BR102015026250A2 - Dual optimization method for edfas and roadms operation based on wsss on wdm optical links - Google Patents

Abstract

resumo método de otimização dupla para operação de edfas e roadms baseados em wsss em enlaces ópticos wdm. novo método ou processo que permite automatizar o processo de equalização de canais feito pelos wss (wavelength selective switch – chave seletora de comprimento de onda) nas redes ópticas. este processo tem como objetivo reduzir o efeito não desejado do desnível de potência entre os canais na saída do amplificador. um dos objetivos desta solução é automatizar a execução destas configurações nos roadms (reconfigurable optical add-drop multiplexer - multiplexador óptico de adição e remoção reconfigurável). apresentando um método para a escolha do ponto de operação dos amplificadores, possibilitando escolher um ponto de operação (ganho) dos amplificadores que forneça um melhor desempenho em termos de osnr (optical signal to noise ratio) – relação sinal-à-ruído óptica). oferecendo uma melhoria na osnr do sinal recebido ao final do enlace em uma dada potência fixa transmitida, através da equalização da potência dos sinais ao final do enlace conforme exigida pelo sistema. 1/1

Description

MÉTODO DE OTIMIZAÇÃO DUPLA PARA OPERAÇÃO DE EDFAS E ROADMS BASEADOS EM WSSS EM ENLACES ÓPTICOS WDM

[001] Trata o presente relatório da descrição detalhada acompanhada de figuras ilustrativas de um novo método ou processo que permite automatizar o processo de equalização de canais feito pelos WSS (Wavelength Selective Switch - Chave seletora de comprimento de onda) nas redes ópticas. Este processo tem como objetivo reduzir o efeito não desejado do desnível de potência entre os canais na saída do amplificador. Um dos objetivos desta solução é automatizar a execução destas configurações nos ROADMS (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer - multiplexador óptico de adição e remoção reconfigurável). Apresentando um método para a escolha do ponto de operação dos amplificadores, possibilitando escolher um ponto de operação (ganho) dos amplificadores que forneça um melhor desempenho em termos de OSNR (Optical Signal to Noise Ratio) - Relação sinal-à-ruído óptica). Oferecendo uma melhoria na OSNR do sinal recebido ao final do enlace em uma dada potência fixa transmitida, através da equalização da potência dos sinais ao final do enlace conforme exigida pelo sistema.

Campo da Invenção [002] As redes de comunicações ópticas atuais vêm usando formatos de modulação avançados para melhorar a capacidade e a eficiência espectral, e assim suportar crescentes demandas de tráfego intrínsecas da Internet. Neste contexto, o presente pedido de patente propõe um algoritmo para a otimização simultânea de multiplexadores ópticos de adição e remoção reconfiguráveis (ROADMs) e de amplificadores, melhorando o desempenho em termos da relação sinal-à-ruído óptica (OSNR) e a correção da diferença de potência entre os canais recebidos ao final do enlace. O método de otimização proposto combina um algoritmo de otimização do ponto de operação do amplificador junto com um algoritmo de equalização de potência global. O algoritmo de ajuste do ganho do amplificador consulta uma tabela com o desempenho apresentado pelo próprio amplificador caracterizado previamente, e após medir a potência de entrada o ganho é ajustado de modo a apresentar a melhor planicidade espectral e/ou OSNR (Optical Signal to Noise Ratio - Relação sinal-à-ruído óptica). Em seguida, o algoritmo de equalização global é usado e aplicado nos ROADMs. Estes dois algoritmos são executados recursivamente até se obter o desempenho desejado em termos de OSNR ou planicidade.

[003] Com a popularização da Internet, as redes de comunicações ópticas devem suportar demandas de tráfego crescentes para garantir a qualidade de serviço. Com este objetivo, formatos de modulação avançados são estudados e implementados para melhorar o desempenho das redes em termos de capacidade, qualidade e eficiência espectral. O uso destes formatos de modulação avançados necessita uma alta relação sinal ruído óptica (OSNR Optical Signal to Noise Ratio) para garantir a ausência de erros na recepção do sinal..

[004] Em redes ópticas com multiplexação de comprimento de onda, chamadas de redes WDM (Wavelength Division Multiplexing - Multiplexação por divisão de comprimento de onda), diferentes sinais ópticos se propagam pela mesma fibra óptica usando diferentes comprimentos de onda.

[005] Comumente, em uma conexão óptica de uma rede WDM o canal é amplificado em vários pontos da rota. A posição e o número de amplificadores utilizados dependem das características da rede, como por exemplo, a topologia, a atenuação das fibras, a taxa transmitida, o limiar de recepção, etc. Além disso, em uma rede WDW dinâmica, os canais podem ser adicionados, removidos ou re-roteados.

[006] Atualmente, parte das funcionalidades requeridas nestes cenários dinâmicos são feitas de maneira manual através dos OADMs (Optical Add-Drop Multiplexer - Multiplexador óptico de adição e remoção). Com a integração do WSS (Wavelength Selective Switch - Chave seletora de comprimento de onda) nos OADMs (Optical Add-Drop Multiplexer - Multiplexador óptico de adição e remoção) e o desenvolvimento de novas arquiteturas, os OADMs passaram a fornecer a capacidade de rotear e controlar a atenuação de cada sinal nos diferentes comprimentos de onda de forma remota e reconfigurável, passando esta nova arquitetura a ser chamada de ROADM (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer - multiplexador óptico de adição e remoção reconfigurável).

[007] O amplificador de tipo EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier - Amplificador a fibra dopada com érbio) é o principal tipo de amplificador usado em redes WDM (Wavelength Division Multiplexing - Multiplexação por divisão de comprimento de onda). O EDFA tem como função principal amplificar o sinal propagado pela fibra óptica e permitir a amplificação de múltiplos canais em diferentes comprimentos de onda simultaneamente. No entanto, durante o processo de amplificação, ocorre também a adição do ruído ASE (Amplified Spontaneous Emission - Emissão espontânea amplificada), o ruído ASE representa um dos principais fatores de degradação do sinal em redes ópticas e sua adição tem como consequência a diminuição da OSNR (Optical Signal to Noise Ratio - Relação sinal-à-ruído óptica).

[008] Para a recuperação do sinal pelo receptor é necessário que este possua um valor mínimo de OSNR. O mínimo valor de OSNR depende de diversos fatores, como por exemplo, a taxa e o formato de modulação utilizados. Portanto, a adição de ruído ASE pode dificultar ou impossibilitar a recuperação do sinal no receptor. Além da adição do ruído ASE, outro efeito do amplificador óptico importante neste contexto é o ganho normalmente não uniforme dado a cada sinal em diferentes comprimentos de onda. Este perfil de ganho depende de parâmetros do projeto do amplificador, como por exemplo, os componentes usados, o laser de bombeio, o comprimento da fibra dopada com érbio, assim como da potência de cada canal e da quantidade de canais na sua entrada.

Os Sinais com maiores potências tendem a ser mais amplificados gerando assim um desnível de potência entre os sinais na saída do amplificador. Quando vários amplificadores são usados em cascata (de forma consecutiva ao longo de um enlace) este efeito acumulado pode limitar o ganho dado a alguns sinais e consequentemente diminuir a potência destes degradando a OSNR e impedindo sua recuperação no receptor.

[009] Para manter o ganho entre os sinais aproximadamente uniforme, as potências de cada sinal precisam ser equalizadas após os amplificadores. Assim, obtêm-se um perfil de potência de entrada plano em cada amplificador, gerando um ganho mais uniformemente distribuído e reduzindo o desnível de potência entre os sinais. No entanto, o processo de equalização implica em adicionar atenuações aos canais com maiores potências e consequentemente isso pode reduzir a OSNR (Optical Signal to Noise Ratio)- Relação sinal-à-ruído óptica). Existe uma forte dependência entre a degradação da OSNR pelo processo de equalização requerido, por causa do ganho não uniforme dado pelos amplificadores.

[010] Neste cenário, ao se adicionar novos canais em um enlace existente ou configurar o sistema em seu ponto inicial, os amplificadores e os ROADMs precisam ser configurados corretamente para garantir a melhor OSNR possível na recepção. A solução aqui proposta apresenta um método para configuração desses elementos em conjunto com o objetivo de otimizar a OSNR, dados os efeitos explicados anteriormente. Para isto é utilizado um método de ajuste do amplificador para seu melhor ponto de operação junto ao processo de equalização, onde um enlace com amplificadores e ROADMs é utilizado. Descrição do Estado da Técnica [011] Neste contexto, o Estado da Técnica inclui diferentes meios para equalizar a diferença de potência entre sinais que usam diferentes comprimentos de onda em uma fibra óptica, a Equalização através de filtro planificador de ganho e a Equalização local através do WSS, a seguir comentados: [012] A Equalização através de filtro, nesta técnica é colocado no amplificador um filtro que atenua os canais no perfil inverso ao ganho dado para cada canal. Assim os canais após serem amplificados podem ter todos eles aproximadamente a mesma potência. Porém, como o perfil de ganho do amplificador pode variar dado o perfil do sinal na sua entrada, normalmente o filtro planificador é projetado para obter sua melhor resposta considerando um ponto de operação típico. A Figura 1 ilustra uma topologia de amplificador com ganho planificador de ganho, GFF (Gain Flattening Filter - Filtro planificador de ganho);

[013] A Equalização local através do WSS (Wavelength Selective Switch -Chave seletora de comprimento de onda), esta técnica considera o cenário descrito na Figura 2. Especificamente, o perfil de potência dos sinais é medido na saída de cada amplificador usando um monitor de canal óptico (COM -Optical Channel Monitor - Monitor de canal óptico). Em seguida, as atenuações necessárias para equalizar as potências dos sinais são calculadas no ‘controle local’ e o WSS é usado para aplicar o conjunto de atenuações calculadas.

[014] Ainda podem ser encontrados no Estado da Técnica vários documentos de patentes, artigos corporativos e artigos científicos, que descrevem distintos métodos de equalização com diversas finalidades, aplicados em sistemas de comunicação óptica, porém nenhum desses métodos possui a configuração e o funcionamento conforme descritos nesta patente. Dentre esses documentos podem-se destacar os seguintes: [015] O pedido de patente BR 10 2013 030261 9, MÉTODO DE EQUALIZAÇÃO ESPECTRAL GLOBAL APLICADO EM ROTEADORES ÓPTICOS PARA MAXIMIZAÇÃO DE DESEMPENHO DOS SINAIS TRANSMITIDOS EM SISTEMAS DE COMUNICAÇÕES ÓPTICAS. Este pedido de patente apresenta um controle global para otimizar as atenuações aplicadas nos roteadores ópticos (ROADMs) com o fim de maximizar a OSNR (Optical Signal to Noise Ratio - Relação sinal-à-ruído óptica) dos sinais na recepção em sistemas de comunicações ópticas.

[016] A solução proposta no presente pedido de patente se baseia no mesmo tipo de controle global de atenuações, porém, a operação deste tipo de controle global junto ao controle de ganho dos amplificadores EDFA é analisada, gerando um novo método para configurações dos elementos da rede e não somente das atenuações aplicadas pelos ROADMs;

[017] O documento de patente US20140016923 A1, MULTILAYER COMMUNICATIONS NETWORK SYSTEM FOR DISTRIBUTING MULTICAST SERVICES AND METHOD FOR SUCH A DISTRIBUTION, QUE descreve um método de distribuição de serviços multicast através de um sistema de comunicação multicamadas combinando a camada de transporte óptico (WSON) com a camada de pacotes como exemplo IP/MPLS. É apresentado como aplicação deste serviço um sistema de restauração de falhas em conexões das camadas ópticas.

[018] Esta patente não se relaciona com a solução aqui proposta, pois o método apresentado não depende de como este pode ser implementado e de como a comunicação entre as diferentes camadas da rede acontecerá;

[019] O documento de patente WO2013045521 A1, A SYSTEM AND A METHOD TO PERFORM SPECTRUM ALLOCATION IN AN OPTICAL NETWORK,’ apresenta um método para preencher o espectro com sinais numa rede óptica. O método consiste em utilizar o plano de controle da rede para a alocação de recursos e também a otimização desta alocação. Nesse documento de patente é considerada uma rede elástica, ou seja, a alocação no espetro pode ser realizada de forma flexível, sem grade fixa. É proposta uma extensão para o protocolo do plano de controle para suportar o alocamento do espectro em redes elásticas e também um sistema de gerência capaz de prover a otimização do espectro.

[020] Este documento de patente não se relaciona com a solução proposta, já não se discute como a utilização do espectro é feita. A alocação do espectro pode ser feita de diferentes maneiras, a solução proposta parte de uma alocação do espectro feita previamente na rede. Essa alocação é considerada conhecida e a solução proposta não depende de uma alocação específica;

[021] O documento de patente CN101430242 B, APPARATUS AND METHOD USED FOR AUTOMATIC TEST OF ERBIUM-DOPED FIBER AMPLIFIER PERFORMANCE, propõe um método automático para testar um amplificador à fibra dopada com Érbio.

[022] Este documento de patente não se relaciona com a solução aqui proposta, pois nela não se discute como o amplificador é testado. Na solução proposta, são considerados amplificadores onde seus parâmetros de desempenho são conhecidos independentemente de como foram obtidos;

[023] O documento de patente CN101217319 A, A GAIN CONTROLLABLE TWO-SEGMENT ERBIUM-DOPED OPTICAL FIBER AMPLIFER, trata de um amplificador óptico da fibra dopada com érbio de dois segmentos com ganho controlável.

[024] Este documento de patente não se relaciona com a solução aqui proposta, pois nela não se faz nenhuma especificação quanto ao tipo de amplificador e seu método de controle de ganho;

[025] O documento de patente CN203747828 U, OPTICAL FIBER TRANSMISSION SYSTEM REALIZING OSNR FLATNESS, aqui se consideram ROADMs capazes de controlar a potencia de cada comprimento de onda e um sistema capaz de monitorar o desempenho dos sinais em termos de sua OSNR na rede óptica. Os multiplexadores que controlam a potência de cada sinal e o sistema de monitoração são ligados a uma unidade de controle. Em seguida, a potência de cada comprimento de onda é ajustada de modo a obter a mesma OSNR em cada canal. Esta solução não apresenta um método de equalização da OSNR, mas sim um método para maximizá-la. Por outro lado, a solução não precisa monitorar a OSNR em pontos intermediários na rede óptica.

[026] Esta solução utiliza um método para equalização de potência através de uma visão global da rede junto com um método para ajuste do ganho dos amplificadores ópticos. Por isso estes métodos em conjunto podem resultar em melhorias na OSNR, não havendo conflito com o documento mencionado.

Diferentemente do documento de patente acima analisado, na solução aqui proposta a OSNR de cada um dos canais alocados nos diferentes comprimentos de onda podem ser diferentes entre si, pois não há equalização da OSNR;

[027] O artigo ‘Integrated Self Managed EDFA / ROADM sub-system’ da RED-C optical networking e Capella intelligent subsystems (disponível em http://www.capellainc.com/downloads/IntegratedEDFAROADMSubsystem0523 06.pdf ) apresenta as motivações para integração de EDFAs e ROADMs em um único módulo (line-card) e comenta alguns dos desafios técnicos e comerciais para esta integração. Em seguida apresenta benefícios desta integração, mostrando uma arquitetura como exemplo. Cita como algumas das possíveis funcionalidades, a configuração dos ganhos dos amplificadores e a equalização dos canais. Neste artigo estas configurações não podem ser feitas localmente pelo software de controle do cartão ou através de comandos da gerência local ou remota. No entanto, nenhum método específico para atingir estas funcionalidades é apresentado, deste modo não há conflitos com a solução proposta.

[028] O white paper ‘ROADMs in Next-Generation Networks’ da Optelian publicado em Setembro 2013 (disponível em http://www.optelian.com/media/153304/Optelian-ROADMsNextGenNetworks -WP.pdf) inicialmente apresenta o WSS como principal componente na construção dos ROADMs e os conceitos de grau do nó, a não restrição de cor (C, coloress), a não restrição de direção (D, directionless), e a não restrição de contenção de recursos (C, contentionless). Assim, o documento discute e qualifica as possíveis arquiteturas de um ROADM. Em seguida, são apresentados os benefícios de uma arquitetura CDC e a necessidade de se desenvolver uma nova geração de WSSs capaz de superar as limitações técnicas para a construção de ROADMs CDC que apresentem baixas perdas. É citado como possível função do ROADM o controle de potência de cada comprimento de onda com objetivo de manter a potência do sinal dentro de limites adequados para garantir uma boa OSNR. Desta maneira, a saturação dos amplificadores ao longo da rede e prevenida e efeitos não lineares intra canais e entre canais são minimizados, explorando da faixa dinâmica de potência dos receptores.

[029] Em seguida, são discutidos alguns efeitos dos amplificadores óticos e mostra-se que diferentes canais podem ser amplificados com diferentes ganhos. Tal diferença entre os ganhos aplicados a cada canal gera um desnível de potência entre eles. Assim, o desnível de potência entre os canais após serem amplificados tende a ser maior que o desnível antes do processo de amplificação.

[030] Quando diversos amplificadores são utilizados em cascata este efeito pode levar a um grande desnível entre a potência dos canais. Além disso, a diferença entre os ganhos aplicados a cada canal depende da potência de cada canal na entrada do amplificador e do projeto do próprio amplificador. É comentado como o balanceamento de potência entre os canais precisa ser feito manualmente quando OADMs são usados no lugar de ROADMs, principalmente em redes menores.

[031] É apresentado o conceito de redes estáticas e dinâmicas e como as requisições de conexões se apresentam em cada tipo de rede. Também são discutidas as vantagens e desvantagens de um controle distribuído e centralizado, e a tentativa de se criar extensões para os protocolos baseados em redes de pacotes para suportar as funcionalidades da camada óptica, como por exemplo, o GMPLS.

[032] Por fim algumas vantagens do controle centralizado em relação ao distribuído são apresentadas, como por exemplo, a visibilidade global da rede considerando parâmetros como perda, dispersão, comprimentos de onda usados em cada link da rede, a não necessidade de processamento em cada nó da rede e possibilidade de melhores algoritmos de roteamento baseados nos parâmetros da rede (impairment aware routing). No entanto, nenhum método específico para atingir estas funcionalidades é apresentado, deste modo não há conflitos com a solução aqui proposta.

[033] Compõem também o Estado da Técnica os seguintes artigos científicos.

[034] O artigo‘Shankar, Rathy, et al. "Multi-degree ROADM based on wavelength selective switches: Architectures and scalability.”Optics Communications 279.1 (2007): pag. 94-100’ onde é apresentada a motivação para o uso de arquiteturas de ROADM baseadas em WSSs e splitters. Por fim, é analisado o efeito da interferência (cross-talk) entre os canais em diferentes arquiteturas de ROADM em termos de escalabilidade, ou seja, ao aumentar o grau das arquiteturas. O artigo não está relacionado diretamente com a solução proposta.

[035] O artigo ‘Kishore, Bhyri Sai, et al. "CAPEX minimizationthrough node degreereduction in a ColorlessandDirectionless ROADM architecture for flexibleoptical networks.” OpticalSwitchingand Networking 7.4 (2010): pag. 141152’, que propõe um algoritmo de roteamento para diminuir o número de graus nos ROADMs usados na rede para um determinado tráfego. É proposta uma estrutura que pode ser aumentada de forma modular com o aumento do tráfego. No artigo é demonstrada em simulação a redução do numero de graus usados após aplicar o algoritmo proposto em comparação com um algoritmo convencional. A solução da patente aqui proposta não discute a alocação das rotas na rede. Por isso, este artigo não se relaciona diretamente com a solução proposta.

[036] O artigo ‘Raffaelli, Carla, et al. "Photonics in switching: Architectures, systems and enabling technologies." Computer Networks 52.10 (2008): pag. 1873-1890’ apresenta diferentes tecnologias usadas para construção de chaves ópticas. Destacam-se as chaves baseadas em MEMS (Microelectromechanical systems - Sistemas microeletromecânicos) e SOAs (Semiconductor Optical Amplifier - Amplificador óptico semicondutor) com objetivo de atingir tempos de chaveamento pequenos viabilizando redes baseadas no chaveamento de pacotes no domínio óptico. Em seguida, são apresentadas as vantagens dos dispositivos fotônicos como altas velocidades de chaveamento, baixas potências, e pequenos tamanhos, etc. Por fim, são apresentadas arquiteturas de chaves usando SOAs, MEMS e ressonadores baseados em anel. Este trabalho aborda alternativas para o projeto de chaves ópticas e seu impacto nas redes ópticas, não estando diretamente relacionado com a solução aqui proposta.

[037] O artigo He, Jun, et al. 'A survey on recent advances in optical communications." Computers & Electrical Engineering 40.1 (2014): 216-240 apresenta uma visão geral do sistema de comunicação óptica e foca em tópicos de modulação, chaveamento, multiplexadores, sistemas de detecção, controle e gerenciamento. Por se tratar de um artigo mais abrangente, não inclui métodos de configuração de canais ópticos nem processos de equalização de potência, portanto não se relaciona com a solução proposta.

[038] Com base nos artigos e patentes discutidos, o Estado da Técnica não resolve de maneira otimizada o problema do ajuste conjunto de ROADMs e EDFAs para um enlace óptico. Ou seja, obter as configurações que apresentem a melhor OSNR possível dada uma potência fixa para cada canal. A solução proposta apresenta um método iterativo para tentar encontrar a configuração que levaria os canais a apresentar a máxima OSNR possível.

[039] A seguir faz-se referência às Figuras que acompanham este relatório descritivo, para melhor entendimento e ilustração do mesmo, onde se vê: [040] A Figura 1 mostra um esquema da Topologia de um amplificador do tipo EDFA com filtro GFF na saída, amplificador com ganho planificador de ganho, GFF (Gain Flattening Filter - Filtro planificador de ganho), conforme encontrado no Estado da Técnica.

[041 ]A Figura 2 mostra um esquema dos elementos necessários para a aplicação da equalização local em um ROADM, para Equalização local através do WSS, conforme encontrado no Estado da técnica [042] A Figura 3 mostra um esquema dos elementos necessários na solução proposta para a aplicação da equalização global nos ROADMs e configuração do ganho dos amplificadores, objeto da presente patente.

[043] A Figura 4 mostra um esquema do enlace genérico com N ROADMs e EDFAs.

[044] A Figura 5 mostra um esquema em forma de fluxograma do método da Equalização global. Onde na caixa 1 são medidas as potências dos K canais na saída do M-ésimo amplificador. Este vetor com a potência dos canais é usado como entrada na caixa 2 para calcular o vetor de desnível de potência dos canais. Em seguida na caixa 3 o controlador central obtém os valores de atenuações de todos os M ROADMs do enlace, usando os valores de saída das caixas 2 e 3 é calculado na caixa 4 o filtro inverso a ser aplicado. Com base neste filtro, que consiste na atenuação a ser aplicada em cada um dos canais ao longo dos M ROADMs, é calculada a nova atenuação a ser aplicada em cada um dos M ROADMs. Isto é feito na caixa 5 seguindo das três estratégias apresentadas (Igualmente distribuída, distribuição para frente, e distribuição para trás). Estes valores são retornados para a aplicação de otimização dual na caixa 6.

[045] A Figura 6 mostra um esquema em forma de fluxograma do método EDFA adaptativo. Na caixa 1 o controlador central mede a potência de entrada de todos os amplificadores presentes no enlace. Em seguida na caixa 2 é consultada a máscara de potência de cada um dos amplificadores e o ganho G que minimiza a função custo C é encontrado para cada um dos amplificadores é encontrado. Por fim este ganho é retornado para aplicação de otimização dual na caixa 3.

[046] A Figura 7 mostra um esquema em forma de fluxograma do método de otimização dupla, objeto da presente patente. Este método proposto faz referência aos métodos de equalização global e EDFA adaptativo. Primeiro na caixa 1 executa-se a equalização global conforme o fluxograma da Figura 5 obtendo os valores de atenuações dos M ROADMs. Estes valores são aplicados aos M ROADMs pelo controlador central na caixa 2. Em seguida na caixa 3, é executado o fluxograma da Figura 6 e obtém-se os valores de ganhos para todos os amplificadores presentes no enlace, estes ganhos são aplicados pelo controlador central na caixa 4. Por fim verifica-se a condição de parada, caso esta seja atingida a otimização dual estará terminada. Caso contrário repete-se os itens das caixas 1,2,3,4.

Objetivos da Invenção [047] O Método de otimização dupla para operação de EDFAs e ROADMs baseados em WSSs em enlaces ópticos WDM, objeto da presente patente, tem como objetivos principais automatizar o processo de equalização de canais feito pelos WSS nas redes ópticas, apresentar um método para escolha do ponto de operação dos amplificadores, oferecer melhoria na OSNR do sinal recebido ao final do enlace dada uma potência fixa transmitida, e proporcionar a equalização de potência dos sinais ao final do enlace conforme exigida pelo sistema.

[048] Para automatizar o processo de equalização de canais feito pelos WSS nas redes ópticas, atualmente é muito comum entre os operadores de rede utilizar a configuração manual dos ROADMs e amplificadores. Normalmente os ROADMs são configurados de modo a aplicar a equalização local para garantir que o sinal de entrada no amplificador seguinte seja plano. Este processo tem como objetivo reduzir o efeito não desejado de desnível de potência entre canais na saída do amplificador. Um dos objetivos da solução aqui proposta é automatizar a execução destas configurações nos ROADMS.

[049] Para se obter um método eficiente para escolha do ponto de operação dos amplificadores, os amplificadores em redes ópticas são configurados habitualmente de modo a compensar as perdas das fibras e ROADMs presentes nas redes, e tendo disponível uma caracterização prévia dos modelos dos amplificadores usados, é possível escolher um ponto de operação (ganho) dos amplificadores que forneça um melhor desempenho em termos de OSNR.

[050] Para a melhoria na OSNR do sinal recebido ao final do enlace dada uma potência fixa transmitida, o método aqui proposto apresenta ganhos em termos das OSNR dos canais recebidos quando comparado com os métodos já conhecidos de equalização e ajuste dos ROADMs e dos amplificadores. A solução aqui proposta apresenta esse método para otimização dos ROADMs e amplificadores presentes no enlace com o objetivo de aumentar a OSNR dos canais. O método aqui proposto permite que estes elementos sejam configurados de maneira automática com o objetivo de melhorar a OSNR dos canais no receptor.

[051] Para fornecer a equalização de potência dos sinais ao final do enlace conforme exigida pelo sistema, no método aqui proposto, permite que o desnível máximo de potência entre os canais no receptor possa ser ajustado. Assim, a equalização de potência estará terminada quando o desnível de potência medido for menor que o valor ajustado. Isto adiciona um parâmetro de ajuste em relação à equalização local normalmente aplicada.

Descrição da invenção [052] Em seguida descreve-se uma forma preferencial não restritiva de realização do presente método e sua forma de implementação, objeto desta patente, onde a configuração, arquitetura, aplicação e funcionamento podem variar na forma adequada para cada situação de enlace de rede desejada; descrevendo uma das possibilidades construtivas que levam a concretizar o objeto descrito e a forma em que o mesmo funciona.

[053] O Método de otimização dupla para operação de EDFAs e ROADMs baseados em WSSs em enlaces ópticos WDM, objeto da presente patente, apresenta um algoritmo para configuração de ROADMs e amplificadores em um enlace óptico, este método, ou processo de operação, tem como objetivo a otimização da OSNR dos sinais no receptor. O método está essencialmente composto de duas partes principais. Na primeira parte do método o processo de equalização global é aplicado, o resultado deste processo são as atenuações que devem ser configuradas em cada um dos ROADMs do enlace. Na segunda, o algoritmo chamado de EDFA adaptativo é executado, o resultado deste algoritmo são os ganhos que deverão ser aplicados aos EDFAs presentes no enlace. Além disso, para o método aqui proposto é necessário medir a potência dos canais nos ROADMs e a potência de entrada de cada amplificador. Em seguida, é necessário também configurar os ROADMs e EDFAs presentes no enlace. Assim, em uma forma preferencial de realização para execução do método aqui proposto é considerado como um controlador com visão global dos elementos, para que este possa acessá-los e configurá-los fim-a-fim do enlace. Este cenário é ilustrado na Figura 3.

[054] Para a execução e demonstração do funcionamento do método aqui proposto é considerado o cenário genérico ilustrado na Figura 4. Onde no enlace ilustrado na Figura 4, considera-se um conjunto de M ROADMs/ampIficadores e usa-se o índice ™ e{1..M} como índice de cada par ROADM/amplificador. Ainda neste enlace considera-se a propagação de K canais, onde o índice indica o k-ésimo canal que se propaga. Para apresentar o método chamaremos de P-l o vetor de tamanho K que representa a medida da potência de cada um dos canais que se propagam no enlace, medidos na saída do i-ésimo amplificador. A<. denota um vetor de tamanho K com as atenuações aplicadas a cada um dos canais pelo i-ésimo ROADM. E por fim, fi éo vetor de tamanho K com o a planicidade (desnível de potência) de cada um dos canais. A planicidade/desnível de potência de cada canal é definida como a diferença de potência entre o k-ésimo canal e o canal com menor potência: Tí=Pí- Além disso, é o ganho do i-ésimo amplificador ao longo do enlace.

[055] O processo de equalização global, processo aqui utilizado, inicialmente mede as potências dos canais no fim do enlace ou no ponto em que se deseja otimizar a OSNR, obtendo assim o vetor pm. Em seguida, o desnível de potência é calculado conforme a equação acima descrita.

[056] O desnível de potência representa a diferença de potência de cada canal e a potência do canal de menor potência acumulada após os canais serem amplificados por M amplificadores. Após calcular o desnível de potência, as atenuações atualmente configuradas nos M ROADMs para cada canal são consultadas, obtendo deste modo os vetores Ai para i=1 até M.

[057] Com base no desnível de potência e nas atenuações configuradas é calculado o filtro inverso que deve ser aplicado para se equalizar os canais no final do enlace, este filtro está representado por F e é calculado pela seguinte expressão: [058] O filtro F é um vetor de tamanho K e representa a atenuação a ser aplicada a cada canal ao longo dos M ROADMs presentes no enlace. Com base nesse vetor, as atenuações de cada canal são distribuídas para os ROADMs. Três estratégias para esta distribuição são propostas, a estratégia da Distribuição para trás (backward), a estratégia da Distribuição para frente (forward), e a estratégia Igualmente Distribuída, a seguir: [059] A estratégia da Distribuição para trás (backward), onde os sinais são mais atenuados pelos ROADMs presentes no final do enlace. A atenuação a ser aplicada em cada um dos M ROADMs é calculada da seguinte maneira: para i áe M até 1 e k de 1 até K

[060] A estratégia da Distribuição para frente (forward), onde os sinais são mais atenuado pelos ROADMs presentes no começo do enlace. A atenuação a ser aplicada em cada um dos M ROADMs é calculada da seguinte maneira: ■para i áe 1 até iVf e k de 1 até K

[061] A estratégia Igualmente Distribuída, onde os sinais são atenuados igualmente pelos ROADMs presentes no enlace. A atenuação a ser aplicada em cada um dos M ROADMs é calculada da seguinte maneira: [062] Nas estratégias acima o parâmetro representa a máxima atenuação a ser aplicada por um ROADM, este parâmetro pode ser ajustado para controlar a maneira com as atenuações são distribuídas nas estratégias backward e forward. Por fim aplicam-se as atenuações calculadas aos respectivos ROAMDs.

[063] Por outro lado o método EDFA adaptativo, consiste em calcular os ganhos ótimos para a operação dos EDFA. Para isto, uma caracterização prévia do desempenho do amplificador em termos de figura de ruído e desnível da potência é feita para diferentes potências de entrada e ganhos do amplificador. Esta caracterização prévia (em forma de tabela) com os parâmetros de desempenho para diferentes potências de entrada e ganhos é chamada de máscara de potência do amplificador.

[064] Para calcular o melhor ganho para uma dada potência de entrada, o método mede a potência de entrada do i-ésimo amplificador, consulta a respectiva máscara de potência e determina o melhor ganho com objetivo de minimizar a seguinte função custo c : onde c = nf* +- gfz [065] Isto é feito para todos os amplificadores presentes no enlace obtendo os ganhos G;. Em seguida, os ganhos são aplicados aos amplificadores [066] Por fim, os métodos de equalização global e EDFA adaptativo são combinados obtendo-se a Otimização dupla. Para isso primeiro calculam-se as atenuações dos M ROADMs com a equalização global, utilizando umas das três técnicas de cálculo propostas. Em seguida aplicam-se as atenuações calculadas nos respectivos M ROADMs, depois se calculam os ganhos dos amplificadores com base no EDFA adaptativo e aplicam-se os ganhos calculados.

[067] Estes passos consistem em uma iteração do método de otimização dupla, após cada iteração uma condição de parada é verificada, esta condição consiste em medir o canal com o maior tilt na saída do M-ésimo EDFA e verificar se este é menor que o máximo tilt desejado.

Forma preferencial de realização [068] O Método de otimização dupla para operação de EDFAs e ROADMs baseados em WSSs em enlaces ópticos WDM, objeto da presente patente, trata-se da automatização e otimização dupla do processo de equalização global de canais feito pelos WSS nas redes ópticas, através de um método para escolha do ponto de operação dos amplificadores, para melhoria na OSNR do sinal recebido ao final do enlace dada uma potência fixa transmitida, resultando na equalização de potência dos sinais ao final do enlace conforme exigida pelo sistema, onde o enlace está essencialmente formado por um conjunto de pelo menos um múltiplo de dois ROADMs/amplficadores com propagação de pelo menos um múltiplo de dois canais, onde os RODAMS são equalizados por um método essencialmente composto de 3 (três) partes principais: primeiro pelo processo de equalização global resultando nas atenuações configuradas em cada um dos ROADMs do enlace, segundo pela aplicação do algoritmo do método EDFA adaptativo resultando nos ganhos aos EDFAs presentes no enlace, e terceiro pela otimização dupla dos ROADMs/amplificadores; onde as potencias dos canais dos ROADMs e as potências de entrada de cada amplificador são medidas e os ROADMs e EDFAs presentes no enlace são configurados, resultando em um controlador com visão global dos elementos do enlace que acessa e configura os mesmos fim-a-fim; onde é definida uma máscara de potência dos amplificadores através uma caracterização prévia (em forma de tabela) do desempenho do amplificador em termos de figura de ruído e desnível da potência e do cálculo dos ganhos ótimos para a operação dos EDFA para diferentes potências de entrada e ganhos do amplificador.

[069] Onde o processo de equalização global, utilizado consiste de 3 (três) estratégias de distribuição: a estratégia da Distribuição para trás (backward), onde os sinais são mais atenuados pelos ROADMs presentes no final do enlace; a estratégia da Distribuição para frente (forward), onde os sinais são mais atenuado pelos ROADMs presentes no começo do enlace; e a estratégia Igualmente Distribuída, onde os sinais são atenuados igualmente pelos ROADMs presentes no enlace [070] Onde o processo ou método da Equalização global, consiste em 6 (seis) etapas principais: onde na etapa 1 são medidas as potências dos canais na saída dos amplificadores, em seguida o vetor com a potência dos canais é usado como entrada na etapa 2 para calcular o vetor de desnível de potência dos canais; em seguida na etapa 3 o controlador central obtém os valores das atenuações de todos os ROADMs do enlace, usando os valores de saída das etapas 2 e 3; em seguida na etapa 4 é calculado o filtro inverso a ser aplicado como atenuação em cada um dos canais ao longo dos ROADMs, em seguida na etapa 5 nova atenuação é calculada e aplicada em cada um dos ROADMs, seguindo uma das três estratégias de: Igualmente distribuída, de distribuição para frente, e de distribuição para trás; e por último na etapa 3 os valores são retornados para a aplicação de otimização dual.

[071] Onde o processo ou método EDFA adaptativo, consiste em 3 (três) etapas principais: onde na etapa 1 o controlador central mede a potência de entrada de todos os amplificadores presentes no enlace; em seguida na etapa 2 é consultada a máscara de potência de cada um dos amplificadores e o ganho (G) que minimiza a função custo (C) é encontrado para cada um dos amplificadores; por último na etapa 3 este ganho é retornado para aplicação de otimização dual ou dupla.

[072] Onde o processo ou método de otimização dupla, consiste em 5 (cinco) etapas principais; onde na primeira etapa executa-se a equalização global obtendo os valores de atenuações dos ROADMs; em seguida na etapa 2 estes valores são aplicados aos ROADMs pelo controlador central; em seguida na etapa 3 é executado o processo ou método EDFA adaptativo e obtém-se os valores de ganhos para todos os amplificadores presentes no enlace; em seguida na etapa 4 estes ganhos são aplicados pelo controlador central; e por último na etapa 5 verifica-se a condição de parada, caso esta seja atingida a otimização dual estará terminada, caso contrário repete-se as etapas 1,2,3, e 4 por vezes suficientes até o cálculo estar consistente.

[073] Desta forma, o método de otimização dupla para operação de EDFAs e ROADMs baseados em WSSs em enlaces ópticos WDM, objeto da presente patente, que descreve a automatização do processo de equalização global de canais feito pelos WSS nas redes ópticas, através de um método para escolha do ponto de operação dos amplificadores, para melhoria na OSNR do sinal recebido ao final do enlace dada uma potência fixa transmitida, resultando na equalização de potência dos sinais ao final do enlace conforme exigida pelo sistema, de acordo como descrito acima, apresenta uma configuração nova e única que lhe configura grandes vantagens em relação aos processos e métodos semelhantes atualmente conhecidos e utilizados nas redes de comunicações ópticas. Dentre essas vantagens podem-se citar: o fato de reduzir o efeito não desejado do desnível de potência entre os canais na saída do amplificador; o fato de automatizar a execução das configurações nos ROADMS (Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer - multiplexador óptico de adição e remoção reconfigurável); e o fato de reduzir o ruído ASE (Amplified Spontaneous Emission - Emissão espontânea amplificada), entre outras vantagens.

[074]Assim, pelas características de configuração e funcionamento, acima descritas, pode-se notar claramente que o MÉTODO DE OTIMIZAÇÃO DUPLA PARA OPERAÇÃO DE EDFAS E ROADMS BASEADOS EM WSSS EM ENLACES ÓPTICOS WDM, trata-se de um novo método para o Estado da Técnica o qual reveste-se de condições de inovação, atividade inventiva e industrialização inéditas, que o fazem merecer o Privilégio de Patente de Invenção.

Claims (5)

1 - MÉTODO DE OTIMIZAÇÃO DUPLA PARA OPERAÇÃO DE EDFAS E ROADMS BASEADOS EM WSSS EM ENLACES ÓPTICOS WDM, método para automatização e otimização dupla do processo de equalização global de canais feito pelos WSS nas redes ópticas, através de um método para escolha do ponto de operação dos amplificadores, para melhoria na OSNR do sinal recebido ao final do enlace dada uma potência fixa transmitida, caracterizado por enlace estar essencialmente formado por um conjunto de pelo menos um múltiplo de dois ROADMs/amplficadores com propagação de pelo menos um múltiplo de dois canais, onde os RODAMS são equalizados por um método essencialmente composto de 3 (três) partes principais: primeiro pelo processo de equalização global resultando nas atenuações configuradas em cada um dos ROADMs do enlace, segundo pela aplicação do algoritmo do método de EDFA adaptativo resultando nos ganhos aos EDFAs presentes no enlace, e terceiro pela otimização dupla dos ROADMs/amplficadores, onde as potencias dos canais dos ROADMs e as potências de entrada de cada amplificador são medidas e os ROADMs e EDFAs presentes no enlace são configurados, resultando em um controlador com visão global dos elementos do enlace que acessa e configura os mesmos fim-a-fim; onde é definida uma máscara de potência dos amplificadores através uma caracterização prévia (em forma de tabela) do desempenho do amplificador em termos de figura de ruído e desnível da potência e do cálculo dos ganhos ótimos para a operação dos EDFA, para diferentes potências de entrada e ganhos do amplificador.

2 - MÉTODO DE OTIMIZAÇÃO DUPLA PARA OPERAÇÃO DE EDFAS E ROADMS BASEADOS EM WSSS EM ENLACES ÓPTICOS WDM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por processo de equalização global, utilizado consistir de 3 (três) estratégias de distribuição, sendo: a estratégia da Distribuição para trás (backward), onde os sinais são mais atenuados pelos ROADMs presentes no final do enlace; a estratégia da Distribuição para frente (forward), onde os sinais são mais atenuado pelos ROADMs presentes no começo do enlace; e a estratégia Igualmente Distribuída, onde os sinais são atenuados igualmente pelos ROADMs presentes no enlace.

3 - MÉTODO DE OTIMIZAÇÃO DUPLA PARA OPERAÇÃO DE EDFAS E ROADMS BASEADOS EM WSSS EM ENLACES ÓPTICOS WDM, de acordo com a reivindicação 1 e 2, caracterizado por processo da Equalização global, consistir em 6 (seis) etapas principais: onde na etapa 1 são medidas as potências dos canais na saída dos amplificadores, em seguida o vetor com a potência dos canais é usado como entrada na etapa 2 para calcular o vetor de desnível de potência dos canais; em seguida na etapa 3 o controlador central obtém os valores das atenuações de todos os ROADMs do enlace, usando os valores de saída das etapas 2 e 3; em seguida na etapa 4 é calculado o filtro inverso a ser aplicado como atenuação em cada um dos canais ao longo dos ROADMs, em seguida na etapa 5 nova atenuação é calculada e aplicada em cada um dos ROADMs, seguindo uma das três estratégias de Igualmente distribuída, de distribuição para frente, e de distribuição para trás; e por último na etapa 3 os valores são retornados para a aplicação de otimização dupla.

4 - MÉTODO DE OTIMIZAÇÃO DUPLA PARA OPERAÇÃO DE EDFAS E ROADMS BASEADOS EM WSSS EM ENLACES ÓPTICOS WDM, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por método EDFA adaptativo, consistir em 3 (três) etapas principais: onde na etapa 1 controlador central mede a potência de entrada de todos os amplificadores presentes no enlace; em seguida na etapa 2 é consultada a máscara de potência de cada um dos amplificadores e o ganho (G) que minimiza a função custo (C) é encontrado para cada um dos amplificadores; por último na etapa 3 este ganho é retornado para aplicação de otimização dupla.

5 - MÉTODO DE OTIMIZAÇÃO DUPLA PARA OPERAÇÃO DE EDFAS E ROADMS BASEADOS EM WSSS EM ENLACES ÓPTICOS WDM, de acordo com a reivindicação 1, 3 e 4, caracterizado por método de otimização dupla dos ROADMs/ampIficadores, consistir em 5 (cinco) etapas principais; onde na primeira etapa executa-se a equalização global obtendo os valores de atenuações dos ROADMs; em seguida na etapa 2 estes valores são aplicados aos ROADMs pelo controlador central; em seguida na etapa 3 é executado o processo ou método EDFA adaptativo e obtém-se os valores de ganhos para todos os amplificadores presentes no enlace; em seguida na etapa 4 estes ganhos são aplicados pelo controlador central; e por último na etapa 5 verifica-se a condição de parada, caso esta seja atingida a otimização dupla estará terminada, caso contrário repete-se as etapas 1,2,3, e 4 por vezes suficientes até o cálculo estar consistente.