Cost-effective ROADM architectures for SDM optical networks

Abstract

In recent years, optical networks traffic, both submarine and terrestrial, has grown exponentially, driven by bandwidth-intensive applications. With the capacity of single-mode fibers reaching its limit, space division multiplexing (SDM) emerges as a promising solution, utilizing multiple spatial channels, such as multiple fibers, cores, or modes, to meet future capacity demands. This dissertation analyses reconfigurable optical add/drop multiplexer (ROADM) node architectures for SDM networks, evaluating strategies to reduce the cost. An architecture that has a fractional granularity in both space and wavelength dimensions, as well as, a modular architecture, are studied and its cost is compared with the cost of a common core-wise switching architecture. We have concluded that modular architectures, in particular with wavelength selective switches (WSS) modules, offer a promising approach to reduce the cost in SDM ROADMs, in particular when the number of directions increases. A cost reduction of about 10% is achieved for a 16 × 16 ROADM comparing to the common core-wise switching architecture with lane changes considering Full colorless, directionless, and contentionless (CDC) strategy. We show that the fractional space- wavelength architecture is always more expensive than the core-wise switching architecture without lane changes and has also less switching flexibility. The cost of modular architectures can be further reduced by the CDC per direction strategy in the add /drop structure, instead of a Full CDC strategy. A 52% cost reduction is achieved for a 16 × 16 ROADM.

Nos últimos anos, o tráfego nas redes óticas, tanto submarinas como terrestres, tem crescido exponencialmente, impulsionado pelas aplicações que necessitam de uma elevada largura de banda. Com a capacidade das fibras monomodo a atingir o seu limite, a multiplexagem por divisão espacial (SDM) surge como uma solução promissora, utilizando múltiplos canais espaciais, tais como múltiplas fibras, núcleos ou modos, para satisfazer estas exigências de capacidade. Esta dissertação analisa arquiteturas de nós multiplexadores óticos de inserção/extração reconfiguráveis (ROADM) para redes SDM, avaliando diferentes estratégias para reduzir o custo. É estudada uma arquitetura com granularidade fracionada no espaço e no comprimento de onda, bem como uma arquitetura modular, e o seu custo é comparado com o custo de uma arquitetura SDM convencional. Concluímos que arquiteturas modulares, em particular com comutadores seletivos no comprimento de onda (WSS), são promissoras para reduzir o custo dos ROADMs SDM, especialmente para um elevado número de direções. Observa-se uma redução de custos de cerca de 10% para um ROADM 16 × 16, em comparação com a arquitetura SDM convencional com lane changes, utilizando a estratégia Full colorless, directionless, and contentionless (CDC). No entanto, a arquitetura com granularidade fracionada no espaço e no comprimento de onda é sempre mais dispendiosa que a arquitetura SDM convencional sem lane changes e apresenta menor flexibilidade de comutação. O custo das arquiteturas modulares reduz-se ainda mais com a estratégia CDC por direção na estrutura de inserção/extração, em vez de Full CDC, permitindo uma redução de 52% nos custos para um ROADM 16 × 16.