Una red de malla óptica es un tipo de red de telecomunicaciones ópticas que emplea comunicación por fibra óptica cableada o comunicación óptica inalámbrica de espacio libre en una arquitectura de red de malla .
La mayoría de las redes de malla óptica utilizan comunicaciones por fibra óptica y son operadas por proveedores de servicios de Internet en escenarios metropolitanos y regionales, pero también nacionales e internacionales. Son más rápidas y menos propensas a errores que otras arquitecturas de red y admiten planes de respaldo y recuperación para redes establecidas en caso de desastre, daño o falla. Las constelaciones de satélites actualmente planificadas tienen como objetivo establecer redes de malla óptica en el espacio mediante el uso de comunicación láser inalámbrica .
Las redes de transporte, la capa subyacente basada en fibra óptica de las redes de telecomunicaciones , evolucionaron desde arquitecturas de malla basadas en sistemas de interconexión digital (DCS) en la década de 1980, a arquitecturas de anillo SONET/SDH (Redes ópticas síncronas/Jerarquía digital síncrona) en la década de 1990. En las arquitecturas de malla basadas en DCS, los operadores de telecomunicaciones implementaron sistemas de restauración para circuitos DS3 como AT&T FASTAR ( FAST Automatic Restoration ) [1] [2] [3] y MCI Real Time Restoration (RTR), [4] restaurando circuitos en minutos después de una falla de la red. En los anillos SONET/SDH, los operadores implementaron protección de anillo como SONET Unidirectional Path Switched Ring (UPSR) [5] (también llamado Sub-Network Connection Protection (SCNP) en redes SDH ) o SONET Bidirectional Line Switched Ring (BLSR) [6] (también llamado Multiplex Section - Shared Protection Ring (MS-SPRing) en redes SDH ), protegiendo y recuperándose de una falla de red en 50 ms o menos, [7] una mejora significativa sobre el tiempo de recuperación admitido en la restauración de malla basada en DCS y un impulsor clave para la implementación de la protección basada en anillo SONET/SDH.
Se han hecho intentos de mejorar y/o evolucionar las arquitecturas de anillo tradicionales para superar algunas de sus limitaciones, con una arquitectura de anillo transoceánico (definida en la Rec. UIT-T G.841 [8] ), protección de "ciclos P", [9] equipos SONET/SDH de próxima generación que pueden manejar múltiples anillos, o tienen la capacidad de no cerrar el lado de trabajo o de protección del anillo, o de compartir la capacidad de protección entre anillos (por ejemplo, con anillo conmutado de línea virtual (VLSR)).
Los avances tecnológicos en conmutadores de transporte óptico [10] en la primera década del siglo XXI, junto con el despliegue continuo de sistemas de multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM), han llevado a los proveedores de servicios de telecomunicaciones a reemplazar sus arquitecturas de anillo SONET por arquitecturas basadas en malla para el nuevo tráfico. Las nuevas redes ópticas en malla admiten la misma recuperación rápida previamente disponible en redes de anillo al mismo tiempo que logran una mejor eficiencia de capacidad y resultan en un menor costo de capital. Dicha recuperación rápida (en las decenas a cientos de milisegundos) en caso de fallas (por ejemplo, falla del enlace de red o del nodo) se logra a través de la inteligencia incorporada en estos nuevos equipos de transporte óptico, que permite que la recuperación sea automática y manejada dentro de la red misma como parte del plano de control de red, sin depender de un sistema de administración de red externo .
Las redes de malla óptica se refieren a redes de transporte que se construyen directamente a partir de la infraestructura de fibra tipo malla implementada en áreas metropolitanas, regionales, nacionales o internacionales (por ejemplo, transoceánicas) mediante el despliegue de equipos de transporte óptico que son capaces de conmutar el tráfico (a nivel de longitud de onda o sublongitud de onda) de una fibra entrante a una fibra saliente. Además de conmutar longitudes de onda, el equipo normalmente también puede multiplexar el tráfico de menor velocidad en longitudes de onda para el transporte y preparar el tráfico (siempre que el equipo sea lo que se denomina opaco; consulte la subsección sobre transparencia). Finalmente, estos equipos también permiten la recuperación del tráfico en caso de una falla de la red. A medida que la mayoría de las redes de transporte evolucionan hacia topologías de malla que utilizan elementos de red inteligentes ( conexiones cruzadas ópticas o conmutadores ópticos [10] ) para el aprovisionamiento y la recuperación de servicios, se han desarrollado nuevos enfoques para el diseño, la implementación, las operaciones y la gestión de redes ópticas de malla.
Los conmutadores ópticos fabricados por empresas como Sycamore y Ciena (con granularidad de conmutación STS-1 ) y Tellium (con granularidad de conmutación STS-48 ) se han implementado en redes en malla operativas. Calien ha construido conmutadores totalmente ópticos basados en tecnología MEMS 3D .
En la actualidad, las redes de malla óptica no solo brindan capacidad de enlace troncal a redes de capas superiores, como conectividad entre enrutadores o entre conmutadores en una infraestructura de paquetes centrada en IP , MPLS o Ethernet , sino que también admiten un enrutamiento eficiente y una recuperación rápida de fallas de servicios SONET/SDH y Ethernet punto a punto de alto ancho de banda.
Varias constelaciones de satélites planificadas , como la Starlink de SpaceX, destinada a la provisión de Internet global, tienen como objetivo establecer redes de malla óptica en el espacio. Las constelaciones, que constan de varios cientos a miles de satélites, utilizarán comunicaciones láser para enlaces ópticos entre satélites de alto rendimiento. La arquitectura de red interconectada permite el enrutamiento directo de datos de usuario de satélite a satélite y posibilita una gestión de red sin inconvenientes y la continuidad del servicio. [11]
Las redes de malla óptica admiten el establecimiento de servicios orientados a la conexión en modo circuito . Existen múltiples mecanismos de recuperación que brindan diferentes niveles de protección [12] o restauración [13] contra diferentes modos de falla en las redes de malla . La protección de canal, enlace , segmento y ruta son los esquemas de protección más comunes. Los ciclos P [9] son otro tipo de protección que aprovecha y extiende la protección basada en anillo. La restauración es otro método de recuperación que puede funcionar por sí solo o complementar esquemas de protección más rápidos en caso de múltiples fallas.
En las redes en malla con protección de rutas, algunas conexiones pueden no estar protegidas; otras pueden estar protegidas contra fallas únicas o múltiples de varias maneras. Una conexión puede protegerse contra una falla única definiendo una ruta de respaldo, distinta de la ruta principal que toma la conexión en la red en malla. La ruta de respaldo y los recursos asociados pueden estar dedicados a la conexión (protección de ruta de respaldo dedicada, también conocida como protección de ruta dedicada (1+1), protección de conexión de subred (SNCP) en redes SDH o UPSR en redes de anillo SONET ) o compartirse entre múltiples conexiones (protección de ruta de respaldo compartida), típicamente aquellas cuyas rutas principales no tienen probabilidad de fallar al mismo tiempo, evitando así la contención por los recursos compartidos en caso de una falla de un solo enlace o nodo. Se pueden implementar varios otros esquemas de protección, como el uso de rutas preemptibles o rutas de respaldo parcialmente diversas. Finalmente, se pueden diseñar múltiples rutas diversas para que una conexión tenga múltiples rutas de recuperación y pueda recuperarse incluso después de múltiples fallas (ejemplos de redes en malla a lo largo de los océanos Atlántico y Pacífico [14] ).
Las redes de transporte tradicionales están formadas por enlaces basados en fibra óptica entre oficinas de telecomunicaciones, donde se multiplexan múltiples longitudes de onda para aumentar la capacidad de la fibra. Las longitudes de onda terminan en dispositivos electrónicos llamados transpondedores , que experimentan una conversión óptica a eléctrica para la reamplificación, remodelación y resincronización de la señal (3R) . Dentro de una oficina de telecomunicaciones, las señales se manejan y conmutan mediante un conmutador de transporte (también conocido como conexión cruzada óptica o conmutador óptico) y se descartan en esa oficina o se dirigen a un enlace de fibra saliente donde se transportan nuevamente como longitudes de onda multiplexadas en ese enlace de fibra hacia la siguiente oficina de telecomunicaciones. El acto de pasar por la conversión óptico-eléctrica-óptica (OEO) a través de una oficina de telecomunicaciones hace que la red se considere opaca. [15] Cuando las longitudes de onda entrantes no experimentan una conversión óptica a eléctrica y se conmutan a través de una oficina de telecomunicaciones en el dominio óptico utilizando conmutadores totalmente ópticos (también llamados sistemas de conexión cruzada fotónica , multiplexor óptico de adición y eliminación o multiplexor óptico reconfigurable de adición y eliminación (ROADM) ), la red se considera transparente . [16] Los esquemas híbridos que aprovechan las derivaciones ópticas y proporcionan conversiones OEO limitadas en ubicaciones clave a lo largo de la red se denominan redes translúcidas. [17]
Las redes de malla óptica transparente basadas en ROADM se han implementado en redes metropolitanas y regionales desde mediados de la década de 2000. [18] A principios de la década de 2010, las redes de larga distancia operativas todavía tienden a permanecer opacas, ya que existen limitaciones y deficiencias de transmisión que impiden la extensión de la transparencia más allá de cierto punto. [19]
El enrutamiento es un aspecto clave de control y operación de las redes de malla óptica. En redes transparentes o totalmente ópticas, el enrutamiento de conexiones está estrechamente vinculado al proceso de selección y asignación de longitud de onda (el llamado Enrutamiento y Asignación de Longitud de Onda o "RWA"). Esto se debe al hecho de que la conexión permanece en la misma longitud de onda de extremo a extremo en toda la red (a veces denominada restricción de continuidad de longitud de onda, en ausencia de dispositivos que puedan traducir entre longitudes de onda en el dominio óptico). En una red opaca, el problema de enrutamiento es el de encontrar una ruta principal para una conexión y, si se necesita protección, una ruta de respaldo distinta de la ruta principal. Las longitudes de onda se utilizan en cada enlace independientemente de las demás. Se pueden utilizar y combinar varios algoritmos para determinar una ruta principal y una ruta de respaldo diversa (con o sin compartir recursos a lo largo de la ruta de respaldo) para una conexión o servicio, como: ruta más corta , incluido el algoritmo de Dijkstra ; ruta más corta k , [20] como el algoritmo de Yen ; enrutamiento disjunto o diverso en los bordes y nodos , incluido el algoritmo de Suurballe ; [21] y numerosas heurísticas . En general, sin embargo, los problemas de enrutamiento óptimo para la protección de ruta de respaldo dedicada con grupos de recursos de riesgo compartido arbitrarios , [22] y para la protección de ruta de respaldo compartida son NP-completos . [23]
El despliegue de redes de malla óptica está permitiendo que los proveedores de servicios ofrezcan nuevos servicios y aplicaciones a sus clientes, como:
También admite nuevos paradigmas de red como
Redes en malla en general y redes en malla inalámbricas en particular.
Telecomunicaciones y redes
Equipos de telecomunicaciones
Redes de paquetes
Redes orientadas a la conexión
Disponibilidad