WDM y Redes Ópticas. Comunicaciones Ópticas. Distancia vs tasa binaria (1ª Ventana, Fibra MM) Universidad Politécnica de Madrid ETSI TELECOMUNICACIT

Transcripción

1 1 Universidad Politécnica de Madrid ETSI TELECOMUNICACIT ELECOMUNICACIÓN Departamento de Tecnología a Fotónica Comunicaciones Ópticas WDM y Redes Ópticas José M. Otón Mayo 2005 Distancia vs tasa binaria (1ª Ventana, Fibra MM)

2 2 Distancia vs tasa binaria (3ª Ventana, Fibra DSF) Distancia vs tasa binaria

3 3 Distancia vs tasa binaria (LED + MM) Datos calculados: Sin limitación n en el ancho de banda de la fuente. Plástico con núcleo sílice Plástico Sílice abrupto Sílice gradual Distancia vs tasa binaria (LD-FP + MM) Datos calculados: Sin limitación n en el ancho de banda de la fuente.

4 4 Distancia vs tasa binaria (LD-FP + SM) Distancia vs tasa binaria (LD-DFB + SM)

5 5 Concepto de Penalización de Potencia Balance de potencia: P em > S rec + CL + MS + Penalizaciones Ideal Con efecto adicional Penalización Penalización por dispersión

6 6 Penalización por relación de extinción Penalizaciones por relación de extinción y por chirp

7 7 Multiplexado óptico SDM: Se utilizan varias fibras ópticas FDM WDM: Se utilizan varias longitudes de onda TDM: Se reparte el tiempo entre varios canales En espectro eléctrico En espectro óptico OTDM Se pueden combinar varias modalidades Desde un mismo origen: TDM, WDM Acceso multipunto: TDMA, WDMA OTDM

8 8 Canales ópticos Jerarquías as Digitales TDM eléctrico: 1 canal digital de voz 64 kbps (8kHz@8bits, llamado DS0) DS-1: 24 1,544 Mbps 30 2,048 Mbps DS-2: 4 DS-1 6,312 Mbps 4 DS-1 8,448 Mbps DS-5: 4 DS Mbps 4 DS Mbps SONET(STS) SDH B(Mbps) Canales OC-1 OC-3 OC-9 -- STM-1 STM-3 51,84 155,52 466, OC-12 OC-18 STM-4 STM-6 622,08 933, OC-24 OC-36 STM-8 STM , , OC-48 STM ,32[2,5Gbps] OC-192 STM ,28[10Gbps] OC-768 STM ,12[40Gbps] Bandas de transmisión n para WDM Frecuencia central (ITU G-652: 193,1 THz 1552,52 nm

9 9 Separación n entre Canales WDM Redes WDM Bandas de Comunicaciones Ópticas Banda Nombre Rango de longitudes de onda (nm) Comentarios Banda-O Original Segunda ventana Banda-E Extendida (Extended) Sólo accesible a fibras AllWave Banda-S Corta (Short) Parte alta de 3ª ventana Banda-C Convencional (Conventional) ª ventana en rango EDFA Banda-L Larga (Long) Límite rango EDFA Banda-U Ultra-larga (Ultra Long) Sin explorar

10 10 Ecualización n en WDM Banda C Banda L Cuando Cuando se se trabaja trabaja en en WDM, WDM, la la ganancia ganancia varía varía con con la la longitud longitud de de onda. onda. Se Se hace hace necesario necesario ecualizar, ecualizar, especialmente especialmente si si se se emplean emplean cascadas. cascadas. La La ecualización ecualización se se consigue consigue atenuando atenuando selectivamente selectivamente las las longitudes longitudes de de onda onda con con mayor mayor ganancia. ganancia. Alternativamente, Alternativamente, se se pueden pueden emplear emplear señales señales de de distinta distinta potencia potencia en en la la fuente. fuente. Topologías de redes WDM Anillo Anillo Punto Punto a punto punto

11 11 Gestión n de diferentes 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 Raman Estimulado (SRS) Scattering Brillouin Scattering Brillouin Estimulado (SBS) Derivados del Efecto Kerr Automodulación de fase (SPM) Intermodulación de fase (XPM ó CPM) Mezclado de cuatro ondas (FWM) Multifrecuencia

12 12 Efecto Raman Scattering 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. Además tiene el máximo en dirección contraria a la propagación (backward scattering) El ancho de banda de ganancia Raman es de varios THz y su desplazamiento Stokes alcanza los 15 THz,, cubriendo toda la región n espectral de interés s en WDM. Además tiene el máximo m de scattering en la dirección n de propagación n ( (forward scattering). Estos efectos no son siempre negativos. Tanto el SRS como el SBS pueden utilizarse con provecho en la fabricación de amplificadores n Efecto Kerr Auto/intermodulaci intermodulación de fase Automodulación de fase 2π = n 1 + n I ϕ t) = ( n z + ϕ ) + nn I ( t) z n ( 1 0 λ Intermodulación de fase N 2πn nz ϕi ( t ) = Ii ( t) + 2 I j ( t) λ j i La La intermodulación intermodulaciónde de fase fasees esespecífica específica de de los lossistemas sistemaswdm. La La presencia presenciade de un un bit bit 1 1 en en uno unode de los loscanales produce produce distorsiones distorsionesen en el el índice índiceefectivo efectivode de los los demás demásque quese se traducen traducenen en ensachamientos ensachamientos de de las lasseñales señales.

13 13 Mezclado de cuatro ondas (FWM) ν 4 = ν 1 ± ν 2 ± ν 3 En WDM se utilizan canales equiespaciados en 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 distancia 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.

14 14 Evolución n Sistemas DWDM λ i Tx AO Rx λ i λ i OADM λ i λ n λ n λ n λ x λ y λ m Punto-Punto λ i λ x Inserción/extracción Óptica λ x λ y OADM λ y λ i Anillo Redes WDM Sistema WDM con Add-drop drop intermedios λ osc λ 1 λ n λ Tx λ 1 Tx λ 2 Tx λn M U X AO extrae λ i Banda del AO Add-drop mux inserta λ i AO D E M U X Rx 1 Rx 2 Rx n Tx λoscosc Receptor local Transmisor local Rx λoscosc Canal de supervisión Canal de supervisión JAMP 02

15 15 Elementos WDM Matriz de conmutación n (OXC) I1 I1 I2 I2 I3 I3 I4 I4 O1 O2 O3 O4 O1 O2 O3 O4 Conmutador sin bloqueo, reconfigurable JAMP 02

16 16 Elementos WDM (II) Acoplador en estrella NxM Acoplador en estrella MxN AWG Clasificación n de redes Distancia entre Procesadores procesador ubicados en el (la) mismo(a) 0,1 m Tarjeta de circuitos Máquina de flujo de datos 1 m Sistema Multicomputadora 10 m Cuarto 100 m Edificio 1 km Campus } Red de área local 10 km Ciudad Red de área metropolitana 100 km País km Continente } Red área amplia LAN Local Area Network MAN Metropolitan Area Network WAN Wide Area Network km Planeta La Internet

17 17 Topologías de Red BUS ANILLO ESTRELLA Evolución n Sistemas DWDM (II)

18 18 Otras redes de primera generación Red ESCON FDDI HIPPI (serie) Fiber Channel Topología Malla Anillo Malla Malla Velocidad (Mbaud) Fibra MMF SMF MMF SMF SMF SMF Emisor LED MLM LED MLM MLM MLM 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 generación

19 19 FDDI Estructura y Sellado (II) Redes de Primera 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 generación

20 20 ATM-Asynchronous Asynchronous Transfer Mode Tecnología base para B- ISDN (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 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 generación

21 21 Gigabit y 10 Gigabit Ethernet GbE (IEEE802.3z) 1Gbps, Cobre o fibra LAN MAN WAN 10-GbE 10 Gbps, Fibra Aún no hay standard Redes de Primera generación Medio físico f en GbE Emisor Fibra Ancho de banda (MHz. Km) Rango (m) Láser 850 nm (1000Base-SX) 62.5/ Láser 850 nm Láser 1300 nm (1000Base-Lx) 50/ /125 50/ Láser 1300 nm (100Base-LH) SM 9/125-1 Km-50 Km Láser 1550 nm (100Base-LH) SM 9/ Km-100 Km Redes de Primera generación

22 22 Medio físico f en 10-GbE Emisor Fibra Ancho de banda (MHz. Km) Rango (m) Láser 850 nm 50/ Láser 1310 nm 4X (WDM) 62.5/ Láser 1300 nm 4X (WDM) SM 9/ Km Láser 1300 nm SM 9/ Km Láser 1550 nm SM 9/ Km Redes de Primera generación Niveles ISO/OSI Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Físico 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. 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. Proporciona un conducto con un cierto ancho de banda. En nuestro caso, el nivel físico está formada por fibras ópticas con distintas interfaces.

23 23 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 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

24 24 Sincronismo entre nodos Capas en redes WDM (I) Capa 3 IP / SDH / OTN IP / ATM / SDH / OTN IP IP / ATM / OTN IP / OTN Capa 2 Capa 1 Capa óptica SDH ATM OTN Redes WDM

25 25 Interfases Físicas definidas en SONET Tasa Binaria Equiv. SDH Alcance Longitud de onda Tipo de fibra Emisor OC-3 STM-1 SR IR LR 1310 nm 1310 nm 1550 nm 1310 nm/1550 nm MMF SMF SMF SMF SMF LED LED/MLM MLM MLM/SLM MLM/SLM OC-12 STM-4 SR 1310 nm SMF LED/MLM OC-48 STM-16 IR LR SR 1310 nm 1550 nm 1310 nm 1550 nm 1310 nm SMF SMF SMF SMF SMF MLM SLM MLM/SLM SLM MLM IR/LR 1310 nm/1550 nm SMF SLM SR, IR, LR: Short, Intermediate, Long Reach Interfases Físicas F en 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 : G 5: G 655

26 26 Interfases Físicas F en Sonet/SDH Redes de Primera generación Interfases Físicas F en Sonet/SDH Redes de Primera generación

27 27 Evolución n Sistemas DWDM Nodo del Anillo Interconexión de Anillos Elementos de infraestructura SONET/SDH

28 28 Técnicas de protección n en anillos SONET/SDH UPSR: Unidirectional path switched ring BLSR:Bidirectional line switched ring Reparación n de fallos en doble anillo DWDM

29 29 Técnicas de protección n en enlaces punto a punto Componentes de Sistemas DWDM

30 30 Capas de Red Redes WDM Red óptica con OXC Redes WDM

31 31 Red de Transporte Optica (OTN) OXC OA OXC OXC OADM OA OADM OADM OLT OXC REG OADM OA OADM OADM OLT Redes WDM