“Introducción a las Redes Ópticas...
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“Introducción a las
Redes Ópticas WDM”
Dr. (C) Ariel Leiva López
14 de Octubre, 2009.
Grupo de Telemática
Departamento de Ingeniería Electrónica
Universidad Técnica Federico Santa María
Valparaíso, Chile
Segundo Congreso
“Nuevas Tecnologías en Ingeniería Eléctrica y Electrónica”
Introducción Sistemas WDM Investigación en Redes
WDM
Conclusiones
El crecimiento de tráfico IP mundial se ha comportado de manera exponencial*.
Crecimiento y proyección del tráfico de ruta Atlántica*
Tasa de utilización
de backbones es
del orden de 50%.*
* “Capacity Demand and Technology Challenges for Lightwave Systems in the Next Two Decades”, Desurvire, JOURNAL OF LIGHTWAVE
TECHNOLOGY, VOL. 24, NO. 12, DECEMBER 2006.
El crecimiento de tráfico IP mundial se ha comportado de manera exponencial*.
¿Cómo satisfacer esta
demanda de tráfico?
Tipo de Cable Tasa de Transmisión
Coaxial 10 Mb/s
Par trenzado Cat.1 Voz (cable telefónico)
Par trenzado Cat. 2 < 4Mb/s
Par trenzado Cat. 3 < 10 Mb/s
Par trenzado Cat. 4 < 20 Mb/s
Par trenzado Cat. 5 < 100 Mb/s
Fibra óptica (WDM) < 25 Tb/sRedes Ópticas
WDM
Introducción Sistemas WDM Investigación en Redes
WDM
Conclusiones
Cable coaxial Par trenzado
¿Qué es la Fibra óptica?
CORE
CLADDING
COATING
n2
n2
n1 vidrio
vidrio
vidrio
vidrio o plástico
vidrio o plástico
Introducción Sistemas WDM Investigación en Redes
WDM
Conclusiones
"No existe hoy un mejor medio físico conocido que la fibra óptica,
y ninguna señal fuente mejor que la luz
para atender los nuevos y emergentes requerimientos de
transmisión“
(Editorial IEEE Comm. Mag., Vol 38, Nº 3, marzo 2000)
Señal de entrada Señal de salida
EmisorReceptor
Fibra Óptica
Señal óptica digital.
Enlace de fibra óptica monocanal
Comercialmente, un enlace monocanal
puede tener una capacidad de hasta 40 Gbps
Introducción Sistemas WDM Investigación en Redes
WDM
Conclusiones
Atenuación Pérdida de potencia óptica.
Solución: AMPLIFICADORES ÓPTICOS
Coeficiente de atenuación “α” (cte en el tiempo)
tiempo
po
ten
cia
tiempo
po
ten
cia
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WDM
Conclusiones
Dispersión Variación de la velocidad de grupo de las
componentes de la señal.
Produce
ensanchamiento
de los pulsos.
ISI y aumento de BER.
Dispersiones en SMF:
Cromática.
PMD.
Excepción:
Sistemas con
Pre-Chirp
Cromática 2º orden.
0α 1 0 1
1 ¿0? 1tiempo
po
ten
cia
Introducción Sistemas WDM Investigación en Redes
WDM
Conclusiones
M
U
X
M
U
X
T
T
T
T
Dominio
Frecuencia
Dominio
Tiempo
Dominio
Tiempo
Dominio
FrecuenciaTDM y WDM
TDM
WDM
¿Por qué WDM?
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WDM
Conclusiones
Señal es de
entrada
Señales de
salidaEmisores Receptores
Fibra Óptica
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WDM
Conclusiones
Hasta 25 Tbps!
Pero aparecen nuevos fenómenos físicos!
¿Por qué WDM?
TX
10 Gbps REG
10 Gbps
REG
10 Gbps
RX
10 Gbps
TX
2,5 Gbps REG
2,5 Gbps
RX
2,5 GbpsTX
2,5 Gbps REG
2,5 Gbps
RX
2,5 Gbps TX
2,5 Gbps REG
2,5 Gbps
RX
2,5 Gbps TX
2,5 Gbps REG
2,5 Gbps
RX
2,5 Gbps
AMP
OPT
WDMWDM
2,5 Gbps
2,5 Gbps
2,5 Gbps
2,5 Gbps
2,5 Gbps
2,5 Gbps
2,5 Gbps
2,5 Gbps
¿Por qué WDM?
Introducción Sistemas WDM Investigación en Redes
WDM
Conclusiones
OA
M
U
X
OA OA
D
E
M
U
X
PREAMPLIFICADOR (bajo ruido)
OA
AMPLIFICADOR DE LÍNEA (ganancia, bajo ruido)
BOOSTER O POSTAMPLIFICADOR (alta potencia)
Configuración Básica
Introducción Sistemas WDM Investigación en Redes
WDM
Conclusiones
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WDM
Conclusiones
Fibras Ópticas
G.650, G.651, G.652,
G.653, G.654, G.655
Interfaces Ópticas
G.692 (Multicanal)
G.957 (Monocanal)
Amplificadores Ópticos
G.661, G.662, G.663
Características Funcionales
de Sistemas WDM
G.681
Normas ITU-T
Tx
Tx
Tx
Tx
Red
completamente
óptica
Rx
Rx
Rx
Rx
λ1
λ2
λN-1
λN
λ1
λ2
λN-1
λN
Atenuación.
Ruido ASE.
Dispersión cromática.
PMD (Dispersión por Modo de Polarización).
Efectos no lineales (FWM, XPM, SPM, SBS,
SRS).
Crosstalk en Mux, Demux, OXC, etc.
Ruido en el receptor
Señales se degradan por:
Aumentan
los errores
en la
recepción
(BER).
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WDM
Conclusiones
Mapas de redes WDM submarinas
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WDM
Conclusiones
GlobalCrossing,
Anillo
Sudamericano
Mapas de redes WDM submarinas
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WDM
Conclusiones
Chile-ArgentinaChile, Zona Sur
(Telefónica)
Chile, Zona Centro-Norte
(Telefónica)
(ww
w.s
egec
om
sa.c
om
)
(ww
w.s
egec
om
sa.c
om
)
Mapas de redes WDM en Chile
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WDM
Conclusiones
Extremo Sur
(conexión 2008)
Mapas de redes WDM en Chile
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WDM
Conclusiones
Transmisión Dispositivos Redesamplificador
óptico
conmutador
óptico
Capa óptica
Capa electrónica
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WDM
Conclusiones
Áreas de Investigación
Alejandra Beghelli, Coloquio Modelamiento de Redes de Comunicaciones 2 Septiembre 2009, UAI Peñalolén
Redes WDM Estáticas: WRON*
WDM link
Edge routers WRONOXC (OADM)-WRON
Nuevas conexiones se realizan a través de
“órdenes de trabajo”.
Disponible comercialmente.
Lightpaths permanentes.
Actualmente….
* = S. Baroni and P. Bayvel, IEEE Journal of Lightwave Technology, 15 (2), 242–251, February 1997.
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WDM
Conclusiones
Introducción Sistemas WDM Investigación en Redes
WDM
Conclusiones
Tiempo
1
2
3
4
5
6
7 1
2
3
4
5
6
7
Redes WDM Estáticas: WRON*
Operación estática Operación dinámica
Potencial ineficiencia
en el uso de la
capacidad de las
longitudes de onda.
Potencial mejor uso
de la capacidad.Misma demanda de
tráfico con menos
recursos*
λ1
λ2
Source 1
Source 2
time
time
Source 1
Source 2
λ1time
* = “Wavelength routed optical networks: linear formulation, resource budgeting tradeoofs, and reconfiguration study”, IEEE/ACM Transactions
on Networking, 2000.
Pero…
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WDM
Conclusiones
WDM link
Edge routers OXC
Redes WDM dinámicas
Input traffic
Bu
f 1
Bu
f N-1
Bu
f 2
tunable lasers
OPS, OCS, OBS, WR-OBS.
One or two way reservation .
Connections lasts from a few mili-seconds
to minutes.
Electronic to Optical data units conversion in
in “edge router”
Introducción Sistemas WDM Investigación en Redes
WDM
Conclusiones
Introducción Sistemas WDM Investigación en Redes
WDM
Conclusiones
Tiempo
1
2
3
4
5
6
7 1
2
3
4
5
6
7
Redes WDM dinámicas
Paradigmas de
Conmutación
Asignación de
Recursos
Redes
Estáticas
Redes
Dinámicas
Diseño Evaluación
Test- beds
(Japón,
USA,
Europa)
Matemática
(sim, análisis)
´sconversores
monitores
regeneradores
Punto a punto/multipunto
Con/sin consideraciones físicas
Con/sin tolerancia a fallas
Diseño Evaluación
Optimización
Heurísticas
Meta-heurísticas
Simulación
Markov
Análisis algs.
Introducción Sistemas WDM Investigación en Redes
WDM
Conclusiones
Alejandra Beghelli, Coloquio Modelamiento de Redes de Comunicaciones 2 Septiembre 2009, UAI Peñalolén
2
1
7
0
8
9
6
10
5
3
4
Tasa de fallas: 0.0027 (cut / (year * km)) (*)
(*) Telcordia Statistics, from J. Zhang and B. Mukherjee, “A review of fault management in WDM mesh networks: Basic concepts and research challenges”, IEEE Network, vol. 18 (2), pp. 41–48, 2004.
Pr(1 falla de cable)~ 10-2
Pr(2 o más fallas de cable)~ 10-3
Una red continental(~ 25000 km de largo): 1 corte c/5 días!
Temas actuales del grupo de Telemática-UTFSM
Determinar la capacidad de redes WDM para proveer tolerancia a fallas.
Introducción Sistemas WDM Investigación en Redes
WDM
Conclusiones
Asignación dinámica de lightpaths
Tráfico variante en el tiempo
- Caracterización tráfico variante en el tiempo (multi-hora)
- Asignación óptima de recursos para tráfico multi-hora
Temas actuales del grupo de Telemática-UTFSM
Introducción Sistemas WDM Investigación en Redes
WDM
Conclusiones
Temas actuales del grupo de Telemática-UTFSM
Redes WDM estáticas vs Dinámicas: Consumo Energético
(Proyecto CEAL-UAM, España)
Introducción Sistemas WDM Investigación en Redes
WDM
Conclusiones
Introducción Sistemas WDM Investigación en Redes
WDM
Conclusiones
Temas actuales del grupo de Telecomunicaciones-PUCV
RWA con QoT en Redes WDM Dinámicas
Estimación del nº de Tx/Rx en Redes WDM Dinámicas
Introducción Sistemas WDM Investigación en Redes
WDM
Conclusiones
Conclusiones y preguntas.