Download WDM y Redes Ópticas

Universidad Polité
Politécnica de Madrid
ETSI TELECOMUNICACIÓ
ELECOMUNICACIÓN
Departamento de Tecnologí
Tecnología Fotó
Fotónica
Comunicaciones Ópticas
WDM y
Redes Ópticas
José
José M. Otó
Otón
Mayo 2005
Distancia vs tasa binaria (1ª Ventana, Fibra MM)
1
Distancia vs tasa binaria (3ª Ventana, Fibra DSF)
Distancia vs tasa binaria
2
Datos calculados:
limitacióón en el ancho de banda de la fuente.
Sin limitaci
Datos calculados:
limitacióón en el ancho de banda de la fuente.
Sin limitaci
Distancia vs tasa binaria (LED + MM)
Sílice
gradual
Sílice
abrupto
Plástico con
núcleo sílice
Plástico
Distancia vs tasa binaria (LD-FP + MM)
3
Distancia vs tasa binaria (LD-FP + SM)
Distancia vs tasa binaria (LD-DFB + SM)
4
Balance de potencia:
Pem > Srec + CL + MS + Penalizaciones
Concepto de Penalización de Potencia
Con efecto
adicional
Ideal
Penalización
Penalización por dispersión
5
Penalización por relación de extinción
Penalizaciones por relación de extinción y por “chirp”
6
Multiplexado óptico
SDM: Se utilizan varias fibras ópticas
FDM Ù WDM: Se utilizan varias longitudes de onda
TDM: Se reparte el tiempo entre varios canales
• En espectro eléctrico
• En espectro óptico Æ OTDM
Se pueden combinar varias modalidades
Desde un mismo origen: TDM, WDM
Acceso multipunto: TDMA, WDMA
OTDM
7
Canales ópticos
Jerarquí
Jerarquías Digitales
TDM eléctrico: 1 canal digital de voz Î 64 kbps (8kHz@8bits, llamado DS0)
DSDS-1:
24× Æ 1,544 Mbps
30× Æ 2,048 Mbps
DSDS-2:
…
DSDS-5:
4×DS-1 Æ 6,312 Mbps
…
4×DS-4 Æ 396 Mbps
4×DS-1 Æ 8,448 Mbps
…
4×DS-4 Æ 565 Mbps
SONET(STS)
SDH
B(Mbps)
Canales
OC-1
--
51,84
672
OCOC-3
STMSTM-1
155,52
2016
OC-9
STM-3
466,56
6048
OCOC-12
STMSTM-4
622,08
8064
OC-18
STM-6
933,12
12096
OC-24
STM-8
1244,16
16128
OC-36
STM-12
1866,24
24192
OCOC-48
STMSTM-16
2488,32[2,5Gbps]
32.256
OCOC-192
STMSTM-64
9953,28[10Gbps]
129.024
OCOC-768
STMSTM-256
39813,12[40Gbps]
516.096
Bandas de transmisió
transmisión para WDM
Frecuencia central (ITU G-652:
193,1 THz Ù 1552,52 nm
8
Separació
Separación entre Canales WDM
Redes WDM
Bandas de Comunicaciones Ópticas
Banda
Nombre
Rango de longitudes
de onda (nm)
Comentarios
Banda-O
Original
1260-1360
Segunda ventana
Banda-E
Extendida (Extended)
1360-1460
Sólo accesible a
fibras AllWave
Banda-S
Corta (Short)
1460-1530
Parte alta de 3ª
ventana
Banda-C
Convencional
(Conventional)
1530-1565
3ª ventana en
rango EDFA
Banda-L
Larga (Long)
1565-1625
Límite rango
EDFA
Banda-U
Ultra-larga (Ultra Long)
1625-1675
Sin explorar
9
Ecualizació
Ecualización en WDM
Banda C
Banda L
Cuando
Cuandose
setrabaja
trabajaen
enWDM,
WDM,lalaganancia
ganancia
varía
varíacon
conlalalongitud
longitudde
deonda.
onda.Se
Sehace
hace
necesario
ecualizar,
especialmente
necesario ecualizar, especialmentesisise
se
emplean
cascadas.
emplean cascadas.
La
Laecualización
ecualizaciónse
seconsigue
consigueatenuando
atenuando
selectivamente
selectivamentelas
laslongitudes
longitudesde
deonda
ondacon
con
mayor
ganancia.
Alternativamente,
mayor ganancia. Alternativamente,se
se
pueden
puedenemplear
emplearseñales
señalesde
dedistinta
distinta
potencia
potenciaen
enlalafuente.
fuente.
Topologí
Topologías de redes WDM
Anillo
Anillo
Punto
Punto aa punto
punto
10
Gestió
Gestión de diferentes trá
tráficos en WDM
Cada tipo de tráfico
puede viajar en una
longitud de onda distinta
Sincronismos individuales
Efectos no lineales en WDM
A distancias largas y altas potencias aparecen efectos no lineales, muchos de los cuales se
manifiestan exclusivamente cuando se propagan varias λ simultáneamente por la f.o.(WDM)
Scatterings no Lineales
• Scattering Raman
• Scattering Brillouin
• Scattering Brillouin Estimulado (SBS)
Derivados del Efecto Kerr
• Automodulación de fase (SPM)
• Intermodulació
Intermodulación de fase (XPM ó CPM)
• Mezclado de cuatro ondas (FWM)
Multifrecuencia
• Scattering Raman Estimulado (SRS)
11
Scattering Raman
Efecto Raman
Raman estimulado (SRS)
Brillouin y Brillouin estimulado son semejantes pero su espectro de ganancia (20 MHz)
y su desplazamiento Stokes (10 GHz) son menores.
menores. Ademá
Además tiene el máximo en
direcció
dirección contraria a la propagació
propagación (backward scattering)
El ancho de banda de ganancia Raman es de varios THz y su desplazamiento Stokes
alcanza los 15 THz,
THz, cubriendo toda la regió
región espectral de interé
interés en WDM. Ademá
Además
tiene el má
máximo de scattering en la direcció
dirección de propagació
propagación (forward scattering).
Estos efectos no son siempre negativos.
negativos. Tanto el SRS como el SBS pueden utilizarse
con provecho en la fabricació
fabricación de amplificadores
Auto/intermodulaci
ón de fase
Auto/intermodulació
Efecto Kerr
n = n1 + nn I
Automodulació
Automodulación de fase
ϕ (t ) = (n1 z + ϕ 0 ) +
2π
λ
nn I (t ) z
Intermodulació
Intermodulación de fase
∆ϕi (t ) =
N
⎤
2πnn z ⎡
I
(
t
)
2
I j (t )⎥
+
⎢ i
∑
λ ⎣
j ≠i
⎦
La
ón de
ífica
intermodulaci
espec
La intermodulació
intermodulación
de fase
fase es
es especí
específica
de
de los
los sistemas
sistemas WDM.
WDM. La
La presencia
presencia de
de un
un
bit
1” en
bit ““1”
en uno
uno de
de los
los canales
canales produce
produce
distorsiones
distorsiones en
en elel índice
índice efectivo
efectivo de
de los
los
demá
ás que
dem
demás
que se
se traducen
traducen en
en ensachamientos
ensachamientos
de
ñales.
se
ales.
de las
las señ
señales.
12
Mezclado de cuatro ondas (FWM)
ν4 = ν1 ± ν2 ± ν3
En WDM se utilizan
canales equiespaciados en
frecuencia.
frecuencia Por lo tanto,
cualquier combinación FWM
que resulte dentro del
rango espectral se
traducirá en un incremento
de ruido de otro canal.
Este efecto impide en la
práctica el uso de fibra
DSF para aplicaciones
WDM de larga distanciaÆ
NZDSF
Limitaciones de efectos no lineales
Al crecer el número de canales
disminuye rápidamente la potencia
que puede transportarse.
Si se desea aumentar la capacidad
se debe incrementar la tasa
binaria, pero ésta también está
condicionada por componentes
electrónicos y por la producción de
bandas laterales.
13
Evolució
Evolución Sistemas DWDM
λi
Rx
Tx
λi
λi
λn
λn
AO
λn
λi
OADM
λm
λx
Punto-Punto
Inserción/extracción
Óptica
λiλx
λx
λy
λy
λy
λi
OADM
Anillo
Redes WDM
Sistema WDM con AddAdd-drop intermedios
λ1
λosc
Banda
del AO
Tx λ1
Tx λ2
Tx λn
Tx λosc
Canal de
supervisión
λ
λn
M
U
X
Add-drop
mux
AO
extrae
λi
Receptor
local
AO
inserta
Transmisor
local
λi
D
E
M
U
X
Rx 1
Rx 2
Rx n
Rx λosc
Canal de
supervisión
JAMP’02
14
Elementos WDM
Matriz de conmutació
conmutación (OXC)
I1
I1
I2
I2
I3
I3
I4
I4
O1
O2
O3
O4
O1
O2
O3
O4
Conmutador sin bloqueo, reconfigurable
JAMP’02
15
Elementos WDM (II)
Acoplador en
estrella NxM
Acoplador en
estrella MxN
AWG
Clasificació
Clasificación de redes
Distancia entre
procesador
0,1 m
1m
Procesadores
ubicados en el
(la) mismo(a)
Tarjeta de
circuitos
Sistema
10 m
Cuarto
100 m
Edificio
1 km
Campus
10 km
Máquina de flujo de
datos
Multicomputadora
}
LAN
Red de área local
Ciudad
Red de área
metropolitana
100 km
1.000 km
País
Continente
}
10.000 km
Planeta
Red área amplia
Local Area Network
MAN
Metropolitan Area Network
WAN
Wide Area Network
La Internet
16
Topologí
Topologías de Red
BUS
ANILLO
ESTRELLA
Evolució
Evolución Sistemas DWDM (II)
17
Otras redes de primera generació
generación
Topología
Velocidad
(Mbaud)
Fibra
ESCON
Malla
200
MMF
SMF
LED
MLM
FDDI
Anillo
125
MMF
SMF
LED
MLM
HIPPI
(serie)
Malla
1200
SMF
MLM
Fiber
Channel
Malla
1062.5
531.25
265.625
SMF
MLM
Red
Emisor
FDDI - Fiber Distributed Data Interface (I)
CARACTERÍSTICAS
• LAN óptica a 100 Mbps
• Estructura: 2 “token-rings”
contradirecionales
• Uso común: troncal para varias
LAN en cobre
• Hasta 200 Km, 1000
estaciones a 2 Km
Redes de Primera generació
generación
18
FDDI – Estructura y Sellado (II)
Redes de Primera generació
generación
ESCON y Fiber channel
• ESCON: IBM Entreprise Serial
Connection
• Fiber Channel: Standard ANSI
• Interconexiones entre consolas y
periféricos
• Codificación: 8B/10B
• Velocidades de 100 a 800 Mbps
• Enlaces en fibra SM o MM, con
LED o LD, 1º o 2ª ventana, hasta 10
Km
Redes de Primera generació
generación
19
ATMATM-Asynchronous Transfer Mode
• Tecnología base para BISDN (red digital de
servicios integrados de
banda ancha)
• Transporte de voz y datos a
alta velocidad: LAN,
MAN, WAN
• Información dividida en
paquetes (cells), de
longitud fija
• Conmutación de paquetes y
establecimiento de caminos
virtuales
• Redes ATM privadas y
públicas
Redes de Primera generació
generación
Ethernet (IEEE802.3)
• Standard a 10 Mbps muy
extendido en LAN
• CSMA/CD: Carrier Sense
Multiple Acces with
Collision Detecting
• Distancias de 100 a 500 m
entre terminales sobre
cobre
• Fibra (10BaseF): hasta
2Km, MM y LED 850 nm
• Ethernet rápida
(IEEE802.3u): Extensión a
100 Mbps
>100baseFX: duplex 2
Km
Redes de Primera generació
generación
20
Gigabit y 10 Gigabit Ethernet
GbE (IEEE802.3z)
10-GbE
• 1Gbps, Cobre o fibra
• 10 Gbps, Fibra
• LAN → MAN→ WAN
• Aún no hay standard
Redes de Primera generació
generación
Medio fí
físico en GbE
Emisor
Fibra
Ancho de
banda
(MHz . Km)
Rango (m)
Láser 850 nm
(1000Base-SX)
62.5/125
160-200
2-275
Láser 850 nm
50/125
400-500
2-550
Láser 1300 nm
(1000Base-Lx)
62.5/125
50/125
400-500
2-550
Láser 1300 nm
(100Base-LH)
SM
9/125
-
1 Km-50 Km
Láser 1550 nm
(100Base-LH)
SM
9/125
-
50 Km-100 Km
Redes de Primera generació
generación
21
Medio fí
físico en 1010-GbE
Fibra
Ancho de
banda
(MHz . Km)
Rango (m)
50/125
500
65
Láser 1310 nm
4X (WDM)
62.5/125
160
300
Láser 1300 nm
4X (WDM)
SM
9/125
-
10 Km
Láser 1300 nm
SM
9/125
-
10 Km
Láser 1550 nm
SM
9/125
-
40 Km
Emisor
Láser 850 nm
Redes de Primera generació
generación
Niveles ISO/OSI
Aplicación
Presentación
Sesión
Transporte
Red
Se ocupa de la transmisión sin errores y en secuencia de los mensajes
transmitidos.
Proporciona servicios de circuitos virtuales y/o datagramas a la capa superior.
Los circuitos virtuales son conexiones punto a punto de transmisión secuencial
con una cierta calidad de servicio expresada en parámetros como ancho de banda
y tasa de error. Los datagramas son mensajes cortos enrutados de origen a
destino sin noción de conexión.
Enlace
Se encarga de “entramar” los datos (framing), multiplexar y desmultiplexar.
Puede incorporar técnicas de gestión de errores de enlace. Incluye la capa de
control de acceso al medio (MAC), que coordina las transmisiones de los
distintos nodos que comparten el ancho de banda.
Físico
Proporciona un “conducto” con un cierto ancho de banda. En nuestro caso, el
nivel físico está formada por fibras ópticas con distintas interfaces.
22
Las redes ópticas como subcapas de otras redes
Subcapas SONET/SDH y capa óptica
(Path) Responsable de la transmisión origendestino de la conexión SONET. Sólo está
presente en los extremos del enlace Ù RED
Multiplexa
varios pasos
en un enlace
Segmentos de
enlace entre
regeneradores
Lightpath, canal
óptico: enrutado
de extremo a
extremo
Conjunto de
enlaces punto a
punto en el canal
Transmisión de bits por la
fibra. En 2ª generación se
sustituye por la capa óptica
Cada uno de los
segmentos del
enlace entre
amplificadores
23
Sincronismo entre nodos
Capa 2
Capa
óptica
/O
TN
/O
TN
/A
IP
IP
TM
TM
IP
/A
H
/S
D
IP
IP
Capa 3
Capa 1
/S
D
/O
TN
H
/O
TN
Capas en redes WDM (I)
ATM
SDH
OTN
Redes WDM
24
Interfases Físicas definidas en SONET
Tasa Binaria
OC-3
OC-12
OC-48
Equiv. SDH
STM-1
STM-4
STM-16
Alcance
Longitud de onda
Tipo de fibra
Emisor
SR
1310 nm
MMF
SMF
LED
LED/MLM
IR
1310 nm
1550 nm
SMF
SMF
MLM
MLM/SLM
LR
1310 nm/1550 nm
SMF
MLM/SLM
SR
1310 nm
SMF
LED/MLM
IR
1310 nm
1550 nm
SMF
SMF
MLM
SLM
LR
1310 nm
1550 nm
SMF
SMF
MLM/SLM
SLM
SR
1310 nm
SMF
MLM
IR/LR
1310 nm/1550 nm
SMF
SLM
SR, IR, LR: Short, Intermediate, Long Reach
Interfases Fí
Físicas en Sonet/SDH
Sonet/SDH
Las interfases ópticas están definidas según “aplicación”: distancia,
velocidad, tipo de tendido. Cada aplicación tiene un código.
Nomenclatura: B-nWx-y.z
B Si está presente, el sistema es bidireccional
n Máximo número de λ multiplexadas
W
Distancia del tramo, según
I: Intracentral
2 km
S: Corta
∼ 15 km
L: Larga
∼ 40 km (@ 1310nm); ∼ 80 km (@ 1550nm)
V: Muy larga
∼120 km
U: Ultralarga
∼160 km
x Máximo número de tramos permitido en la aplicación (con amplificadores)
y Tasa binaria máxima permitida (nivel STM)
z Tipo de fibra, según:
1:
G·652@1310
2:
G·652/654 L ó G·652 S @ 1550
3:
G·653 @1550
5:
G·655
25
Interfases Fí
Físicas en Sonet/SDH
Sonet/SDH
Redes de Primera generació
generación
Interfases Fí
Físicas en Sonet/SDH
Sonet/SDH
Redes de Primera generació
generación
26
Evolució
Evolución Sistemas DWDM
Nodo del Anillo
Interconexión de Anillos
Elementos de infraestructura SONET/SDH
27
Técnicas de protecció
protección en anillos SONET/SDH
UPSR: Unidirectional path switched ring
BLSR:Bidirectional line switched ring
Reparació
Reparación de fallos en doble anillo DWDM
28
Técnicas de protecció
protección en enlaces punto a punto
Componentes de Sistemas DWDM
29
Capas de Red
Redes WDM
Red óptica con OXC
Redes WDM
30
Red de Transporte Optica (OTN)
OXC
OXC
OXC
OXC
OA
OA
OADM
OADM
OA
OA
OXC
OXC
OADM
OADM
OXC
OXC
REG
REG
OADM
OADM
OA
OA
OADM
OADM
OADM
OADM
OADM
OADM
OLT
OLT
Redes WDM
31