Red de malla óptica

Una red de malla óptica es un tipo de red de telecomunicaciones ópticas que emplea comunicación por fibra óptica cableada o comunicación óptica inalámbrica en espacio libre en una arquitectura de red de malla .

La mayoría de las redes ópticas en malla utilizan comunicación por fibra óptica y son operadas por proveedores de servicios de internet en entornos metropolitanos, regionales, nacionales e internacionales. Son más rápidas y menos propensas a errores que otras arquitecturas de red, y permiten planes de respaldo y recuperación para las redes establecidas en caso de desastre, daño o falla. Actualmente, las constelaciones de satélites planificadas buscan establecer redes ópticas en malla en el espacio mediante 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, hasta arquitecturas de anillo SONET/SDH (Redes ópticas síncronas/Hierarquía 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 ( Restauración automática FAST ) ^{[ 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 contra y recuperándose de una falla de red en 50  ms o menos, ^{[ 7 ]} una mejora significativa con respecto al tiempo de recuperación admitido en la restauración de malla basada en DCS , y un impulsor clave para el despliegue de protección basada en anillo SONET/SDH.

Se han realizado intentos de mejorar y/o evolucionar las arquitecturas de anillo tradicionales para superar algunas de sus limitaciones, con la arquitectura de anillo transoceánico (definida en la Recomendación G.841 de la UIT-T ^{[ 8 ]} ), la protección de "ciclos P" ^{[ 9 ],} el equipo SONET/SDH de próxima generación que puede manejar múltiples anillos, o que tiene la capacidad de no cerrar el lado del anillo de trabajo o de protección, o de compartir la capacidad de protección entre anillos (por ejemplo, con el anillo conmutado de línea virtual (VLSR)).

Los avances tecnológicos en conmutadores de transporte óptico ^{[ 10 ]} durante 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 de malla admiten la misma recuperación rápida disponible anteriormente en las redes de anillo, al tiempo que logran una mayor eficiencia de capacidad y resultan en un menor costo de capital. Dicha recuperación rápida (de decenas a cientos de milisegundos) en caso de fallas (por ejemplo, falla de enlace de red o de nodo) se logra a través de la inteligencia integrada en estos nuevos equipos de transporte óptico, que permite que la recuperación sea automática y se gestione dentro de la propia red como parte del plano de control de la red, sin depender de un sistema de gestión de red externo .

Las redes ópticas en malla se refieren a redes de transporte construidas directamente sobre la infraestructura de fibra óptica en malla desplegada en áreas metropolitanas, regionales, nacionales o internacionales (por ejemplo, transoceánicas), mediante el despliegue de equipos de transporte óptico capaces de conmutar el tráfico (a nivel de longitud de onda o sublongitud de onda) de una fibra entrante a una saliente. Además de conmutar longitudes de onda, el equipo también suele ser capaz de multiplexar el tráfico de baja velocidad en longitudes de onda para su transporte y de gestionar el tráfico (siempre que el equipo sea opaco; véase la subsección sobre transparencia). Finalmente, estos equipos también permiten la recuperación del tráfico en caso de fallo de la red. A medida que la mayoría de las redes de transporte evolucionan hacia topologías en malla que utilizan elementos de red inteligentes ( interconexiones ópticas o conmutadores ópticos ^{[ 10 ]} ) para el aprovisionamiento y la recuperación de servicios, se han desarrollado nuevos enfoques para el diseño, el despliegue, la operación y la gestión de redes ópticas en 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 de malla operativas. Calien ha fabricado conmutadores totalmente ópticos basados ​​en tecnología MEMS 3D .

Actualmente, las redes de malla óptica no solo proporcionan capacidad de enlace troncal a redes de capa superior, como la conectividad entre enrutadores o conmutadores en una infraestructura de paquetes centrada en IP , MPLS o Ethernet , sino que también admiten un enrutamiento eficiente y una rápida recuperación ante fallos de los servicios Ethernet y SONET/SDH punto a punto de alto ancho de banda.

Varias constelaciones de satélites planificadas , como Starlink de SpaceX , destinadas al suministro global de internet, buscan establecer redes ópticas en malla en el espacio. Estas constelaciones, compuestas por cientos o miles de satélites, utilizarán comunicación láser para enlaces ópticos de alto rendimiento entre satélites. La arquitectura de red interconectada permite el enrutamiento directo de datos de usuario de satélite a satélite y posibilita una gestión de red fluida y la continuidad del servicio. ^{[ 11 ]}

Protección de ruta de copia de seguridad compartida

Antes del fracaso

Tras el fracaso y la recuperación

Las redes de malla óptica permiten el establecimiento de servicios orientados a la conexión en modo circuito . En las redes de malla, existen múltiples mecanismos de recuperación que proporcionan distintos niveles de protección ^{[ 12 ]} o restauración ^{[ 13 ]} frente a diferentes modos de fallo . La protección de canal, enlace , segmento y ruta son los esquemas de protección más comunes. Los ciclos P ^{[ 9 ]} constituyen otro tipo de protección que aprovecha y amplía la protección basada en anillos. La restauración es otro método de recuperación que puede funcionar de forma independiente o complementar esquemas de protección más rápidos en caso de fallos múltiples.

En las redes de malla con protección de ruta, algunas conexiones pueden estar desprotegidas; otras pueden protegerse contra fallos simples o múltiples de diversas maneras. Una conexión puede protegerse contra un único fallo definiendo una ruta de respaldo, distinta de la ruta principal que toma la conexión a través de la red de malla. La ruta de respaldo y los recursos asociados pueden dedicarse 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), generalmente aquellas cuyas rutas principales no tienen probabilidades de fallar al mismo tiempo, evitando así la contención por los recursos compartidos en caso de un único fallo de enlace o nodo. Se pueden implementar otros esquemas de protección, como el uso de rutas preemptivas o rutas de respaldo solo 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 fallos (ejemplos de redes de malla a través de los océanos Atlántico y Pacífico ^{[ 14 ]} ).

Las redes de transporte tradicionales se componen de enlaces de fibra óptica entre centrales de telecomunicaciones, donde se multiplexan múltiples longitudes de onda para aumentar la capacidad de la fibra. Estas longitudes de onda se terminan en dispositivos electrónicos llamados transpondedores , donde se realiza una conversión óptico-eléctrica para la reamplificación, remodelación y resincronización de la señal (3R) . Dentro de una central de telecomunicaciones, las señales se procesan y conmutan mediante un conmutador de transporte (también conocido como interconexión óptica o conmutador óptico) y se descartan en dicha central o se dirigen a un enlace de fibra saliente, donde se transportan nuevamente como longitudes de onda multiplexadas hacia la siguiente central de telecomunicaciones. El proceso de conversión óptico-eléctrica-óptica (OEO) a través de una central de telecomunicaciones hace que la red se considere opaca. ^{[ 15 ]} Cuando las longitudes de onda entrantes no sufren una conversión óptico-eléctrica y se conmutan a través de una central de telecomunicaciones en el dominio óptico mediante conmutadores totalmente ópticos (también llamados interconexiones fotónicas , multiplexores ópticos de inserción/extracción o sistemas de multiplexores ópticos de inserción/extracción reconfigurables (ROADM) ), la red se considera transparente . ^{[ 16 ]} Los esquemas híbridos que aprovechan los bypasses ópticos y proporcionan conversiones OEO limitadas en ubicaciones clave de la red se denominan redes translúcidas. ^{[ 17 ]}

Las redes de malla óptica transparentes basadas en ROADM se han desplegado en redes metropolitanas y regionales desde mediados de la década de 2000. ^{[ 18 ]} A principios de la década de 2010, las redes operativas de larga distancia aún tienden a permanecer opacas, ya que existen limitaciones y deficiencias de transmisión que impiden extender 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 (denominado Enrutamiento y Asignación de Longitud de Onda , o "RWA"). Esto se debe a 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 consiste en 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 distinta (con o sin compartición de recursos a lo largo de la ruta de respaldo) para una conexión o servicio, como: ruta más corta , incluido el algoritmo de Dijkstra ; ruta k-más corta , ^{[ 20 ]} como el algoritmo de Yen ; enrutamiento diverso o disjunto de aristas y nodos , incluido el algoritmo de Suurballe ; ^{[ 21 ]} y numerosas heurísticas . En general, sin embargo, los problemas de enrutamiento óptimo para la protección de rutas de respaldo dedicadas con grupos de recursos de riesgo compartido arbitrarios , ^{[ 22 ]} y para la protección de rutas de respaldo compartidas son NP-completos . ^{[ 23 ]}

El despliegue de redes de malla ópticas está permitiendo que los proveedores de servicios ofrezcan nuevos servicios y aplicaciones a sus clientes, como por ejemplo:

• Protección de la calidad del servicio (QoS), que permite servicios con diferentes niveles de protección: preemptivo, no protegido, protegido con recuperación garantizada contra fallas de un solo enlace o un solo nodo, protegido contra fallas múltiples (a través de una combinación de protección ^{[ 12 ]} y restauración ^{[ 13 ]} ).
• Servicios dinámicos como ancho de banda bajo demanda (BoD), ^{[ 24 ]} ancho de banda justo a tiempo (JIT), programación de ancho de banda y corretaje de ancho de banda
• Redes privadas virtuales ópticas ^{[ 25 ]}
• Rutas de luz de multidifusión

También admite nuevos paradigmas de red como

• Arquitecturas de red IP sobre óptica ^{[ 26 ]}

Redes malladas en general y redes malladas inalámbricas en particular.

• "Sitio web sobre protección de red: técnicas de protección de red, recuperación ante fallos de red, eventos de fallos de red"Archivado el 30/11/2010 en Wayback Machine.
• "Redes de transporte resilientes basadas en malla: opciones y estrategias para redes ópticas, MPLS, SONET y ATM", por Wayne GroverArchivado el 23 de marzo de 2012 en Wayback Machine.
• "Control de redes ópticas: arquitectura, protocolos y estándares", por Greg Bernstein, Bala Rajagopalan y Debanjan Saha.
• "Enrutamiento de rutas en redes ópticas de malla", por Eric Bouillet, Georgios Ellinas, Jean-Francois Labourdette y Ramu Ramamurthy.,,
• "Ciclos P: una visión general", R. Asthana, YN Singh, WD Grover, IEEE Communications Surveys and Tutorials, febrero de 2010
• "Redes resilientes: algoritmos para enrutamiento diverso", por Ramesh Bhandari