Sieci optyczne xwdm perspektywy ewolucji z punktu widzenia operatora Marcin Bajtek Warszawa, 01 marca 2013
Agenda część 1 dlaczego xwdm (technika zwielokrotnienia falowego we włóknie światłowodowym (DWDM), obecne rozwiązania dominujące w domenie optycznej stosowane w sieciach telekomunikacyjnych (podstawowa nomenklatura: CWDM, DWDM, MDWDM, LHDWDM, Transponder, OA, MUX etc.), możliwości oraz ograniczenia techniki DWDM w rzeczywistych światłowodowych torach transmisyjnych oraz zapoznanie ze sposobami modernizacji istniejących torów światłowodowych przy pomocy techniki DWDM w celu zwielokrotnienia ich przepływności, kluczowe parametry sieci optycznych szanse/ograniczeń (OSNR, PMD, CMD). część 2 obecne trendy rozwojowe sieci optycznych: Optyka kompatybilna (IPoDWDM 40G/100G, Alien Wavelenght), NewLOOk (passive solution), sygnały 10G/40G/100G, sieci ROADM (WB, PLC, WSS, WXC, OTN). sieci LEGACY (SDH, ATM) czy jest to problem? 2
3 część 1
Warstwa optyczna SDH MUX ETH Warstwa optyczna (kable światłowodowe, urządzenia optyczne) SDH MUX ETH 4
5 Zwiększenie przepływności
Zwiększenie przepływności DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), CWDM (Coarse Wavelenght Division Multiplexing) technika multipleksacji wielu sygnałów cyfrowych w jednym łączu światłowodowym z przydzieleniem każdemu sygnałowi innej długości fali świetlnej, innego kanału. 6
ITU-T G.694.1 ITU Channel 80 60 59 58 57 55 54 53 52 50 49 48 47 45 44 43 42 38 37 36 35 33 32 31 30 28 27 26 25 23 22 21 20 01 l Wavelength [nm] ( Frequency [GHz] ) 1530.33 (195 900) 1529.55 (196 000) 1531.90 (195 700) 1531.12 (195 800) 1534.25 (195 400) 1533.47 (195 500) 1535.82 (195 200) 1535.04 (195 300) 1538.19 (194 900) 1537.40 (195 000) 1539.77 (194 700) 1538.98 (194 800) 1542.14 (194 400) 1541.35 (194 500) 1543.73 (194 200) 1542.94 (194 300) 1547.72 (193 700) 1546.92 (193 800) 1549.32 (193 500) 1548.51 (193 600) 1551.72 (193 200) 1550.92 (193 300) 1553.33 (193 000) 1552.52 (193 100) 1555.75 (192 700) 1554.94 (192 800) 1557.36 (192 500) 1556.55 (192 600) 1559.79 (192 200) 1558.98 (192 300) 1561.42 (192 000) 1560.61 (192 100) 7
ITU-T G.709 (OTN) G.709 opisuje siedem sposobów mapowania ramek (10GBASE- R/W, STM-N) do OPU Przepływność dla ramki 10GE LAN-PHY encapsulowanej w OTU- 2e(Opcja A) liczona jest jako 255/237 * 10.000 * 66/64, co daje 11 095 728 kbit/s. FEC korekcja błędów oparta na standardzie G.975 Enhanced-FEC >1500 km 10GE LANPHY 40G POS km of Reach (in a typical WDM system) 1400 1200 E-FEC 1000 800 FEC 600 400 200 No FEC 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Number of spans 8 G.975.1 Appendix I.7
Systemy xwdm Pan-continental National Regional LH_DWDM ROADM Metro core Metro access Enterprise CWDM Metro Span DWDM 8 32 80 192 9
10 System xwdm
Opis modułów systemu: Transponder Optical Transponder Jednostki transpondera optycznego są zazwyczaj wymagane do wprowadzenia sygnałów optycznych do systemu DWDM/CWDM. Zapewniają konwersję standardowego sygnału optycznego STM-n/ATM/Eth lub innego na sygnał o wymaganej dla danego kanału DWDM długości fali.. 11
Opis modułów systemu: OMU, ODU OMU (Optical Multiplexer Unit) Jednostka OMU służy do łączenia dyskretnych długości fali otrzymanych z OTU w jeden sygnał zbiorczy. ODU (Optical Demultiplexer Unit) Jednostka demultipleksera optycznego ODU wydziela indywidualne długości fal z sygnału zbiorczego utworzonego przez OMU. 12
Opis modułów systemu: Wzmacniacz optyczny Wzmacniacz optyczny Optical Amplifier pracuje w zakresie 1530-1563 nm i zapewnia (C BAND, L-Band OA:1574 nm -1605 nm): jednolite wzmocnienie dla wszystkich kanałów wydzielenie sygnałów sterujących i kontrolnych włączenie w tor sygnałowy modułów kompensacji dyspersji chromatycznej umożliwiające monitorowanie liniowego sygnału wyjściowego 13
Opis modułów systemu: Optyczny monitor, Supervisory Pakiet Optical Monitor mierzy widmo optyczne w kontekście szczytowej mocy wyjściowej każdego obecnego kanału. Informacja ta jest następnie wykorzystywana do sterowania zmiennym tłumikiem linii, zlokalizowanym we wzmacniaczu optycznym OA. W ten sposób można modyfikować całkowite wzmocnienie, co daje efekt nachylenia kształtu charakterystyki wzmocnienia. Dzięki możliwości nachylenia charakterystyki wzmocnienia w odpowiednim kierunku (za pomocą sterowników programowych) możemy kompensować np.: wahania tłumienia przęsła i parametrów transmisyjnych światłowodu starzenie się elementów Pakiet nadzoru Supervisory jest to pakiet transmisji małej szybkości, która umożliwia komunikację między elementami sieci systemu. 14
Monitoring w systemach xwdm 3 R OLS 1.6T DWDM Equipment Interface Interface 3 R 3 R 3 R 3 R MUX DMUX OA OA spectrum analyser device 3 R 15
Optyczny monitoring Time domain methods / tylko dla OEO - transpondery /: Bit Error Ratio (BER), Errored Second Ratio (ESR) Severely Errored Second Ratio (SESR) Frequency (or wavelength) domain methods / dla urzadzeń DWDM wyposażonych w optyczny analizator widma /: Channel power ; Total power ; Optical Signal-to-Noise Ratio (OSNR) when no significant noise shaping is present; Channel wavelength; Q-factor. 16
Automatic Power Equalization System xwdm Transponder Tx Transponder Tx Transponder Tx Transponder Rx Transponder Rx Transponder Rx MUX DMUX OA OA VS System xwdm Regulowany tłumik MUX DMUX OA OA spectrum analyser device 17
18 Widok przykładowego urządzenia DWDM
Podstawy teoretyczne obiekt B OSNR w/g definicji, określa stosunek mocy sygnału użytecznego do mocy sygnału szumu. PS OSNR OSNR 18 dbor 22dB P ASE 19
Technologia IPoDWDM (wprowadzenie) Business Access Edge Enterprise IP Transport IP Transport Corporate Core Transport Access Network 3G Mobile Access SDH/SONET Ethernet/WDM PSTN 20
Technologia IPoDWDM (wprowadzenie) Klasyczny system xwdm OTU OTU OTU OTU MUX/ DMUX MONITOR OA OTU POWER 21
Technologia IPoDWDM (wprowadzenie) Obiekt XYZ DWDM XXX Urządzenie SDH EQUIPMENT zewnętrzne Transponder Tx Urządzenie xwdm INTERFEJSY Klienckie Interfej LINIOWY Interfejs LINIOWY Transponder Tx Transponder Tx Transponder Rx Transponder Rx MUX DMUX OA OA Transponder Rx 22
Technologia IPoDWDM (wprowadzenie) B-PON broadband passive optical network ITU-T G.983 series G-PON Gigabit capable passive optical network ITU-T G.984 GE-PON Gigabit Ethernet passive optical network IEEE 802.3 1000BASE-PX series SDH Synchronous Digital Hierarchy ITU-T G.707 OTN Optical Transport Network ITU-T G.709 B&W Transponder Tx ITU-T: Transponder G 694.1 Rx DWDM freguency grid specificed Transponder Tx New Recommendation G 698.1 Transponder and G698.2 Rx Definicja λ interface Transponder Rx Transponder Rx Urządzenie xwdm MUX DMUX OA OA 23
Optyka kompatybilna- doświadczenia Orange 50 GHz Filter 10G Finisar 10G OTU100 2006-07-01 Idea pomysłu 2007-07-07 Spotkanie z TP R&D, zaproszenie do testów 2008-03-16 I nagroda w kategorii innowacji technicznych w wewnętrznym konkursie Orange 2007-07-11 Zgłoszenie do konkursu 2009-02-10 Komercyjne wdrożenie w sieci produkcyjnej; sieć szkieletowa(lh) 2010-12-01 Pierwsze testy 40Gbps w grupie FT 2010-03-01 Testy przestrajalnych wkładek XFP Badania, dokumentacja Negocjacje w TP 2007-01-01 2008-01-01 2009-01-01 2010-01-01 2009-03-26 2006-01-01 2009-03-16 2010-05-01 2007-07-10 ITU-T G.698.2 TSC Meeting - zgoda na zastosowanie rozwiązania w sieci TP 2009-01-14 Umowa zakupowa z dostawcą modułów Konferencja NFOEC case study Menara Network 2009-03-01 Komercyjne wdrożenie w sieci produkcyjnej; platforma Metro WDM 2010-01-27 Cisco Networkers prezentacja rozwiązania
25 część 2
Schematy modulacji_10g Intensity modulation Binary Chirp-free Chirped NRZ OOKK RZ-OOK CNRZ-OOK CRZ-OOK Multi-level M-ASK Pseudo Multi-level CS-RZ, VSB-CSRZ, APRZ Correlative coding PSBT, ODB RZ-AMI 26
Schematy modulacji_40g/100g (Differential) Phase modulation Binary NRZ RZ NRZ DPSK p-nrz-dpsk Apol-NRZ-DPSK RZ-DPSK p-rz-dpsk Apol-RZ-DPSK Multi-level NRZ RZ NRZ DQPSK PDM-(NRZ)QPSK PDM-(NRZ)QPSK (+coherent Rx) RZ DQPSK CRZ-DQPSK CSRZ-DQPSK PDM-(RZ)QPSK PDM-(RZ)QPSK (+coherent Rx) 27
Modulation schemes 10G NRZ OOK Spectrum analizer 40G DPSK + Spectrum analizer 28
Schematy modulacji - porównanie 50 GHz Filter 10G Moduł optyczny XFP 40G 10G Transponder 29
40/100G IPoDWDM Testy w Orange (Field Trial) ALU (ex Lucent Tech.) OLS 800G/1.6T ALU ROADM 1830PSS 30
Testy IPoDWDM tradycyjny system DWDM Długość odcinka: 660 km Typ światłowodu: SMF-28 Ilość Span #: 9 Długość Span : od 10 do 100 km optical channel grid : 100 GHz Realizacja w systemie wykorzystującym standardowe typy sygnałów 10G (od 28 do 35) Dyspersja chromatyczna: kompensowana Moc optyczna: per kanał: 3-3,5 dbm 31
32 Testy IPoDWDM tradycyjny system DWDM
Testy IPoDWDM tradycyjny system DWDM Podsumowanie: Do testów wybrano drogę optyczną o najgorszych parametrach (tłumienność, CD) Stopa błędów sygnału 100G (IPoDWDM) obserwacja > 25 godzin (pre FEC BER): 2.3E-3 Połączenie działało nie zakłócając istniejących serwisów 2.5G/10G (sieć produkcyjna) Nie stosowano band guard (100 GHz) Podczas planowania zastosowano standardowe zasady techniczne określone w dokumentacji technicznej urządzenia Praca stabilna, w pobliżu dolnej granicy wydajności FEC 33
34 Testy IPoDWDM sieć ROADM
Testy IPoDWDM ROADM Długość odcinka: 1045,5 km BYDGOSZCZ/SA1 3D 54km 100,5km 60km POZNAŃ/SC1 60km 62,5km 97km 3D WARSZAWA/SA1 4D 101,5km ŁÓDZ/SC1 7km 4D POZNAŃ/SC3 2D 84,5km WARSZAWA/UK9 115km CRS3, M6 WROCŁAW/SA1 3D 0,5km WROCŁAW/SA3 90km 2D 91km 83km KATOWICE/SA2 39km 3D LEGEND: - ROADM node-1830pss - OMS in ROADM network xd n degrees ROADM KATOWICE/P01 CRS3, M6 Ilość Span # 15 Długość Span : od 7 do 115 km optical channel grid : 50 GHz Realizacja w systemie wykorzystującym typy sygnałów 40G, 100G (coherent) Dyspersja chromatyczna: nie kompensowano -ILA 100Gb/s LINK 35
Testy IPoDWDM Topologia CFP-CXP ROADM NETWORK 100GE OTU4 OTU4 100GE CRS-3 100G PLIM M6 Chassis 100GE TXP 1830PSS SWAC 1830PSS SWAC M6 Chassis 100GE TXP CRS-3 100G PLIM WARSZAWA KATOWICE Docelowo: jedna karta wg zapowiedzi Cisco (CRS3 z interfejsem OTN4) 36 CRS-3
Testy IPoDWDM Topologia BYDGOSZCZ/SA1 9565 9570 POZNAŃ/SC1 9215 9270 9565 9570 WARSZAWA/SA1 POZNAŃ/SC3 WARSZAWA/UK9 CRS3, M6 9310 9565 9570 WROCŁAW/SA1 WROCŁAW/SA3 LEGEND: 100G PM-DQPSK KATOWICE/SA2 100G PDM-QPSK/DP-QPSK 9275 9565 9310 9570 KATOWICE/P01 CRS3, M6 40G PDM-BSK/PDPSK 37
Testy IPoDWDM Wyniki 100G IPoDWDM praca bez błędów >48 h Stopa błędów: Warszawa -8,25E-5 Katowice -1,20E-6 38 * 50 GHz odstęp między kanałowy pomiędzy dwoma 100G kanałami
100G DP-QPSK modulacja/spektrum optyczne DP-QPSK ALU 100G -16,14dBm 20dB 50GHz analizator: MTS 800, Resolution: -0 GHz, High sensivity: No, Noise acquisition BW: 0,10nm
100G DP-DQPSK modulacja/spektrum optyczne DP-DQPSK Cisco 100G -16,14dBm 20dB różnica 50GHz 40 analizator: MTS 800, Resolution: -0 GHz, High sensivity: No, Noise acquisition BW: 0,10nm
Testy IPoDWDM ROADM Podsumowanie: Realizacja testów w środowisku sygnałów 40G/100G koherent. Stopa błędów sygnału 100G (IPoDWDM) pre FEC BER: 8.25E-5 (margin -10E-5) Obydwa rozwiązania ALU i Cisco posiadają zbliżone parametry oraz działają stabilnie Kodowanie różnicowe stosowane przez Cisco zwiększa odporność przeciwko zrazy fazowych laserowych - nieco lepsze wyniki Ze względu na zastosowanie modulacji DP-DQPSK przez Cisco widmo sygnału jest szersze - może to spowodować problemy z przesłuchami w bloku Add/Drop urządzenia ROADM - może to wymagać dodatkowych statycznych filtrów lub stosowania guard band 41
dziękuje