Dwdm Padtec See-2008

Redes de Transmissão Óptica

Daniel Salles de AraújoGerente de Tecnologia – Sistemas

[email protected]

Apresentação

• Daniel• Gabriela• Rafael

Objetivos

• No final do mini-curso, você deverá ter uma idéia sobre:– Redes de transmissão óptica– WDM, ASON e outras coleções de letras– Qual o futuro e evolução desses tipos de rede– Qual o futuro e evolução desses tipos de rede– Como funciona um amplificador óptico– Quais são os problemas comuns nessa área– Como opera uma rede óptica reconfigurável– Qual o futuro dessa tecnologia

Agenda

• A Evolução nas Telecomunicações• Fibras Ópticas• Lasers e Transponders• Amplificadores Ópticos• Amplificadores Ópticos

– EDFA– RAMAN

• Efeitos Não Lineares• OTN (Optical Transport Network)

Agenda

• Redes óptica configuráveis – ROADM– ASON e GMPLS

• Nova geração da Rede de Transporte• Referências• Referências• Perguntas e discussão

Evolução das telecomunicações

2400 pares para 2400 canais de voz:peso, dimensões, interferências eletromagnéticas, instalação, roubo, banda, tudo pior que fibra óptica

Cabo elétrico com 2400 pares de cobre

STM-1 STM-4 STM-16 STM-64OC 3 OC 12 OC 48 OC 192

# Voice channels 1.890 7.560 30.240 120.960

With DWDM 40 wavelengths STM-64

4.838.400 channels.Cabo óptico com 6 fibras

Número de canais de voz

Site 1

Evolução da Transmissão Óptica

Site 2

2,5 Gb/s sobre 1 fibra de ~ 90 km

-2 dBm -28 dBm

TX RXExemplo: SDH STM-16 (L.16-2)

Evolução para WDM

AO-28 dBm12 dBm

Enlace com 1 Amplificador Óptico (AO) Booster

Enlace Ponto a Ponto

2,5 Gb/s sobre 1 fibra of ~ 160 km

AOAO

Enlace com 1 AO Booster + 1 AO Pré



12 dBm -38 dBm

Site 1 Site 2TX RX



AO

Enlace com 1 AO Booster + 1 AO Pré + até 4 AOs de L inha


2,5 Gb/s sobre 1 fibra de ~ 500- 600 km

AOAO

λ4

λ1

λ2

MU

X

DE

MU

X

AOλ3 AO AO

Site 1 Site 2TX RX


Enlace DWDM: Dense Wavelength Division Multiplexing

Enlace Ponto a Ponto com a possibilidade de diverso s sistemas de

2,5 Gb/s sobre 1 fibra de ~ 500- 600 km sem regenera ção (3R)

λ4

DE

MU

X

λ5

transponder

Resultado

De 2.5 Gbps por fibra, 90 km ...

… Para 1,6 Tbps por fibra, 500 km

Time Division Multiplexing (SDH)

• Transmissão de bytes entrelaçados em um único compr imento de onda

• Combina tráfego de múltiplas entradas em uma única saída de alta capacidade de transmissão

• Permite alta flexibilidade no gerenciamento de tráfego• Requer funcionalidade de mutiplexação elétrica• Atualmente limitado a 40 Gbit/s (STM-256)• Maiores taxas de bit são muito suscetíveis a problemas de dispersão

Independênciade taxas de bite formatos

Wavelength Division Multiplexing (WDM)

• Uma forma de multiplexação por divisão de freqüência (FDM)• Usa múltiplos comprimentos de onda sobre uma única fibra óptica

• Integra tráfego óptico sobre uma única fibra óptica• Permite alta flexibilidade em expansão de largura de banda • Reduz funções custosas de multiplexação e

demultiplexação elétrica

DWDM = Dense WDM e CWDM = Coarse WDM

xWDMxWDM..

Traditional Capacity Expansions

Optical Networking Opportunity

600 600 Mb/sMb/s

22..5 5 Gb/sGb/s

10 Gb/s10 Gb/s

Y Mb/sY Mb/s

Time Division Multiplexing

More Fiber

Vantagens

.

.Z Mb/sZ Mb/s

• Tamanho máximo do transporte limitado pelobit rate do túnel

• Potencial de crescimento limitado• Expansão feita através de expansão de infra-

estrutura

• Tamanho máximo do transporte independente do bit rate do túnel

• Potencial de crescimento praticamente ilimitado• Expensão através de infra-estrutura já existente• Solução ótima para o crescimento do negócio

N X 10 Gb/s

STMSTM--1616STMSTM--44

600 Mb/s

2.5 Gb/s

10 Gb/s

STMSTM--6464

Comparação:Solução TDM para 600 km

SDH SDH

SDH SDH

SDH SDH

SDH SDH

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

SDH SDH

SDH SDH

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

3R

32 Clientes => 64 Fibras + 224 Regeneradores SDH (3 R)

Comparação: Solução WDM Para 600 km

SDH SDH

SDH SDH

SDH SDH

SDH SDHMO

/AO

AO /

DO

AO AO AO

SDH SDH

SDH SDH

AO DO

32 Clientes => 2 Fibras + Amplificadores Ópticos

Conventional High Speed Transport

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

OC-48

40km 40km 40km 40km 40km 40km 40km 40km 40km1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR1310

RPTR1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR1310

RPTR1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR1310

RPTR1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR1310

RPTR1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR1310

RPTR1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR1310

RPTR1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR1310

RPTR1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR1310

RPTR1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR1310

RPTR1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR1310

RPTR1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR1310

RPTR1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR1310

RPTR1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR1310

RPTR1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR1310

RPTR1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

1310RPTR

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC48

Como DWDM começou

• Save capital $’s

DWDM & Fiber Amplifier Based Optical Transport

RPTR RPTRRPTR RPTR RPTRRPTR RPTR RPTR

Less Fiber

Fewer mid-span sites

One Op. Ampfor all 16 Ch.

120 kmOLSTERM

OLSRPTR

OLSRPTR

OLSTERM

120 km 120 km

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC-48

OC-48OC48

• Save capital $’s�Less fiber�Fewer repeaters�Fewer physical sites

• Save expense $’s�Less to build & maintain

• Save time�Utilize existing fiber�Avoid or defer new

route/site construction• New revenue $’s sooner

Fibras Ópticas

• Modos guiados– Raios “aprisionados” que satisfazem a condição de interferência

construtiva

• Fibra Multi-modo: vários modos são suportados– Dispersão intermodal limita sua aplicação em comunicações

• Fibra Mono-modo (Single-Mode Fiber – SMF): somente um modo guiado é suportado

Raio guiado

Raio de fuga

IR do núcleo n1

IR da casca n2

f

Raio não-guiadoNúcleo

Casca

Capa

n2 > n1

guiado é suportado

Casca

Capa

Fibras Ópticas

Multimodo - núcleo de 50 µm

Monomodo – núcleo de 10 µm

Núcleo

Casca

Seção Transversal (sem escala)

Fibra Óptica Monomodo

• Monomodo índice degrau– Diâmetro do núcleo pequeno (8-10

µm)– Índices de Refração do núcleo e da

casca são muito próximos – Propagação de um único raio– Suporta alta largura de banda

125µm (casca)

8-10µm (núcleo)

SMF – Fibra Stardard

Standard Single Mode Fiber (ITU G.652)

� Introduzida em 1983

� É o tipo de fibra óptica com maior instalação

� Funciona muito bem com WDM� Funciona muito bem com WDM

� Precisa compensar dispersão para transporte de altasvelocidades, como STM-64 (10Gbps)

� Transmissão otimizada no comprimento de onda de 1310 nm

� Pode ser usada para transmissão de canais na bandade 1550 nm

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Atte

nuat

ion

(dB

/km

)

Today’s FiberErbium Doped Fiber Amplifier

band

Característica de Atenuação

0.1

0.2

Atte

nuat

ion

(dB

/km

)

1600 1700140013001200 15001100

Wavelength (nm)

Early 1980’s TransmissionSystems Optimized

for 1310 nm

1550 nm TransmissionSystems Take Advantage ofFiber Minimum Lossand EDFAs

DSF – Fibra DS

Dispersion-Shifted (ITU G.653)

� Introduzida em 1985

� Pouco popular nos US; usado em rotas de longadistância no Japão, Itália e México.

� Não funciona tão bem com DWDM� Não funciona tão bem com DWDM

� Não precisa compensar a dispersão em altas velocidades

� Otimizada para transportar um único lambda de altavelocidade em 1550 nm

� Coloca diversas restrições no número de comprimentosde onda que podem ser transmitidos na banda dos 1550nm

NZDF

Nonzero-Dispersion (G.655),Ex: TrueWave® Fiber (Classic,Plus, RS), Corning’s LSTM & Corning’s LEAFTM

� Introduzidas em 1993

� Populares em novas instalações� Populares em novas instalações

� Otimizadas para altas taxas e também para WDM, nasbandas de 1530-1565 nm

� Possível evolução para sistemas de 40 Gb/s

ZWPF – Fibra sem pico d’água

Zero Water Peak Fiber (G.652C)

� Introduzida recentemente

� Variação da fibra standard� Variação da fibra standard

� Elimina o pico d’água de 1.4µm

� Otimizada para aplicações metropolitanas CWDM nabanda de 1310-1610 nm

Tipos de Fibra Monomodo

0.3

0.4

0.5

0.6A

tenu

ação

(dB

/km

)

EDFA

Atenuação(todas as fibras)

20

10

0

×km

)

NZDF

Dispersion -

Standard Single-Mode Fiber

0.1

0.2

0.3

Ate

nuaç

ão (

dB/k

m)

1600 1700140013001200 15001100

Lambda (nm)

-10

-20

Dis

pers

ão (

ps/n

m×k

m)

Zero-OH FiberElimina o pico de água em

1385 nm

Dispersion -Shifted Fiber

Tecnologias WDM

CWDM: Coarse WDM

• Baixa densidade: 20 nm por canal

• Espaçamento: 1270 nm up to 1610 nm

DWDM: High Density WDM

• 200 GHz (1.6 nm), 100 GHz (0,8 nm) ou 50 GHz (0,4 nm) de • 200 GHz (1.6 nm), 100 GHz (0,8 nm) ou 50 GHz (0,4 nm) de espaçamento entre canais

• Depende da banda de amplificação: bandas C e L comercialmentedisponíveis

1310 1330 1350 14501430141013901370 1470 1550153015101490 1570 1590 1610

Grade CWDM ITU-T G.694.2

DWDM Band

Conceitos básicos CWDM

• Sistema WDM de baixa densidade de canais

• Espaçamento de 20 nm por canal

• Baixos custos de componentes ópticos

• Não precisa circuitos de controle de comprimento de ondaonda

• Banda óptica de 1310 nm up to 1610 nm, usando fibrassem o pico d’água (ZWPF)

• Aplicações Metro

• Aplicações SAN

Grid CWDM ITU G694.21270 nm

1290 nm

1310 nm

1330 nm

1350 nm

1370 nm

1390 nm

1410 nm

1430 nm

O1

O2

O3

O4

O5

E1

E2

E3

E4

1450 nm

1470 nm

1490 nm

1510 nm

1530 nm

1550 nm

E5

S1

S2

S3

C1

C2

1570 nm

1590 nm

1610 nm

L1

L2

L3

EDFA - 30 nm optical bandwidth

LOA – 80 nm optical bandwith

Emissores Ópticos: Lasers• Laser: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

• Evolução de Lasers Semicondutores

• Alta potência de transmissão• Distribuição espectral estreita (alguns MHz)• Alta confiabilidade• Modulação direta ou externa • Disponível para aplicações com altas taxas de bit• Distributed Feedback (DFB)

• Laser: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation• Oscilador óptico com um meio provedor de ganho e um loop de realimentação, o

qual emite luz através de emissão estimulada

Emissores Ópticos: Lasers

Ganho

Alimentaçãohν

hνhν

hν

Realimentação

31

Ganho

Emissão Espontânea Emissão Estimuladasaída dolaser

Lasers Semicondutores

• Alta potência, distribuição espectral estreita, modulação direta ou externa e disponível para aplicações com altas taxas de bit

• Diferentes mecanismos de realimentação:– Fabry-Perot (FP)– Distributed Feedback (DFB) – utilizado nos sistemas DWDM da Padtec

Lasers: Modulação Direta e Externa

Modulação Direta (chirping) Modulação Externa

ModuladorÓptico

Laser

Pulsosópticos

Driver

Laser

Pulsosópticos

Driver

•Tolerâncias para taxa de bit STM-16

– Laser com Modulação Direta:• 1.800 ps/nm (~100 km para SMF)

– Laser com Modulação Externa:• 10.000 ps/nm (~600 km para SMF)

Modulação Direta (chirping) Modulação Externa

Tolerâncias para taxa de bit STM-64� Laser com Modulação Externa:

• 2.000 ps/nm (~120 km para SMF)

Amplificadores Ópticos

• AOs a fibra mudaram as regras de projeto de sistemas ópticos

• Regiões Típicas de Operação:– Banda C: 1530 nm a 1560 nm– Banda L: 1575 nm a 1605 nm

• AO necessita de laser(s) de bombeio: 980 nm e 1480 nm são os mais comunsmais comuns

• Érbio é utilizado como componente dopante em amplificadores ópticos a fibra (EDFA = Erbium Doped Fiber Amplifier)

• Amplified Spontaneous Emission (ASE) é um ruído faixa larga gerado pelo AO

AOs: Janela de Atuação

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6A

tenu

ação

(dB

/km

)

Banda EDFA (C e L)

Limite teórico

0.1

0.2

Ate

nuaç

ão (

dB/k

m)

1600 1700140013001200 15001100

Lambda (nm)

Transmissão em 1550 nm:Região de perda mínima na fibra e de atuação de EDFAs

Limite teórico

AO: Degradação de OSNR

• Amplificadores Ópticos degradam a OSNR devido à geração de ASE

– Figura de Ruído = (OSNR)entrada / (OSNR)saída

• Portanto para uma determinada OSNR deve-se ter um número limitado de AOs cascateados (spans)

• Alternativa: uso de AOs de multi-estágios otimizados− Primeiro estágio otimizado para baixa figura de ruído- Segundo estágio otimizado para alta potência de

saída

Amplificadores Ópticos: Arquitetura Multi-Estágios

Sinal deEntrada

Sinal deSaída

Fibra dopada com Er 3+

Primeiro estágio(baixa figura de ruído)

Segundo estágio(alta potência)


Bombeio

IsoladorÓptico

IsoladorÓptico

IsoladorÓptico

Bombeio

Amplificadores Ópticos: Níveis de Energia

• Laser(s) de bombeio excitam os íons de Érbio da fibra dopada

• Amplificação óptica via emissão estimulada

• Emissão espontânea adiciona ruído (ASE) ao sinal amplificado

hνs Emissão Espontânea

hνASE

hνASE

hνs

hνsEmissão

Estimulada

hνb

hνb

980 nm (bombeio)

hνb

hνb

PUMP PHOTON

Amplificadores Ópticos: Princípio

38

ERBIUM ELECTRONSIN FUNDAMENTAL STATE

PUMP PHOTON980 nm


ENERGY

ERBIUM ELECTRONSIN EXCITED STATE

39

PUMP PHOTON980 nm

ENERGY ABSORPTION

ERBIUM ELECTRONSIN FUNDAMENTAL STATE


METASTABLE STATEEXCITEDSTATE

40

PUMP PHOTON980 nm

FUNDAMENTAL STATE

METASTABLE STATE

ASE Photons1550 nm (após ~ 10 ms)


EXCITEDSTATE

41

PUMP PHOTON 980 nm

1550 nm (após ~ 10 ms)

FUNDAMENTAL STATE FUNDAMENTAL STATE

METASTABLE STATE


EXCITEDSTATE

42

PUMP PHOTON 980 nm SIGNAL PHOTON

1550 nm

STIMULATEDPHOTON1550 nm

FUNDAMENTAL STATEFUNDAMENTAL STATE

Amplificadores EDFA

Primeiro estágio(baixa figura de ruído)

Segundo estágio(alta potência)

� λ dos dos bombeios: 980 nm e 1480 nm são os mais comuns

� Érbio é utilizado como componente dopante em amplificadores ópticos a fibra (EDFA = Erbium Doped Fiber Amplifier).

� Potência por canal óptico em sistemas com N canais:– PCANAL = PTOTAL – 3 x log

2N

Bombeio

Sinal deEntrada

Sinal deSaída


IsoladorÓptico

IsoladorÓptico

IsoladorÓptico

(baixa figura de ruído) (alta potência)

Bombeio


Amplificadores EDFA

• Amplified Spontaneous Emission (ASE) é um ruído faixa larga gerado pelo AO

• Amplificadores Ópticos degradam a OSNR devido à geração de ASE

• Figura de Ruído = (OSNR)entrada / (OSNR)saída

• OSNR de sistema limita o número de• AOs cascateados (spans)

Capítulo 7 - 44

• Alternativa: uso de AOs de multi-estágios otimizados• 1º estágio: baixa figura de ruído• 2o estágio: alta potência de saída

• Regiões de Operação:• Banda C: 1530-1560 nm• Banda L: 1575-1605 nm

Amplificador Óptico Raman

Enlace de Fibra

Sinal 1550 nm

1450/ 1550 nmWDM

EDFA

Enlace de Fibra

Bombeio em 1453 nm

• Laser(s) de bombeio de alta potência contra-propagante transforma a fibra de transmissão em um meio de ganho de potênciaem um meio de ganho de potência

• Até 15 dB de ganho, possibilitando 5 dB de melhoria na figura de ruído do enlace

• Espectro de ganho móvel, dependendo do comprimento de onda de bombeio

• Banda de amplificação ~ 50 nm

Ganho Raman

05

10152025

1440 1490 1540 1590Lambda (nm)

Gan

ho (

dB)

400 mwde bombeio

Ganho Raman

05

10152025

1440 1490 1540 1590Lambda (nm)

Gan

ho (

dB)

400 mwde bombeio

SRS: Ganho Raman

46

Raman (configuração multi-bombeio)

~20 nm

BombeioBanda

100 nm

> 48 nm

Bombeios

EDFAEDFA EDFAEDFAλλλλ

Alta não-linearidadetransparência

Booster

P

EDFAEDFA

Perfil do sinal (EDFA x Raman)

EDFAEDFA RA RAλλλλ

transparência

Booster Linha Linha

Booster Raman Raman

P Alta não-linearidade

Controle automático de GanhoAmplificadores ópticos EDFA

• O que acontece em um sistema DWDM com relação a potência de

MU

X /

DE

MU

XB

P

MU

X / D

EM

UX

B

P

TR #

TR #

TR #

TR #

L

L120 km 120 km

• O que acontece em um sistema DWDM com relação a potência de cada canal ?

• É necessário realizar uma “equalização” de cada um dos canais DWDM, na transmissão e na recepção (DEMUX).

• O Sistema DWDM fica susceptível a retirada e acréscimo de canais!• Gera um problema para as Operadoras de Serviços.• O ideal é ter liberdade no sistema para inserir e retirar canais em um

enlace DWDM, SEM afetar os demais canais em operação.

Cálculo do Ganho – Amplificadores ópticos EDFA

Capítulo 7 - 50

Parâmetros:Amplificador com potência máxima de saída de +21 dB m.Número máximo de canais no sistema DWDM igual a qua tro (4).A perda de inserção por canal no MUX será de 3 dB.Cada Transponder tem potência de saída de 0 dBm.Quando TODOS os canais estiverem em operação, a pot ência TOTALmáxima de saída do módulo amplificador será de +21 dBm !

Causas de Degradação

Atenuação

λ1

AO AO AO

λ4

λ2

MU

X

λ5

λ3

EmissãoEspontânea Ruído

Sistemas Ópticos de Transmissão

λ1

AO AO AO

λ4

λ2

MU

X

λ5

λ3

DispersãoDistorção


λ1

AO AO AO

λ4

λ2

MU

X

λ5

λ3


λ1

EfeitosNão Lineares

AO AO AO

λ4

λ2

MU

X

λ5

λ3

EspalhamentoDistorçãoCrosstalk

Dispersão Cromática (DC)1) Efeitos e conseqüênciasO índice de refração tem um fator dependente do comprimento de onda, portanto as

diferentes componentes de freqüência dos pulsos ópticos se propagam em velocidades distintas (as freqüências mais altas propagam-se mais rapidamente que as freqüências mais baixas)

O efeito resultante é um alargamento dos pulsos ópticos e uma conseqüente interferência entre estes pulsos

t

t

t

t

2) AlternativaCompensação de DC, uso de fibras DS ou NZD ou uma combinação destas duas técnicas

Fibra Óptica

Variação Índice de Refração x Lambda

Dispersão Cromática: Paradigma

Alta dispersão cromática resulta em alargamento temporal do pulso óptico, resultando em interferência inter-simbólica e aumento na taxa de erro de bit (BER)

tempo

Saída do Transmissor

tempo

Entrada do Receptor

Pouca dispersão resulta em altos efeitos não-lineares na fibra, o que também pode degradar severamente a BER

1111

tempo

1111 0000Sinal original

tempo tempo

tempo

111111111111

Sinal regenerado

Compensação de Dispersão

1600

• Módulos Compensadores de Dispersão (MCD) podem ser usados para resolver o limite por dispersão

• Os MCD atuam sobre todos os lambdas de um sistema DWDM

• Entretanto, adicionam custo e alta perda de inserção no sistema óptico

• MCD são muito mais custosos para SSMF

Dis

pers

ão (

ps/n

m)

Span (km)0 80 160 240 320 400 480

1200

800

400

0 SSMF = 17 ps/nm-kmNZDF = 4,4 ps/nm-km

MCD: Módulo Compensador de Dispersão

80km - SMF 80km - SMFAOL AOL

MCD MCD

•• MCD: MCD: Posicionado entre os 2 estágios de amplificação do amplificador de linha.Posicionado entre os 2 estágios de amplificação do amplificador de linha.

Modos de Polarização da Luz

Um campo E é a soma vetorial dos componentes

x

y

EyEx

O plano de oscilação do campo eletromagnético é uma combinação de dois planos principais de oscilação (x e y), que definem os modos de polarização da luz

vetorial dos componentes Ex e Ey

z

Ex

Polarization Mode Dispersion

x

y

Simetria não perfeita da fibra óptica (núcleo da fibra não perfeitamente concêntrico) causa uma diferença entre as velocidades de propagação dos dois modos de polarização na fibra resultando no alargamento do pulso óptico.

Atraso de propagação entre os modos de polarização

z

Ey

Ex

Polarization Mode Dispersion

• Nas fibras comuns, os estados de polarização não se mantêm, isto é, modificam-se de acordo com movimentações e variações na temperatura da fibra

• Como não se tem controle destes parâmetros, a medida da PMD torna-se bastante complexa

• PMD - Medida estatística da penalidade• PMD - Medida estatística da penalidade• Importante para sistemas a partir de 10 Gbit/s.• Tecnologias recente de fabricação produzem fibras de

baixo PMD (< 0,5 ps/(km)1/2)• Penalidade apresenta-se como uma flutuação na taxa

de erro

Efeitos Não Lineares

• Efeitos de Espalhamento Estimulados(associadas ao espalhamento)– Stimulated Brillouin Scattering (SBS) → limitações na potência de tx– Stimulated Raman Scattering (SRS) → crosstalk

• Efeitos devido à Variação no Índice de RefraçãoRefração

(modulação do índice de refração pela variação na intensidade da luz)– Self Phase Modulation (SPM) → alargamento espectral → distorção– Cross Phase Modulation (XPM) → alargamento espectral, crosstalk– Four-Wave Mixing (FWM) → crosstalk

Amplificadores ópticos de alta potência podem gerar todos os efeitos não lineares acima, levando à degradação do desempenho

do sistema óptico.

Efeito Kerr

• Dependência não linear do índice de refração com a intensidade da luz causa efeitos não lineares na fibra óptica:

n = (n + n P/A )

64

n = (n0 + n2 P/Aeff)

P = Potência Óptica na fibraAeff = Área Efetiva da fibra

Mistura de Quatro Ondas (FWM)

Efeito e conseqüências

• FWM é a geração de novos comprimentos de onda em freqüências que são o produto da mistura dos sinais originais. Deve-se à interação entre os lambdas transmitidos. Estes novos lambdas podem interferir com os canais ópticos originais causando o fechamento do olho e degradação de BER

• Depende fortemente do casamento de fase das ondas que se propagam

65

• A diminuição do espaçamento entre canais e da dispersão cromática aumentam o FWM

f ijk = f i + f j - fk (i, j <> k)

λλλλ1 λλλλ2 λλλλ3

f113 f112

f123

f213

f223 f132

f312

f221 f332

f321

f231

f331

Canais interferentes não superpostos ao sinal original podem ser filtrados opticamente

Mistura de Quatro Ondas (FWM)

• Penalidades– Perda de potência do sinal para as raias geradas por

FWM

– Crosstalk não linear: interferência no canal transmitido quando há superposição com as sub-portadoras geradas

• Eliminação das penalidades

66

• Eliminação das penalidades– Uso de fibras que não tenham zero de dispersão na janela

de operação– Uso de fibras com alta área efetiva– Diminuição no número de canais DWDM– Redução na potência ópticas dos canais– Espaçar desigualmente os canais ópticos

Espaçamento Igual Entre Canais (FWM)

Dos 9 produtos FWM, 3 caem sobre canais de sinalP

otên

cia

∆f ∆f

67

f1 f2 f3

Pot

ênci

a

Freqüência

f113

f112

f123

f223

f132

f221

f332

f231

f331

FWM

Espaçamento Desigual Entre Canais (FWM)

Pot

ênci

a

2∆f ∆f

Dos 9 produtos FWM, nenhum cai sobre canais de sina l

68

f1 f2 f3

Pot

ênci

a

Freqüência

f113 f112 f331

f231f332

f221

f223

f132f123

FWM

Optical Transport Network (OTN)

• Nova camada da rede de transporte• Suporte à crescente demanda por banda

– Tbit/s por fibra em enlaces DWDM• Suporte a novos serviços de banda larga

– Serviços a 2,5Gbit/s, 10Gbit/s, 40Gbit/s– SDH, Ethernet, ATM, IP (IP ⇒ OTN ⇒ Fibra)– SDH, Ethernet, ATM, IP (IP ⇒ OTN ⇒ Fibra)

• Gerenciamento de redes DWDM semelhante ao de redes SDH

• Funcionalidades avançadas de OAM para todos os serviços– Detecção de falha e degradação– Verificação de SLA

3825

4080

Align

1 7 8 14 15 16 17

3824

1

2

3OPU k Payload

OP

Uk

OH

ODUk

Client Signalmapped in

OPUk Payload

OTUkFEC

OTUkOH

Estrutura de Quadro da Interface OTUk


3

4

OP

U

OPUk - Optical Channel Payload Unit

ODUk

ODUk - Optical Channel Data Unit

OPUk Payload

Client Signal

OTUk - Optical Channel Transport Unit

k = 1 (2,5G), 2 (10G), 3 (40G)Fonte: ITU-T Rec. G.709

Arquitetura de Rede G.872

Interfaces, Taxas de bit, Estruturas G.709

Equipamentos G.798

Recomendações do ITU-T (Exemplos)


Equipamentos G.798

Funções de Gerência de Equipamentos G.874

Desempenho de Jitter & Wander G.8251

Desempenho de Erro G.8201

Interfaces Físicas G.959.1

Padtec S/A Todos os direitos reservados 2007

R RRT ClienteT

OTU OTU OTU OTU

ODU

Cliente

Aplicação


ODU

OPU – Cliente

T

R

Transponder OTN Terminal

Transponder OTN Regenerador

Mux/Demux DWDM

Amplificador Óptico


OTU OTU OTU OTU

ODU


R RRT ClienteTCliente X

ODU

OPU – Cliente


Como funciona um sistema DWDM com OTN ?

Cliente

ClienteOH OCh Payload Unit (OPUk)

Wra

pper

Ove

rhea

dA

ssoc

iado

Capítulo 10 - 74

OTUk Optical Channel (OCh)

FECOH

OH

ODUk OCh Transport Unit (OTUk)

OCh Data Unit (ODUk)OPUk

Wra

pper

Ove

rhea

dA

ssoc

iado

Rede DWDM Sem Gerência OTN Com Gerência OTN

DEGRADAÇÃO

DetecçãoGerência Cliente detecta

Gerência DWDM não detecta Gerência DWDM detecta

Localização

Podem requerer medições com o tráfego fora de serviço

Gerência DWDM provê medidas on-line (OTU e ODU)

Pode requerer pessoal em campo para realizar medidas nas estações entre os Clientes

O problema de localização fica restrito a uma OTU


O

FALHA

Detecção e Localização

Gerências Cliente e DWDM detectam e localizam

Retorno à Operação

Desempenho e disponibilidade dos enlaces posteriores ao que falhou param de ser monitorados

Desempenho e disponibilidade dos enlaces posteriores ao que falhou continuam a ser monitorados

Problemas nos enlaces posteriores ao que falhou serão detectados apenas após a correção da falha

Problemas nos enlaces posteriores ao que falhou podem ser detectados continuamente


Arquitetura de Rede G.872

Interfaces, Taxas de bit, Estruturas G.709

Equipamentos G.798


Recomendações do ITU-T (Exemplos)

Funções de Gerência de Equipamentos G.874

Desempenho de Jitter & Wander G.8251

Desempenho de Erro G.8201

Interfaces Físicas G.959.1

Operação das Redes Reconfiguráveis

Gabriela Werner Gabriel VitalEngenheira de Tecnologia

[email protected]

AgendaAgenda

•• IntroduçãoIntrodução

•• ROADMROADM

•• Tecnologias ROADMTecnologias ROADM–– WBWB

–– PLCPLC

–– WSSWSS

IntroduçãoIntrodução

• Evolução rápida e contínua no mundo das Telecomunicações;

• Exigência de mais e melhores conteúdos, a qualquer hora e em qualquer ponto do globo;

• Demanda por Redes Reconfiguráveis.

http://www.saberweb.com.brhttp://www.saberweb.com.br

IntroduçãoIntrodução

• Redes Reconfiguráveis

• Equipamentos Necessários:

Capacidade de realizar Capacidade de realizar comutação de sinais de forma comutação de sinais de forma inteiramente óptica. inteiramente óptica.

ROADM WCWC

• Equipamentos Necessários:– ROADM;

– Conversores de Comprimento de Onda;

– Amplificadores com Compensação Automática de Ganho;

– Equipamentos que permitam a monitoração da rede em tempo real.

ROADM

AO

AO

WCWC

• ROADM Reconfigurável Remotamente– Utiliza Chaves Ópticas, para inserir ou derivar

canais, ou blockers;– WB ou PLC ou WSS;

– Permite o acesso a qualquer comprimento de onda;

– Dimui o custo operacional;

ROADMsROADMs

ChavesÓpticas

•• WB (Wavelength Blockers)WB (Wavelength Blockers)

– Requer modulo add/drop extra para formar o sistema. Os comprimentos de ondas podem ser adicionados/removidos em cooperação com filtro ajustável e laser ajustável;

– Tecnologia barata, madura e confiável

– O WB é um componente de 2 dimensões.

Tecnologias

ROADM GRAU 3

DEMUX MUX

ROADMROADM ROADMROADM

ROADM

ROADMROADM

Tecnologias

•• PLC (Planar Lightwave Circuit)PLC (Planar Lightwave Circuit)

– Utiliza Mux / Demux AWG (Array Waveguide Grating) e chave ópticas para inserir, derivar ou permitir a passagem dos comprimentos de onda;

– Tecnologia barata, madura e confiável;

– Custo de configuração inicial alto;

– Grau 2, porém é possível configuração de maior grau. ROADM GRAU 3

Chaves 2 x 1

DEMUX

•• WSS (WSS (Wavelength Selective SwitchWavelength Selective Switch)) – Baseado em plataforma MEMS ou Liquid Cristal, possui ampla banda de

freqüência e baixa dispersão ;

– Permite a conexão de qualquer comprimento de onda para qualquer porta. A configuração pode ser feita remotamente;

– O ROADM com base em WSS é preferido gradualmente para ROADM de mais de 4 dimensões e para redes com quantidade pequena de serviços;

– Possui boa escalabilidade de direção e fácil atualização para OXC;

Tecnologias

– Possui boa escalabilidade de direção e fácil atualização para OXC;

– Baixa perda de inserção em um nó;

– Possui alto custo de implementação.

WSS1:N

WSS1:N

In 1

In 2Splitter

Splitter

WSSN:1 D

EM

UX

DropChannels

Out 4

Drop

WSS1:N

WSS1:N

In 1

In 2SplitterSplitter

SplitterSplitter

WSSN:1 D

EM

UX

DropChannels

Out 4

Drop

OXC 4x4

1:N

WSS1:N

WSS1:N

Splitter

In 3

In 4

Splitter

Splitter

WSS1:N

Add

Add Channels

MUX

Coupler

Out 1

Coupler

Out 2

Coupler

Out 3

Coupler1:N

WSS1:N

WSS1:N

SplitterSplitter

In 3

In 4

SplitterSplitter

SplitterSplitter

WSS1:N

Add

Add Channels

MUX

Coupler

Out 1

Coupler

Out 2

Coupler

Out 3

Coupler

Tecnologias

•• WSS (WSS (Wavelength Selective SwitchWavelength Selective Switch))

ADD 3

DROP 1

DROP 2

DROP 3

ADD 2 ADD 1

DEMUXMUX

Plano de Controle

Rafael Luiz DuarteDesenvolvimento – Software

[email protected]

Agenda

• Introdução• Padronização• Plano de Controle ASON• Plano de Controle GMPLS• Plano de Controle GMPLS• ASON/GMPLS

Motivação

ADD/DropNode ADD/Drop

λ1λ1

λN

WD

M OA OA λN

WD

M

ADD/DropNode

Backbone Sub-network

ADD/DropNode

ADD/DropNodes

Evolução das Redes de Transporte Ópticas

Plano de Controle Óptico

• Refere-se a uma infra-estrutura distribuída que opera sobre a rede de transporte trazendo os seguintes benefícios:– Provisionamento de conexões de forma

automática e dinâmica.automática e dinâmica.– Descoberta automática de topologias e

recursos.– Engenharia de tráfego para a otimização dos

recursos de rede.– Capacidade automática de proteção e

restauração de falhas.

Rede Óptica

Plano de Gerência

Gerenciamento de rede

Centralizado

Plano de Transporte

Comutação e transmissão

de dados

Plano de Controle

Funcionalidade distribuída

controlando a rede

Padronização do PC

Plano de Controle ASON

• Automatically Switched Optical Network– Corresponde a Recomendação G.8080do ITU-T

que define a Arquitetura para o ASON.

• Tem como proposta facilitar a configuração de conexões permanentes, comutadas.conexões permanentes, comutadas.

• É uma arquitetura de referênciapara o plano de controle de uma Rede Óptica de Transporte Automática.

• Essa arquitetura de referência é descrita em termos de componentes funcionais e pela interação entre eles.

Relação entre os PG, PT e PC

OCC

Plano de Controle

OCCUNIE-NNI NMINNI

OCCOCC

OXC

OXC

Plano de Transporte

Cliente

PI NMI

Plano de Gerência

Domínio X Domínio Y

OXCPIPI

NMS

OXC

Pontos de Referência

• Cenário de rede multi-domínios ASON

Funções do Plano de Controle

Serviço de Conexões

• Conexões Permanentes• Conexões Comutadas• Conexões Soft-Permanentes

Conexões Permanentes

Conexões Comutadas

Conexões Soft-Permanentes

Plano de Controle GMPLS

• Estende o MPLS para prover um Plano de Controle (sinalização e roteamento) não somente para dispositivos que realizam a comutação de pacotes, mas também, dispositivos com capacidade de comutação em dispositivos com capacidade de comutação em slots de tempo, comprimentos de onda e fibras.

Plano de Controle GMPLS

• Os dispositivos que realizam comutação no PC GMPLS são chamados de LSRs (Label Switching Routers).

• Os LSR de um PC GMPLS possui um conjunto de interfaces que executam outras operações de comutação além da comutação de pacotes.comutação de pacotes.

• O termo “LSP” (Label Switch Path) é utilizado no GMPLS para denotar diferentes tipos de circuitos, tais como, conexões SONET/SDH, um caminho óptico, um LSP MPLS e assim por diante.

Tipos de comutação

Tipo MPLS GMPLS

Packet Switch Capable (PSC) sim simLayer-2 Switch Capable (L2SC) sim simTime-Division Multiplex Capable (TDM) não simLambda Switch Capable (LSC) não simFiber-Switch Capable (FSC) não simFiber-Switch Capable (FSC) não sim

Protocolos do PC GMPLS

• Um conjunto de protocolos é definido para o plano de controle a fim de cobrir três funções principais que são: – Gerenciamento de enlace

– Roteamento– Roteamento

– Sinalização

Gerenciamento de enlace

• LMP (Link Management Protocol)– Gerenciamento do canal de controle– Discovery dos links de dados

– Troca de informações sobre capacidades dos links

– Verificação dos links– Verificação dos links

– Isolamento de falhas

Roteamento

• Necessidade de protocolos para troca de informações de Engenharia de tráfego (quais links estão livres, quais os lambdas livres, enfim, informações para o estabelecimento das LSP's) LSP's)

• Solução: estender os protocolos OSPF-TEou IS-IS-TE, para que suportem informações relativas a redes não baseadas em pacotes.

Sinalização

• Define todas as mensagens a serem trocadas no plano de controle para o estabelecimento de LSP's (plano de dados)

• A sinalização GMPLS utiliza os protocolos de sinalização do MPLS-TE (RSVP-TE e CR-LDP) sinalização do MPLS-TE (RSVP-TE e CR-LDP) com extensõespara manipulação de múltiplas tecnologias de comutação.– Extensões:

• Label generalizado: Comutação em redes não baseadas em pacotes

• Bidirecionalidade: É permitido o estabelecimento de LSPs bidirecionais

• Separação dos planos de controle e dados

Vantagens e desafios

• Vantagens:– Plano único de controle -> maior simplicidade da infra-

estrutura e no gerenciamento.

– Reaproveitamento de protocolos já existentes

– Todas as vantagens do MPLS.

• Desafios:– Como lidar com equipamentos legados

– Suporte completo ao ASON e Interoperabilidade entre Fabricantes / Protocolos (OIF –Optical Internetworking Forum)

ASON/GMPLS

• O ITU-T, através do ASON, define um conjunto de componentes funcionais para o plano de controle que são utilizados para prover o estabelecimento, manutenção e remoção de conexões, sem a preocupação de especificar ou mencionar protocolos.

• O GMPLS, definido pelo IETF, generaliza os conceitos do MPLS e estende os protocolos do plano de controle MPLS para serem utilizados em um domínio óptico. Naturalmente, com um protocolo IETF, o GMPLS utiliza um plano de controle baseado em IP.

Referências

• Recomendações– http://www.itu.int/

Tópico Recomendação

Definições e terminologias para ASON

G.8081/Y.1353

Arquitetura ASON G.8080/Y.1304

Referências

• Padrões Internet– http://www.ietf.org /


Arquitetura GMPLS RFC 3945

Referências

• Especificações– http://www.oiforum.co

m/


Pontos de Referência UNI, INNI, ENNI

Referências

• GMPLS: Architecture and Applications

• Autores: Adrian Farrel, Igor BryskinFarrel, Igor Bryskin

O futuro

• Mais banda, mais serviços• Semana passada Brasil ultrapassa 10

milhões de conexões de internet banda larga (crescimento de 48% em um ano)

• 13% de banda larga • 13% de banda larga em lares do Brasil

• 65% na Coréia do Sul• Telefonia 3G• IPTV (em HD)

WDM & NextGen Optical Networking

• Vídeo disponível em: http://www.jdsu.com/videos/oc_vox_pops.wmv

Consolidação de

Triple-Play eAplicações em Banda Larga

Novos equipamentos com interfaces de alta velocidade (10 GbE Lan, 40G...)

Padronização de arquiteturas

Nova geração da rede de transporte

Consolidação de novas tecnologiasROADM, 40 G ...

arquiteturasde transporte (ASON, OTN ...)

Flexibilidade e escalabilidade limitadas

Operação complexa e altos custos demanutenção

Rede Banda

IPTV/VoD

BB internet, IM, Web Browsing


Comunicação móvel / pessoal

Banda Larga

IP

BB internet, IM, Web BrowsingStream downloading (vídeo, música)

Jogos online

WiFi, VoIP, 3G, WiMax

30 – 100 MbpsFTTx (GPON)

SDHSDH EthernetEthernet• Alta confiabilidade• Bom

gerenciamento• Alto custo para

transporte de dados

• Não suporta10

• Sem suporte a rede legada

• Sem gerenciamento de Desempenho (PM)

• AO&M indefinidos

• ITU-T G709


WDMWDM

• Não suporta10 GbE LAN PHY

• Capacidade fixa/finita de canais• Transparente• Gerenciamento de desempenho

não padronizado

• Interfaces padronizada

• Suporta 10 GbE LAN PHY

• ITU-T G709 • PM e AO&M

definidos• ANSI & ETSI

Uso da Uso da infrainfra--estrutura estrutura

atualatual

Compatível com Compatível com os mapas de os mapas de dispersão de dispersão de

10 10 GbpsGbps Operação Operação simultânea de 10/40Gsimultânea de 10/40G

nas redesnas redesDWDMDWDM


Ampliação do Ampliação do tráfegotráfego

10 10 GbpsGbps legadolegado

DWDMDWDM

Mantém aMantém agrade grade 5050//100 100 GHzGHz

existenteexistenteAtivação de Ativação de serviços serviços

sem interrupçãosem interrupçãodo tráfegodo tráfego

• Redes Metropolitanas:

• Distâncias curtas e médias, em geral até 200 km

• Baixo custo de conectividade para diversos tipos de serviços

• Possibilidade de agregação de sub-lambda

• Provisionamento rápido (bandwidth on demand)

• Flexibilidade para suportar mudanças no perfil do tráfego


• Flexibilidade para suportar mudanças no perfil do tráfego

• Redes Longa Distância

• Maiores distâncias sem regeneração O-E-O

• Possibilidade de cascateamento de amplificadores ópticos

• Funcionalidade de correção de erro

� Capacidade: 160 x 10G� Mod. 10G: NRZM

/D

M/D

M/DT R

M/D T

1000 km 1000 km

� Capacidade: 80 x 40G� Mod. 40G: DPSK

HOJE

Redes Ópticas de Longa Distância – 40 Gbps

M/D

M/D

M/DT R

M/D T

1000 km 1000 km

� Mod. 40G: DPSK� Compensação de

dispersão residual: M-DCM

M/DT

M/D T

� Capacidade: 160 x 40G� Mod 40G: RZ-DQPSK� Compensação de

dispersão residual: M-DCM

AMANHÃ

M/D

M/D R

1000 km 1000 km

� Capacidade: 160 x 10G� Mod. 10G: NRZM

/D

M/D

M/DT R

M/D T

1000 km 1000 km

HOJE

Redes Ópticas de Longa Distância – 10 Gbps

M/DT

M/D T

2000 km

� Capacidade: 160 x 10G� Mod. 10G: RZ

AMANHÃ

ROADMROADMROADM

M/D

M/D

M/D

M/D

M/D

M/D

M/D

M/D

M/D

M/D

Redes Ponto-a-Ponto

� Fixas� Proteção de canal através de chaves

ópticas de proteção 1+1

Redes em Anel

ONTEM

HO

Redes Ópticas Reconfiguráveis

ROADM ROADM

ROADM ROADM

ROADMROADMROADM

� Configuráveis através de um Sistema de Gerenciamento

� Proteção 1+1 de canal 1+1 via funcionalidades de proteção dos ROADMs

Redes em Malha

� Plano de Controle� Restabelecimento automático de canal

OJE

AMANHÃ

New Generation Transport NetworkThe Network Architecture

xWDM + Carrier Ethernet

DWDM/OTN/GMPLS+ OXC

Mobil AccessFix Access

BTSNode BWiMax DVB-HMSANIP DSLAM

Fiber:FTTx/GPON

Copper:ADSL 2+/VDSL

New Generation Transport Network (NGTN)

Future Network- Packet Oriented and Intelligent

IPIPIPIP

DATA

TDM

DATA SAN

TDMPoS/λλλλ

xWDMxWDMxWDMxWDM

SDH/SONETSDH/SONETSDH/SONETSDH/SONET

ATM/FRATM/FRATM/FRATM/FRIPIPIPIP

OTN/xWDMOTN/xWDMOTN/xWDMOTN/xWDM

IP/MPLS/EthernetIP/MPLS/EthernetIP/MPLS/EthernetIP/MPLS/Ethernet

Evolução da Rede Óptica

ADD/DropNode ADD/Drop

Node

λ1λ1

λN

WD

M OA OA λN

WD

M

ADD/DropNode

Backbone Sub-network

Node

ADD/DropNodesEvolução de um ponto de

transmissão óptico parauma Rede de TransporteÓptica em Anel

Lambda Networking

TDM only:Same size terminal at every node

pass-through node

Lambda Networking :Deploy the “right” capacityto match service needs

λ1

λ2

λ3

Aplicações Metropolitanas

Metro backbone ring –CWDM or DWDM

Metro Access

CWDM

Video and SAN

Metro Access

CWDM SAN

Data

A revolução óptica

PDHATM IP

SONET/SDH

•Interface diretamente ópitca evita desnecessários estág ios de

multiplexação

•Rede de dados provendo roteamento lógico

•Rede óptica provendo proteção física de caminhos

Optical Transport Network

Referências

• Optical Networks: A PracticalPerspective

• Autores: RajivRamaswami, KumarRamaswami, KumarSivarajan

Referências

• Fiber-OpticCommunication Systems

• Autor: Govind P. • Autor: Govind P. Agrawal

Referências

• Light Reading– http://www.lightreading.com

• Lightwave– http://lw.pennnet.com/

• Essa apresentação• Essa apresentação– http://www.padtec.com.br/tmp/SEE/SEE-

2008.pdf

Obrigado!

Daniel Salles de AraújoGerente de Tecnologia – Sistemas

[email protected]

Dwdm Padtec See-2008

Documents

Transcript of Dwdm Padtec See-2008