共有できるようにしています。 おそらく、それらは光学層リングに対して同じことを可能にするでしょう。

o Disasters: Earthquakes and floods can cause failures over an extended area. Defense Department circuits might need to be routed with nuclear damage radii taken into account.

o災害:地震と洪水は、広範囲に障害を引き起こす可能性があります。 国防総省の回路は、核損傷半径を考慮してルーティングする必要があるかもしれません。

- Conversely, some networks may be willing to take somewhat larger risks. Taking route failures as an example: Such a network might be willing to consider two fiber cables in heavy duty concrete conduit as having a low enough chance of simultaneous failure to be considered "diverse". They might also be willing to view two fiber cables buried on opposite sides of a railroad track as being diverse because there is minimal danger of a single backhoe disrupting them both even though a bad train wreck might jeopardize them both. A network seeking N mutually diverse paths from an office with less than N diverse ROWs will need to live with some level of compromise in the immediate vicinity of the office.

-逆に、一部のネットワークはいくぶん大きなリスクを負うことをいとわないかもしれません。 ルート障害を例に取ると、このようなネットワークでは、ヘビーデューティーコンクリートコンジット内の2本のファイバーケーブルが、同時障害が「多様」と見なされる可能性が十分に低いと見なすことができます。 また、鉄道の線路の両側に埋められた2本のファイバーケーブルが多様であると見なすこともあるでしょう。 N個未満の多様なROWを持つオフィスからN個の相互に多様なパスを求めるネットワークは、オフィスのすぐ近くである程度の妥協をして生きる必要があります。

These considerations strongly suggest that the routing algorithm should be sensitive to the types of threat considered unacceptable by the requester. Note that the impairment constraints described in the previous section may eliminate some of the long circuitous routes sometimes needed to provide diversity. This would make it harder to find many diverse paths through an all-optical network than an opaque one.

これらの考慮事項は、ルーティングアルゴリズムが、リクエスターによって受け入れられないと考えられる脅威の種類に敏感であることを強く示唆しています。 前のセクションで説明した障害の制約により、ダイバーシティを提供するために必要な場合がある長い迂回ルートの一部が削除される場合があることに注意してください。 これにより、不透明なパスよりも、すべて光ネットワークを介して多くの多様なパスを見つけることが難しくなります。

[Hjalmtysson00] introduced the term "Shared Risk Link Group" (SRLG) to describe the relationship between two non-diverse links. The above examples and discussion given at the start of this section suggests that an SRLG should be characterized by 2 parameters:

[Hjalmtysson00]は、「共有リスクリンクグループ」(SRLG)という用語を導入して、2つの非多様なリンク間の関係を説明しています。 このセクションの冒頭に示した上記の例と説明は、SRLGが2つのパラメーターによって特徴付けられるべきであることを示唆しています。

- Type of Compromise: Examples would be shared fiber cable, shared conduit, shared ROW, shared optical ring, shared office without power sharing, etc.)


- Extent of Compromise: For compromised outside plant, this would be the length of the sharing.


A CSPF algorithm could then penalize a diversity compromise by an amount dependent on these two parameters.


Two links could be related by many SRLGs. (AT&T's experience indicates that a link may belong to over 100 SRLGs, each corresponding to a separate fiber group.) Each SRLG might relate a single link to many other links. For the optical layer, similar situations can be expected where a link is an ultra-long OTS.

2つのリンクが多くのSRLGによって関連付けられている可能性があります。 (AT&Tの経験は、リンクが100を超えるSRLGに属し、それぞれが個別のファイバーグループに対応することを示しています。)各SRLGは、単一のリンクを他の多くのリンクに関連付ける場合があります。 光層では、リンクが超長OTSである場合に同様の状況が予想されます。

The mapping between links and different types of SRLGs is in general defined by network operators based on the definition of each SRLG type. Since SRLG information is not yet ready to be discoverable by a network element and does not change dynamically, it need not be advertised with other resource availability information by network elements. It could be configured in some central database and be distributed to or retrieved by the nodes, or advertised by network elements at the topology discovery stage.

リンクと異なるタイプのSRLG間のマッピングは、一般に各SRLGタイプの定義に基づいてネットワークオペレーターによって定義されます。 SRLG情報はまだネットワーク要素によって検出される準備ができておらず、動的に変更されないため、ネットワーク要素によって他のリソース可用性情報とともにアドバタイズされる必要はありません。 中央のデータベースで構成し、ノードに配布または取得したり、トポロジディスカバリ段階でネットワーク要素によってアドバタイズしたりできます。

6.2. Implications For Routing
6.2. ルーティングの意味

Dealing with diversity is an unavoidable requirement for routing in the optical layer. It requires dealing with constraints in the routing process, but most importantly requires additional state information (e.g., the SRLG relationships). The routings of any existing circuits from which the new circuit must be diverse must also be available to the routing process.

ダイバーシティに対処することは、光学層でのルーティングの避けられない要件です。 ルーティングプロセスの制約に対処する必要がありますが、最も重要なのは、追加の状態情報(SRLG関係など)が必要なことです。 新しい回線を多様化する必要がある既存の回線のルーティングも、ルーティングプロセスで使用できる必要があります。

At present SRLG information cannot be self-discovered. Indeed, in a large network it is very difficult to maintain accurate SRLG information. The problem becomes particularly daunting whenever multiple administrative domains are involved, for instance after the acquisition of one network by another, because there normally is a likelihood that there are diversity violations between the domains. It is very unlikely that diversity relationships between carriers will be known any time in the near future.

現在、SRLG情報は自己発見できません。 実際、大規模なネットワークでは、正確なSRLG情報を維持することは非常に困難です。 ドメイン間でダイバーシティ違反が発生する可能性が通常あるため、たとえば、あるネットワークを別のネットワークに取得した後など、複数の管理ドメインが関係する場合は常に問題が特に困難になります。 キャリア間のダイバーシティ関係が近い将来いつでも知られることはほとんどありません。

Considerable variation in what different customers will mean by acceptable diversity should be anticipated. Consequently we suggest that an SRLG should be defined as follows: (i) It is a relationship between two or more links, and (ii) it is characterized by two parameters, the type of compromise (shared conduit, shared ROW, shared optical ring, etc.) and the extent of the compromise (e.g., the number of miles over which the compromise persisted). This will allow the SRLGs appropriate to a particular routing request to be easily identified.

さまざまな顧客が容認できる多様性によって意味するもののかなりの変化が予想されるべきです。 したがって、SRLGは次のように定義することをお勧めします:(i)2つ以上のリンク間の関係であり、(ii)2つのパラメーター、妥協のタイプ(共有コンジット、共有ROW、共有光リング)によって特徴付けられる など)および妥協の範囲(たとえば、妥協が持続したマイル数)。 これにより、特定のルーティング要求に適したSRLGを簡単に識別できます。

7. Security Considerations

We are assuming OEO interfaces to the domain(s) covered by our discussion (see, e.g., Sec. 4.1 above). If this assumption were to be relaxed and externally generated optical signals allowed into the domain, network security issues would arise. Specifically, unauthorized usage in the form of signals at improper wavelengths or with power levels or impairments inconsistent with those assumed by the domain would be possible. With OEO interfaces, these types of layer one threats should be controllable.

議論の対象となるドメインへのOEOインターフェースを想定しています(上記のセクション4.1を参照)。 この仮定が緩和され、外部で生成された光信号がドメインに許可されると、ネットワークセキュリティの問題が発生します。 具体的には、不適切な波長の信号、またはドメインが想定するレベルと一致しないパワーレベルまたは障害を伴う信号の形での不正な使用が可能になります。 OEOインターフェースを使用すると、これらのタイプのレイヤー1脅威を制御できます。

A key layer one security issue is resilience in the face of physical attack. Diversity, as describe in Sec. 6, is a part of the solution. However, it is ineffective if there is not sufficient spare capacity available to make the network whole after an attack. Several major related issues are:

重要な1つのセキュリティ問題は、物理的な攻撃に対する回復力です。 多様性、セクションで説明するように。 6、ソリューションの一部です。 ただし、攻撃後にネットワーク全体を確保するのに十分な予備容量がない場合は無効です。 いくつかの主要な関連問題は次のとおりです。

- Defining the threat: If, for example, an electro-magnetic interference (EMI) burst is an in-scope threat, then (in the terminology of Sec. 6) all of the links sufficiently close together to be disrupted by such a burst must be included in a single SRLG. Similarly for other threats: For each in-scope threat, SRLGs must be defined so that all links vulnerable to a single incident of the threat must be grouped together in a single SRLG.

-脅威の定義:たとえば、電磁干渉(EMI)バーストが範囲内の脅威である場合、(セクション6の用語では)すべてのリンクが十分に接近してそのようなバーストによって中断される 単一のSRLGに含める必要があります。 他の脅威についても同様:範囲内の各脅威について、SRLGを定義して、脅威の単一のインシデントに対して脆弱なすべてのリンクを単一のSRLGにグループ化する必要があります。

- Allocating responsibility for responding to a layer one failure between the various layers (especially the optical and IP layers): This must be clearly specified to avoid churning and unnecessary service interruptions.


The whole proposed process depends on the integrity of the impairment characterization information (PMD parameters, etc.) and also the SRLG definitions. Security of this information, both when stored and when distributed, is essential.

提案されたプロセス全体は、減損特性情報(PMDパラメーターなど)の整合性とSRLG定義にも依存しています。 保管時と配布時の両方で、この情報のセキュリティは不可欠です。

This document does not address control plane issues, and so control-plane security is out of scope. IPO control plane security considerations are discussed in [Rajagopalam04]. Security considerations for GMPLS, a likely control plane candidate, are discussed in [Mannie04].

このドキュメントはコントロールプレーンの問題を扱っていないため、コントロールプレーンのセキュリティは範囲外です。 IPOコントロールプレーンのセキュリティに関する考慮事項は、[Rajagopalam04]で説明されています。 コントロールプレーン候補の可能性があるGMPLSのセキュリティに関する考慮事項は、[Mannie04]で説明されています。

8. Acknowledgments

This document has benefited from discussions with Michael Eiselt, Jonathan Lang, Mark Shtaif, Jennifer Yates, Dongmei Wang, Guangzhi Li, Robert Doverspike, Albert Greenberg, Jim Maloney, John Jacob, Katie Hall, Diego Caviglia, D. Papadimitriou, O. Audouin, J. P. Faure, L. Noirie, and with our OIF colleagues.

この文書は、Michael Eiselt、Jonathan Lang、Mark Shtaif、Jennifer Yates、Dongmei Wang、Guangzhi Li、Robert Doverspike、Albert Greenberg、Jim Maloney、John Jacob、Katie Hall、Diego Caviglia、D.Papadimitriou、O。 、JP Faure、L。Noirie、およびOIFの同僚と。

9. References
9.1. Normative References
9.1. 規範的参考文献

[Goldstein94] Goldstein, E. L., Eskildsen, L., and Elrefaie, A. F., Performance Implications of Component Crosstalk in Transparent Lightwave Networks", IEEE Photonics Technology Letters, Vol.6, No.5, May 1994.

[Goldstein94] Goldstein、E。L.、Eskildsen、L。、およびElrefaie、A. F.、透過光波ネットワークにおけるコンポーネントクロストークのパフォーマンスへの影響」、IEEE Photonics Technology Letters、Vol.6、No.5、1994年5月。

[Hjalmtysson00] Gsli Hjalmtysson, Jennifer Yates, Sid Chaudhuri and Albert Greenberg, "Smart Routers - Simple Optics: An Architecture for the Optical Internet, IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology, December 2000, Vo 18, Issue 12, Dec. 2000, pp. 1880-1891.

[Hjalmtysson00] Gsli Hjalmtysson、Jennifer Yates、Sid Chaudhuri、Albert Greenberg、「スマートルーター-シンプルな光学:光インターネットのアーキテクチャ、IEEE / OSA Journal of Lightwave Technology、Vo 18、Issue 12、2000年12月、 pp.1880-1891

[ITU] ITU-T Doc. G.663, Optical Fibers and Amplifiers, Section II.4.1.2.

[ITU] ITU-T文書。 G.663、光ファイバーおよび増幅器、セクションII.4.1.2。

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[Kaminow97] Kaminow、I. P.およびKoch、T. L.、編集者、Optical Fiber Telecommunications IIIA、Academic Press、1997年。

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[Rajagopalam04] Rajagopalan、B.、Luciani、J。、およびD. Awduche、「IP over Optical Networks:A Framework」、RFC 3717、2004年3月。

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[Strand01] Strand、J.、Chiu、A。、およびR. Tkach、「光学層でのルーティングの問題」、IEEE Communications Magazine、2001年2月、vol。 39 No. 2、81-88ページ。

[Strand01b] Strand, J., Doverspike, R., and G. Li, "Importance of Wavelength Conversion In An Optical Network", Optical Networks Magazine, May/June 2001, pp. 33-44.

[Strand01b] Strand、J.、Doverspike、R。、およびG. Li、「光ネットワークにおける波長変換の重要性」、Optical Networks Magazine、2001年5月/ 6月、pp。33-44。

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[Yates99] Yates、JM、Rumsewicz、MP、およびJPR Lacey、「動的に再構成可能なWDMネットワークの波長コンバーター」、IEEE Communications Surveys、2Q1999(でオンライン) 。

9.2. Informative References
9.2. 参考資料

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[Awduche99] Awduche、D。O.、Rekhter、Y.、Drake、J.、R.、Coltun、「マルチプロトコルラムダスイッチング:MPLSトラフィックエンジニアリング制御と光クロスコネクトの組み合わせ」、Work in Progress。

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[Gerstel2000] Gorstel、O。、「光学層シグナリング:どのくらい必要ですか?」 IEEE Communications Magazine、vol。 38番 10、2000年10月、pp.154-160

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[Strand02] [Kaminow02]のJohn Strand、「Optical Network Architecture Evolution」。

[Tkach98] Tkach, R., Goldstein, E., Nagel, J., and J. Strand, "Fundamental Limits of Optical Transparency", Optical Fiber Communication Conf., Feb. 1998, pp. 161-162.

[Tkach98] Tkach、R.、Goldstein、E.、Nagel、J.、and J. Strand、 "Fundamental Limits of Optical Transparency"、Optical Fiber Communication Conf。、Feb. 1998、pp。161-162。

10. Contributing Authors

This document was a collective work of a number of people. The text and content of this document was contributed by the editors and the co-authors listed below.

この文書は多くの人々の共同作業でした。 このドキュメントのテキストとコンテンツは、以下にリストされている編集者と共著者によって提供されました。

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