BR102014029519B1

BR102014029519B1 - Arrangement and method for cascaded and distributed dynamic equalization of optical channels

Info

Publication number: BR102014029519B1
Application number: BR102014029519-4A
Authority: BR
Inventors: João Carlos Soriano Sampaio Januário; Miquel Garrich Alabarce; Juliano Rodrigues Fernandes De Oliveira
Original assignee: Fundacao Cpqd - Centro De Pesquisa E Desenvolvimento Em Telecomunicacoes
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2022-04-12
Also published as: BR102014029519A2

Abstract

ARRANJO E MÉTODO PARA EQUALIZAÇÃO DINÂMICA EM CASCATA E DISTRIBUÍDA DE CANAIS ÓPTICOS, caracterizado por adicionar memória ao sistema para atingir a convergência ao longo da cascata de chaves WSS incluindo na malha de controle dados históricos e medidas de erro adicionais, compreendendo diferentes sites de equalização dispostos em cascata, com controladores proporcionais duplo integrativo, definidos por um parâmetro proporcional kp, dois parâmetros integrativos ki1 e ki2, e um parâmetro de estabilidade alfa. Na malha de controle utilizada para a equalização, os termos considerados como entrada e saída são, respectivamente, a diferença entre o valor de potência monitorada no OCM e a potência alvo, definida pelo operador em um dado instante, e o correspondente valor da atenuação a ser configurado na chave óptica.ARRANGEMENT AND METHOD FOR DYNAMIC EQUALIZATION IN CASCADE AND DISTRIBUTED OPTICAL CHANNELS, characterized by adding memory to the system to achieve convergence along the cascade of WSS keys including in the control loop historical data and additional error measures, comprising different equalization sites arranged cascaded, with dual integrative proportional controllers, defined by a proportional parameter kp, two integrative parameters ki1 and ki2, and an alpha stability parameter. In the control loop used for equalization, the terms considered as input and output are, respectively, the difference between the power value monitored in the OCM and the target power, defined by the operator at a given instant, and the corresponding value of the attenuation at be configured on the optical switch.

Description

Application field

[001]A presente invenção se aplica ao campo da Engenharia de Telecomunicações, especificamente às comunicações por fibra óptica, e refere-se a um arranjo e um método de equalização de canais ópticos em cenários dinâmicos. Particularmente, a invenção refere-se à utilização de uma malha de controle na chave seletora de comprimentos de onda para manter um nível desejado de potência óptica por canal ao longo do tempo.[001] The present invention applies to the field of Telecommunications Engineering, specifically to optical fiber communications, and refers to an arrangement and a method of equalization of optical channels in dynamic scenarios. Particularly, the invention relates to the use of a control loop in the wavelength selector switch to maintain a desired level of optical power per channel over time.

[002]As chaves seletoras de comprimentos de onda geram transientes não desejados de potência óptica ao operar em cascata, de forma distribuída e com malhas de controle simplificadas. A invenção inclui na malha de controle dados históricos e medidas de erro adicionais que solucionam o problema de transientes de potência óptica em redes ópticas quando diversas chaves seletoras de comprimentos de onda são colocadas em cascata e operam de forma distribuída.[002]Wavelength selector switches generate unwanted optical power transients when operating in cascade, distributed fashion and with simplified control loops. The invention includes in the control loop historical data and additional error measurements that solve the problem of optical power transients in optical networks when several wavelength selector switches are cascaded and operate in a distributed manner.

[003]Para um melhor entendimento do presente relatório descritivo, seguem alguns termos e siglas utilizados no mesmo:[003]For a better understanding of this descriptive report, here are some terms and acronyms used in it:

[004]DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) -Multiplexação por divisão densa de comprimento de onda.[004]DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) - Dense Wavelength Division Multiplexing.

[005]EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) - Amplificador a Fibra Dopada com Érbio.[005]EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) - Erbium Doped Fiber Amplifier.

[006] Overshoot - Transiente de potência muito acima da potência alvo.[006] Overshoot - Power transient far above target power.

[007]OSC (Optical Supervisory Channel) - Canal óptico de supervisão.[007]OSC (Optical Supervisory Channel) - Optical supervisory channel.

[008]OCM (Optical Channel Monitor) - Monitor de canal óptico.[008]OCM (Optical Channel Monitor) - Optical channel monitor.

[009]OSNR (Optical Signal to Noise Ratio) Relação Sinal/Ruído Óptica.[009]OSNR (Optical Signal to Noise Ratio) Optical Signal to Noise Ratio.

[010]PID - Controlador Proporcional Integral Derivativo.[010]PID - Proportional Integral Derivative Controller.

[011] PII - Controlador Proporcional duplo Integrativo.[011] PII - Integrative Dual Proportional Controller.

[012]ROADM (Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer) -Multiplexador óptico reconfigurável de adição e remoção.[012]ROADM (Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer) -Reconfigurable optical add and drop multiplexer.

[013]Undershoot - Transiente de potência muito abaixo da potência alvo.[013]Undershoot - Power transient far below target power.

[014]WSS (Wavelength Selective Switch) - Chave seletora de comprimentos de onda.[014]WSS (Wavelength Selective Switch) - Wavelength Selective Switch.

State of the Technique

[015]As redes ópticas atuais precisam suportar as crescentes demandas de tráfego, com garantia da qualidade do serviço.[015] Current optical networks need to support the growing traffic demands, with guaranteed quality of service.

[016]Especificamente, a exigência de chaveamento de canais ópticos nas redes atuais pode ser muito diferente de nó em nó, ao longo do tempo. Por isso, os multiplexadores ópticos reconfiguráveis de adição e remoção (ROADMs) precisam garantir capacidades de reconfiguração e adaptação às demandas de tráfego. Recentes propostas em ROADMs incluem dispositivos ópticos ativos controlados por software permitindo o gerenciamento remoto das funcionalidades de comutação óptica.[016]Specifically, the requirement for switching optical channels in current networks can be very different from node to node, over time. Therefore, reconfigurable optical addition and removal multiplexers (ROADMs) need to guarantee reconfiguration capabilities and adapt to traffic demands. Recent proposals in ROADMs include software-controlled active optical devices allowing remote management of optical switching functionality.

[017]Os dispositivos ópticos ativos que são atualmente utilizados nos ROADMs são as chaves seletoras de comprimentos de onda (WSSs). O uso de WSSs possibilita o roteamento de canais escolhendo a interface de linha de saída do ROADM (conexão com outros ROADMs na rede). Adicionalmente, o uso de WSSs provê a funcionalidade de atenuação da potência óptica por canal em cada uma das portas de interface de linha de saída do ROADM.[017] The active optical devices that are currently used in ROADMs are the wavelength selector switches (WSSs). The use of WSSs makes it possible to route channels by choosing the ROADM output line interface (connection to other ROADMs in the network). Additionally, the use of WSSs provides per-channel optical power attenuation functionality on each of the ROADM's line-out interface ports.

[018]Por outro lado, diversos fenômenos, dentre eles as variações de temperatura e/ou trações mecânicas nas fibras ópticas instaladas em campo, podem gerar flutuações aleatórias nas potências ópticas por canal. Habitualmente é utilizada a funcionalidade de atenuação da potência óptica por canal dos WSSs, para compensar as flutuações não desejadas. Mais detalhadamente, são utilizadas malhas de controle que compensam as flutuações, atuando na atenuação da potência óptica com a informação do erro entre a potência por canal desejada e a potência por canal presente. Contudo, mesmo em tais condições, ao colocar na rede óptica WSSs em cascata, operando de forma distribuída e com malhas de controle simplificadas, as flutuações podem ser amplificadas, gerando transientes de potência muito acima (overshoot) ou muito abaixo (undershoot) da potência alvo. Os overshoots e undershoots de potência são intrínsecos do cascateamento de WSSs com malhas de controle simplificadas por não utilizar o canal óptico de supervisão (OSC) para coordenar a atuação das diferentes malhas de controle simultaneamente.[018] On the other hand, several phenomena, including temperature variations and/or mechanical tractions in optical fibers installed in the field, can generate random fluctuations in optical powers per channel. The functionality of optical power attenuation per channel of WSSs is commonly used to compensate for unwanted fluctuations. In more detail, control loops that compensate for fluctuations are used, acting on the attenuation of the optical power with the information of the error between the power per channel desired and the power per channel present. However, even under such conditions, when cascading WSSs into the optical network, operating in a distributed manner and with simplified control loops, fluctuations can be amplified, generating power transients far above (overshoot) or far below (undershoot) the power. target. Power overshoots and undershoots are intrinsic to the cascading of WSSs with simplified control loops because they do not use the optical supervisory channel (OSC) to coordinate the performance of the different control loops simultaneously.

[019]Diferentes abordagens para garantir o nível desejado de potência dos canais ao longo do tempo são encontradas na literatura técnica, desde a utilização de métodos ao inserir canais, até as modificações nos parâmetros dos controladores em função de diferentes definições de estados.[019] Different approaches to guarantee the desired power level of the channels over time are found in the technical literature, from the use of methods when inserting channels, to changes in controller parameters depending on different state definitions.

[020]Estão compreendidos no estado da técnica diversos documentos de patente que mencionam módulos e/ou métodos para realizar o balanceamento automático da potência do canal.[020] The state of the art includes several patent documents that mention modules and/or methods to perform automatic channel power balancing.

[021]A publicação CN101222277 (Bo et al.) “Optical channel power automatic equalization method of WSS type ROADM node equipment”, por exemplo, revela um módulo e um método de equalização da potência dos canais que passam por uma WSS, que é responsável por controlar a atenuação espectral dada aos canais visando o nível desejado de potência óptica. Contudo, ao se aplicar tal método em cada um dos nós do enlace, as flutuações podem ser amplificadas gerando overshoots e/ou undershoots. Além disso, o método revelado nessa publicação não detalha a implementação do controlador, ou seja, não apresenta o cálculo necessário para corrigir o erro entre a potência por canal desejada e a potência por canal presente.[021] Publication CN101222277 (Bo et al.) “Optical channel power automatic equalization method of WSS type ROADM node equipment”, for example, discloses a module and a method of equalizing the power of the channels that pass through a WSS, which is responsible for controlling the spectral attenuation given to the channels aiming at the desired level of optical power. However, when applying this method in each of the nodes of the link, the fluctuations can be amplified generating overshoots and/or undershoots. Furthermore, the method disclosed in this publication does not detail the controller implementation, that is, it does not present the calculation necessary to correct the error between the desired power per channel and the present power per channel.

[022]A publicação US20020131698 (ou US7630644) de Akira Yamamoto et al. Intitulada de “Optical add/drop multiplexer, control method therefor and control program therefor” revela métodos de controle da potência por canal, como em ROADMs baseados em WSSs. No entanto, não é utilizado o efeito acumulado de vários ROADMs baseados em WSSs em cascata; também não é utilizado nenhum controlador do tipo Proporcional Integral Derivativo (PID) e os métodos de controle apresentados limitam-se a corrigir o erro entre a potência por canal desejada e a potência por canal presente.[022] Publication US20020131698 (or US7630644) by Akira Yamamoto et al. Titled “Optical add/drop multiplexer, control method therefor and control program therefor” it reveals methods of controlling power per channel, as in WSS-based ROADMs. However, the cumulative effect of multiple ROADMs based on cascading WSSs is not used; no Proportional Integral Derivative (PID) type controller is used and the control methods presented are limited to correcting the error between the desired power per channel and the current power per channel.

[023]A publicação US8135280 (Lei et al.) intitulada “Method and system for power stability control in wavelength division multiplexing networks” apresenta um método para o controle da estabilidade de potência com dois estados (ativo e inativo) para redes de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM), considerando comunicação via o OSC. Contudo, não é utilizado nenhum controlador tipo PID, limitando-se o método a corrigir o erro entre a potência por canal desejada e a potência por canal presente.[023]The publication US8135280 (Lei et al.) entitled “Method and system for power stability control in wavelength division multiplexing networks” presents a method for the control of power stability with two states (active and inactive) for multiplexing networks by wavelength division (WDM), considering communication via the OSC. However, no PID controller is used, the method being limited to correcting the error between the desired power per channel and the present power per channel.

[024]As publicações US20110176802 e US20110243555 apresentam métodos de controle da potência por canal para ROADMs em cascata baseados em WSSs, que consideram um tempo inicial de introdução do canal óptico, para depois passar ao tempo do controle estabilizado. O método propõe diferentes coeficientes do controlador PID nesses tempos a serem modificados considerando as condições do enlace ou da rede. No entanto, não são mencionados outros controladores além do PID nem o uso do desvio padrão para o histórico de medidas e de erros. Por isso, ao aplicar o método em cada um dos nós do enlace as flutuações podem ser amplificadas e gerar overshoots e/ou undershoots.[024] Publications US20110176802 and US20110243555 present methods of power control per channel for cascaded ROADMs based on WSSs, which consider an initial time of introduction of the optical channel, and then move on to the time of stabilized control. The method proposes different coefficients of the PID controller in these times to be modified considering the conditions of the link or network. However, no controllers other than the PID are mentioned, nor the use of standard deviation for measurement and error history. Therefore, when applying the method in each of the nodes of the link, the fluctuations can be amplified and generate overshoots and/or undershoots.

[025]Já a publicação US2014112660 apresenta um método de controle de potência tipo PID para adicionar canais em redes ópticas ao longo de vários ROADMs em cascata baseados em WSSs. Em particular, apresenta uma malha de controle (controlador) PID que utiliza vários estados para a configuração dos coeficientes do controlador PID. Além disso, a operação dos controladores PID colocados nos ROADMs em cascata é considerada independente entre eles. No entanto, o método apresentado é considerado somente para adicionar canais na rede, mas não para eliminar transientes de potência de forma dinâmica (contínua no tempo durante e após a inserção de canais na rede). Além disso, é considerado um controlador PID clássico e outros parâmetros relacionados com estados do controlador, o que não resolve o problema de amplificação das flutuações de potência óptica por canal na rede.[025] The publication US2014112660 presents a PID-type power control method to add channels in optical networks along several cascaded ROADMs based on WSSs. In particular, it presents a PID control (controller) loop that uses several states to configure the PID controller coefficients. Furthermore, the operation of PID controllers placed in cascaded ROADMs is considered independent of each other. However, the presented method is considered only to add channels in the network, but not to eliminate power transients dynamically (continuous in time during and after the insertion of channels in the network). In addition, it is considered a classic PID controller and other parameters related to controller states, which does not solve the problem of amplifying optical power fluctuations per channel in the network.

[026]No estado da técnica não foi encontrada nenhuma solução para o problema dinâmico (de transiente) de potência por canal ao colocar nós baseados em WSS em cascata.[026] In the state of the art, no solution was found for the dynamic (transient) problem of power per channel when cascading WSS-based nodes.

Objectives of the Invention

[027]Tendo em vista o acima exposto, é o objetivo principal da presente invenção prover um arranjo e um método de controle para chaves seletoras WSS que garanta a minimização de overshoots e undershoots de potência ao fim de um enlace óptico composto por chaves seletoras WSS em cascata e operando de forma distribuída.[027] In view of the above, it is the main objective of the present invention to provide an arrangement and a control method for WSS selector switches that guarantees the minimization of power overshoots and undershoots at the end of an optical link composed of WSS selector switches cascading and operating in a distributed fashion.

[028]É ainda outro objetivo da presente invenção prover um arranjo e um método para realizar a convergência de potência do enlace óptico no menor tempo possível, nas situações em que ocorrem overshoots e undershoots.[028] It is yet another objective of the present invention to provide an arrangement and a method to perform the power convergence of the optical link in the shortest possible time, in situations where overshoots and undershoots occur.

[029]É ainda outro objetivo da presente invenção minimizar os overshoots e undershoots de potência no menor tempo possível, pela utilização de informações de intervalos anteriores de amostragem adicionais, sem adicionar altos níveis de complexidade no controlador.[029] It is yet another objective of the present invention to minimize power overshoots and undershoots in the shortest possible time, by using information from previous sampling intervals, without adding high levels of complexity to the controller.

[030]É ainda outro objetivo da presente invenção prover o controle da potência ao fim do enlace óptico sem considerar o uso do canal de monitoração (OSC) nem a informação da sequência das chaves seletoras WSS ao longo do caminho óptico.[030] It is yet another objective of the present invention to provide power control at the end of the optical link without considering the use of the monitoring channel (OSC) or the sequence information of the WSS selector switches along the optical path.

[031]Finalmente, é outro objetivo da presente invenção prover uma malha de controle que não acrescente degradação a OSNR do sinal, em relação às malhas de controle conhecidas do estado da técnica.[031]Finally, it is another objective of the present invention to provide a control loop that does not add degradation to the signal's OSNR, in relation to the control loops known from the state of the art.

Brief Description of the Invention

[032]A ação da malha de controle de equalização nas chaves seletoras WSS dispostas em cascata em um sistema óptico é feita de forma distribuída e independente. Especificamente, o conjunto de informações advindas do monitor de canal óptico (OCM) presente em cada site de equalização contendo uma chave WSS restringe-se exclusivamente ao controlador considerado, não podendo utilizar as informações para outro controlador de quaisquer outros sites de equalização.[032] The action of the equalization control loop in the WSS selector switches arranged in cascade in an optical system is done in a distributed and independent way. Specifically, the set of information coming from the optical channel monitor (OCM) present in each equalization site containing a WSS key is exclusively restricted to the controller considered, and the information cannot be used for another controller from any other equalization sites.

[033]Por este caráter independente e distribuído, é necessário, para equalizar os transientes de potência, fazer uso da posição de cada um dos sites dentro do caminho óptico, pois a influência de cada cartão WSS ao fim da cascata não é a mesma, sendo os primeiros sites os que mais contribuem com o efeito em cascata. Desse modo, utilizando-se a informação da posição de cada site na cascata, é possível estabelecer pesos diferentes para o controlador de cada site, de modo a garantir a estabilidade na saída do sistema sem a presença de transientes de potência.[033] Due to this independent and distributed character, it is necessary, to equalize the power transients, to make use of the position of each of the sites within the optical path, as the influence of each WSS card at the end of the cascade is not the same, the first sites are the ones that most contribute to the cascading effect. Thus, using the information on the position of each site in the cascade, it is possible to establish different weights for the controller of each site, in order to guarantee the stability of the system output without the presence of power transients.

[034]Considerando que os sistemas ópticos atuais estão evoluindo para cenários com redes em malha, definir uma sequência para os diversos sites de equalização é tarefa cada vez mais difícil pois, dependendo do caminho óptico selecionado para interconectar dois pontos, a posição e a ordem de cada site pode variar. Além disso, cenários dinâmicos onde enlaces ópticos são estabelecidos e removidos em curtos intervalos de tempo dificultam o uso da informação da posição dos diferentes sites de equalização no percurso.[034]Considering that current optical systems are evolving towards scenarios with mesh networks, defining a sequence for the various equalization sites is an increasingly difficult task because, depending on the optical path selected to interconnect two points, the position and order of each site may vary. Furthermore, dynamic scenarios where optical links are established and removed in short time intervals make it difficult to use information on the position of different equalization sites along the way.

[035]Para contornar esse problema, uma primeira abordagem consiste em aumentar a complexidade da gerência do sistema óptico para que esta consiga identificar os diversos caminhos e fornecer ao processo de equalização a posição de cada um de seus sites nos percursos dos enlaces estabelecidos.[035]To circumvent this problem, a first approach is to increase the complexity of the management of the optical system so that it can identify the different paths and provide the equalization process with the position of each of its sites in the paths of the established links.

[036]A invenção provê a abordagem de suprir a necessidade de fornecer a informação de posição de cada site para os controladores das chaves envolvidas. O método proposto pela invenção aumenta em determinados parâmetros na memória já presentes nos controladores atuais, considerando informações de intervalos de amostragem anteriores e adicionais, para definir as ações futuras.[036] The invention provides the approach of supplying the need to provide the position information of each site to the controllers of the switches involved. The method proposed by the invention increases certain parameters in memory already present in current controllers, considering information from previous and additional sampling intervals, to define future actions.

[037]Desse modo, adicionando parâmetros na memória já presentes, a solução proposta pela invenção não incorre em aumento relevante da complexidade computacional, quando se compara com os controladores do estado da técnica.[037] Thus, adding parameters in memory already present, the solution proposed by the invention does not incur a relevant increase in computational complexity, when compared with the controllers of the state of the art.

[038]Tal abordagem resulta em que o controlador atue coerentemente com a posição que ocupa no caminho óptico, sem que seja necessário obter, da gerência via OSC, a posição que o próprio controlador ocupa na cascata de chaves seletoras WSS. Desse modo a atuação coerente do controlador, baseada em informações de intervalos anteriores de amostragem adicionais, resulta diferente para os vários controladores da cascata de chaves seletoras WSS sem a informação da posição que eles ocupam.[038] This approach results in the controller acting coherently with the position it occupies in the optical path, without it being necessary to obtain, from the management via OSC, the position that the controller itself occupies in the cascade of WSS selector switches. In this way, the coherent performance of the controller, based on information from previous additional sampling intervals, is different for the various controllers of the WSS selector switch cascade without the information of the position they occupy.

[039] Em uma malha de controle os termos que se relacionam com as amostras obtidas em intervalos anteriores de amostragem são os termos integrativos. O método da invenção utiliza termos integrativos adicionais e técnicas matemáticas que possibilitam alcançar seus objetivos sem aumento relevante da complexidade computacional no controlador.[039] In a control loop the terms that relate to the samples obtained in previous sampling intervals are the integrative terms. The method of the invention uses additional integrative terms and mathematical techniques that make it possible to achieve its goals without significantly increasing the computational complexity in the controller.

[040]A ocorrência de falhas ou o acréscimo significativo de potência ao sistema, são os principais responsáveis por overshoot e undershoot de potência ao fim de enlaces ópticos em que a ação da equalização é definida por um controlador que opera localmente em cada cartão WSS. Por essa razão, a fim de minimizar o efeito que este transiente de potência pode ocasionar, o método da invenção utiliza a identificação dos instantes destas variações, o que auxilia o controlador de modo que a estabilidade do sistema seja alcançada de forma amortecida.[040] The occurrence of failures or the significant addition of power to the system are the main responsible for overshoot and undershoot of power at the end of optical links in which the equalization action is defined by a controller that operates locally on each WSS card. For this reason, in order to minimize the effect that this power transient can cause, the method of the invention uses the identification of the instants of these variations, which helps the controller so that the stability of the system is achieved in a damped way.

[041]O parâmetro utilizado é o desvio padrão das medidas de potência obtidas pelos mecanismos de monitoração. Através do cálculo do desvio padrão dos últimos valores de potência armazenados na memória do controlador determina-se o momento em que este parâmetro atinge valores elevados, o que indica a ocorrência de transiente de potência, sendo possível habilitar mecanismos alternativos de controle, o que será definido durante o processo de equalização, como critério de estabilidade do canal óptico, servindo para definir a ação do controlador.[041]The parameter used is the standard deviation of the power measurements obtained by the monitoring mechanisms. By calculating the standard deviation of the last power values stored in the controller's memory, the moment when this parameter reaches high values is determined, which indicates the occurrence of a power transient, making it possible to enable alternative control mechanisms, which will be defined during the equalization process, as optical channel stability criterion, serving to define the controller action.

Description of Figures

[042]As demais vantagens e características da invenção tornar- se-ão mais evidentes a partir da descrição de concretizações preferidas, dadas a título de exemplo e não de limitação, e das figuras que a elas se referem, nas quais:[042] The other advantages and characteristics of the invention will become more evident from the description of preferred embodiments, given by way of example and not limitation, and the figures that refer to them, in which:

[043]A Figura 1 é um gráfico do comportamento da potência de um canal óptico, em relação ao processo de equalização por meio de sucessivas iterações de um controlador, com destaque na amplitude do transiente de potência e no tempo de convergência para que o canal atinja a região de estabilidade.[043]Figure 1 is a graph of the power behavior of an optical channel, in relation to the equalization process through successive iterations of a controller, highlighting the power transient amplitude and the convergence time for the channel reach the region of stability.

[044]A Figura 2 ilustra um site de equalização e seus componentes, destacando-se o cartão WSS, o monitor de canal óptico OCM, o amplificador óptico e o controle local que mantém comunicação com WSS e o OCM.[044]Figure 2 illustrates an equalization site and its components, highlighting the WSS card, the OCM optical channel monitor, the optical amplifier and the local control that maintains communication with WSS and the OCM.

[045]A Figura 3 ilustra o arranjo da invenção com três diferentes sites de equalização dispostos em cascata, com controle local para cada um.[045] Figure 3 illustrates the arrangement of the invention with three different equalization sites arranged in cascade, with local control for each one.

[046]A Figura 4 é um fluxograma ilustrativo do método de equalização proposto pela invenção.[046] Figure 4 is an illustrative flowchart of the equalization method proposed by the invention.

[047]A Figura 5 é um gráfico que compara (por simulação) o desempenho temporal da OSNR de um determinado canal, ao final de um sistema com 8 sites de equalização dispostos em cascata, para dois tipos de equalização. O primeiro refere-se ao método da invenção e o segundo refere-se a um controlador clássico tendo apenas um controlador integrativo.[047]Figure 5 is a graph that compares (by simulation) the temporal performance of the OSNR of a given channel, at the end of a system with 8 equalization sites arranged in cascade, for two types of equalization. The first refers to the method of the invention and the second refers to a classical controller having only one integrative controller.

Detailed Description of the Invention

[048]De acordo com a Figura 3, um arranjo de n sites de equalização independentes são dispostos em cascata, utilizando um controlador local por site. Neste cenário, o método da invenção garante que cada controlador só será habilitado após a avaliação de um critério de estabilidade da potência do canal óptico, para garantir a minimização de transientes de potência ao fim do enlace.[048]According to Figure 3, an array of n independent equalization sites are arranged in cascade, using one local controller per site. In this scenario, the method of the invention guarantees that each controller will only be enabled after the evaluation of an optical channel power stability criterion, to guarantee the minimization of power transients at the end of the link.

[049]De acordo com a invenção, dita análise de estabilidade é independente do sequenciamento dos sites de equalização e executada a partir do histórico de potência de um determinado canal.[049]According to the invention, said stability analysis is independent of the sequencing of equalization sites and performed from the power history of a given channel.

[050]Para que o canal considerado possa ser considerado estável, é preciso que um conjunto de valores de potências monitoradas tenha desvio padrão inferior a um limite definido por um parâmetro estabelecido pelo fabricante.[050] For the considered channel to be considered stable, it is necessary that a set of monitored power values have a standard deviation lower than a limit defined by a parameter established by the manufacturer.

[051]O arranjo de equalização da invenção utiliza um controlador que possui um termo proporcional kp, além de dois outros integrativos ki1 e ki2, sendo, portanto, definido como um controlador proporcional duplo integrativo (PII).[051] The equalization arrangement of the invention uses a controller that has a proportional term kp, in addition to two other integratives ki1 and ki2, being, therefore, defined as an integrative dual proportional controller (PII).

[052]No domínio de Laplace o respectivo controlador pode ser representado a partir da equação:

[052]In the Laplace domain, the respective controller can be represented from the equation:

[053]As constantes que definem esse controlador são os parâmetros kp, ki1 e ki2 (proporcional, primeiro integrativo e segundo integrativo, respetivamente). A constante α corresponde a um parâmetro de estabilidade do controlador, sendo aqui definida por um valor unitário.[053]The constants that define this controller are the parameters kp, ki1 and ki2 (proportional, first integrative and second integrative, respectively). The constant α corresponds to a stability parameter of the controller, being defined here by a unit value.

[054]A adição de um segundo termo integrativo serve para adicionar memória à malha de controle, sem que para isso a complexidade do controlador aumente significativamente.[054]The addition of a second integrative term serves to add memory to the control loop, without significantly increasing the complexity of the controller.

[055]Na malha de controle utilizada para a equalização, os termos considerados como entrada e saída são, respectivamente, (a) a diferença entre o valor de potência monitorada no OCM e a potência alvo, definida pelo operador em um dado instante; e (b) o correspondente valor da atenuação a ser configurado na chave óptica.[055] In the control loop used for equalization, the terms considered as input and output are, respectively, (a) the difference between the power value monitored in the OCM and the target power, defined by the operator at a given instant; and (b) the corresponding attenuation value to be set on the optical switch.

[056]A partir desse conjunto de entradas e saídas é possível definir a equação do controlador PII segundo a equação:

[056]From this set of inputs and outputs, it is possible to define the PII controller equation according to the equation:

[057]Em que os parâmetros ki são, respectivamente:

[057]Where the ki parameters are, respectively:

[058]Uma das consequências da adição de memória ao sistema é a distribuição mais homogênea das atenuações necessárias para atingir a convergência ao longo da cascata de chaves WSS. Por isso, apesar de a chave WSS imediatamente posterior a uma determinada variação de potência ser responsável por uma ação mais significativa na cascata, as chaves seguintes têm importância significativa para a estabilidade do sistema.[058]One of the consequences of adding memory to the system is a more homogeneous distribution of the mitigations needed to achieve convergence along the WSS key cascade. Therefore, although the WSS switch immediately after a given power variation is responsible for a more significant action in the cascade, the following switches have significant importance for the stability of the system.

[059]Dessa característica decorre uma maior velocidade de convergência do canal óptico no último site de equalização em relação ao primeiro.[059] This characteristic results in a higher speed of convergence of the optical channel in the last equalization site in relation to the first.

[060]O método de equalização proposto pela invenção (detalhado na Figura 4) é composto por 7 blocos de ação e 4 blocos de decisão, ambos numerados de 1 a 11. O método de equalização proposto aplicasse a um conjunto de canais WDM.[060]The equalization method proposed by the invention (detailed in Figure 4) is composed of 7 action blocks and 4 decision blocks, both numbered from 1 to 11. The proposed equalization method applied to a set of WDM channels.

[061]O método de equalização da invenção é executado seguindo os passos:[061]The equalization method of the invention is performed following the steps:

[062] Bloco de ação 1 - Obter as potências de todos os canais. Neste bloco, as potências de todos os canais do conjunto WDM são obtidas via o OCM. Por isso, de forma intrínseca, o número de canais ativos no conjunto é obtido também neste bloco de ação.[062] Action Block 1 - Get the powers of all channels. In this block, the powers of all channels in the WDM set are obtained via the OCM. Therefore, intrinsically, the number of active channels in the set is also obtained in this action block.

[063]Bloco de decisão 2 - Ultimo canal? Caso o canal considerado não seja o último do conjunto WDM, o próximo passo é o bloco de ação 3. Caso o canal considerado seja o último ou não existam canais no conjunto WDM, o próximo passo é o bloco de ação 11.[063] Decision block 2 - Last channel? If the considered channel is not the last one in the WDM set, the next step is action block 3. If the considered channel is the last one or there are no channels in the WDM set, the next step is action block 11.

[064]Bloco de ação 3 - Considerar o próximo canal. Após a verificação no bloco de decisão 2, o próximo canal é considerado. Com isso, o primeiro canal do conjunto WDM vai ser considerado ao iniciar o método e o último canal do conjunto WDM vai ser considerado ao finalizar o método.[064]Action block 3 - Consider next channel. After checking in decision block 2, the next channel is considered. With this, the first channel of the WDM set will be considered when starting the method and the last channel of the WDM set will be considered when ending the method.

[065]Bloco de ação 4 - Obter as características do canal. Após a consideração de um canal no bloco de ação 3, as características do canal considerado são obtidas. As características contemplam (mas não limitam-se) o indicador de presença de canal e a potência do canal.[065]Action Block 4 - Get the channel characteristics. After considering a channel in action block 3, the characteristics of the considered channel are obtained. The features include (but are not limited to) the channel presence indicator and the channel power.

[066]Bloco de decisão 5 - (Canal_detectado = sim) & (Potência do canal maior do que o limiar mínimo de potência)? Caso a potência do canal seja maior do que o limiar mínimo e o indicador de presença de canal seja afirmativo (sim), o próximo passo é o bloco de ação 6. Caso contrário, o próximo passo é o bloco de decisão 2.[066]Decision Block 5 - (Channel_detected = yes) & (Channel power greater than minimum power threshold)? If the channel power is greater than the minimum threshold and the channel presence indicator is affirmative (yes), the next step is action block 6. Otherwise, the next step is decision block 2.

[067]Bloco de ação 8 - Calcular erro. Neste bloco, o erro do canal é obtido como a diferença entre a potência do canal e a potência alvo.[067]Action Block 8 - Calculate Error. In this block, the channel error is obtained as the difference between the channel power and the target power.

[068]Bloco de decisão 7 - Erro do canal maior do que o limiar para equalizar? Caso erro do canal for superior ao limiar para equalizar, o próximo passo é o bloco de ação 8. Caso contrário, o próximo passo é o bloco de decisão 2.[068] Decision block 7 - Channel error greater than the threshold to equalize? If the channel error is greater than the threshold to equalize, the next step is action block 8. Otherwise, the next step is decision block 2.

[069]Bloco de ação 8 - Aplicar o critério de estabilidade. Neste bloco, o critério de estabilidade é calculado considerando o desvio padrão de n amostras obtidas a partir do histórico de medição do OCM. Nas situações em que o desvio padrão das amostras consideradas for inferior a um limiar definido o sinal será dito estável.[069]Action Block 8 - Apply the stability criterion. In this block, the stability criterion is calculated considering the standard deviation of n samples obtained from the OCM measurement history. In situations where the standard deviation of the samples considered is lower than a defined threshold, the signal will be said to be stable.

[070]Bloco de decisão 9 - Canal estável? Caso o desvio padrão obtido em 8 seja menor do que o limiar estabelecido como critério de estabilidade, o próximo passo é o bloco de ação 10. Caso contrário, o próximo passo é o bloco de decisão 2.[070] Decision Block 9 - Stable channel? If the standard deviation obtained in 8 is less than the threshold established as a stability criterion, the next step is action block 10. Otherwise, the next step is decision block 2.

[071]Bloco de ação 10 - Calcular atenuação. Neste bloco, a atenuação para o canal considerado é calculada com a equação do controlador PII acima descrita. O próximo passo é o bloco de decisão 2.[071]Action Block 10 - Calculate Attenuation. In this block, the attenuation for the considered channel is calculated with the PII controller equation described above. The next step is decision block 2.

[072]Bloco de ação 11 - Aplicar atenuação/ões. Neste bloco, são aplicadas na chave WSS as atenuações calculadas no bloco de ação 10 para todos canais considerados. Este é o último bloco de ação do método de equalização proposto.[072]Action Block 11 - Apply mitigation/s. In this block, the attenuations calculated in action block 10 for all considered channels are applied to the WSS switch. This is the last action block of the proposed equalization method.

[073]Em função da mudança no comportamento de atuação das malhas de controle do sistema, uma análise importante para se determinar o desempenho do controlador proposto pela invenção é a avaliação da variação da relação sinal ruído óptico (OSNR) para o canal óptico ao fim do enlace.[073] Due to the change in the performance behavior of the control loops of the system, an important analysis to determine the performance of the controller proposed by the invention is the evaluation of the variation of the optical signal noise ratio (OSNR) for the optical channel at the end of the link.

[074]Por essa razão foi realizada uma comparação, por simulação, temporal da OSNR de um determinado canal ao fim de um sistema com 8 chaves WSS dispostas em cascata com a equalização sendo definida para dois diferentes tipos de controladores, cujos resultados estão mostrados no gráfico da Figura 5.[074]For this reason, a temporal comparison of the OSNR of a given channel was performed by simulation at the end of a system with 8 WSS switches arranged in cascade with the equalization being defined for two different types of controllers, whose results are shown in the graph of Figure 5.

[075]O primeiro controlador analisado utiliza a noção de sequência da rede e o segundo o método da invenção, que não utiliza tal informação. Como se nota, a diferença de desempenho para ambos os casos é mínima, o que permite concluir que o controlador proposto não acrescenta ônus ao sistema por permitir a equalização sem a informação da sequência dos dispositivos da rede.[075] The first analyzed controller uses the notion of network sequence and the second the method of the invention, which does not use such information. As can be seen, the performance difference for both cases is minimal, which leads to the conclusion that the proposed controller does not add burden to the system by allowing equalization without information on the sequence of network devices.

[076]Embora a presente invenção tenha sido descrita em conexão com modalidades preferenciais de realização, deve ser entendido que não se pretende limitar a invenção àquelas modalidades particulares. Ao contrário, pretende-se cobrir todas as alternativas, modificações e equivalentes possíveis dentro do espírito e do escopo da invenção.[076]While the present invention has been described in connection with preferred embodiments, it should be understood that it is not intended to limit the invention to those particular embodiments. Rather, it is intended to cover all possible alternatives, modifications and equivalents within the spirit and scope of the invention.

Claims

1. ARRANGEMENT FOR DYNAMIC EQUALIZATION IN CASCADE AND DISTRIBUTED OPTICAL CHANNELS, characterized by adding memory to the system to achieve convergence along the cascade of WSS keys including historical data and additional error measurements in the control loop.

2. ARRANGEMENT according to claim 1, characterized in that it comprises different equalization sites arranged in cascade, with a local controller for each.

ARRANGEMENT according to claim 2, characterized in that said local controllers are dual integrative proportional controllers, defined by a proportional parameter kp, two integrative parameters ki1 and ki2, and a stability parameter α.

4. ARRANGEMENT according to claim 3, characterized in that in the control loop used for equalization, the terms considered as input and output are, respectively, the difference between the power value monitored in the OCM and the target power, defined by the operator at a given time; and the corresponding attenuation value to be configured in the optical switch.

5. METHOD FOR DYNAMIC EQUALIZATION IN CASCADE AND DISTRIBUTED OPTICAL CHANNELS, characterized by comprising the following steps: 1) obtain the powers of all channels, 2) verify that the considered channel is not the last one, 3) consider the next channel, 4) get the channel characteristics, 5) verify that the channel characteristics enable equalization, 6) calculate the error, 7) verify the error, 8) apply stability criteria, 9) verify that the channel is stable, 10) calculate attenuation, and 11) apply attenuation.

6. METHOD according to claim 5, characterized in that said step of obtaining the powers of all channels acquires said powers in the WDM network by means of the OCM component.

7. METHOD according to claim 5, characterized in that said step of obtaining the channel characteristics comprises using information regarding the performance of the considered channel.

8. METHOD according to claim 5, characterized in that said step of verifying whether the channel characteristics enable equalization comprises verifying the detection of the existence of the considered channel through the OCM acquisitions and if the minimum channel power threshold was hit.

9. METHOD according to claim 5, characterized in that said error calculation step calculates the difference between the channel power and the target power.

10. METHOD according to claim 5, characterized in that said step of checking the error comprises checking whether it is greater than the threshold defined as the minimum for the equalization process.

11. METHOD according to claim 5, characterized in that said step of applying stability criterion comprises calculating the value of the standard deviation of a set of n samples contained in the power history of the considered channel.

12. METHOD according to claim 5, characterized in that said step of verifying whether the channel is stable comprises verifying if the standard deviation value calculated in the stability criterion has reached the minimum requirement to enable the controller's action.