Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Tecnologia DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) Estrutura Geral Motivação Tecnologia WDM Aumento de Capacidade de Transmissão em Sistemas Ópticos Duas alternativas: • TDM: Time Division Multiplexing • WDM: Wavelength Division Multiplexing • 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 Time Division Multiplexing (SDH) • Transmissão de bytes entrelaçados em um único comprimento de onda • 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 Independência de taxas de bit e formatos Wavelength Division Multiplexing (WDM) DWDM = Dense WDM e CWDM = Coarse WDM • Uma forma de multiplexação por divisão de freqüência (FDM) • Usa múltiplos comprimentos de onda sobre uma única fibra óptica Comparação: Solução TDM para 600 Km SDH SDH SDH SDH SDH SDH SDH SDH SDH SDH SDH SDH 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 3R 32 Clientes => 64 Fibras + 224 Regeneradores SDH (3R) Comparação: Solução WDM para 600 Km SDH SDH SDH SDH SDH SDH SDH SDH SDH SDH SDH SDH MO / AO AO / DO AO AO AO 32 Clientes => 2 Fibras + Amplificadores Ópticos Comparação: TDM x WDM Site 1 Evolução da Transmissão Óptica Site 2 2,5 Gb/s sobre 1 fibra de ~ 90 km -2 dBm -28 dBm TX RX AO -28 dBm12 dBm Enlace com 1 Amplificador Óptico (AO) Booster Enlace Ponto a Ponto 2,5 Gb/s sobre 1 fibra of ~ 160 km Exemplo: SDH STM-16 (L.16-2) Evolução da Transmissão Óptica AOAO Enlace com 1 AO Booster + 1 AO Pré Enlace Ponto a Ponto 2,5 Gb/s sobre 1 fibra de ~ 200 km 12 dBm -38 dBm Site 1 Site 2TX RX 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 AOAO 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- 600 km sem regeneração (3R) Evolução da Transmissão Óptica: WDM 1 M U X D E M U X AO3 AO AO transponder Site 1 Site 2TX RX DWDM De 2.5 Gbps por fibra, 90 km ... … Para 1,6 Tbps por fibra, 500 km Fibras Ópticas Mono-modo • Standard Single Mode Fiber (SMF) – Dispersão zero em 1310 nm – ITU-T G.652 • Dispersion-Shifted Fiber (DSF) – Curva de dispersão deslocada para comprimentos de onda superiores para ter dispersão zero em 1550 nm – Sistemas ópticos com um lambda em 1550 nm – ITU-T G.653 • Non-Zero Dispersion Shifted Fiber (NZDSF) – Uma pequena dispersão é introduzida na janela de 1550 nm para evitar o principal efeito não linear: Four Wave Mixing – Sistemas DWDM de longo alcance e com altas taxas de bit – ITU-T G.655 • Zero Water Peak Fiber – Eliminação do pico de água (OH), abrindo a janela toda a janela óptica de 1300 a 1600 nm – Ideal para sistemas metropolitanos CWDM – ITU-T G.652C Janelas e Bandas de Transmissão Tipos de Fibra Mono-modo 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 A te n u a ç ã o ( d B /k m ) 1600 1700140013001200 15001100 Lambda (nm) EDFA Atenuação (todas as fibras) 20 10 0 -10 -20 D is p e rs ã o ( p s /n m × k m ) NZDF Zero-OH Fiber Elimina o pico de água em 1385 nm Dispersion- Shifted Fiber Standard Single-Mode Fiber Lasers: Modulação Direta e Externa Modulação Direta (chirping) Modulação Externa Modulador Óptico Laser Pulsos ópticos Driver Laser Pulsos ópticos D riv e r Tolerâncias para taxa de bit STM-16 – Laser com Modulação Direta: • 1.800 ps/nm (~100 km para SMF) – Laser com Modulação Externa: • 10.000 ps/nm (~600 km para SMF) Tolerâncias para taxa de bit STM-64 – Laser com Modulação Externa: • 2.000 ps/nm (~120 km para SMF) Transponders com Modulação Direta Transponders com Modulação Externa Amplificadores 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 • Potência por canal óptico em sistemas com N canais: PCANAL = PTOTAL – 3 x log 2 N AOs: Janela de Atuação 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 A te n u a ç ã o ( d B /k m ) 1600 1700140013001200 15001100 Lambda (nm) Transmissão em 1550 nm: Região de perda mínima na fibra e de atuação de EDFAs Banda EDFA (C e L) Limite teórico 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 Bombeio Sinal de Entrada Sinal de Saída Fibra dopada com Er3+ Isolador Óptico Isolador Óptico Isolador Óptico Primeiro estágio (baixa figura de ruído) Segundo estágio (alta potência) Bombeio Fibra dopada com Er3+ Amplificadores Ópticos: ASE Amplificador Óptico Raman Amplificador Óptico Raman Sistemas Ópticos de Transmissão Atenuação AO AO AO 1 M U X 3 Emissão Espontânea Ruído Sistemas Ópticos de Transmissão AO AO AO 1 M U X 3 Dispersão Distorção Sistemas Ópticos de Transmissão AO AO AO 1 M U X 3 Sistemas Ópticos de Transmissão AO AO AO 1 M U X 3 Efeitos Não Lineares Espalhamento Distorção Crosstalk Dispersão Cromática (DC) 1) Efeitos e conseqüências • O índice de refração tem um fator dependente do comprimento de onda, 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 t 2) Alternativa • Compensação de DC, uso de fibras DS ou NZD ou uma combinação destas duas técnicas Fibra Óptica Variação Índice de Refração x Lambda Dispersão Cromática x Efeitos Não Lineares • Alta dispersão cromática resulta em alargamento temporal do pulso óptico, resultando em interferência inter-simbólica e aumento na taxa de erro de bit (BER) • Pouca dispersão resulta em altos efeitos não-lineares na fibra, o que também pode degradar severamente a BER 1 tempo 1 0 Sinal original tempo Saída do Transmissor tempo Entrada do Receptor tempo 111 Sinal regenerado Compensação de Dispersão D isp e rs ã o ( p s /n m ) Span (km) 0 80 160 240 320 400 480 1600 1200 800 400 0 SSMF = 18 ps/nm-km NZDF = 4,4 ps/nm-km • 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 MCD: Módulo Compensador de Dispersão MCD: Posicionado entre os 2 estágios de amplificação do amplificador de linha. 80km - SMF 80km - SMF AOL AOL MCD MCD Modos de Polarização da Luz x y z Ey Ex 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 Um campo E é a soma vetorial dos componentes Ex e Ey Polarization Mode Dispersion 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. Atraso de propagação entre os modos de polarização x y z Ey Ex Polarization Mode Dispersion • Nas fibras comuns, os estados de polarização não se mantêm, isto é, modificam-se de acordo com movimentações e variações na temperatura da fibra • Como não se tem controle destes parâmetros, a medida da PMD torna-se bastante complexa • PMD - Medida estatística da penalidade • Importante para sistemas a partir de 10 Gbit/s. • Tecnologias recente de fabricação produzem fibras de baixo PMD (< 0,5 ps/(km)1/2) • Penalidade apresenta-se como uma flutuação na taxa de erro 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, crosstalk – Four-Wave Mixing (FWM) crosstalk Amplificadores ópticos de alta potência podem gerar todos os efeitos não lineares acima, levando à degradação do desempenho do sistema óptico. Stimulated Raman Scattering (SRS) Efeitos Não Lineares: SPM, XPM, FWM Índice de Refração x Potência Óptica Four Wave Mixing (FWM) Espaçamento Desigual entre Canais (FWM) Efeitos Não Lineares Latência na Fibra Óptica Solução DWDM Estação A Estação B int 01 int n int 01 int n Elementos de um Sistema DWDM TR# TR# Estação A Estação B int 01 int n int 01 int n TR# Transponders: “transladam” o sinal óptico do cliente para um comprimento de onda adequado ao sistema DWDM. Pode incorporar mais funcionalidades, tais como agregação de tráfego e facilidades de gerenciamento. Elementos de um Sistema DWDM M U X TR# TR# Estação A Estação B int 01 int n int 01 int n Multiplexador: agrega os vários comprimentos de onda (canais ópticos) provenientes dos Transponders em uma única fibra óptica, gerando um sinal óptico agregado.M U X sinal óptico agregado Elementos de um Sistema DWDM M U X B TR# TR# Estação A Estação B int 01 int n int 01 int n Amplificador óptico a fibra dopada com érbio “booster”: amplifica o nível de potência óptica de todos os comprimentos de onda agrupados pelo Mux. B Elementos de um Sistema DWDM M U X B P TR# TR# Estação B int 01 int n int 01 int n Pré-amplificador óptico a fibra dopada com érbio: amplifica o nível de potência óptica de todos os comprimentos de onda recebidos da fibra óptica externa. P Estação A Elementos de um Sistema DWDM M U X B P TR# TR# D E M U X TR# TR# Estação B int 01 int n int 01 int n Demultiplexador: separa os vários comprimentos de onda a partir do sinal óptico agregado, entregando-os às unidades Transponders. D E M U X Estação A Amplificador Raman: colocado imediatamente antes do pré-amplificador, provê um ganho sistêmico entre 5 a 7 dB para todos os comprimentos de onda do sinal óptico agregado. Usados em enlaces mais longos. Elementos de um Sistema DWDM M U X B P TR# TR# D E M U X TR# TR# R Estação B int 01 int n int 01 int n R Estação A Elementos de um Sistema DWDM M U X B P B P D E M U X TR# TR# D E M U X M U X TR# TR# R Estação A Estação B int 01 int n int 01 int n R Amplificador óptico a fibra dopada com érbio de linha. Utilizado em estações intermediárias, amplificando o sinal óptico agregado. Podem ser utilizados em cascata. Usados em enlaces muito longos. Elementos de um Sistema DWDM M U X B B PL L D E M U X TR# TR# D E M U X M U X TR# TR# R Estação BEstação C int 01 int n int 01 int n L Estação A RP Elementos de um Sistema DWDM Chave Óptica de Proteção: comuta o sinal óptico agregado (ou eventualmente um canal ópticos) em caso de perda ou degradação de sinal. Chaveia em até 15 ms após a detecção da falha ou degradação PROT Estação BEstação A M U X / D E M U X PROT M U X / D E M U X PROT B P TR # TR # B P TR # TR # Cabo 1 Cabo 2 Estação BEstação A M U X / D E M U X PROT M U X / D E M U X PROT B P TR # TR # B P TR # TR # Proteção de Rota Óptica • 2 pares de fibras ópticas (passando por cabos ópticos distintos) • Chaves ópticas protegem todos os canais ao mesmo tempo • Proteção dos cabos ópticos Cabo 1 Cabo 2 Proteção de Rota Óptica • Comuta em caso de perda de potência óptica do sinal óptico agregado Estação BEstação A M U X / D E M U X PROT M U X / D E M U X PROT B P TR # TR # B P TR # TR # Cabo 1 Cabo 2 Proteção de Rota Óptica • Comuta em caso de perda de potência óptica do sinal óptico agregado Estação BEstação A M U X / D E M U X PROT M U X / D E M U X PROT B P TR # TR # B P TR # TR # Cabo 1 Cabo 2 Proteção de Rota Óptica e Amplificadores Estação BEstação A M U X / D E M U X PROT M U X / D E M U X PROT TR # TR # TR # TR # • 2 pares de fibras ópticas (passando por cabos ópticos distintos) e 2 conjuntos de amplificadores ópticos • Chaves ópticas protegem todos os canais ao mesmo tempo • Proteção dos cabos ópticos e amplificadores ópticos Cabo 1 Cabo 2 B P B P B P B P Proteção de Rota Óptica e Amplificadores Estação BEstação A M U X / D E M U X PROT M U X / D E M U X PROT TR # TR # TR # TR # Cabo 1 Cabo 2 B P B P B P B P • Rompimento do cabo óptico Proteção de Rota Óptica e Amplificadores Estação BEstação A M U X / D E M U X PROT M U X / D E M U X PROT TR # TR # TR # TR # Cabo 1 Cabo 2 B P B P B P B P • Comutação de proteção Proteção de Rota Óptica e Amplificadores Estação BEstação A M U X / D E MU X PROT M U X / D E M U X PROT TR # TR # TR # TR # Cabo 1 Cabo 2 B P B P B P B P Proteção de Rota Óptica e Amplificadores Estação BEstação A M U X / D E M U X PROT M U X / D E M U X PROT TR # TR # TR # TR # Cabo 1 Cabo 2 B P B P B P B P • Falha do amplificador óptico Proteção de Rota Óptica e Amplificadores Estação BEstação A M U X / D E M U X PROT M U X / D E M U X PROT TR # TR # TR # TR # Cabo 1 Cabo 2 B P B P B P B P • Comutação de proteção (apenas na sentido em falha) Estação BEstação A M U X / D E M U X B P TR # TR # M U X / D E M U X TR # TR # Proteção de OSNC (Optical Sub-Network Connection) M U X / D E M U X B P M U X / D E M U X B P PROT B P PROT • 2 pares de fibras ópticas (passando por cabos ópticos distintos) e 2 conjuntos de amplificadores ópticos e mux/demux • Chaves ópticas protegem canal por canal • Proteção dos cabos ópticos, amplificadores ópticos e mux/demux Cabo 1 Cabo 1 Estação BEstação A M U X / D E M U X B P TR # TR # M U X / D E M U X TR # TR # Proteção de OSNC (Optical Sub-Network Connection) M U X / D E M U X B P M U X / D E M U X B P PROT B P PROT Cabo 1 Cabo 1 • Rompimento do cabo óptico Estação BEstação A M U X / D E M U X B P TR # TR # M U X / D E M U X TR # TR # Proteção de OSNC (Optical Sub-Network Connection) M U X / D E M U X B P M U X / D E M U X B P PROT B P PROT Cabo 1 Cabo 1 • Comutação de proteção Estação BEstação A M U X / D E M U X B P TR # TR # M U X / D E M U X TR # TR # Proteção de OSNC (Optical Sub-Network Connection) M U X / D E M U X B P M U X / D E M U X B P PROT B P PROT Cabo 1 Cabo 1 • Falha de amplificador óptico ou de mux/demux Estação BEstação A M U X / D E M U X B P TR # TR # M U X / D E M U X TR # TR # Proteção de OSNC (Optical Sub-Network Connection) M U X / D E M U X B P M U X / D E M U X B P PROT B P PROT Cabo 1 Cabo 1 • Comutação de proteção (apenas para os canais protegidos) Estação BEstação A M U X / D E M U X B P TR # M U X / D E M U X TR # Proteção de Transponder M U X / D E M U X B P M U X / D E M U X B P B P PROT TR # TR # PROT TR # TR # Cabo 1 Cabo 1 • 2 pares de fibras ópticas (passando por cabos ópticos distintos) e 2 conjuntos de amplificadores ópticos, mux/demux e transponders • Chaves ópticas protegem canal por canal • Proteção dos cabos ópticos, amplificadores ópticos, mux/demux e transponders Estação BEstação A M U X / D E M U X B P TR # M U X / D E M U X TR # Proteção de Transponder M U X / D E M U X B P M U X / D E M U X B P B P PROT TR # TR # PROT TR # TR # Cabo 1 Cabo 1 • Rompimento do cabo óptico Estação BEstação A M U X / D E M U X B P TR # M U X / D E M U X TR # Proteção de Transponder M U X / D E M U X B P M U X / D E M U X B P B P PROT TR # TR # PROT TR # TR # Cabo 1 Cabo 1 • Comutação de proteção (apenas para os canais protegidos) Estação BEstação A M U X / D E M U X B P TR # M U X / D E M U X TR # Proteção de Transponder M U X / D E M U X B P M U X / D E M U X B P B P PROT TR # TR # PROT TR # TR # Cabo 1 Cabo 1 • Falha do transponder Estação BEstação A M U X / D E M U X B P TR # M U X / D E M U X TR # Proteção de Transponder M U X / D E M U X B P M U X / D E M U X B P B P PROT TR # TR # PROT TR # TR # Cabo 1 Cabo 1 • Comutação de proteção (apenas para o canal em falha) Optical Transport Network 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 2,5Gbit/s, 10Gbit/s, 40Gbit/s – SDH, Ethernet, ATM, 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 • Incorpora FEC (Forward Error Correction): possibilidade de detecção e correção de bits recebidos com erro. Arquitetura de Rede G.872 Interfaces, Taxas de bit, Estruturas G.709 Equipamentos G.798 Funções de Gerência de Equipamentos G.874 Desempenho de Jitter & Wander G.8251 Desempenho de Erro G.8201 Interfaces Físicas G.959.1 Recomendações do ITU-T (Exemplos) Optical Transport Network (OTN) 3 8 2 5 4 0 8 0 Align 1 7 8 1 4 1 5 1 6 1 7 3 8 2 4 1 2 3 4 OPU k Payload O P U k O H OPUk - Optical Channel Payload Unit ODUk ODUk - Optical Channel Data Unit Client Signal mapped in OPUk Payload Client Signal OTUk FEC OTUk OH OTUk - Optical Channel Transport Unit k = 1 (2,5G), 2 (10G), 3 (40G) Estrutura de Quadro da Interface ODUk Fonte: ITU-T Rec. G.709 Optical Transport Network (OTN) R RRT ClienteT OTU OTU OTU OTU ODU OPU – Cliente T R Transponder OTN Terminal Transponder OTN Regenerador Mux/Demux DWDM Amplificador Óptico Cliente Aplicação Optical Transport Network (OTN) OTU OTU OTU OTU ODU OPU – Cliente R RRT ClienteTCliente X Optical Transport Network (OTN) Aplicação T R Transponder OTN Terminal Transponder OTN Regenerador Mux/Demux DWDM Amplificador Óptico Rede DWDM Sem Gerência OTN Com Gerência OTN D E G R A D A Ç Ã O Detecção Gerência Cliente detecta Gerência DWDM não detecta Gerência DWDM detecta Localização 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 F A L H A Detecção e Localização Gerências Cliente e DWDM detectam e localizam Retorno à Operação 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 Optical Transport Network (OTN) ROADM (Reconfigurable Optical Add and Drop Multiplex) ROADM: Introdução • Núcleo óptico dinâmico e remotamente controlado • Mudançasno tráfego são tratadas via gerência • Camada óptica automatizada acelera a operação da rede e minimiza OPEX OADM Fixo OADM Reconfigurável (ROADM) • Cada nó é projetado para derivar e inserir canais específicos • Mudanças no tráfego requerem intervenção manual • Altos custos de operação ROADM: Introdução OADM Fixo • Cada nó é projetado para derivar e inserir canais específicos • Mudanças no tráfego requerem intervenção manual • Altos custos de operação ROADM: Introdução OADM Reconfigurável Chaves Ópticas Gerência • Núcleo óptico dinâmico e remotamente controlado • Mudanças no tráfego são tratadas via gerência • Camada óptica automatizada acelera a operação da rede e minimiza OPEX Chaves Ópticas Gerência OADM ReconfigurávelOADM Fixo Em caso de mudança do tráfego (por exemplo derivação da banda azul) Chaves Ópticas Gerência ? ROADM: Introdução TRANSPONDER ROADM oeste ROADM leste ROADM oeste ROADM leste ROADM oeste ROADM leste ROADM oeste ROADM leste ROADM: Aplicação Gerência ROADM oeste ROADM leste TRANSPONDER cliente configuração sem proteção ROADM: Configurações ROADM oeste ROADM leste TRANSPONDER cliente configuração com proteção de SNC ROADM: Configurações banco de acopladores ROADM oeste ROADM leste TR_PTR_W cliente configuração com proteção de “trail” ROADM: Configurações ROADM oeste ROADM leste TRANSPONDER cliente operação normal ROADM: Funcionamento da Proteção ROADM oeste ROADM leste TRANSPONDER cliente falha no lado oeste ROADM: Funcionamento da Proteção ROADM oeste ROADM leste TRANSPONDER cliente comuta o sentido de transmissão ROADM: Funcionamento da Proteção
Compartilhar