COPT04 WDM y Redes - Página personal de Carlos...

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Universidad PolitUniversidad Politéécnica de Madridcnica de Madrid

ETSI TETSI TELECOMUNICACIELECOMUNICACIÓÓNN

Departamento de TecnologDepartamento de Tecnologíía Fota Fotóónicanica

ComunicacionesComunicaciones ÓÓpticaspticas

JosJoséé M. OtM. OtóónnMayo 2005Mayo 2005

WDM yWDM yRedesRedes ÓÓpticaspticas

Distancia vs tasa binaria (1ª Ventana, Fibra MM)

2

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

Distancia vs tasa binaria

3

Dat

os c

alcu

lado

s:

Dat

os c

alcu

lado

s:

Sin

limit

aci

Sin

limit

aci óó

n en

el a

ncho

de

band

a de

la f

uent

e.n

en e

l anc

ho d

e ba

nda

de la

fue

nte.

Distancia vs tasa binaria (LED + MM)

Plástico

Plástico con núcleo sílice

Sílice abrupto

Sílice gradual

Distancia vs tasa binaria (LD-FP + MM)

Dat

os c

alcu

lado

s:

Dat

os c

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lado

s:

Sin

limit

aci

Sin

limit

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band

a de

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nda

de la

fue

nte.

4

Distancia vs tasa binaria (LD-FP + SM)

Distancia vs tasa binaria (LD-DFB + SM)

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Concepto de Penalización de Potencia

Con efecto adicional

Ideal

Penalización

Bala

nce

de p

oten

cia:

P em

> Sre

c+

CL +

MS

+ Pe

naliz

acio

nes

Penalización por dispersión

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Penalización por relación de extinción

Penalizaciones por relación de extinción y por “chirp”

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Multiplexado Multiplexado óópticoptico

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

Desde un mismo origen: TDM, WDM

Acceso multipunto: TDMA, WDMA

Se pueden combinar varias modalidades

OTDMOTDM

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Canales Canales óópticospticosJerarquJerarquíías Digitalesas Digitales

TDM eléctrico: 1 canal digital de voz 64 kbps (8kHz@8bits, llamado DS0)

DSDS--1:1: 24× 1,544 Mbps 30× 2,048 Mbps

DSDS--2:2: 4×DS-1 6,312 Mbps 4×DS-1 8,448 Mbps… … …

DSDS--5:5: 4×DS-4 396 Mbps 4×DS-4 565 Mbps

516.096516.09639813,12[40Gbps]39813,12[40Gbps]STMSTM--256256OCOC--768768

129.024129.0249953,28[10Gbps]9953,28[10Gbps]STMSTM--6464OCOC--192192

32.25632.2562488,32[2,5Gbps]2488,32[2,5Gbps]STMSTM--1616OCOC--4848

241921866,24STM-12OC-36

161281244,16STM-8OC-24

12096933,12STM-6OC-1880648064622,08622,08STMSTM--44OCOC--1212

6048466,56STM-3OC-920162016155,52155,52STMSTM--11OCOC--33

672 51,84--OC-1

CanalesB(Mbps)SDHSONET(STS)

Bandas de transmisiBandas de transmisióón para WDMn para WDM

Frecuencia central (ITU G-652:193,1 THz 1552,52 nm

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SeparaciSeparacióón entre Canales WDMn entre Canales WDM

Redes WDMRedes WDM

BandasBandas de de ComunicacionesComunicaciones ÓÓpticaspticas

Sin explorar1625-1675Ultra-larga (Ultra Long)Banda-U

Límite rangoEDFA1565-1625Larga (Long)Banda-L

3ª ventana en rango EDFA1530-1565Convencional

(Conventional)Banda-C

Parte alta de 3ªventana1460-1530Corta (Short)Banda-S

Sólo accesible a fibras AllWave1360-1460Extendida (Extended)Banda-E

Segunda ventana1260-1360OriginalBanda-O

ComentariosRango de longitudes de onda (nm)NombreBanda

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EcualizaciEcualizacióón en WDMn en WDM

Cuando se trabaja en WDM, la gananciavaría con la longitud de onda. Se hacenecesario ecualizar, especialmente si se emplean cascadas.

La ecualización se consigue atenuandoselectivamente las longitudes de onda con mayor ganancia. Alternativamente, se pueden emplear señales de distintapotencia en la fuente.

Cuando se trabaja en WDM, la gananciavaría con la longitud de onda. Se hacenecesario ecualizar, especialmente si se emplean cascadas.

La ecualización se consigue atenuandoselectivamente las longitudes de onda con mayor ganancia. Alternativamente, se pueden emplear señales de distintapotencia en la fuente.

Banda C Banda L

TopologTopologííasas de de redesredes WDMWDM

Punto a puntoPunto a punto

AnilloAnillo

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GestiGestióón de diferentes trn de diferentes trááficos en WDMficos en WDM

Cada tipo de tráfico puede viajar en una

longitud de onda distintaSincronismos individuales

ScatteringsScatterings no Linealesno Lineales• Scattering Raman•• ScatteringScattering RamanRaman Estimulado (SRS)Estimulado (SRS)• Scattering Brillouin•• ScatteringScattering BrillouinBrillouin Estimulado (SBS)Estimulado (SBS)

Derivados del Efecto Derivados del Efecto KerrKerr• Automodulación de fase (SPM)•• IntermodulaciIntermodulacióónn de fase (XPM de fase (XPM óó CPM)CPM)•• Mezclado de cuatro ondas (FWM)Mezclado de cuatro ondas (FWM)

Efectos no lineales en WDMEfectos 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)

Multifr

ecue

ncia

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Scattering RamanScattering RamanEfectoEfecto RamanRaman RamanRaman estimuladoestimulado (SRS)(SRS)

BrillouinBrillouin y y BrillouinBrillouin estimuladoestimulado son son semejantessemejantes peropero susu espectroespectro de de gananciaganancia (20 MHz) (20 MHz) y y susu desplazamientodesplazamiento Stokes (10 GHz) son Stokes (10 GHz) son menoresmenores. . AdemAdemááss tienetiene el el mmááximoximo en en

direccidireccióónn contrariacontraria a la a la propagacipropagacióónn ((backward scatteringbackward scattering))

El ancho de banda de ganancia El ancho de banda de ganancia RamanRaman es de varios es de varios THzTHz y su desplazamiento y su desplazamiento StokesStokesalcanza los 15 alcanza los 15 THzTHz, cubriendo toda la regi, cubriendo toda la regióón espectral de intern espectral de interéés en WDM. Adems en WDM. Ademáás s tiene el mtiene el mááximo de ximo de scatteringscattering en la direccien la direccióón de propagacin de propagacióón (n (forwardforward scatteringscattering).).

EstosEstos efectosefectos no son no son siempresiempre negativosnegativos. . TantoTanto el SRS el SRS comocomo el SBS el SBS puedenpueden utilizarseutilizarsecon con provechoprovecho en la en la fabricacifabricacióónn de de amplificadoresamplificadores

Auto/Auto/intermodulaciintermodulacióónn de de fasefaseEfectoEfecto KerrKerr AutomodulaciAutomodulacióónn de de fasefase

IntermodulaciIntermodulacióónn de de fasefase

Innn n+= 1 ztInznt n )(2)()( 01 λπϕϕ ++=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+=∆ ∑

≠

N

ijji

ni tItIznt )(2)(2)(

λπϕ

La intermodulación de fase es específicade los sistemas WDM. La presencia de un bit “1” en uno de los canales produce distorsiones en el índice efectivo de losdemás que se traducen en ensachamientosde las señales.

La La intermodulaciintermodulacióónn de de fasefase eses especespecííficaficade de loslos sistemassistemas WDM. La WDM. La presenciapresencia de un de un bit bit ““11”” en en unouno de de loslos canales produce canales produce distorsionesdistorsiones en el en el ííndicendice efectivoefectivo de de loslosdemdemááss queque se se traducentraducen en en ensachamientosensachamientosde de laslas seseññalesales..

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MezcladoMezclado de de cuatrocuatro ondasondas (FWM)(FWM)

νν4 4 = ν= ν1 1 ±± νν2 2 ±± νν33

En WDM se utilizan canales equiespaciados en frecuenciafrecuencia. 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 distanciaNZDSF

LimitacionesLimitaciones de de efectosefectos no no linealeslineales

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 estácondicionada por componentes electrónicos y por la producción de bandas laterales.

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Anillo

OADM λ yλ yλ x

λ xλ i

λ i

EvoluciEvolucióón Sistemas DWDMn Sistemas DWDM

Punto-Punto

AO

Txλ i

λ n λ n

λ iRx

Inserción/extracciónÓptica

OADM

λ n

λ i λ i

λ m

λ x λ y

Redes WDMRedes WDM

λoscλλ1 λn

Banda del AO

Canal de supervisión

Canal de supervisión

Rx 1Rx 1

Rx 2Rx 2

Rx nRx n

AOAO AOAO

Rx Rx λλoscosc

TxTx λλ11

TxTx λλ22

TxTx λλnn

TxTx λλoscosc

MMUUXX

DDEEMMUUXX

Add-dropmux

Receptor local

Transmisor local

extrae λi inserta λi

JAMP’02

Sistema WDM con Sistema WDM con AddAdd--dropdrop intermediosintermedios

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Elementos WDMElementos WDM

I1

I2

I3

I4

O1 O2 O3 O4

I1

I2

I3

I4

O1 O2 O3 O4

Matriz de conmutaciMatriz de conmutacióón (OXC)n (OXC)

JAMP’02

Conmutador sin bloqueo, Conmutador sin bloqueo, reconfigurablereconfigurable

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Elementos WDM (II)Elementos WDM (II)

Acoplador en estrella NxM

Acoplador en estrella MxN

AWG

ClasificaciClasificacióón de redesn de redes

Distancia entre procesador

Procesadores 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 LAN

Local Area Network

10 km Ciudad Red de área metropolitana

MAN Metropolitan Area Network

100 km País 1.000 km Continente } Red área amplia

WAN Wide Area Network

10.000 km Planeta La Internet

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TopologTopologíías de Redas de Red

BUS ANILLO

ESTRELLA

EvoluciEvolucióón Sistemas DWDM (II)n Sistemas DWDM (II)

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Otras redes de primera generaciOtras redes de primera generacióónn

MLMSMF1062.5531.25

265.625

MallaFiber Channel

MLMSMF1200MallaHIPPI (serie)

LEDMLM

MMFSMF

125AnilloFDDI

LEDMLM

MMFSMF

200MallaESCON

EmisorFibraVelocidad (Mbaud)TopologíaRed

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

FDDI FDDI -- Fiber Fiber DistributedDistributed Data Data InterfaceInterface (I)(I)

Redes de Primera generaciRedes de Primera generacióónn

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FDDI FDDI –– Estructura y Sellado (II)Estructura y Sellado (II)


• 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

ESCON y Fiber ESCON y Fiber channelchannel


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• 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

ATMATM--AsynchronousAsynchronous TransferTransfer ModeMode


Ethernet (IEEE802.3) Ethernet (IEEE802.3)

• Standard a 10 Mbps muy extendido en LAN

• CSMA/CD: Carrier SenseMultiple Acces withCollision 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


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GbE (IEEE802.3z)

• 1Gbps, Cobre o fibra

• LAN → MAN→ WAN

GigabitGigabit y 10 y 10 GigabitGigabit Ethernet Ethernet

10-GbE

• 10 Gbps, Fibra

• Aún no hay standard


Medio fMedio fíísico en sico en GbEGbE

50 Km-100 Km -SM

9/125Láser 1550 nm(100Base-LH)

1 Km-50 Km -SM

9/125Láser 1300 nm(100Base-LH)

2-550 400-50062.5/12550/125

Láser 1300 nm(1000Base-Lx)

2-550 400-50050/125Láser 850 nm

2-275 160-20062.5/125Láser 850 nm

(1000Base-SX)

Rango (m)Ancho de

banda(MHz . Km)

FibraEmisor


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Medio fMedio fíísico en 10sico en 10--GbEGbE

10 Km -SM

9/125Láser 1300 nm

40 Km -SM

9/125Láser 1550 nm

10 Km -SM

9/125Láser 1300 nm

4X (WDM)

300 16062.5/125Láser 1310 nm

4X (WDM)

6550050/125Láser 850 nm

Rango (m)Ancho de

banda(MHz . Km)

FibraEmisor


Niveles ISO/OSINiveles ISO/OSI

Proporciona un “conducto” con un cierto ancho de banda. En nuestro caso, el nivel físico está formada por fibras ópticas con distintas interfaces.Físico

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.

Enlace

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.

Red

Se ocupa de la transmisión sin errores y en secuencia de los mensajes transmitidos.Transporte

Sesión

Presentación

Aplicación

23

Las redes Las redes óópticas como pticas como subcapassubcapas de otras redesde otras redes

SubcapasSubcapas SONET/SDH y capa SONET/SDH y capa óópticaptica

Transmisión de bits por la fibra. En 2ª generación se

sustituye por la capa capa óópticaptica

Segmentos de enlace entre

regeneradores

(Path) Responsable de la transmisión origen-destino de la conexión SONET. Sólo está

presente en los extremos del enlace REDRED

Multiplexavarios pasos en un enlace

Lightpath, canal óptico: enrutado

de extremo a extremo

Conjunto de enlaces punto a

punto en el canal

Cada uno de los segmentos del enlace entre

amplificadores

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SincronismoSincronismo entreentre nodosnodos

Capa 3

Capa 2

Capa 1

Capaóptica

IPIP

OTNOTN

ATM

SDHSDH

IP / S

DH / OTN

IP / A

TM / S

DH / OTN

IP / A

TM / O

TNIP

/ OTN

Capas en redes WDM (I)Capas en redes WDM (I)

Redes WDMRedes WDM

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InterfasesInterfases FFíísicassicas definidasdefinidas en SONETen SONET

SLMSMF1310 nm/1550 nmIR/LR

MLMSMF1310 nmSRSTM-16OC-48

MLM/SLMSLM

SMFSMF

1310 nm1550 nm

LR

MLMSLM

SMFSMF

1310 nm1550 nm

IR

LED/MLMSMF1310 nmSRSTM-4OC-12

MLM/SLMSMF1310 nm/1550 nmLR

MLMMLM/SLM

SMFSMF

1310 nm1550 nm

IR

LEDLED/MLM

MMFSMF

1310 nmSRSTM-1OC-3

EmisorTipo de fibraLongitud de ondaAlcanceEquiv. SDHTasa Binaria

SR, IR, LR: Short, Intermediate, Long Reach

Nomenclatura: B-nWx-y.z

Las interfases ópticas están definidas según “aplicación”: distancia, velocidad, tipo de tendido. Cada aplicación tiene un código.

B Si está presente, el sistema es bidireccionaln Máximo número de λ multiplexadasW Distancia del tramo, según

I: Intracentral 2 kmS: Corta ∼ 15 kmL: Larga ∼ 40 km (@ 1310nm); ∼ 80 km (@ 1550nm)V: Muy larga ∼120 kmU: 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 @ 15503: G·653 @15505: G·655

Interfases FInterfases Fíísicas en sicas en SonetSonet/SDH/SDH

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27

EvoluciEvolucióón Sistemas DWDMn Sistemas DWDM

Nodo del Anillo

Interconexión de Anillos

ElementosElementos de de infraestructurainfraestructura SONET/SDHSONET/SDH

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TTéécnicas de proteccicnicas de proteccióón en anillos SONET/SDHn en anillos SONET/SDH

UPSR: Unidirectional path switched ringBLSR:Bidirectional line switched ring

ReparaciReparacióón de fallos en doble anillo DWDMn de fallos en doble anillo DWDM

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TTéécnicas de proteccicnicas de proteccióón en enlaces punto a punton en enlaces punto a punto

Componentes de Sistemas DWDMComponentes de Sistemas DWDM

30

Capas de RedCapas de Red

Redes WDMRedes WDM

Red Red óópticaptica con OXCcon OXC

Redes WDMRedes WDM

31

Red de Red de TransporteTransporte OpticaOptica (OTN)(OTN)

OXCOXCOXC

OXCOXCOXC

OXCOXCOXC

OXCOXCOXC

OADMOADMOADM OADMOADMOADM

OADMOADMOADM

OADMOADMOADM

OADMOADMOADM

OLTOLTOLTOLT

OADMOADMOADM

OAOAOA

OAOAOA

OAOAOA

REGREGREG

Redes WDMRedes WDM

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