DWDM rendszer üzemeltetése HBONE+ hálózatoban

Átírás

1 DWDM rendszer üzemeltetése HBONE+ hálózatoban Barta Péter Alcatel-Lucent Magyarország 2012 április Veszprém

2 Tartalom 1. Az Új generációs DWDM elhelyezése a távközlési rendszereken belül 2. Az Új generációs DWDM felügyeleti szempontjai 3. WDM szintű összekapcsolódás más rendszerekkel ( idegen hullámhosszak ) 4. Magasabb csatornasebességek: 40G, 100G 2 HBONE+ DWDM 2012 április

4 WDM technológia pozícionálása WDM Vonali kapacitás nx100gb/s nx10gb/s Közeg optikai elektromos Vezérelhetőség korlátos Teljes 2./3. rétegbeli elektromos technológiák (SDH, Ethernet, IP) Jelleg vonalkapcsolt Vonal- és csomagkapcsolt is létezik Szerep átviteltechnika Átvitel/kapcsolástechnika 4 HBONE+ DWDM 2012 április

5 WDM fő tulajdonságai 1. Alap definíció: több, független jel egy szálon történő átvitele 2. Lényeges tulajdonság: több, független jel egyetlen közös eszközzel történő erősítése 5 HBONE+ DWDM 2012 április

6 WDM hálózat gazdaságossága 6 HBONE+ DWDM 2012 április

7 WDM hálózat gazdaságossága 7 HBONE+ DWDM 2012 április

8 WDM fejlődése Eddigi fázisok: 1: Fix felépítésű berendezések (pont-pont és gyűrű topológia) 2a:1. gen. ROADM (pont-pont és gyűrű topológia) 2b:2. gen. ROADM (szövevényes topológia) 8 HBONE+ DWDM 2012 április

9 T&R-OADM rugalmas csatorna kiépítés Kezdeti igény: Közbülső állomások bekapcsolása minimális csatornaszám felhasználásával A B C D E F Későbbi igény: Új összeköttetés létesítése A-B és B-F, A-C és C-F között 9 HBONE+ DWDM 2012 április

10 T&R-OADM rugalmas csatorna kiépítés Fix felépítésű WDM berendezés esetén: Egy következő sávhoz tartozó multiplexert kell telepíteni, noha még vannak szabad portok az egyes helyszíneken A B C D E F 10 HBONE+ DWDM 2012 április

11 T&R-OADM rugalmas csatorna kiépítés Hangolható ROADM: Elegendő az egyes portokat a megfelelő csatornákra hangolni TR-OADM TR-OADM TR-OADM TR-OADM TR-OADM TR-OADM A B C D E F Programmed ports Tuneable MUX/DEMUX Unprogrammed ports 11 HBONE+ DWDM 2012 április

12 Építőelemek Egy ROADM berendezés a következő főbb elemekből építhető fel: Fix OADM egységek Passzív osztók és összegzők WSS / Wavelength router-ek Optikai erősítők Csatornakártyák 12 HBONE+ DWDM 2012 április

13 Kulcselem: Wavelength Selective Switch (WSS) λ1 1 -> 9 WSS: Optical switch 1 IN DMUX 9 OUT λn 13 HBONE+ DWDM 2012 április

14 Többirányú DWDM berendezés AMP IN Filter (East) THRU Filter (West) AMP OUT (Optional) WDM IN WSS WSS WDM IN BB port 6 colorless ports BB port 6 colorless ports AMP IN AMP OUT (Optional) SFD44 Xpdr SFD44 Xpdr Xpdr Xpdr Xpdr Xpdr AMP OUT (Optional) SFD44 Xpdr SFD44 Xpdr WDM IN BB port 6 colorless ports BB 6 colorless ports port WSS WSS AMP IN WDM IN AMP IN Filter (North) THRU Filter (South) AMP OUT (Optional) 14 HBONE+ DWDM 2012 április

15 NBONE+ DWDM hálózat 15 HBONE+ DWDM 2012 április

16 Új generációs WDM képességek Szövevényes topológia (több irány) Igen Új gen. WDM 2./3. rétegbeli elektromos technológiák (SDH, Ethernet, IP) Igen Vég-vég felügyelhetőség Igen Igen Szabad csatornaválasztás Szabad irányválasztás Korlátos (többlet eszközzel) Korlátos (többlet eszközzel)* Igen Igen * lásd következő oldal 16 HBONE+ DWDM 2012 április

17 Irányfüggetlen felépítés Helyi szakasz port: A hullámhossz irányítás lehetőségei nagymértékben nőnek: a kicsatolt végződések nem kötődnek fizikailag egy vonali irányhoz optikai útvonal módosítása távvezérléssel Az optikai útvonal helyreállítás előfeltétele! 1 L 2 Direction 2 regenerálási céllal beépített transzponder csoportok 3 17 HBONE+ DWDM 2012 április

18 Irányfüggetlenség NIIFI DWDM hálózatban Toponár Kaposvár Az egyedi topológiának köszönhetően az egyes hullámhossz csatornák irányfüggetlen módon kapcsolhatók 18 HBONE+ DWDM 2012 április

20 Wavelength Tracker működése Saját vagy külső λ Beépített VOA-k a források teljesítményének beállításához Segédvivős moduláció Tartalom (zaj) v v v WT Kódoló DSP MUX Kisfrekvenciás jel Valamennyi csatorna egy egyedi azonosítót kap (WaveKey), amely alapján beazonosítható a hálózatban és a teljesítménye nyomon követhető Az azonosítók kiosztását a berendezések végzik, azok nyilvántartásáról azok gondoskodnak Valamennyi lehetséges ellenőrzési ponton az egyes, azonosítóik által beazonosított csatornák teljesítménye ellenőrzésre kerül idő DSP WT Dekódoló AMP frekvencia v A csatornánkénti VOA-k többféle funkciót látnak el: Optikai szintbeállítás és egyedi azonosító felkódolása v Kódolás a belépési ponton, dekódolás számtalan ponton történik a minél pontosabb hibabehatárolás érdekében Nem csak regenerálási pontokon van lehetőség állapotfigyelésre Berendezésen belüli állapotváltozás is kimutatható v Dekódolás DSP alapú, korreláció és orthogonalis kódolás segítségével 20 HBONE+ DWDM 2012 április Valamennyi csatorna egyedileg azonosítható a hálózaton belül

21 Wavelength Tracker Kódoló- dekódoló pontok WDM IN AMP IN Filter (East) THRU Filter (West) AMP OUT (Optional) AMP OUT (Optional) A A AMP IN WDM IN ADD/DROP = Wavelength Tracker kódoló = Wavelength Tracker detektálás Transponder v Valamennyi fizikai csatornára egy kód páros kerül, amely lehetővé teszi az adott csatorna beazonosítását valamint teljesítményének mérését v Az azonosítók a transzponderek adóinál kerülnek felhelyezésre v Az azonosítókat az egyes berendezések osztják ki, amelyekről a teljes hálózatra kiterjedő adatbázissal rendelkeznek v Az azonosítók a következő pontokon kerülnek detektálásra: Erősítő kártyák Wavelength Router-ek v Valamennyi detektálási ponton ellenőrzésre kerül az azonosító és megmérjük a csatorna optikai teljesítményét 21 HBONE+ DWDM 2012 április Transponder

22 Wavelength Tracker Optikai teljesítmény kezelés WT által biztosított lehetőségek: v Hullámhossz csatorna nyomon követése v Hibabehatárolás vtávoli optikai teljesítmény szabályozás vtartományok figyelése vhiba-összerendelések Optikai spektrum Valamennyi csatorna megjelenítése adott ponton Optikai csatorna teljesítménye Valamennyi pont mérése a csatorna nyomvonalán Optikai réteg szolgáltatás-szemléletű üzemeltetése 22 HBONE+ DWDM 2012 április

23 Felügyeleti rendszer jellemzők Hálózat menedzsment szint is szükséges Összeköttetések vég-vég kezelése: létesítés, nyilvántartás, hibakorreláció Összeköttetések kezeléséhez Wavelength tracker használat fizikai szintű felügyelet! 23 HBONE+ DWDM 2012 április

24 NIIFI DWDM hálózat a felügyeleti rendszerben 24 HBONE+ DWDM 2012 április

25 Teljes üzemeltetési ciklus Tervező eszköz Tervezés A tervezés eredményeképp kész berendezés konfigurációk Kiszámított optikai paraméterek az üzembe helyezéshez Grafikus tervezői felület Építés Aktuális állapot feltöltése a tervezőbe a következő hálózati bővítéshez Felügyelet Működőképes hálózati konfiguráció (terv) alapján Felügyeleti rendszer Grafikus felület Vég- vég kezelés Szolgáltatás alapú 25 HBONE+ DWDM 2012 április

27 WDM interfész ( színes interfész ) külső eszközben Hullámhossz Adapter WA WDM l 1 l 2 l 3 l N M U X 27 HBONE+ DWDM 2012 április 27

28 Külső forrásból származó színezett jelek kezelése A teljes rendszer azonos szinten történő felügyeletének érdekében nem csak a saját transzponderről, de külső színezett forrásból származó jelek is elláthatók egyedi azonosítóval, amely jeleket ennek köszönhetően teljesen azonos módon lehet felügyelni a WDM hálózaton belül. A kódolást ez esetben egy VOAkat tartalmazó MVAC kártya végzi, a külső jel ezen keresztül csatlakozik a multiplexerhez. Tx SVAC Add port Rx WT Drop port CWR8 External colored signal DWDM Mux 28 HBONE+ DWDM 2012 április

29 Supported optical wavelength service end points Endpoints can be on the SR/ESS or PSS Endpoints can be DWDM tunable or pluggable Endpoints can be DWDM or B&W SR PSS Note: SR includes 7750, 7450 in 8.0R7 extended to 7705, 7210 in the future (not all node type support all transponders) Optical network PSS SR Case 1 ep1 ep2 Client to client on PSS Case 2 ep1 Filter or WSS Filter orwss ep2 Tunable WT enabled DWDM OT on SR s Case 3 ep1 SVAC required for non WT enabled OTs SVAC required for non WT enabled OTs ep2 Tunable or pluggable non WT DWDM OT on SR s Case 4 ep1 ep2 B&W on SR s across DWDM network Case 5 ep1 ep2 Alien wavelengths from unmanaged NE s = Service end point = Transponder = SVAC 29 HBONE+ DWDM 2012 április

31 31 HBONE+ DWDM 2012 április

32 WDM rendszerek összkapacitásának növelése WDM rendszerek összkapacitásának növelési lehetőségei: csatornaszám növelése sűrűbb csatornaosztás szélesebb sáv használata csatornánkénti sebesség növelése további fizikai dimenziók bevonása, pl. polarizáció 32 HBONE+ DWDM 2012 április

33 Csatornánkénti sebesség 10Gb/s fölé növelése Jóval összetettebb modulációs formák szükségesek, mint 10G-ig Eddigi lépések: 2,5G: lehető legegyszerűbb NRZ/RZ OOK kódolás 10G: szintén OOK de FEC használata 2,5G-vel azonos hatótávolság elérésére 33 HBONE+ DWDM 2012 április

34 40G átvitel: modulációs formák / 1 Azonos modulációs forma esetén a 40G átvitel jóval érzékenyebb a fizikai hatásokra, mint a 10G: 4x érzékenyebb a zajra 4x érzékenyebb a polarizációs módus diszperzióra (PMD) 16x érzékenyebb a kromatikus diszperzióra (CD) érzékenyebb az önmaga által okozott (csatornán belüli) nemlinearitásokra is Így, míg 10G esetén az egyszerű NRZ kódolás elegendő még a legtöbb nagytávolságú átvitel megvalósítására is, 40G esetén már hatékonyabb modulációs formák szükségesek a korlátozó tényezők leküzdésére A szigorúbb feltételek hatékonyabb modulációs formákat kívánnak meg 34 HBONE+ DWDM 2012 április

35 Korlátozó tényezők A J/Z tűrés és a nemlinearitások a két kulcs tényező, amely meghatározza az elérhető hatótávolságot: Bármelyikkel szembeni tolerancia növekedés azonos mértékű hatótávolság növekedést tesz lehetővé Csatorna teljesítmény [a.u.] Nemlinearitások korlátozta megengedett legnagyobb csatornateljesítmény Hatótávolság J/Z biztosításához szükséges legkisebb csatornateljesítmény Szakaszok száma 35 HBONE+ DWDM 2012 április

36 Korlátozó tényezők Ha a J/Z tűrés 3dB-t javul de a nemlinaritásokra 3dB-vel érzékenyebb lesz a rendszer a hatótávolság azonos marad A J/Z tűrés nem az egyetlen, a hatótávolságot meghatározó tényező! Csatorna teljesítmény [a.u.] db-el gyengébb nemlinearitás tűrés Hatótávolság 3 db-vel jobb J/Z tűrés Szakaszok száma 36 HBONE+ DWDM 2012 április

37 Melyik fizikai tulajdonságot moduláljuk? Intenzitás Fázis legkönnyebben modulálható use absorption or interference processes legkönnyebben detektálható (közvetlen) koherens vevő fázis -> amplitudó konverzió a vételnél helyi oszcillátor lézer (koherens vétel) önreferencia (különbségi moduláció) közvetlen vétel késleltetővel A szomszédos bit a fázis referencia A helyi oszcillátor a fázis referencia a fázisugrás hordozza az információt 37 HBONE+ DWDM 2012 április

38 Kétállapotú differenciális fázismoduláció (DPSK) Adó: A modulátort előkódolt adatfolyammal hajtjuk meg Vevő: Szimmetrikus vevő egy bitidő késleltetéssel a szomszédos bitek közti különbség detektálása érdkében A DPSK ~ 3-dB-el jobb érzékenységet nyújt, mint az OOK (kizárólag szimmetrikus vevő esetén!) 38 HBONE+ DWDM 2012 április

39 Négyállapotú differenciális fázismoduláció (DQPSK) Chirp-free Binary OOK Memoryless Multilevel C-NRZ DST Intensity Chirped NRZ RZ VSB NRZ RZ SSB CRZ ACRZ M-ASK ASK/PSK QAM With memory Pseudo-Multilevel Correlative coding CSRZ VSB-CSRZ AP formats Multilevel Partial response PSBT PASS DB AMI (DCS) CAPS Phase Memoryless Binary Multilevel NRZ RZ NRZ RZ (D)PSK (D)QPSK Integrated designs available Im{E} 11 Re{E} 10 E Optical field 39 HBONE+ DWDM 2012 április

40 Különböző modulációs módok eszközigénye Modulációs forma NRZ-OOK Adó Eszközigény Data Mach-Zehnder modulator Vevő Duobinary, PSBT Precoded Data LP Low pass at ~25% of bit rate (or: use limited modulator bandwidth) (RZ-)DPSK Precoded Data Clock Delay interferometer (RZ-)DQPSK Precoded Data Pulse carver Clock Precoded Data π/2 Control Pulse carver (RZ) OR: 40 HBONE+ DWDM 2012 április

41 10G és 40G együttes átvitele Q² (db) P / channel = -1dBm Spacing to first adjacent channel (GHz) csak 40G QPSK 10G NRZ-vel együtt Jelentős hatás még nagy csatornatávolságok esetén is csatornatávolság további növelése rontja az összkapacitást A nemlineáris egymásra hatások miatt kritikus a 10G 40G együttes átvitel QPSK érzékenyebb, mint a DPSK 41 HBONE+ DWDM 2012 április

42 10G kompatibilitás és megoldások 10G kompatibilitás Alacsony Jó 40G PDM-QPSK 40G RZ-DQPSK 40G DPSK Baud sebesség (szimbólum sebesség) 10G 20G 25G 40G 100G Csatornák elhelyezése 40G DPSK 40G P-DPSK 10G 100GHz 40G PDM-QPSK guard-band 50GHz 10G 50GHz guard-band 40G PDM-QPSK 50GHz 500GHz 50GHz 500GHz 42 HBONE+ DWDM 2012 április

43 Koherens vétel Koherens rendszer Helyi oszcillátor (cw laser) 3dB λ/4 Vonali bejövő jel Koherens Fotodiódák keverő félig λ/4 áteresztő tükör Analóg- Digitális átalakítók ADC ADC ADC ADC Digitális jelfeldolgozás DSP Vett jel 43 HBONE+ DWDM 2012 április

44 Digitális jelfeldolgozás PD1 PD2 PD3 PD3 ADC ADC ADC ADC Sampling Scope DSP DSP Re-sampling j j CD comp. CD comp. Digital Clock Recovery Polarization Demultiplexing and Equalization Frequency and Carrier Phase recovery Frequency and Carrier Phase recovery Symbol identification Symbol identification BER & Q² BER & Q² 44 HBONE+ DWDM 2012 április

45 Összegzés 1. -a WDM messze a legnagyobb kapacitást nyújtó távközlési technológia, így a gerinchálózat alapja -funkcionalitásában közelít az elektronikus technológiákhoz, de még nem érte azt el -az Új generációs WDM elérte azt a szintet, hogy már ténylegesen hálózatról beszélhessünk 2. -az összetettebb hálózati felépítés mindenképp topológia és vég-vég ismerettel rendelkező hálózat menedzsment szintet követel meg -lényeges az összeköttetések fizikai szintű beazonosítása és nyomon követése, amelyet a Wavelength tracker tesz lehetővé 3. -WDM interfészek elhelyezhetők a kapcsolódó eszközökben (pl. router) is, ebben az esetben a WDM transzponder megtakarítható, azonban a felügyelhetőséget biztosító fogadó modul (SVAC) szükséges 4. -rendszer összkapacitás növelés leghatékonyabb módja a csatornasebesség növelése -határvonal a 40G: innen kizárólag jóval összetettebb átviteli formák alkalmasak -koherens vétel és DSP nagyságrendi javulást eredményez mind hatótávolságban mind zavartűrésben 45 HBONE+ DWDM 2012 április

46 46 HBONE+ DWDM 2011 április