Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação - UNICAMP - …rudge/pdf/IE008-h1_Protec... ·...

Redes Ópticas

Redes Ópticas

Proteção, Confiabilidade e Sobrevivência de Serviços

Redes Redes ÓÓpticaspticas

ProteProteçãção, Confiabilidade e o, Confiabilidade e SobrevivSobrevivêência de Servincia de Serviççosos

Felipe Rudge [email protected]

LTF-FEEC-UnicampMaio-Junho 2017

Felipe Rudge BarbosaFelipe Rudge Barbosarudge@[email protected]

LTFLTF --FEECFEEC--UnicampUnicampMaioMaio--Junho 2017 Junho 2017

Redes Ópticas

Proteção em Redes Ópticas de Transporte e Acesso

Foreword...

� Devido a suas caracteristicas proprias e evoluçao dos sistemas e tecnologias, as Redes Ópticas de Transporte e Acesso constituem-se na melhor opção para as mais altas capacidades em todas as redes de comunicaçoes (TV, telecom, computadores):

• o menor custo/bit e custo/assinante; � apesar elevado custo de equipamento e instalação;

• total disponibilidade de multiserviços;• máxima segurança e privacidade;• alta confiabilidade e estabilidade;

• total isolamento e muito longa permanência;

� Custo adicional de proteção aumenta confiabilidade da rede egarante disponibilidade serviços, permite maior fluxo de receita (e consequente lucro $$), sem interrupção !

� (reliability, availability, profitability) ...

Foreword

Redes Ópticas

Natureza & ExtensNatureza & Extensãão das Redeso das Redes=> => proteproteçãção espacial (localizao espacial (localizaçãção) o)

Acesso≈20kmMetro ≈30-50kmLonga > 50-100km

Enlaces Submarinos ≈ 200-2000km

Redes Ópticas

Proteção e SegurançaServiços FE e FL -

Serviços

Transporte(protocolos,interfaces,sinalização,controle)

Rede óptica

3P = triple play ou Quadri-play

� voz é telefonia há 120 anos !!

SDHSDH

WDM Optical NetworkWDM Optical Network

HFC

ATM

Serviços (3P):voz; dados[Internet, imagem];vídeo

IP

GMPLS

Ethernet

PDHPDH

OTNOTN

Redes Ópticas

TransparTranspar êência do Transportencia do Transporte --

OPACO100%

TRANSPARENTE~100%

IPATMPDH

SDH

Óptico

PDH/ATM

SDH

Óptico

Necessidade de Protocolos mais rapidamente adaptáveis à demanda de transparência crescente na Rede Transporte Ótico

� Como garantir estruturas de proteção aos serviços ?

Anos 90 Anos 2000+

IP//EthMPLS SDH

Óptico

“Anything ”GMPLS //

OTNÓptico

Redes Ópticas

Transmissor (Tx) • Laser Semicondutor; Led

Amplificador Ótico& Elementos passivos

Sistemas e WDM

Receptor (Rx) • Fotodetor PIN; APD

Cabos Óticos• Fibra Monomodo• Fibra Multimodo

SistemaRx

FotoDetetor

Fibra

SistemaTx

Laser Amp. ótico

ida

volta

Enlace (link) Óptico

Cliente Cliente

$ $

Inte

rface

Inte

rface

Inte

rface

Redes Ópticas

100

10

1

0.1 1 10 100 1 10MHz GHz

Absorptionand

Attenuation Bandwidth

(dB/km)

Twisted pair

Transmission Frequency

(Hz)

Coax

MM Fiber

SM Fiber

Meios Cabeados -- Banda Passante –

⇒ diferentes meios de transmissão podem coexistir na mesma rede !!

Redes Ópticas

� Wavelength Division Multiplexing – multiplexação por divisão de comprimentos de onda (lambda);

� cada fibra (monomodo) suporta dezenas de lambdas, até >1 centena;� cada lambda suporta dezenas de Gb/s... � portanto, sendo 100x10=1000, UMA fibra suporta >Terahz de informação !!

� cabos de fibras contém dezenas até centenas de fibras (36, 72, 144)

� rompimento de UM cabo com muitas fibras com vários lambdas representa GRANDE perda de trafego.

Sistemas Sistemas WWDDMM em Fibrasem FibrasÓÓpticaspticas

λ1λ2λ3λκλn

uma fibra

Redes Ópticas

Cabo ou caboscom muitasfibras=> um caminho

metal

metal

Rede AcessoMultiserviço

CabosX fibrasX WDM

telefonia

telefonia

Rede AcessoMultiserviço

Proteção Nós e Enlaces Alta Capacidade –

Sistemas WDM amplificados

Rota de proteção => com WDMcom WDM

rota de proteção[outro caminho]

Anos ’90/-

Anos ’90/+

Evolução

Outros nós

NNóó AA

NNóó BB

Enlace Enlace

Redes Ópticas

Fibras Ópticas

Central “B”(comutação eroteamento)

Rede Acesso“1”

Rede Acesso“2”

Rede Acesso“3”

Rede TroncoAnel Óptico

Central “A”(comutação eroteamento)

Outrascentrais

Proteção Redes WDM Alta Capacidade

Anos ’2000+

Redes Ópticas

Falhas na Rede

� cortes de cabos e fibras (linha); [enlace; link]

� falhas de equipamentos e interfaces; [nó]

� falhas de componentes; [enlace; nó]

� mal funcionamento de SW

� (instalação/operação; atualizaçao; supervisão/gerencia/controle)

� Incêndios/terremotos/inundações em centrais e nós

� sempre aleatórias, mas “previsíveis”; prevenção falhas...

� falhas nas Redes Ópticas podem causar perdas de informação (e de receita $$) ordens de grandeza maiores que nos sistemas wirelesswireless ou metálicos.

Arquitetura e Proteção da Rede

Falhas na Rede

Redes Ópticas


Atrasos na Transmissão e Comutação ( latência ): � Determinísticos (controlados)

� Conversão E-O: Tx, Rx (terminais & pts. intermeds.) ;

� Progapação: linha/distancia e elementos longos (entre nós); � Comutação: conversão e processamento (nos nós);

� Estocásticos (não-controláveis)� “Previsto”: estatística de tráfego; (variaçoes "normais") � “Imprevisto”: surtos de tráfego (sobrecarga) e falhas na rede;

(variaçoes anormais; situaçoes de contingencia)

� outros: manutençao (programada) e reparo (imprevisto);

Redes Ópticas

Falhas na RedeTopologias

Barramento

Estrela

Malha

Anel

� As falhas podem ocorrer nos enlacese/ou nos nós

Redes Ópticas


Probabilidade de falhas múltiplas cai exponencialmente(I.B.Martins, F.Rudge Barbosa, L.H.Bonani, E.Moschim, “Future Metropolitan Access Network PlanningConsidering Link Failures in Photonic Switched Networks", PNET - Photonic Network Communications, ; vol.24, n.1, p.107, Aug. 2012; DOI: 10.1007/s11107-012-0379-6; 748576t

RedeMalha;tipo MS; unidir.; enlaces 30 km

10-4=0,01%=> 99,99% up!

Redes Ópticas

• Proteção e Restauração

� Proteção da rede é o conjunto de ações sincronizadas e rápidas, que visam manter -- durante falhas -- o tráfego da rede fluindo sem quebra de continuidade perceptível pelo usuário;

• Tempo de ação: ms.

� Restauração da rede é o conjunto de ações corretivas que visam restabelecer a capacidade da rede -- após falhas;

• Tempo de ação: horas ou dias.

� Tipos de Proteção

� dedicada = duplicação equipamentos e linhas;� compartilhada = rateio de equipamento e de linhas de proteção;

Nota: linhas de comunicaçao são canais distintos dentro da capacidade do enlace (p/ex., duas linhas de 1,25Gb/s num enlace STM-16)


Redes Ópticas

� Proteção 1:1; 1:N; ⇒ várias rotas de tráfego; ⇒ rota proteção “disponível” para tráfego

não-prioritário;⇒ If 1:1 , then proteção exclusiva; ⇒ If 1:N, then proteção “compartilhada”=> vários canais (sistemas; Tx/Rx; fibras)

podem compartilhar uma única rota de proteção.


� Proteção 1+1;=> cada rota tráfego; => tem rota proteção exclusiva,

que leva réplica do tráfego; (ação rápida em falha)

Nó Nótráfego

proteçãoA B

Diferençade (1+1) pra (1:1) étipo de tráfegoque vai na rotaproteção (path)

A ADAA B

tráfego

proteção

NóNó

Redes Ópticas

Sistemas de Proteção (Enlaces e Anéis) – baseados em trafego e/ouequipamentos

Tráfego :� proteção 1+1:: trilha (rota) de tráfego e trilha de proteção (nesse caso, a de

proteçao é só para proteção); � caso SDH, existem ponteiros pra escolher melhor caminho;

caso WDM ASON/OTN), existem ponteiros pra melhor lambda; � proteção 1:1, 1trilha (rota) de tráfego e 1de proteção (a de proteçao pode

ser usada para tráfego extra, de baixa prioridade, que é descartado em situação de contingência) ;

Equipamentos e Capacidade� proteção dedicada: equipamentos (Tx/Rx) separados -- para tráfego de

linha e de proteção;� proteção compartilhada: equipamentos (Tx/Rx) e/ou parte da capacidade

compartilhados(a) -- para tráfego de linha e proteção.

Nota 1: esses tipos podem se configurar alternativamente; i.é, instalação e usopodem evoluir.

Nota 2: estes conceitos valem para seção multiplex SDH e/ou ótica (WDM), “independente” de capacidade ou distancia.

Nota 3 : Trilha = trail ; rota, caminho = path


Redes Ópticas

Anéis Uni- e Bi-direcionais/ diagramas funcionaisDuas Fibras (com proteção)


Anel Bidirecional

tráfego

proteção

Anel Unidirecional

tráfego

proteção

Nóentrada/saída

Nóentrada/saída

Nóentrada/saída

Nóintermediário

Nóintermediário

Nóentrada/saída

=> circulação do trafego

e da proteção

são diferentes

Redes Ópticas

Anéis/Enlaces Bidirecionais

� há tráfego bidirecional em cada lance (enlace entre nós);

� proteção rota (caminho) separada;

� duas fibras: um braço leva tráfego de linha; outro braço tráfego de proteção;

� quatro fibras: cada braço (duplo) carrega tráfego de linha e de proteção.

Anéis/Enlaces Unidirecionais

� anel unidirecional tráfego circula num único sentido ao redor do anel;

� proteção circula sentido oposto, também ao redor do anel;

� uma direção leva tráfego; outra direção leva proteção;

� bastam duas fibras para realizar anéis unidirecionais protegidos.

Anéis e Enlaces Uni- e Bi-direcionais Duas ou Quatro Fibras (com proteção)


ITU-T, G-841 SDH Network Protection Architectures (Out.98- in force)G-872 Architecture of Optical Transport Networks (Nov.2001- in force) G-984.1 Gigabit-capable passive optical networks GPON (Mar.2008)

Atualizado!

Redes Ópticas

Anel Bidirecional / Duas ou Quatro Fibras (com proteção)

� Possibilidade de Falha no Enlace; na Linha; no Nó;

falhana Linha

falha no Enlace

dual-homing


falhano Nó

Redes Ópticas

Dual-homing ótico (WDM)

Arquitetura e Proteção da Rede Anel Bidirecional / Duas ou Quatro Fibras (com proteção)

ProteçãoWDM

� Falha emnó da rede; falha enlace; falhalambda;

Possível Falha no canal ótico (lambda)

Redes Ópticas


Redes Óticas de AcessoRedes Metropolitanas

(secundaria)

Redes Óticas de AcessoRedes Metropolitanas

(secundaria)

Redes ÓpticasRedes Ópticas de AcessoArquitetura Atual (e futuro próximo)

FTTC/ FTTCb

FTTH/ FTTB

HFC

Host Dig.ER UR

Fibra

MetalUR

UR

coax

par trç.

Central MultServBandLarg

NóOp

Fibras (everywhere)

(ONUONU)

(OLT )

(ONT)

(ONT)FTTA

Red

es P

ubl.S

ervi

ços

Provedor

Central Comutaçãoe Roteam.

DO

OLTOLT

ODNODN

Qualidade de Serviço (QoS)= ATM-PON Flexibilidade Serviço = IP sobre WDM

mas está mudando... GPON e EPON

Redes Ópticas

Arquitetura da Rede (sem proteçao)

Estrela / Bidirecional / Uma Fibra (WDM, sem proteção)

OLT (Head End) Transceiver

Fiber Amplifier

Splitter/Combiner

Fiber Amplifier

Splitter/Combiner

ONT/ONU Subscriber Transceivers

Downstream1500nm (1480 a 1580nm)Upstream1300nm (1260 a 1360nm)

PON

Apenas uma fibrapara cada ONU/ONT

FTTH

Redes Ópticas

Arquitetura da Rede (com proteção)

Estrela / Bidirecional / Duas Fibras (inclui WDM e proteção)

OLT Head End Transceiver

Fiber Amplifier

Fiber Amplifier (optional)

Splitter/Combiner CWDM

Splitter/Combiner

ONT Subscriber Transceivers

FTTU(new!..)

UserUser User UserUserUserUser

Downstream1550nm (1480 a 1580nm)Upstream1310nm (1260 a 1360nm)

Redes Ópticas

Redede Servçs

Estrela / Bidirecional / Duas Fibras (com WDM)

ONU # 1

ONU # N

OLT-DUPLEX

SPLITTER 2:N

OLT

LT – terminal de linha óptica

PON LT0

PON LT1

PON LTPON LT

PON LTPON LT

ODN

FTTH

downstream

Fonte: ITU-T Recomend. 983 (BPON) e 984 (GPON)

Alta capacidadeBaixa capacid.


Redes Ópticas

Redede Servçs

Estrela / Bidirecional / Duas Fibras

OLTSPLITTER DUPLO 2:N

ONU # N

FULL DUPLEX

PON LT1

PON LT0

PON LT1

PON LT0

ONU # 1

PON LT1

PON LT0

FTTHX

X

X

Fonte: ITU-T Recomend. 983 (BPON) e 984 (GPON)


� isto pode ser

dual-homing

Redes Ópticas


Anel Bidirecional / Duas ou Quatro Fibras (com proteção)

Bidirecional

OLT transceiver (head-end)

Fiber Amplifier

Splitter/Combiner (add/drop)

ONT transceivers (customer)

Splitter/Combiner (add/drop)

ClientesClientesClientes

Clientes

Clientes

Clientes

Clientes

Clientes

Clientes

ONU

ODN

X

Redes Ópticas

� Esquemas de proteção na camada óptica contribuem para confiabilidade da rede e sobrevivência dos serviços que nela trafegam;

� Proteção física e funcional aumenta custos de instalação e operação, mas evita perdas financeiras, perda de credibilidade, perda de clientes e riscos de ações legais;

� Padronização da proteção agiliza instalação e interoperabilidade;

Arquitetura e ProteArquitetura e Proteçãção da Redeo da Rede –Padronizaçao

Eurescom/ITU-T: � The Sixth Framework Programme (FP6) - including Information Society Technologies

(IST) priority - funded European research activities for the period 2002-2006. � Visit theFP7 ICT web sitefor information on the Seventh Framework Programme which

runs from 2007 - 2013.� The Information and Communication Technologies (ICT)follows the IST programme.

Redes Ópticas

Europa : � ITU-T -- International Telecom Union - Telecom (Genebra)

� ETSI -- European Telecommunications Standards Institute (Nice)

� Eurescom -- European Institute for Research and Strategic Studies in Telecommunications (Heildelberg)

� IET -- Institution of Engineering and Technology (UK);

� programas IST, ICT, ACTS, e outros , cooperam nesses institutos;

EUA� Telcordia (antiga Bellcore) (New Jersey):

� IEEE -- Institute of Electrical & Electronic Engineers (New York)

� IETF -- Internet Engineering Task Force (California)

Padronização -- organismos e institutos

Redes Ópticas

Documentos relevantes (Arquit. & Proteç.)

� ITU- T (Geneve, Intl.):� G.841 (SDH), G.983 e 984 (Acesso Ótico)

� G.872: Architecture of Optical Transport Networks (OTN);

� G.873.1: Optical Transport Network (OTN): Linear protection

� G.874: Management aspects of Optical Transport Network elements

� ETSI (abrange UE): ETS 300 681 (rede ótica acesso)

� Eurescom (abrange UE; programa ACTS*): P615 (rede ótica)

� Telcordia (ex-Bellcore, USA): GR-2979-CORE (rede óptica)

Arquitetura e Proteção da Rede –Padronização

ACTS = Advanced Communications Technologies & Services

Redes Ópticas

Proteção em Redes Ópticas de Transporte e Acesso

Conclusão

� Redes Ópticas de Transporte e Acesso constituem-se na melhor opção para alta capacidade (throughput) ao usuário:

• o menor custo/bit e custo/assinante;

� apesar elevado custo de equipamento e instalação; • total disponibilidade de multiserviços;• máxima segurança e privacidade;

• alta confiabilidade e estabilidade;• total isolamento e muito longa permanência;

� Portanto, merecem cuidadosa instalaçao e sistemas de proteçao.

� Lembrando que custo adicional de proteção aumentaconfiabilidade da rede e garante disponibilidade serviços, permitemaior fluxo de receita $$, sem interrupção !

� (reliability, availability, profitability)

Redes Ópticas

Embratel e CPqD selam parceria em sistema de supervisão óptica �A Embratel fechou contrato com o CPqD para a instalação do sistema CPqD Supervisão Óptica, que fará a supervisão em sua rede óptica, instalada entre as cidades de Manaus (AM) e Porto Velho (RO).�A rota da operadora tem cerca de 900 km e está localizada ao longo da rodovia BR 319– estrada federal que corta os Estados do Amazonas e Rondônia, e que se constitui da única ligação rodoviáriadisponível entre Manaus e o restante do Brasil. �A Rede Òptica da Embratel é estratégicae muito importante para a região. Ela abrange a selva amazônica, que, com toda a sua exuberância, representa um imenso desafioa ser vencido no sentido de assegurar a comunicação da região com o resto do mundo. A manutenção e o reparo das redes em áreas de difícil acessorequerem grande esforço das equipes de campo em termos de deslocamento e segurança. �O sistema CPqD Supervisão Ópticaidentifica e localiza a falha ao longo das redes, com agilidade, assegurando a eficiência das manutenções preventivae corretiva.

ProteProteçãção em Redes o em Redes

2012

Redes ÓpticasProteProteçãção em Redes o em Redes

Passau2013

Redes Ópticas

enfim.. Capítulo Proteção...(Raging Planet)

França2010

... depois, Fukushima

2011 !!Sandy (NY)

2012 !!

Redes Ópticas

Capítulo Proteção... (Raging Planet)

Fukushima 2011

Redes Ópticas

e mais ... Capítulo Proteção...(Raging Planet)

Sandy (NY)2012 !!

Tunnel Tunnel inundadoinundado

Redes Ópticas

Fim ! Fim ! ((but but it it never endsnever ends...)...)

Kobe (Jp)Set.2011

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