Los ROADM pueden cambiar los destinos de las señales ópticas con diferentes longitudes de onda, y muchos de ellos se están implementando en redes de comunicación óptica, donde actúan como dispositivos clave.
Tecnologías y ventajas de los ROADM
Los ROADM simplifican el diseño de la red, admiten solicitudes de cambio de ancho de banda y mejoran la eficiencia operativa mediante la reconfiguración remota. Un ROADM típico consta de múltiples conmutadores selectivos de longitud de onda (WSS), que a su vez consisten en una combinación de MUX/DEMUX, conmutadores ópticos, atenuadores ópticos variables (VOA) y módulos de control. La funcionalidad de los ROADM, que cambian el destino de las señales ópticas sin conversión eléctrica, ofrece a los operadores la capacidad de optimizar el diseño de las rutas.
Los ROADM permiten el ajuste dinámico del ancho de banda de longitud de onda en función de los requisitos de transmisión de datos. Facilitan la gestión remota del enrutamiento de señales ópticas para longitudes de onda individuales, eliminando de forma efectiva la necesidad de intervenciones manuales in situ por parte de los técnicos de red. En las redes que utilizan tecnología ROADM, la automatización basada en software optimiza las configuraciones de conexión, garantizando condiciones de comunicación eficientes. Este enfoque minimiza el riesgo de interrupciones de la red causadas por errores humanos y reduce significativamente la carga de trabajo operativa que supone la gestión de la red.
Los ROADM permiten a los operadores de red añadir, eliminar o dejar pasar las longitudes de onda necesarias en cualquier sitio para garantizar una eficiencia óptima de la red, ya que el enrutamiento del tráfico y los servicios pueden modificarse sin cambios físicos. Son fácilmente escalables, lo que permite añadir rápidamente nuevas longitudes de onda, servicios o nodos de red a medida que aumenta la demanda de ancho de banda. Los ROADM de múltiples grados, que permitirán conexiones entre múltiples rutas de fibra, también pueden utilizarse para redirigir el tráfico en caso de cortes de fibra o fallos de hardware, lo que proporciona una mayor resiliencia y redundancia de la red. El ROADM se ha convertido en una tecnología clave en el desarrollo de redes ópticas de alta capacidad, flexibles y ágiles, como el WDM de 400G, para casos de uso exigentes en la nube, 5G y centros de datos.
Edge computing de baja latencia
Existen diversas arquitecturas que los diseñadores de redes pueden implementar. Un ejemplo es CDC (Colourless, Directionless and Contentionless), que permite configuraciones de malla sin bloqueos. «Colourless» añade o retira cualquier longitud de onda o color en cualquier puerto, «directionless» añade o retira longitudes de onda en cualquier dirección, mientras que «contentionless» añade o retira longitudes de onda sin interferencias. Los ROADM multigrado y CDC son esenciales para permitir desvíos y conmutaciones rápidas que garanticen una baja latencia. Este tipo de redireccionamiento dinámico remoto permite que los servicios de borde, como las cargas de trabajo de IA, el análisis en tiempo real y los casos de uso de 5G, mantengan rutas directas óptimas de baja latencia incluso en condiciones de alta congestión o cuando falla un enlace.
Los ROADM no solo proporcionan automatización y maximizan la eficiencia espectral, sino que también pueden mantener los datos en el dominio óptico durante más tiempo al hacer pasar las longitudes de onda de forma óptica sin regeneración óptica-eléctrica-óptica (OEO). Estos ROADM reducen los costes de equipamiento y disminuyen la latencia en los nodos periféricos y las interconexiones de centros de datos.
Fomento de las redes abiertas
Desde la década de 2010, la adopción de la tecnología ROADM ha cobrado un gran impulso, lo que ha dado lugar a la aparición de nuevos retos técnicos. Históricamente, el diseño y la producción de equipos ROADM corrían a cargo de un pequeño número de proveedores de hardware especializados. Esta falta de diversidad daba lugar a una interoperabilidad mínima entre dispositivos de diferentes fabricantes. En consecuencia, los sistemas relacionados con ROADM veían limitada su capacidad para integrarse de forma flexible en función de requisitos funcionales específicos o consideraciones de coste.
La creciente demanda de redes ópticas flexibles, escalables y operables de forma autónoma ha requerido importantes esfuerzos para «abrir las redes ópticas». Estos esfuerzos abarcan el establecimiento de especificaciones técnicas estandarizadas y la mejora de la interoperabilidad entre dispositivos de múltiples proveedores. Dichas iniciativas se están llevando a cabo activamente en el marco del proyecto «OpenROADM», iniciado en 2015, con AT&T y otros líderes del sector como miembros fundadores. El proyecto cuenta actualmente con más de 30 organizaciones miembros.
Figura 2: Los sistemas de redes ópticas se vuelven abiertos
OpenROADM se centra en la estandarización de las interfaces ópticas y sus especificaciones para garantizar una interoperabilidad perfecta entre los sistemas ROADM suministrados por diversos fabricantes. Esta iniciativa hace hincapié además en el desarrollo de funcionalidades de gestión integrada facilitadas a través de controladores de redes definidas por software (SDN) de múltiples proveedores.
Entre los retos actuales a los que se enfrentan los sistemas ROADM se encuentra la limitada interoperabilidad entre equipos de diferentes proveedores. Las variaciones en las configuraciones de red entre los distintos proveedores suelen traducirse en un aumento de los costes y de la complejidad operativa durante la integración de nuevos componentes en los sistemas existentes.
Además, la dependencia de un único proveedor para los equipos de red limita la competencia, reduce la innovación y disminuye la flexibilidad del sistema. Esta dependencia del proveedor, comúnmente conocida como «dependencia del proveedor», restringe la interoperabilidad general dentro del ecosistema de la red. OpenROADM tiene como objetivo abordar estas limitaciones proporcionando un marco estandarizado que mejore la interoperabilidad independiente del proveedor.
Especificaciones de OpenROADM
OpenROADM abarca cinco tipos de hardware con interfaces ópticas, incluyendo módulos ópticos enchufables, transpondedores, amplificadores ópticos en línea, transpondedores/conmutadores y los propios ROADM. En combinación con controladores basados en software, estos dispositivos pueden gestionarse a través de controladores SDN que utilizan un modelo de datos común y una interfaz de aplicación (API). Las API abiertas permiten a los operadores desarrollar aplicaciones de red personalizadas, lo que habilita características como la baja latencia y la alta fiabilidad. Al adoptar el lenguaje YANG para el modelado de datos y los métodos de control, OpenROADM garantiza la compatibilidad y la integración perfecta entre diferentes proveedores.
Además, las capacidades de conmutación sin contención y sin dirección en las arquitecturas ROADM, cuando se orquestan mediante SDN, resuelven eficazmente los conflictos de longitudes de onda y reasignan automáticamente las rutas en toda la red. Esto mejora la redundancia y garantiza la continuidad ininterrumpida de los datos, incluso en caso de múltiples fallos. La integración de la monitorización del rendimiento óptico (OPM) con el control SDN permite al controlador optimizar la asignación de recursos y evitar el despliegue de rutas ópticas inviables. Además, SDN proporciona una capa de control unificada, orquestando esquemas de protección y restauración tanto en la capa óptica como en las capas superiores de la red, maximizando así la resiliencia de la red y la eficiencia operativa.
Aparición del estándar Open ZR+
Aunque los grandes centros de datos se distribuyen por múltiples ubicaciones, la distancia de comunicación entre ellos (interconexiones entre centros de datos, DCI) se mantiene relativamente corta (entre 80 y 120 km) para minimizar la latencia. Además, se utilizan conexiones punto a punto entre los centros de datos. El Optical Internetworking Forum (OIF) ha desarrollado 400ZR como una especificación de interfaz específica para esta aplicación DCI. 400ZR también define un método de transmisión con WDM, lo que permite la implementación del Protocolo de Internet (IP sobre DWDM) mediante modulación multiplexada de alta densidad.
Por otro lado, la interfaz óptica de OpenROADM utiliza un protocolo de comunicación denominado Red de Transporte Óptico (OTN), que ha sido estandarizado por la UIT-T y puede admitir velocidades de datos de 100 a 400 Gbps. Sin embargo, el coste también es elevado. Aunque los dos estándares tienen puntos de partida diferentes, ambos utilizan un esquema coherente digital adecuado para WDM. Por este motivo, las especificaciones de hardware de los transceptores ópticos correspondientes tienen muchos elementos en común, y ha surgido un movimiento para integrar los estándares. Esto condujo a la creación del estándar «OpenZR+». Este estándar hereda las especificaciones básicas de 400ZR al tiempo que permite la creación de redes DCI y comunicaciones de mayor distancia (alrededor de 480 km).
En diciembre de 2023, se añadieron especificaciones de 600 Gbit/s y 800 Gbit/s a la interfaz óptica OpenROADM, mientras que la OIF publicó el estándar 800ZR en octubre de 2024. En breve, se espera que se añadan especificaciones de 800 Gbit/s a OpenZR+.
Necesidad de realizar pruebas con ROADM
Para garantizar la interoperabilidad entre dispositivos de diferentes proveedores, es esencial mantener la calidad de la comunicación tanto en los dispositivos individuales como en la red en su conjunto. Se requieren pruebas rigurosas para garantizar la estabilidad de la comunicación, prevenir errores y mejorar la fiabilidad. Además, los ajustes de configuración en tiempo real y los mecanismos de recuperación rápida son fundamentales para mantener la flexibilidad de la red en caso de fallos. Para seguir el ritmo de los rápidos avances tecnológicos, es necesario adoptar soluciones de pruebas que puedan adaptarse sin problemas a las tecnologías y especificaciones emergentes.
Anritsu y OpenROADM
Figura 3: Sistemas de demostración uy el papel de los productos de Anritsu en la OFC 2024
Anritsu, en colaboración con la Universidad de Texas en Dallas, demostró los avances en los sistemas de orquestación OpenROADM/IP sobre DWDM (IPoDWDM) en OFC 2024 y SC24. Utilizando el modelo YANG —una metodología de control de red independiente del proveedor desarrollada por OpenROADM y el IETF—, su demostración mostró redes integradas con un sistema de orquestación gestionado por la Universidad de Texas en Dallas. Dos puertos de 400G del Network Master Pro (comprobador de 400G) MT1040A de Anritsu, equipados con transceptores OpenZR+ de 400G integrados, se conectaron a través de la línea Add/Drop de un sistema Open ROADM. Esta configuración permitió al sistema de orquestación configurar los ajustes de los canales mientras supervisaba métricas críticas del rendimiento de la red, como la tasa de error de bits, el rendimiento y la latencia, a través del MT1040A. El sistema unificado « », facilitado por la evaluación en tiempo real de los cambios en la ruta del ROADM basados en datos de calidad de rendimiento de « », proporciona un marco robusto para la supervisión y la adaptación.
Conclusión
Este artículo ha presentado el ROADM, un dispositivo de conmutación para redes de comunicación óptica, y OpenROADM, que define interfaces para lograr la interconexión entre múltiples proveedores.
La búsqueda de flexibilidad, automatización y rentabilidad para la tecnología ROADM del futuro seguirá impulsando la evolución de esta tecnología. Los circuitos integrados fotónicos (PIC), la óptica co-empaquetada y los materiales avanzados son fundamentales para miniaturizar y optimizar los ROADM de cara a las futuras demandas de las redes.
Una tendencia reciente destacable es el impulso hacia velocidades de transmisión más altas. En enero de 2024, la OIF lanzó un proyecto centrado en la especificación 1600ZR+ en respuesta a la demanda del mercado de un rendimiento mejorado del modo ZR+. Naturalmente, se espera que este desarrollo tenga un impacto tanto en los estándares OpenZR+ como en las especificaciones OpenROADM. En medio de estos avances, Anritsu, como proveedor de equipos de medición, participa activamente en OpenROADM y mantiene su compromiso de ofrecer productos que contribuyan al control y la supervisión de la calidad de las redes de comunicación óptica.
Autor: Kazuichi Ichikawa, Assistant Manager, Anritsu Corporation
