Introducción a las Redes Ópticas WDM

Transcripción

1 Segundo Congreso Nuevas Tecnologías en Ingeniería Eléctrica y Electrónica Introducción a las Redes Ópticas Dr. (C) Ariel Leiva López Grupo de Telemática Departamento de Ingeniería Electrónica Universidad Técnica Federico Santa María Valparaíso, Chile 14 de Octubre, 2009.

2 Introducción Sistemas Investigación en Redes El crecimiento de tráfico IP mundial se ha comportado de manera exponencial*. Crecimiento y proyección del tráfico de ruta Atlántica* Tasa de utilización de backbones es del orden de 50%.* * Capacity Demand and Technology Challenges for Lightwave Systems in the Next Two Decades, Desurvire, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 24, NO. 12, DECEMBER 2006.

3 Introducción Sistemas Investigación en Redes El crecimiento de tráfico IP mundial se ha comportado de manera exponencial*. Cómo satisfacer esta demanda de tráfico? Redes Ópticas Tipo de Cable Coaxial Par trenzado Cat.1 Par trenzado Cat. 2 Par trenzado Cat. 3 Par trenzado Cat. 4 Par trenzado Cat. 5 Fibra óptica () Tasa de Transmisión 10 Mb/s Voz (cable telefónico) < 4Mb/s < 10 Mb/s < 20 Mb/s < 100 Mb/s < 25 Tb/s Cable coaxial Par trenzado

4 Introducción Sistemas Investigación en Redes Qué es la Fibra óptica? "No existe hoy un mejor medio físico conocido que la fibra óptica, y ninguna señal fuente mejor que la luz para atender los nuevos y emergentes requerimientos de transmisión (Editorial IEEE Comm. Mag., Vol 38, Nº 3, marzo 2000) CORE CLADDING COATING n2 n1 n2 vidrio o plástico vidrio vidrio vidrio vidrio o plástico

5 Introducción Sistemas Investigación en Redes Enlace de fibra óptica monocanal Emisor Señal óptica digital. Receptor Señal de entrada Señal de salida Fibra Óptica Comercialmente, un enlace monocanal puede tener una capacidad de hasta 40 Gbps

6 potencia potencia Introducción Sistemas Investigación en Redes Atenuación Pérdida de potencia óptica. Coeficiente de atenuación α (cte en el tiempo) tiempo tiempo Solución: AMPLIFICADORES ÓPTICOS

7 potencia Introducción Sistemas Investigación en Redes Dispersión Variación de la velocidad de grupo de las componentes de la señal. Produce ensanchamiento de los pulsos. ISI y aumento de BER. Excepción: Sistemas con Pre-Chirp tiempo α 0 Cromática. 1 0? 1 Dispersiones en SMF: Cromática 2º orden. PMD.

8 Introducción Sistemas Investigación en Redes Por qué? Dominio Frecuencia Dominio Tiempo TDM y Dominio Tiempo Dominio Frecuencia M U X TDM T T T M U X T

9 Introducción Sistemas Investigación en Redes Por qué? Señal es de entrada Emisores Receptores Señales de salida Fibra Óptica Hasta 25 Tbps! Pero aparecen nuevos fenómenos físicos!

10 Introducción Sistemas Investigación en Redes Por qué? TX 10 Gbps REG 10 Gbps REG 10 Gbps RX 10 Gbps TX TX TX TX REG REG REG REG RX RX RX RX AMP OPT

11 Introducción Sistemas Investigación en Redes Configuración Básica AMPLIFICADOR DE LÍNEA (ganancia, bajo ruido) M U X OA OA OA OA D E M U X PREAMPLIFICADOR (bajo ruido) BOOSTER O POSTAMPLIFICADOR (alta potencia)

12 Introducción Sistemas Investigación en Redes Normas ITU-T Fibras Ópticas G.650, G.651, G.652, G.653, G.654, G.655 Interfaces Ópticas G.692 (Multicanal) G.957 (Monocanal) Características Funcionales de Sistemas G.681 Amplificadores Ópticos G.661, G.662, G.663

13 Introducción Sistemas Investigación en Redes Tx λ 1 λ 1 Rx Tx λ 2 λ 2 Rx Tx λ N-1 Red completamente óptica λ N-1 Rx Tx λ N Señales se degradan por: Atenuación. λ N Rx Ruido ASE. Dispersión cromática. PMD (Dispersión por Modo de Polarización). Efectos no lineales (FWM, XPM, SPM, SBS, SRS). Aumentan los errores en la recepción (BER). Crosstalk en Mux, Demux, OXC, etc. Ruido en el receptor

14 Introducción Sistemas Investigación en Redes Mapas de redes submarinas

15 Introducción Sistemas Investigación en Redes Mapas de redes submarinas GlobalCrossing, Anillo Sudamericano

16 ( ( Introducción Sistemas Investigación en Redes Mapas de redes en Chile Chile-Argentina Chile, Zona Sur (Telefónica) Chile, Zona Centro-Norte (Telefónica)

17 Introducción Sistemas Investigación en Redes Mapas de redes en Chile Extremo Sur (conexión 2008)

18 Introducción Sistemas Investigación en Redes Áreas de Investigación Transmisión Dispositivos Redes amplificador óptico Capa electrónica conmutador óptico Capa óptica Alejandra Beghelli, Coloquio Modelamiento de Redes de Comunicaciones 2 Septiembre 2009, UAI Peñalolén

19 Introducción Sistemas Investigación en Redes Actualmente. Redes Estáticas: WRON* Lightpaths permanentes. Nuevas conexiones se realizan a través de órdenes de trabajo. link Disponible comercialmente. Edge routers WRON OXC (OADM)-WRON * = S. Baroni and P. Bayvel, IEEE Journal of Lightwave Technology, 15 (2), , February 1997.

20 Introducción Sistemas Investigación en Redes Redes Estáticas: WRON* Tiempo

21 Introducción Sistemas Investigación en Redes Pero Operación estática Operación dinámica Source 1 time λ 1 Source 1 Source 2 time λ 2 Source 2 time λ 1 Potencial ineficiencia en el uso de la capacidad de las longitudes de onda. Potencial mejor uso de la capacidad. Misma demanda de tráfico con menos recursos* * = Wavelength routed optical networks: linear formulation, resource budgeting tradeoofs, and reconfiguration study, IEEE/ACM Transactions on Networking, 2000.

22 Introducción Sistemas Investigación en Redes Input traffic Buf 1 Buf 2 Buf N-1 Redes dinámicas tunable lasers OPS, OCS, OBS, WR-OBS. Electronic to Optical data units conversion in in edge router One or two way reservation. link Connections lasts from a few mili-seconds to minutes. Edge routers OXC

23 Introducción Sistemas Investigación en Redes Redes dinámicas Tiempo

24 Introducción Sistemas Investigación en Redes Paradigmas de Conmutación Asignación de Recursos Redes Estáticas Diseño Redes Dinámicas Evaluación s monitores conversores regeneradores Punto a punto/multipunto Con/sin consideraciones físicas Con/sin tolerancia a fallas Matemática Test- beds (sim, análisis) (Japón, USA, Europa) Diseño Optimización Heurísticas Meta-heurísticas Evaluación Simulación Markov Análisis algs. Alejandra Beghelli, Coloquio Modelamiento de Redes de Comunicaciones 2 Septiembre 2009, UAI Peñalolén

25 Introducción Sistemas Investigación en Redes Temas actuales del grupo de Telemática-UTFSM Determinar la capacidad de redes para proveer tolerancia a fallas Tasa de fallas: (cut / (year * km)) (*) Una red continental(~ km de largo): 1 corte c/5 días! Pr(1 falla de cable)~ 10-2 Pr(2 o más fallas de cable)~ 10-3 (*) Telcordia Statistics, from J. Zhang and B. Mukherjee, A review of fault management in mesh networks: Basic concepts and research challenges, IEEE Network, vol. 18 (2), pp , 2004.

26 Introducción Sistemas Investigación en Redes Temas actuales del grupo de Telemática-UTFSM Asignación dinámica de lightpaths Tráfico variante en el tiempo - Caracterización tráfico variante en el tiempo (multi-hora) - Asignación óptima de recursos para tráfico multi-hora

27 Introducción Sistemas Investigación en Redes Temas actuales del grupo de Telemática-UTFSM Redes estáticas vs Dinámicas: Consumo Energético (Proyecto CEAL-UAM, España)

28 Introducción Sistemas Investigación en Redes Temas actuales del grupo de Telecomunicaciones-PUCV RWA con QoT en Redes Dinámicas Estimación del nº de Tx/Rx en Redes Dinámicas

29 Introducción Sistemas Investigación en Redes y preguntas.