Redes de Transmissão ÓpticaDaniel Salles de Araújo Gerente 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 – 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 – EDFA – RAMAN • Efeitos Não Lineares • OTN (Optical Transport Network) . Agenda • Redes óptica configuráveis – ROADM – ASON e GMPLS • Nova geração da Rede de Transporte • Referências • Perguntas e discussão . roubo.960 With DWDM 40 wavelengths STM-64 4.890 7. interferências eletromagnéticas. dimensões. banda.560 30.Evolução das telecomunicações 2400 pares para 2400 canais de voz: peso.400 channels. instalação.838. . tudo pior que fibra óptica Cabo elétrico com 2400 pares de cobre Número de canais de voz STM-1 STM-4 STM-16 STM-64 OC 3 OC 12 OC 48 OC 192 # Voice channels Cabo óptico com 6 fibras 1.240 120. Evolução da Transmissão Óptica Site 1 Exemplo: SDH STM-16 (L.5 Gb/s sobre 1 fibra de ~ 90 km AO 12 dBm -28 dBm Enlace com 1 Amplificador Óptico (AO) Booster Enlace Ponto a Ponto 2.5 Gb/s sobre 1 fibra of ~ 160 km Evolução para WDM Site 2 .16-2) TX -2 dBm RX -28 dBm 2. Evolução da Transmissão Óptica Site 1 TX RX AO 12 dBm -38 dBm AO Enlace com 1 AO Booster + 1 AO Pré Enlace Ponto a Ponto 2.5 Gb/s sobre 1 fibra de ~ 200 km AO AO AO Enlace com 1 AO Booster + 1 AO Pré + até 4 AOs de Linha Enlace Ponto a Ponto 2.5 Gb/s sobre 1 fibra de ~ 500.600 km Site 2 . 600 km sem regeneração (3R) Site 2 .Evolução da Transmissão Óptica Site 1 TX RX λ1 λ4 AO AO AO DEMUX λ3 MUX λ2 λ5 transponder Enlace DWDM: Dense Wavelength Division Multiplexing Enlace Ponto a Ponto com a possibilidade de diversos sistemas de 2.5 Gb/s sobre 1 fibra de ~ 500. 500 km . 90 km .5 Gbps por fibra.Resultado De 2.6 Tbps por fibra. … Para 1... Time Division Multiplexing (SDH) • Transmissão de bytes entrelaçados em um único comprimento 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 . Wavelength Division Multiplexing (WDM) • Uma forma de multiplexação por divisão de freqüência (FDM) • Usa múltiplos comprimentos de onda sobre uma única fibra óptica Independência de taxas de bit e formatos • 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 . . . xWDM Z Mb/s 2.5 Gb/s 10 Gb/s Y Mb/s Time Division Multiplexing STM--4 STM STM--16 STM STM--64 STM 600 Mb/s .Vantagens Optical Networking Opportunity Traditional Capacity Expansions 600 Mb/s More Fiber 2.5 Gb/s N X 10 Gb/s 10 Gb/s • Tamanho máximo do transporte limitado pelo bit rate do túnel • Potencial de crescimento limitado • Expansão feita através de expansão de infraestrutura • 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 . Comparação:Solução TDM para 600 km SDH 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R SDH SDH 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R SDH SDH 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R SDH SDH 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R SDH SDH 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R SDH SDH 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R SDH 32 Clientes => 64 Fibras + 224 Regeneradores SDH (3R) . Comparação: Solução WDM Para 600 km SDH SDH SDH SDH SDH SDH MO / AO AO AO AO AO / DO SDH SDH SDH SDH SDH SDH 32 Clientes => 2 Fibras + Amplificadores Ópticos . Amp for all 16 Ch.Como DWDM começou Conventional High Speed Transport 40km 40km 40km 40km 40km 40km 40km 40km 40km 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 OC-48 OC-48 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR OC-48 OC-48 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 OC-48 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR OC-48 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 OC-48 OC-48 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR OC-48 OC-48 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 OC-48 OC-48 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR OC-48 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR OC-48 OC-48 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 OC-48 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR OC-48 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 OC-48 OC-48 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR OC-48 OC-48 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR OC-48 OC-48 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR OC-48 OC-48 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR OC-48 OC-48 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR OC-48 OC-48 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 OC-48 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR OC-48 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR OC48 OC48 RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR RPTR DWDM & Fiber Amplifier Based Optical Transport One Op. OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OLS OC-48 TERM OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OC48 120 km OLS RPTR Fewer midspan sites 120 km OLS RPTR 120 km Less Fiber OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OLS OC-48 TERM OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 OC48 • 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 Casca n2 > n1 Núcleo Raio de fuga f IR do núcleo n1 Raio guiado Raio não-guiado IR da casca n2 Capa . núcleo de 50 µm Casca Núcleo Seção Transversal (sem escala) Monomodo – núcleo de 10 µm .Fibras Ópticas Capa Multimodo . 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 Precisa compensar dispersão para transporte de altas velocidades. como STM-64 (10Gbps) Transmissão otimizada no comprimento de onda de 1310 nm Pode ser usada para transmissão de canais na banda de 1550 nm . 2 0.3 0.4 Erbium Doped Fiber Amplifier band Today’s Fiber 0.Attenuation (dB/km) Característica de Atenuação 0.5 0.6 0.1 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 Wavelength (nm) Early 1980’s Transmission Systems Optimized for 1310 nm 1550 nm Transmission Systems Take Advantage of Fiber Minimum Loss and EDFAs . DSF – Fibra DS Dispersion-Shifted (ITU G.653) Introduzida em 1985 Pouco popular nos US. Não funciona tão bem com DWDM Não precisa compensar a dispersão em altas velocidades Otimizada para transportar um único lambda de alta velocidade em 1550 nm Coloca diversas restrições no número de comprimentos de onda que podem ser transmitidos na banda dos 1550nm . Itália e México. usado em rotas de longa distância no Japão. Plus. nas bandas de 1530-1565 nm Possível evolução para sistemas de 40 Gb/s . Corning’s LSTM & Corning’s LEAFTM Introduzidas em 1993 Populares em novas instalações Otimizadas para altas taxas e também para WDM.655). RS).NZDF Nonzero-Dispersion (G. Ex: TrueWave® Fiber (Classic. 4µm Otimizada para aplicações metropolitanas CWDM na banda de 1310-1610 nm .652C) Introduzida recentemente Variação da fibra standard Elimina o pico d’água de 1.ZWPF – Fibra sem pico d’água Zero Water Peak Fiber (G. 2 DispersionShifted Fiber -10 Zero-OH Fiber Elimina o pico de água em 1385 nm -20 0.4 .Tipos de Fibra Monomodo 0.1 1100 1200 1300 1400 Lambda (nm) 1500 1600 1700 Dispersão (ps/nm×km) ×km) Atenuação (dB/km) 0.3 0.5 10 EDFA NZDF 0 0.6 20 Standard Single-Mode Fiber Atenuação (todas as fibras) 0. 6 nm).4 nm) de espaçamento entre canais • Depende da banda de amplificação: bandas C e L comercialmente disponíveis 1310 1330 1350 1370 1390 1410 1430 1450 1470 1490 1510 1530 1550 1570 1590 1610 .8 nm) ou 50 GHz (0.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. 100 GHz (0. 2 DWDM Band .Grade CWDM ITU-T G.694. usando fibras sem o pico d’água (ZWPF) • Aplicações Metro • Aplicações SAN .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 onda • Banda óptica de 1310 nm up to 1610 nm. 30 nm optical bandwidth .Grid CWDM ITU G694.2 LOA – 80 nm optical bandwith 1270 nm 1290 nm 1310 nm 1330 nm 1350 nm 1370 nm 1390 nm 1410 nm 1430 nm 1450 nm 1470 nm 1490 nm 1510 nm 1530 nm 1550 nm 1570 nm 1590 nm 1610 nm O1 O2 O3 O4 O5 E1 E2 E3 E4 E5 S1 S2 S3 C1 C2 L1 L2 L3 EDFA . 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) . o qual emite luz através de emissão estimulada h h ν Emissão Espontânea h ν ν h ν Realimentação Alimentação Ganho Emissão Estimulada saída do laser 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 31 .Emissores Ópticos: Lasers • Laser: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation • Oscilador óptico com um meio provedor de ganho e um loop de realimentação. 000 ps/nm (~120 km para SMF) .000 ps/nm (~600 km para SMF) Modulação Externa Tolerâncias para taxa de bit STM-64 Laser com Modulação Externa: • 2.800 ps/nm (~100 km para SMF) – Laser com Modulação Externa: • 10.Lasers: Modulação Direta e Externa Laser Laser Driver Modulador Óptico Pulsos ópticos Pulsos ópticos Driver Modulação Direta (chirping) •Tolerâncias para taxa de bit STM-16 – Laser com Modulação Direta: • 1. 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 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 . 1 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 Lambda (nm) Transmissão em 1550 nm: Região de perda mínima na fibra e de atuação de EDFAs .3 Limite teórico 0.Atenuação (dB/km) AOs: Janela de Atuação 0.5 0.2 0.4 Banda EDFA (C e L) 0.6 0. 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 Segundo estágio (alta potência) Primeiro estágio (baixa figura de ruído) Sinal de Entrada Fibra dopada com Er3+ Isolador Óptico Fibra dopada com Er3+ Isolador Óptico Isolador Óptico Bombeio Sinal de Saída 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 hνb hνb hνb hνb 980 nm (bombeio) hνs hνs hνASE hνs hνASE Emissão Estimulada Emissão Espontânea . Amplificadores Ópticos: Princípio PUMP PHOTON 980 nm ERBIUM ELECTRONS IN FUNDAMENTAL STATE 38 . Amplificadores Ópticos: Princípio ERBIUM ELECTRONS IN EXCITED STATE PUMP PHOTON 980 nm ENERGY ABSORPTION ERBIUM ELECTRONS IN FUNDAMENTAL STATE 39 . Amplificadores Ópticos: Princípio EXCITED STATE METASTABLE STATE PUMP PHOTON 980 nm FUNDAMENTAL STATE 40 . Amplificadores Ópticos: Princípio EXCITED STATE METASTABLE STATE ASE Photons 1550 nm (após ~ 10 ms) PUMP PHOTON 980 nm FUNDAMENTAL STATE FUNDAMENTAL STATE 41 . Amplificadores Ópticos: Princípio EXCITED STATE PUMP PHOTON 980 nm FUNDAMENTAL STATE METASTABLE STATE SIGNAL PHOTON 1550 nm STIMULATED PHOTON 1550 nm FUNDAMENTAL STATE 42 . Potência por canal óptico em sistemas com N canais: – PCANAL = PTOTAL – 3 x log N 2 Segundo estágio (alta potência) Primeiro estágio (baixa figura de ruído) Fibra dopada com Er3+ Sinal de Entrada Isolador Óptico Fibra dopada com Er3+ Isolador Óptico Isolador Óptico Bombeio Sinal de Saída Bombeio .Amplificadores EDFA 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). 44 .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) • 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 Capítulo 7 . Amplificador Óptico Raman Enlace de Fibra Enlace de Fibra 1450/ 1550 nm WDM EDFA Sinal 1550 nm • 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 Bombeio em 1453 nm Ganho Raman 400 mw de bombeio Ganho (dB) • Laser(s) de bombeio de alta potência contra-propagante transforma a fibra de transmissão em um meio de ganho de potência 25 20 15 10 5 0 1440 1490 1540 Lambda (nm) • Banda de amplificação ~ 50 nm 1590 . SRS: Ganho Raman 46 . Raman (configuração multi-bombeio) Bombeio Banda ~20 nm 100 nm Bombeios > 48 nm . Perfil do sinal (EDFA x Raman) transparênci aP λ EDFA Booster Alta não-linearidade EDFA Linha transparênci aP λ EDFA Linha Alta não-linearidade EDFA RA RA Booster Raman Raman . • O Sistema DWDM fica susceptível a retirada e acréscimo de canais! • Gera um problema para as Operadoras de Serviços. . SEM afetar os demais canais em operação. • O ideal é ter liberdade no sistema para inserir e retirar canais em um enlace DWDM. na transmissão e na recepção (DEMUX).Controle automático de Ganho Amplificadores ópticos EDFA TR # L B P 120 km 120 km P L B MUX / DEMUX MUX / DEMUX TR # TR # TR # • 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. Número máximo de canais no sistema DWDM igual a quatro (4). Quando TODOS os canais estiverem em operação. a potência TOTAL máxima de saída do módulo amplificador será de +21 dBm ! Capítulo 7 .Cálculo do Ganho – Amplificadores ópticos EDFA Parâmetros: Amplificador com potência máxima de saída de +21 dBm.50 . Cada Transponder tem potência de saída de 0 dBm. A perda de inserção por canal no MUX será de 3 dB. Causas de Degradação Atenuação λ1 λ3 λ4 λ5 MUX λ2 AO AO AO . Sistemas Ópticos de Transmissão Emissão Espontânea Ruído λ1 λ3 λ4 λ5 MUX λ2 AO AO AO . Sistemas Ópticos de Transmissão Dispersão Distorção λ1 λ3 λ4 λ5 MUX λ2 AO AO AO . Sistemas Ópticos de Transmissão Efeitos Não Lineares λ1 λ3 MUX λ2 AO AO λ4 λ5 Espalhamento Distorção Crosstalk AO . uso de fibras DS ou NZD ou uma combinação destas duas técnicas . 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 Fibra Óptica t 2) Alternativa Compensação de DC.Dispersão Cromática (DC) 1) Efeitos e conseqüências O índice de refração tem um fator dependente do comprimento de onda. Variação Índice de Refração x Lambda . Dispersão Cromática: Paradigma Alta dispersão cromática resulta em alargamento temporal do pulso óptico. o que também pode degradar severamente a BER . resultando em interferência inter-simbólica e aumento na taxa de erro de bit (BER) Saída do Transmissor Entrada do Receptor tempo tempo Sinal regenerado Sinal original 1 0 1 1 tempo 1 1 tempo Pouca dispersão resulta em altos efeitos não-lineares na fibra. Compensação de Dispersão • 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 Dispersão (ps/nm) 1600 1200 800 400 0 0 80 160 240 320 Span (km) 400 480 SSMF = 17 ps/nm-km NZDF = 4,4 ps/nm-km MCD: Módulo Compensador de Dispersão 80km - SMF • MCD MCD AOL AOL 80km - SMF MCD: Posicionado entre os 2 estágios de amplificação do amplificador de linha. Modos de Polarização da Luz y x Ey Ex Um campo E é a soma vetorial dos componentes Ex e Ey z 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 x Ey Ex z Atraso de propagação entre os modos de polarização .Polarization Mode Dispersion 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. modificam-se de acordo com movimentações e variações na temperatura da fibra • Como não se tem controle destes parâmetros.Polarization Mode Dispersion • Nas fibras comuns.Medida estatística da penalidade • Importante para sistemas a partir de 10 Gbit/s. a medida da PMD torna-se bastante complexa • PMD . os estados de polarização não se mantêm.5 ps/(km)1/2) • Penalidade apresenta-se como uma flutuação na taxa de erro . isto é. • Tecnologias recente de fabricação produzem fibras de baixo PMD (< 0. . crosstalk – Four-Wave Mixing (FWM) → crosstalk Amplificadores ópticos de alta potência podem gerar todos os efeitos não lineares acima.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 Refração (modulação do índice de refração pela variação na intensidade da luz) – Self Phase Modulation (SPM) → alargamento espectral → distorção – Cross Phase Modulation (XPM) → alargamento espectral. 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 = (n0 + n2 P/Aeff) P = Potência Óptica na fibra Aeff = Área Efetiva da fibra 64 . 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 • A diminuição do espaçamento entre canais e da dispersão cromática aumentam o FWM Canais interferentes não λ1 f113 f213 f123 f112 f223 λ2 f312 f132 λ3 f221 superpostos ao sinal original podem ser filtrados opticamente f231 f321 f332 fijk = fi + fj . Deve-se à interação entre os lambdas transmitidos.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. j <> k) f331 65 .fk (i. 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 – 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 66 . Espaçamento Igual Entre Canais (FWM) Dos 9 produtos FWM. 3 caem sobre canais de sinal ∆f Potência ∆f f112 f123 f113 f332 f231 f132 f223 f1 f221 f2 f3 f331 Freqüência FWM 67 . Espaçamento Desigual Entre Canais (FWM) Dos 9 produtos FWM. nenhum cai sobre canais de sinal ∆f Potência 2∆f f223 f123 f113 f132 f332 f221 f112 f1 f2 f3 f231 f331 Freqüência FWM 68 . 10Gbit/s.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. 40Gbit/s – SDH. ATM. Ethernet. 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 .5Gbit/s. Optical Channel Transport Unit k = 1 (2.Optical Transport Network (OTN) 1 Align OTUk OH 2 3 ODUk OPUk OH OPU Client Signal mapped in OPU k Payload OPUk Payload 4080 3825 3824 14 15 16 17 7 8 1 Estrutura de Quadro da Interface OTUk OTUk FEC 4 Client Signal OPUk . 2 (10G).Optical Channel Payload Unit ODUk . 3 (40G) Fonte: ITU-T Rec.709 .5G). G.Optical Channel Data Unit OTUk . 8201 Desempenho de Erro Interfaces Físicas Padtec S/A G. Taxas de bit. Estruturas Equipamentos Funções de Gerência de Equipamentos Desempenho de Jitter & Wander Todos os direitos reservados G.709 G.959.1 2007 .798 G.874 G.8251 G.Optical Transport Network (OTN) Recomendações do ITU-T (Exemplos) Arquitetura de Rede Interfaces.872 G. Optical Transport Network (OTN) Aplicação T Cliente R OTU R OTU OTU ODU OPU – Cliente T Transponder OTN Terminal R Transponder OTN Regenerador Mux/Demux DWDM Amplificador Óptico Padtec S/A Todos os direitos reservados 2007 T R OTU Cliente . Optical Transport Network (OTN) Cliente T R OTU X R OTU OTU ODU OPU – Cliente Padtec S/A Todos os direitos reservados 2007 T R OTU Cliente . Como funciona um sistema DWDM com OTN ? Overhead Associado Wrapper Cliente OH OH OH OCh Payload Unit (OPUk) Cliente OCh Data Unit (ODUk) OPUk ODUk OTUk FEC OCh Transport Unit (OTUk) Optical Channel (OCh) Capítulo 10 .74 . Optical Transport Network (OTN) Rede DWDM Sem Gerência OTN D E Detecção G R A D A Localização Ç Ã O Detecção e Localização F A L H A Retorno à Operação Padtec S/A Com Gerência OTN Gerência Cliente detecta Gerência DWDM não detecta Gerência DWDM detecta 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 Gerências Cliente e DWDM detectam e localizam 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 Todos os direitos reservados 2007 . 8251 Desempenho de Erro G.709 Equipamentos G. Taxas de bit.959.874 Desempenho de Jitter & Wander G.Optical Transport Network (OTN) Recomendações do ITU-T (Exemplos) Arquitetura de Rede G.872 Interfaces.1 .8201 Interfaces Físicas G.798 Funções de Gerência de Equipamentos G. Estruturas G. Operação das Redes Reconfiguráveis Gabriela Werner Gabriel Vital Engenheira de Tecnologia [email protected] Agenda • Introdução • ROADM • Tecnologias ROADM – WB – PLC – WSS Introdução • 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.br http://www.saberweb.com.br – Amplificadores com Compensação Automática de Ganho. AO AO ROADM WC . – Equipamentos que permitam a monitoração da rede em tempo real. – Conversores de Comprimento de Onda.Introdução • Redes Reconfiguráveis Capacidade de realizar comutação de sinais de forma inteiramente óptica. WC ROADM • Equipamentos Necessários: – ROADM. – Permite o acesso a qualquer comprimento de onda. ou blockers. – Dimui o custo operacional. para inserir ou derivar canais. – WB ou PLC ou WSS.ROADMs • ROADM Reconfigurável Remotamente – Utiliza Chaves Ópticas. Chaves Ópticas . Tecnologias • WB (Wavelength Blockers) – Requer modulo add/drop extra para formar o sistema. DEMUX ROADM GRAU 3 MUX . – Tecnologia barata. Os comprimentos de ondas podem ser adicionados/removidos em cooperação com filtro ajustável e laser ajustável. madura e confiável – O WB é um componente de 2 dimensões. ROADM ROADM ROADM ROADM . – Grau 2. – Custo de configuração inicial alto. madura e confiável.Tecnologias • PLC (Planar Lightwave Circuit) – Utiliza Mux / Demux AWG (Array Waveguide Grating) e chave ópticas para inserir. – Tecnologia barata. derivar ou permitir a passagem dos comprimentos de onda. Chaves 2 x 1 DEMUX ROADM GRAU 3 . porém é possível configuração de maior grau. – Possui boa escalabilidade de direção e fácil atualização para OXC. A configuração pode ser feita remotamente. possui ampla banda de freqüência e baixa dispersão . – Permite a conexão de qualquer comprimento de onda para qualquer porta. – Possui alto custo de implementação.Tecnologias • WSS (Wavelength (Wavelength Selective Switch) Switch) – Baseado em plataforma MEMS ou Liquid Cristal. – Baixa perda de inserção em um nó. – O ROADM com base em WSS é preferido gradualmente para ROADM de mais de 4 dimensões e para redes com quantidade pequena de serviços. . OXC 4x4 WSS N:1 In 1 Splitter In 2 Splitter DEMUX Drop Drop Channels WSS 1:N WSS 1:N Out 4 Coupler Add Channels In 3 Splitter WSS 1:N Out 3 Coupler MUX In 4 Splitter WSS 1:N Out 2 Coupler Add WSS 1:N Out 1 Coupler . Tecnologias • WSS (Wavelength (Wavelength Selective Switch) Switch) DEMUX DROP 1 MUX DROP 3 DROP 2 ADD 3 ADD 2 ADD 1 . Plano de Controle Rafael Luiz Duarte Desenvolvimento – Software [email protected] . Agenda • • • • • Introdução Padronização Plano de Controle ASON Plano de Controle GMPLS ASON/GMPLS . Motivação λ1 OA OA WDM λN WDM λ1 λN ADD/Drop Node Evolução das Redes de Transporte Ópticas ADD/Drop Node Backbone Sub-network ADD/Drop Nodes ADD/Drop Node . – Capacidade automática de proteção e restauração de falhas. . – Engenharia de tráfego para a otimização dos recursos de rede. – Descoberta automática de topologias e recursos.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. Rede Óptica Plano de Gerência Gerenciamento de rede Centralizado Plano de Controle Funcionalidade distribuída controlando a rede Plano de Transporte Comutação e transmissão de dados . Padronização do PC . Plano de Controle ASON • Automatically Switched Optical Network – Corresponde a Recomendação G. . • Essa arquitetura de referência é descrita em termos de componentes funcionais e pela interação entre eles. • É uma arquitetura de referência para o plano de controle de uma Rede Óptica de Transporte Automática. comutadas.8080 do ITU-T que define a Arquitetura para o ASON. • Tem como proposta facilitar a configuração de conexões permanentes. PT e PC Plano de Controle OCC UNI NNI OCC OCC E-NNI OCC NMI NMS OXC Cliente PI OXC PI OXC PI OXC Plano de Transporte Domínio X Domínio Y NMI Plano de Gerência .Relação entre os PG. 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. . comprimentos de onda e fibras. dispositivos com capacidade de comutação em slots de tempo. mas também. um caminho óptico. • Os LSR de um PC GMPLS possui um conjunto de interfaces que executam outras operações de comutação além da 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 LSP MPLS e assim por diante.Plano de Controle GMPLS • Os dispositivos que realizam comutação no PC GMPLS são chamados de LSRs (Label Switching Routers). Tipos de comutação Tipo MPLS GMPLS Packet Switch Capable (PSC) Layer-2 Switch Capable (L2SC) Time-Division Multiplex Capable (TDM) Lambda Switch Capable (LSC) Fiber-Switch Capable (FSC) sim sim não não não sim sim sim sim 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 – 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 Isolamento de falhas . para que suportem informações relativas a redes não baseadas em pacotes. informações para o estabelecimento das LSP's) • Solução: estender os protocolos OSPF-TE ou IS-IS-TE. enfim. .Roteamento • Necessidade de protocolos para troca de informações de Engenharia de tráfego (quais links estão livres. quais os lambdas livres. 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) com extensões para 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 infraestrutura e no gerenciamento. • Desafios: – Como lidar com equipamentos legados – Suporte completo ao ASON e Interoperabilidade entre Fabricantes / Protocolos (OIF – Optical Internetworking Forum) . – Reaproveitamento de protocolos já existentes – Todas as vantagens do MPLS. Naturalmente. . o GMPLS utiliza um plano de controle baseado em IP. definido pelo IETF.ASON/GMPLS • O ITU-T. sem a preocupação de especificar ou mencionar protocolos. • O GMPLS. manutenção e remoção de conexões. com um protocolo IETF. define um conjunto de componentes funcionais para o plano de controle que são utilizados para prover o estabelecimento. através do ASON. generaliza os conceitos do MPLS e estende os protocolos do plano de controle MPLS para serem utilizados em um domínio óptico. 1353 Arquitetura ASON G.8081/Y.1304 .Referências • Recomendações – http://www.8080/Y.int/ Tópico Recomendação Definições e terminologias para ASON G.itu. org / Tópico Arquitetura GMPLS Recomendação RFC 3945 .ietf.Referências • Padrões Internet – http://www. INNI.oiforum.Referências • Especificações – http://www.co m/ Tópico Pontos de Referência Recomendação UNI. ENNI . Referências • GMPLS: Architecture and Applications • Autores: Adrian Farrel. Igor Bryskin . mais serviços • Semana passada Brasil ultrapassa 10 milhões de conexões de internet banda larga (crescimento de 48% em um ano) • 13% de banda larga em lares do Brasil • 65% na Coréia do Sul • Telefonia 3G • IPTV (em HD) .O futuro • Mais banda. WDM & NextGen Optical Networking • Vídeo disponível em: http://www. wmv .com/videos/oc_vox_pops.jdsu. .. Flexibilidade e escalabilidade limitadas Novos equipamentos com interfaces de alta velocidade (10 GbE Lan. OTN .Nova geração da rede de transporte Triple-Play e Aplicações em Banda Larga Consolidação de novas tecnologias ROADM.) Padronização de arquiteturas de transporte (ASON...) Operação complexa e altos custos de manutenção . 40G.. 40 G .. música) Jogos online Comunicaçã o móvel / pessoal WiFi.Nova geração da rede de transporte IPTV/VoD Rede Banda Larga IP BB internet. Web Browsing Stream downloading (vídeo. VoIP. 3G. WiMax 30 – 100 Mbps FTTx (GPON) . IM. Nova geração da rede de transporte Ethernet SDH • Sem suporte a rede legada • Sem gerenciamento de Desempenho (PM) • AO&M indefinidos • Alta confiabilidade • Bom gerenciamento • Alto custo para transporte de dados • Não suporta10 GbE LAN PHY • Interfaces padronizada • ITU-T G709 • PM e AO&M definidos • ANSI & ETSI • Suporta 10 GbE LAN PHY WDM • Capacidade fixa/finita de canais • Transparente • Gerenciamento de desempenho não padronizado . Nova geração da rede de transporte . Nova geração da rede de transporte Uso da infra--estrutura infra atual Ampliação do tráfego 10 Gbps legado Compatível com os mapas de dispersão de Operação 10 Gbps simultânea de 10/40G nas redes DWDM Mantém a grade 50/ 50/100 GHz existente Ativação de serviços sem interrupção do tráfego . Nova geração da rede de transporte . Nova geração da rede de transporte • 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 • Redes Longa Distância • Maiores distâncias sem regeneração O-E-O • Possibilidade de cascateamento de amplificadores ópticos • Funcionalidade de correção de erro Redes Ópticas de Longa Distância – 40 Gbps 1000 km M/D R M/D M/D T T T Capacidade: 80 x 40G Mod. 40G: DPSK Compensação de dispersão residual: MDCM T Capacidade: 160 x 40G Mod 40G: RZ-DQPSK Compensação de dispersão residual: MDCM 1000 km M/D 1000 km A M A N H Ã M/D R M/D M/D T Capacidade: 160 x 10G Mod. 10G: NRZ 1000 km M/D 1000 km M/D M/D R M/D T M/D H O J E 1000 km 1000 km M/D Capacidade: 160 x 10G Mod. 10G: NRZ T 1000 km M/D T M/D R M/D A M A N H Ã T M/D H O J E M/D Redes Ópticas de Longa Distância – 10 Gbps 2000 km T Capacidade: 160 x 10G Mod. 10G: RZ M/D M/D M/D M/D M/D M/D Redes Ópticas Reconfiguráveis O N T E M Redes Ponto-a-Ponto ROADM M/D ROADM M/D M/D M/D Fixas Proteção de canal através de chaves ópticas de proteção 1+1 ROADM Redes em Anel H O J E ROADM ROADM A M A N H Ã ROADM ROADM Configuráveis através de um Sistema de Gerenciamento Proteção 1+1 de canal 1+1 via funcionalidades de proteção dos ROADMs ROADM Redes em Malha Plano de Controle Restabelecimento automático de canal ROADM ROADM . New Generation Transport Network The Network Architecture DWDM/OTN/GMPLS + OXC xWDM + Carrier Ethernet Fix Access IP DSLAM Copper: ADSL 2+/VDSL Mobil Access MSAN Fiber: FTTx/GPON WiMax DVB-H Node B BTS . DATA New Generation Transport Network (NGTN) Future Network.Packet Oriented and Intelligent DATA SAN PoS/λ λ TDM TDM ATM/FR IP SDH/SONET xWDM IP/MPLS/Ethernet OTN/xWDM . Evolução da Rede Óptica λ1 OA OA WDM λN WDM λ1 λN ADD/Drop Node ADD/Drop Node Backbone Evolução de um ponto de transmissão óptico para uma Rede de Transporte Óptica em Anel Sub-network ADD/Drop Nodes ADD/Drop Node . Lambda Networking TDM only: Same size terminal at every node pass-through node λ1 Lambda Networking: Deploy the “right” capacity to match service needs λ2 λ3 . Aplicações Metropolitanas Metro Access CWDM Video and SAN Metro backbone ring – CWDM or DWDM Metro Access CWDM SAN Data . A revolução óptica ATM PDH IP SONET/SDH Optical Transport Network •Interface diretamente ópitca evita desnecessários estágios de multiplexação •Rede de dados provendo roteamento lógico •Rede óptica provendo proteção física de caminhos . Referências • Optical Networks: A Practical Perspective • Autores: Rajiv Ramaswami. Kumar Sivarajan . Referências • Fiber-Optic Communication Systems • Autor: Govind P. Agrawal . pennnet.com • Lightwave – http://lw.com.padtec.com/ • Essa apresentação – http://www.br/tmp/SEE/SEE2008.lightreading.Referências • Light Reading – http://www.pdf . Obrigado! Daniel Salles de Araújo Gerente de Tecnologia – Sistemas [email protected] .