IEEE 802.3ba: Ethernet a 100 Gb/s. Ramón Gutiérrez-Castrejón Reunión Informativa Anual, 16 de enero de 2012

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1 IEEE 802.3ba: Ethernet a 100 Gb/s Ramón Gutiérrez-Castrejón Reunión Informativa Anual, 16 de enero de 2012

2 Contenido Introducción a Ethernet Ethernet de alta velocidad Implementación de Ethernet a 100 Gb/s sobre fibra óptica monomodo Diseño y análisis del enlace Conclusiones 2 de 25

3 Introducción 3 de 25

4 Tecnología Ethernet Ethernet se ha convertido en el protocolo predilecto para interconectar computadoras a nivel: Redes LAN, Redes de acceso Redes Metro (más recientemente) Redes core o núcleo Esto se debe en buena medida a características como: Simplicidad en operación e instalación Gran aceptación Enfocada principalmente a la transmisión de datos Económica 4 de 25

5 Funcionamiento de Ethernet En su forma mas simple Ethernet usa una arquitectura de BUS en una LAN a la que se conectan las computadoras. Para prevenir la transmisión simultánea de dos computadoras se usa CSMA/CD Historia de Ethernet por su creador en: 5 de 25

6 Evolución de Ethernet Ethernet (10 Mbps), estandarización 1983, IEEE Fast Ethernet (100 Mbps), estandarización 1995, IEEE 802.3u Gigabit Ethernet (1 GbE), estandarización 1998, IEEE 802.3z/ab 10 Gigabit Ethernet (10 GbE), estandarización 2002, IEEE 802.3ae/an 6 de 25

7 Nueva generación de Ethernet El siguiente paso en tecnología Ethernet ha sido establecer un siguiente estándar para 40 Gb/s 100 Gb/s Denominado 802.3ba Se crea el HSSG Se crea el PAR Se crea la Task Force Revisión Task Force Votación Comité de Estándares LAN/MAN Estándar!! M A Y J U L S E P N O V E N E M A R M A Y J U L S E P N O V E N E M A R M A Y J U L S E P N O V E N E M A R M A Y J U L S E P N O V E N E M A R M A Y J U L 7 de 25

8 Motivación del Ethernet de alta velocidad 8 de 25

9 Motivación para utilizar 100 Gb/s Virtualización de Servidores Acceso a Banda Ancha Proveedores de Contenido Video en Demanda Provedores de Servicios Computación de Alto Desempeño Investigación y Desarrollo Mayor Ancho de Banda Centros de Datos Red a 100 Gb/s HSSG_Tutorial_ de 25

10 Velocidad en Gbps Motivación para utilizar 100 Gb/s Interconexión en el core duplica cada 18 meses 100 GIGABIT ETHERNET 40 GIGABIT ETHERNET 10 GIGABIT ETHERNET 1 Servidores e Interfaces I/O duplica cada 24 meses Tiempo GIGABIT ETHERNET HSSG_Tutorial_ de 25

11 Enlaces a ser definidos por la Task Force 100 Gb Ethernet IEEE 802.3ba Task Force Cable MMF SMF SMF Assembly 100m 10 km 40km 100GBASE- 100GBASE- 100GBASE- 100GBASE- CR10 SR10 LR4 ER4 11 de 25

12 Pero cómo implementar 100 Gb/s? Enfoque serial: transmisión a 100 Gb/s por un solo canal Requiere transmisores y receptores muy rápidos Es muy susceptible a la dispersión de la fibra Es muy susceptible a los efectos no lineales entre canales Se requieren formatos avanzados de modulación (por variación de la fase y usando detección coherente) Enfoque paralelo: Transmisión de 100 Gb/s usando varios canales Utiliza la tecnología de mutliplexión o multi-canalización por longitud de onda (WDM) Compatible con estándares anteriores Más económica 12 de 25

13 Implementación del 100 Gb/s Ethernet 13 de 25

14 DEMUX Enlace de 40-km sobre fibra SMF 400 GHz Channel Spacing centered at 1312 nm THz Tx1 DFB1 EAM 0-40 km OFE Rx1 Tx2 SSMF THz DFB2 EAM OFE Rx THz Tx3 DFB3 EAM MUX SOA OFE Rx THz Tx4 DFB4 EAM Necesario para que llegue la señal OFE Rx4 14 de 25

15 SOA: amplificador óptico de semiconductor Dimensiones en mm 15 de 25

16 Características de un SOA El amplificador óptico de semiconductor es un dispositivo optoelectrónico caracterizado por: Ser integrable Respuesta no lineal y figura de ruido alta Alta ganancia (> 25 db) Respuesta ultra-rápida 16 de 25

17 DEMUX Problema en el Ethernet de 100 Gb/s 1. Potencia promedio es constante 2. Pero no se especifica una longitud mínima 3. Entra alta potencia en el amplificador 4. Efectos no lineales degradación? < 40 km MUX SOA Ex: 6.3 dbm 2 km fiber: db 3.4 dbm 12.4 dbm 17 de 25

18 Diseño y análisis del enlace 18 de 25

19 BER contra longitud de la fibra Dominada por ditorsiones de no linealidades Dominada por degradación de OSNR 19 de 25

20 DEMUX Solución electrónica y óptica THz Tx1 DFB1 Tx2 EAM 0-40 km SSMF OFE Rx THz DFB2 EAM OFE Rx THz DFB3 Tx3 EAM MUX SOA OFE Rx3 Tx THz DFB4 EAM Gain OFE Rx THz SOLUCIÓN ÓPTICA DFB5 CW Power Control AUTOMATIC Control SOLUCIÓN ELECTRÓNICA 20 de 25

21 Integrated Gain Coeff. Power [mw] Física en el amplificador: operación para 10 m Señal de entrada Solución óptica Solución electrónica Time [ps] Modulación reducida SSG = 20 db P sat = 6.6 dbm Haz continuo a 10 mw SSG = 7 db P sat = dbm 21 de 25

22 Desempeño de las dos alternativas Longitud fibra km 10 km 20 km Small Signal Gain 7 db OPTICO ELECTRONICO Small Signal Gain 17 db CW Power 10 mw 22 de 25

23 Comparación: solución óptica v.s. electrónica SOLUCIÓN ÓPTICA ELECTRÓNICA Desempeño Más alto Más bajo Facilidad de implementación Depende de un algoritmo de control para establecer la corriente adecuada Depende de un algoritmo de control para establecer la corriente adecuada Consumo [mw] Alto Bajo Tamaño Grande Pequeño Costo fabricación** Más caro (5 laser) Más barato (m-procesador) ** Fundamental para Ethernet 23 de 25

24 Conclusiones 24 de 25

25 Conclusiones Se requiere incrementar la capacidad de transmisión de las redes de telecomunicaciones Las redes del futuro estarán basadas en Ethernet Respuesta del IEEE: desarrollo de Ethernet a 100 Gb/s Basado en tecnología WDM con amplificador SOA Principal limitante: OSNR y respuesta no lineal del SOA Propuesta de soluciones: óptica y electrónica A pesar de tener menor desempeño, la solución electrónica es más compacta, presenta menor consumo y es más económica 25 de 25

26 MUCHAS GRACIAS! 26 de 25

27 Alternativas en la interface de 100 Gb/s Fibra Mono-Modo SMF 10 km 1310 nm 40 km 1310 nm 10 km 1550 nm 40 km 1550 nm 10x10 G Láser de Modulación Directa Amplificador Óptico Amplificador Óptico 10x10 G Láser de Modulación Externa por Electro- Amplificador Óptico Amplificador Óptico Absorción 4x25 G Láser de Modulación Directa Amplificador Óptico Amplificador Óptico + Fibra de Compensación para la Dispersión 4x25 G Láser de Modulación Externa por Electro- Absorción Amplificador Óptico Amplificador Óptico + Fibra de Compensación para la Dispersión 27 de 25

28 Carácteristicas de la señal después del SOA Input ER = 6 db Input OSNR = 40 db El ER de salida se incrementa con la longitud (pérdidas de la fibra) Para longitudes grandes (grandes pérdidas) el ER de salida y entrada coinciden OSNR decrese con la longitud de la fibra (pérdidas de la fibra) Para distancias pequeñas (pérdidas bajas) el OSNR casi no se degrada 28 de 25

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