27. 8. 2014
AKADEMIE VLÁKNOVÉ OPTIKY A OPTICKÝCH KOMUNIKACÍ
®
Diagnostika a měření transportních signálů WWW.PROFIBER.EU Josef Beran, Jan Brouček
[email protected]
[email protected]
www.profiber.eu |
[email protected] | Copyright © PROFiber Networking s.r.o.
100G je tady ! Více než 350 komerčních 100G po celém světě k Q2-2013.
1
27. 8. 2014
Dopad z datových center
Datová centra jsou průkopníkem vysokorychlostních přenosů, např. každé Facebook DC uchovává všechny informace! – potřeba přístupu k velkému množství dat mnoha uživatelů v jednom okamžiku.
100G v síti Client
Core ingress
Core
Klientské rozhraní
Linkové rozhraní
› směřuje k zákazníkovi › orientované na služby › standardizované paralelní optické rozhraní › 40 Gbit/s & 100 Gbit/s › Ethernet, OTN
› směrem k páteřní přenosové síti › transportně orientované › sériová optika - převážně DP-QPSK kódování › výhradně OTN
85100G & 88100NGE
5240S/B & PSO-200
2
27. 8. 2014
Klientské rozhraní
100G – Klientské Transceivery Definice podle IEEE 802.3ba CFP Form Factor (86x127x14mm)
› ER4 100 GbE, 40 km v SMF (4x 25G WDM, střed na 1305nm) › LR4 100 GbE, 10 km v SMF (4x 25G WDM, střed na 1305nm) › SR10 100 GbE 100m v MMF (850nm paralelní optika, 10x 10G) › LR10 100 GbE, 10 km v SMF (10x 10G WDM, střed na 1550nm, prozatím nestandardizováno)
CXP Form Factor (asi 20x54x11 mm )
› 100 GbE, 10 m na aktivním kabelu QSFP Form Factor (18.4x72x8.5 mm )
Intra-site
› 100 GbE, 100 m na OM3 MMF (850 nm paralelní optika, 10x 10G)
› 40 GbE, 100m na OM3 MMF (850 nm paralelní optika, 4x 10G) › 40 GbE, 10 m na aktivním kabelu Client Side
3
27. 8. 2014
Porovnání CFP 4x25G & 10x10G CAUI sběrnice 10x10G elektrické dráhy
CAUI sběrnice 10x10G elektrické dráhy
Gearbox
TX
TX
TX
TX
TX
TX
TX
TX
TX
TX
TX
TX
TX
TX
6
7
8
9
Optical Mux Optical Mux
0
1
2
3
0
LR-4 -> 4xλ optické dráhy
› 25 & 28 Gbit/s na optický kanál › Využívá Gearbox › Vyžaduje vysoký příkon (až 24W)
1
2
3
4
5
LR-10/SR10 -> 10x λ optické dráhy
› 10,3 & 11,2 Gbit/s na optický kanál › Není Gearbox – méně složité + nižší náklady
CFP je nejslabší článek CFP problémové zóny: • Gearbox nemůže být jakýkoliv • CAUI Bus má omezený počet cyklů
Gearbox
připojení • Otázka odvodu tepla LR-4 (24W) • Problém s verzí firmware
TX
TX
TX
TX
• LR-4 - LR-4 nejsou vždy kompatibilní Optical Mux
• Přeslechy v některých případech • 7K€ - 30K€ (ER-4 130k€) • Složité – některé zcela nové komponenty • Ještě dnes mají technické problémy.
0
1
2
3
Client Side
4
27. 8. 2014
CFP - vývoj
CFP
Line card
› 24W typ. (28W max.) spotřeba energie › Gearbox přímo v CFP › Form Factor (82x145x14mm)
ASIC
› Rovná se
118,9 cm2
CAUI Gearbox
T X
T X
T X
T X
Optical Mux
CFP
CFP - vývoj
CFP2
Line Card
› 12W max. příkon › Form Factor (42x108x12mm)
ASIC
CAUI Gearbox
CPPI-4
TX
TX
TX
› › › ›
Rovná se 45,4 cm2 >50% zmenšení rozměrů 2 x větší hustota portů CFP 50% úspora energie
› Gearbox přendán do přenosové karty › CPPI-4 interface – 4 x 25 & 28Gbit/s
TX
Optical Mux
CFP2
5
27. 8. 2014
CFP - vývoj
CFP4
Line card ASIC
› >75% zmenšení rozměrů CFP › 4x větší hustota portů CFP › 75% úspora energie CFP › Form Faktor (22x92x10mm)
Under discussion at OIF for VSR-28
› Gearbox přemístěn do linkové karty › CAUI-4 interface – 4 x 28Gbit/s
Optical Mux
CFP4
CFP - vývoj
4 x CFP
8 x CFP2
16 x CFP4
6
27. 8. 2014
CFP - vývoj Shrnutí
• • •
Trend směrem k vyšší hustotě portů Trend směrem k nižší spotřebě Trend směrem k nižším nákladům
ALE !!!
Optická rozhraní jsou identická a kompatibilní. CFP2 nepočítá s podporou LR-10. Některé problémy CFPs jednoduše posunuty na NEMs (výrobce).
100G Base-LR4 CFP vs. CFP2
0 1 2 3
SMF Fiber
•
Přechod z CFP na CFP2; • Gearbox je z CFP2 vyjmut, důsledkem je snížení nákladů CFP2 je o 50% menší než CFP; větší hustota portů 100G systémů • Spotřeba energie CFP2 je alespoň o 50% menší než u CFP
SMF Fiber
0 1 2 3
• • •
7
27. 8. 2014
100G Base-SR10 CFP vs. CFP2
10 vlnových délek (850nm) MPO vlákna
100G Base-SR10 implementace CFP2 zůstává stejná jako CFP, jen se sníží velikost transceiveru
10 vlnových délek (850nm) MPO vlákna
Implemetace CFP2 - adaptér Podpora LR4 & SR10 CFP2 100G LR4 CFP2 › 85100G/88100xx generuje 10 CAUI lanes › Gearbox multiplexuje 10G CAUI proudů/drah do 4x 25G electrických proudů/drah (10:4 MUX) › 100G LR4 CFP2 je pak použito pro mapování 4x 25G electrických drah do standardních 4 optických kanálů 100G SR10 CFP2 › 85100G/88100xx generuje 10 CAUI lanes › Gearbox je v tomto případě nakonfigurován v průchozím režimu; na výstupu 10x 10G electrické dráhy/proudy › 100G SR10 CFP2 je pak použito pro mapování 10x 10G electrických drah/proudů do standardních 850nm optických MMF kanálů
8
27. 8. 2014
Field Deployment
Carrier Labs / NEMs
CFP2 adaptér 85100G › CFP & CFP2 integrované řešení v jednom modulu › Plný přístup k NEMs k dispozici použitím CFP & CFP2 › Velmi příznivé (konkurenceschopné) řešení
88100x › CFP & CFP2 integruje kompaktní řešení do terénu › Přímo v terénu rozšiřitelné na CFP2 › Klíčové řešení k prvním CFP2 nasazení v terénu a brzké nasazení CFP2
400G nebo 1T klientské rozhraní
9
27. 8. 2014
Měřicí vybavení
FTB-88100NGE RJ45 interface supporting Eth. 10/100/1000 Electrical
SFP/SFP+ interface supporting OC-1/STM-0 to OC-192/STM-64 OTU1, OTU2,OTU1e/2e, OTU1f/2f 10GE LAN/WAN, Eth. 100M/1G Opt.
XFP interface supporting OC-192/STM-64 OTU2,OTU1e/2e, OTU1f/2f 10GE LAN/WAN 2nd SFP/SFP+ interface
(Ethernet capabilities as listed on SFP+
port 1) Eth. 10/100/1000 Electrical (using Mushroom)
40G/100G CFP interface supporting; 40GE/100GE, OTU3/e1/e2/4, OC768/STM-256
synchronization SMA interface
CLOCK REF-OUT SMB interface
Kontrola CFP - CFP Health Check
10
27. 8. 2014
Přehled - PCS dráhy
Informace o CFP
11
27. 8. 2014
100G Testování v síti L2 ale také L3/L4 testování 100G L2 Network Testing
100G L3/L4 Network Testing
Měření klientských KPIs
• L1 Testování • BERT pro Ethernet a OTN • 100G specifikace jako je: • PCS Lane značky • PCS Skew/zpoždění • Přeslechy, • Odchylka frekvence a času
L2 , L3, L4 Ethernet Testování • Propustnost & Ztráta rámce • Zpoždění • Ověření řízení provozu • Aktuálně RFC2544, ITU-T Y.1564
Client Side
12
27. 8. 2014
100G měření v terénu
BERT and RFC2544
Client Side
Linkové rozhraní
13
27. 8. 2014
Výzvy 100G technologie… Vše je to o fyzice !!!
Tolerance/odolnost přijímače vůči chromatické disperzi
› Velmi omezená tolerance chromatické disperze @ vysoké rychlosti s NRZ modulací
Požadavky na poskytovatele služeb Koexistence 10G/40G/100G kanálů na stejném vláknu.
Nízké výnosy na bit pro data nebudou důvodem stavby nové síťové infrastruktury.
Line Side
14
27. 8. 2014
Jaké jsou problémy @ 100Gbit/s…? 10Gbit/s 40Gbit/s
100Gbit/s???
Spektrální efektivita Vše je to o fyzice !!!
• Dosáhnout přenosu 112 Gbit/s pomocí standardních modulačních schémat není možné. • Spektrální šířka přesahuje rozestup kanálů 50 GHz. • Dokonce ani QPSK, která je dvakrát tak efektivní, stále ještě nestačí. • Použití polarizačního multiplexování v kombinaci s QPSK umožňuje přenos 112 Gbit/s na kanálech s 50 GHz ROADMs. • Mohou být použita i jiná modulační schémata, jako je
112 Gbit/s NRZ-OOK
112 Gbit/s NRZ-QPSK
112 Gbit/s NRZ-DP-QPSK
16QAM nebo OFDM.
15
27. 8. 2014
Nové modulační formáty •
Pokročilá modulační schémata • Nové formáty jako QPSK & DQPSK (Fáze) • 2 bity na symbol
•
Polarizační multiplexování • posílání 2 signálů s ortogonální polarizací SOP (States of Polarisation)
•
Koherentní detekce & Digitální zpracování signálu
•
Nový signálový procesing (DSP) může opravit mnoho chyb
•
112Gbits/s je dosaženo s přenosovou ryhlostí 28GBaud/s
Line Side
Optický Modulační Analyzátor PSO-200 › Kompletní charakterizace vysokorychlostních fázově modulovaných signálů 40G, 100G, 400G, 1Tbits/s atd. › Technologie optického koherentního vzorkování › Konstelační diagram a oko rozhodnutí. › Podpora OOK, BPSK, PSK, QPSK, DPSK, DQPSK, APSK, 16-QAM modulačních formátů. › Kompatibilní s dual-polarization DP. › Šířka pásma ≥ 65 GHz
Line Side
16
27. 8. 2014
Princip vzorkování Průběh je zrekonstruován z několika cyklů (viz obr. níže).
Je důležitá šířka pásma? ›
Diagram oka rozhodnotutí pro zrekonstruovaný signál pomocí elektrického vzorkovacího modulačního analyzátoru s šířkou pásma 16 GHz. › ›
›
Signál je správně detekován, ale zkreslen (tzv. kroužkování) Náběžná a sestupná hrana (doba) je ovlivněna
Diagram oka rozhodnutí stejného signálu rekonstruovaného pomocí optického modulačního analyzátoru PSO-200 s šířkou pásma ≥ 65 GHz. ›
Žádné zkreslení
17
27. 8. 2014
Výhody optického vzorkování › Velká šířka pásma měření (>60 GHz), což umožňuje detekci signálu s přenosovou rychlostí až 1 Tbits/s.
› Čistá impulsní odezva měření bez zkreslení, zrekonstruovaný průběh signálu bez potřeby ekvalizace (vyhlazení) › Detekce signálů jakéhokoliv charakteru (náhodné nebo opakované).
Vlastnosti a výhody › Rekonstrukce signálu bez zkreslení › Velká šířka pásma (≥ 60 GHz) › Žádný signálový processing na vstupním signálu
› Future proof › Podpora 40G, 100G, 400G,1 Tbits/s atd. › Podpora QPSK, APSK, 16-QAM a mnoho dalších › Kompatibilní se single- i dual-polarization přenosy
› Výkonný a uživatelsky jednoduchý software › GUI s kontextovým menu › Automatický výběr algoritmu zpracování signálu na základě informací o vstupním signálu › Vzdálené ovládání pomocí LAN a SCPI příkazů › Kompatibilní s LabView
18
27. 8. 2014
Vlastnosti a výhody › Flexibilní vstupní signál › Náhodný nebo OTU rámcovaný signál pro konstelační diagram a oko rozhodnutí › PRBS, opakovací sekvence pro výpočet BER/SER a pokročilou signálovou analýzu › Výkoný gearbox pro přesné mapování signálů
› Rozsáhlá Bit-error rate analýza › Bit-error-rate (BER) a symbol-error-rate (SER) je kalkulována pro každou polarizaci a globální signál › Výsledné detekované chyby umožňují řešení problémů BER/SER › Přehledné grafy pro porovnání detekovaných chyb vs. očekávané vzorky
Testování komunikačním analyzátorem EXFO PSO-200 NRZ-QPSK
Noise averaged
RZ -QPSK
Noise averaged Konstelační diagram 40 Gbaud QPSK: PRBS: 29-1 Linewidth: ~200 kHz Signal power: ~0 dBm
Center 20% of bit slot Transition samples
19
27. 8. 2014
Testování komunikačním analyzátorem EXFO PSO-200 RZ-8-PSK
TX:16-QAM
RX:16-QAM
1,6 km SM vlákna
Možnosti zobrazení Optický konstelační diagram • Single and dual polarization
Oko rozhodnutí • Single and dual polarization • For I and Q signals
Diagramy časové oblasti • For I, Q, single and dual polarization • Intensity, Magnitude, Phase, EVM and Bit Pattern Zdroj: EXFO
20
27. 8. 2014
Detailní analýza BER
Zdroj: EXFO
Průměrováním k menšímu šumu Detekovaný signál s velkým zastoupením šumu ztěžuje analýzu. Průměrování signálu může pomoci odstranit šum. Nastavitelné rozlišení.
28G DP-QPSK w/ averaging
28G DP-QPSK w/o averaging
Zdroj: EXFO
21
27. 8. 2014
Masky Perfektní doplněk pro rychlé a efektivní testování shody vysílačů ve výrobě. Jsou k dispozici masky Konstelačního diagramu, oka rozhodnutí a EVM: - 1G, 10G, 25G a 40G ITU-T a IEEE OOK masky - Všechny masky můžou být editovány uživatelem pro přizpůsobení
Zdroj: EXFO
Digitální filtrace Může být použita pro vyhodnocení vlivu síťových prvků na omezení šířky pásma sítě.
Unfiltered 28G DP-QPSK
Filtered 28G DP-QPSK – Bessel 20GHz 3rd order Zdroj: EXFO
22
27. 8. 2014
Chromatic Dispersion Unwrapping CD unwrapping dosahuje standardními algoritmy až ± 500ps/nm - Dostatečné pro 10G kompenzovaných spojení - Nestačí však pro nekompenzované trasy a nekompenzované PMD 26km, 28G QPSK, no unwrapping
26km, 28G QPSK, 400ps unwrapping With Bessel filtering Zdroj: EXFO
66GBd QPSK signál
Zdroj: EXFO
23
27. 8. 2014
28GBd 16-QAM signál
Zdroj: EXFO
56GBd 16-QAM signál – časová oblast
Zdroj: EXFO
24
27. 8. 2014
ZÁVĚREM Zdroj: vlastní zkušenosti, materiály a dokumentace od Zkušenosti? (dobré nebo špatné?) Pořizovací cena versus návratnost investice? Konzultace-měřicí služba-zápůjčka-pronájem-nákup Otázky a náměty ? AKADEMIE VLÁKNOVÉ OPTIKY A OPTICKÝCH KOMUNIKACÍ
®
FO-14 Disperze CD a PMD a její měření, Praha FO-15 Vlnové multiplexy xWDM, Praha
www.profiber.eu |
[email protected] | Copyright © PROFiber Networking s.r.o.
WWW.PROFIBER.EU
DĚKUJEME ZA POZORNOST Josef Beran, Jan Brouček,
[email protected] | www.profiber.eu
25
