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)
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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
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Sin
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Sin
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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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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)
Redes de Primera generaciRedes de Primera generacióónn
• 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
Redes de Primera generaciRedes de Primera generacióónn
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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
Redes de Primera generaciRedes de Primera generacióónn
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
Redes de Primera generaciRedes de Primera generacióónn
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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
Redes de Primera generaciRedes de Primera generacióónn
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
Redes de Primera generaciRedes de Primera generacióónn
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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
Redes de Primera generaciRedes de Primera generacióónn
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
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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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Redes de Primera generaciRedes de Primera generacióónn
Interfases FInterfases Fíísicas en sicas en SonetSonet/SDH/SDH
Redes de Primera generaciRedes de Primera generacióónn
Interfases FInterfases Fíísicas en sicas en SonetSonet/SDH/SDH
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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
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Capas de RedCapas de Red
Redes WDMRedes WDM
Red Red óópticaptica con OXCcon OXC
Redes WDMRedes WDM