„Školení vláknová optika JARO 2014“ část 2. CWDM a DWDM multiplex, jaké jsou dnes možnosti David Navrátil
Přednášející: David Navrátil
Pasivní CWDM/ DWDM
Co je to CWDM ?
Coarse Wave Division Multiplexing (odstup kanálů 20nm)
více obousměrných služeb (až 18) přes pár vláken
klíčový komponent – pasivní multi/ demultiplexer
IP/Data
IP/Data
Voice Voice
A
B
Storage
Storage
TELCO TELCO
PBX
2x vlákno
PBX
Pasivní CWDM/ DWDM
Trendy v přístupových sítích - nároky na šířku pásma jsou rok od roku větší - způsobeno masovým nástupem vysokorychlostního internetu, IP TV a VoIP aplikací - IP TV a VoIP navíc mimo šířky pásma náročné i na latence -> ústup Wi-Fi hlavně na páteřních spojích, nahrazuje se optickými SM vlákny - objem dat přenesený v roce 1992 v české republice internetem je menší než objem dat přenesený dnes jediným uživatelem!!! - nárůsty kapacit v řadu násobků ročně - boom u poskytovatelů budujících FTTB (typicky panelové sídliště a nové developerské projekty - vznikající FTTH projekty - jednoznačný trend přechodu na optický kabel
nedostatek vláken ? nové výkopy jsou drahé> -> BOOM xWDM technologií
Graf zobrazuje šířku pásma na jednoho koncového uživatele
Pasivní CWDM/ DWDM
Vlnové délky CWDM dle ITU-T G694.2
Pasivní CWDM/ DWDM
Požadavky pro CWDM
volný pár vláken (nebo 1. vlákno pro bidi řešení)
volné porty pro CWDM optické transceivery (SFP, SFP+, XFP…)
volná pozice v rozvaděči pro MUX/ DEMUX
změřený útlum trasy v dB, nejlépe obousměrně
požadovaná přenosová rychlost (limit hlavně u MM)
Pasivní CWDM/ DWDM
CWDM – aktuální možnosti
přenos až 16 služeb obousměrně přes 2.vlákna
přenos až 8 služeb obousměrně přes 1.vlákno
pro služby do rychlosti 10Gbps
vzdálenost mezi MUXy u služeb do 2,5Gbps až 120km
vzdálenost mezi MUXy u služeb 10Gbps 60 až 80km
Pasivní CWDM/ DWDM
CWDM MUX/ DEMUX moduly - varianty
přes 2x vlákno −
2 služby/ 2x W/L (1U) 2 služby/ 2x W/L + 1310nm (1U) 4 služby/ 4x W/L (1U) 4 služby/ 4x W/L + 1310nm (1U) 4 služby/ 4x W/L +UG (1U) 4 služby/ 4x W/L + EXP + UG (1U) 4 služby/ 4x W/L + EXP +1310nm (1U) 8 služeb/ 8x W/L (1U) 8 služeb/ 8x W/L + 1310nm (1U) 8 služeb/ 8x W/L + UG (1U) 16 služeb/ 16x W/L (2U) 16 služeb/ 16x W/L + 1310nm (2U)
přes 1x vlákno −
2 2 4 4 8 8
služby/ 4x W/L (1U) služby/ 4x W/L + 1310nm (1U) služeb/ 8x W/L (1U) služeb/ 8x W/L + 1310nm (1U) služeb/16x W/L (1U) služeb/16x W/L + 1310nm (1U)
EXP / Express port: 1504-1578 nm, pro pozdější upgrade (DWDM či 1550nm) UG / Upgrade band: 1260-1438 nm, pro pozdější upgrade (CWDM či 1310nm) 1310nm/ nejčastěji pro přenos SNMP
Pasivní CWDM/ DWDM
CWDM – přes multimode vlákna
přenos až 8 služeb obousměrně přes 2.vlákna
přenos až 4 služeb obousměrně přes 1.vlákno
pro služby do rychlosti 1,25Gbps
u vyšších přenosových rychlostí je problémem disperze
používají se běžné SM CWDM transceivery −
vysílače musí být připojeny condition patchordem
funkční do vzdálenosti cca. 2km
Pasivní CWDM/ DWDM
Co je to DWDM ?
Dense Wave Division Multiplexing (odstup kanálu 0,2 až 0,8nm)
více obousměrných služeb (až 44) přes pár vláken
klíčový komponent – pasivní multi/ demultiplexer
IP/Data
IP/Data
Voice Voice
A
B
Storage
Storage
TELCO TELCO
PBX
2x vlákno
PBX
Pasivní CWDM/ DWDM
DWDM kanály… existuje více gridů −
odstup kanálů 25GHz (0,2nm)
−
odstup kanálů 50GHz (0,4nm, kanály H)
−
odstup kanálů 100GHz (0,8nm, kanály C)
−
u pasivních systémů GRID 100Ghz
Teoretická šířka pásma SM vlákna je cca. 50Thz -> odpovídá cca. 1000 kanálům při 50Ghz Komerčně dostupné systémy dnes využívají s dostupnými tech. prostředky z tohoto pásma cca. 11Thz pouze -> cca. 110 kanálů na 50Ghz , cca. 110 kanálů na 100Ghz GRID
Pasivní CWDM/ DWDM
Požadavky pro DWDM
volný pár vláken (nebo 1. vlákno pro bidi řešení)
volné porty pro DWDM optické transceivery (SFP, SFP+, XFP…)
volná pozice v rozvaděči pro MUX/ DEMUX
změřený útlum trasy v dB, nejlépe obousměrně
disperzní proměření (10Gbps kanály a vyšší vzdálenosti)
požadovaná přenosová rychlost jednotlivých kanálů
Pasivní CWDM/ DWDM
DWDM – aktuální možnosti
přenos až 44 služeb obousměrně přes 2.vlákna
přenos až 20 služeb obousměrně přes 1.vlákno
pro služby do rychlosti 10Gbps
vzdálenost mezi MUXy u služeb do 2,5Gbps až 120km
vzdálenost mezi MUXy u služeb 10Gbps 60 až 80km
Pasivní CWDM/ DWDM
DWDM MUX/ DEMUX moduly - varianty
přes 2x vlákno −
4 služby/ 4x W/L (1U) 8 služeb/ 8x W/L (1U) 16 služeb/ 16x W/L (1U) 32 služeb/ 32x W/L (1U) 40 služeb/ 40x W/L (2U) 44 služeb/ 44x W/L (2U)
přes 1x vlákno −
2 služby/ 4x W/L (1U) 4 služby/ 8x W/L (1U) 8 služeb/ 16x W/L (1U) 16 služeb/ 32x W/L (1U) 20 služeb/ 40x W/L (2U)
Pasivní CWDM/ DWDM
DWDM a CWDM pasivní komponenty - kustomizace
možno dodat jako −
optický rozvaděč 19“
−
možnost volby konektorů (LC, SC, FC, ST, E2000)
samostatné komponenty (bez rozvaděče)
s konektory
bez konektorů
různé provedení vláken
různé délky vláken
Pasivní CWDM/ DWDM
Migrace k DWDM Coarse WDM
1470
1490
Dense WDM
20 nm
1510
1530
0,8 nm
1550
1570
1590
1610
λ/nm
Pasivní CWDM/ DWDM
Migrace k DWDM DWDM 100Mbps -10Gbps na kanál
:
8ch DWDM
ch2
:
ch8
CWDM 100Mbps -10Gbps na kanál
CWDM
DWDM
ch1
CWDM & DWDM
ch8
8 kanálový DWDM systém přes 1 CWDM kanál (případně EXP port - CUBE OPTICS)
Jednoduchá nenákladná migrace
„Mixování“ CWDM a DWDM kanálů
Bez narušení CWDM systému
Pasivní CWDM/ DWDM
Ukázka topologie 8x 10Gbps + 12x 1Gbps
Pasivní CWDM/ DWDM
Ukázka topologie 16x10Gbps + 16x 1Gbps
Pasivní CWDM/ DWDM
ADD DROP Multiplexery možnosti
jedno-vláknové varianty
dvou-vláknové varianty
1, 2, 3, 4 a 8 kanálové varianty
varianty jednostranné (SINGLE SIDE) pro jednosměrný provoz (West or East) −
pro klasické hvězdicové topologie
varianty oboustranné (DUAL SIDE) pro obousměrný provoz (West + East) −
pro budování RING architektury s LINE protection
Pasivní CWDM/ DWDM
ADD DROP Multiplexery – single side (W or E) 1x W/L, 1x fiber, single drop ports
2x W/L, 1x fiber, dual drop ports
xxx −
Xxx
1x W/L, 2x fibers, single drop ports
2x W/L, 2x fibers, dual drop ports
Pasivní CWDM/ DWDM
ADD DROP Multiplexery – single side, aplikace
single side, 2x W/L, 2x fibers, dual drop ports ADD DROP z bodu A po 4 službách do bodů B, C a D
bod A
bod B
bod C
bod D
Pasivní CWDM/ DWDM
ADD DROP Multiplexery – dual side (W + E)
vhodné pro RING topologie s LINE protection
2x W/L, 2x fiber, single drop ports
2x W/L, 2x fiber, dual drop ports
4x W/L, 2x fiber, single drop ports
4x W/L, 2x fiber, dual drop ports
Pasivní CWDM/ DWDM
ADD DROP Multiplexery – dual side, aplikace
dual side, 1x W/L, 2x fibers, dual drop ports ADD DROP
z bodu A po 1 službě do bodů B, C a D
redundantní řešení s LINE protection bod D
bod C
bod B bod A
Pasivní CWDM/ DWDM
SFP optické transceivery
dostupné pro služby/ protokoly -SDH STM-1; 155Mbps -SDH STM-4; 622Mbps -SDH STM-16;2,5Gbps -Fast Ethernet, 100Mbps
-Gigabit Ethernet, 1,25Gbps -Fiber channel 1x/ 2x/ 4x (1Gbps/ 2Gbps/ 4Gbps)
kompatibilita -Cisco, HP E devices, HP A devices, H3C, 3Com, Enterasys, JUNIPER atd. dostupné výkony -17 – 42dB Power Budget DWDM moduly jen 100Ghz GRID
Pasivní CWDM/ DWDM
XFP optické transceivery
novinka – tuneable XFP transceivery -W/L se mění příkazy přes i2c, tak jak je definované v SFF-8477 -GRID 50Ghz dostupné pro služby/ protokoly -10Gbps Ethernet -Fiber channel 10x kompatibilita -Cisco, HP E devices, HP A devices, H3C, 3Com, Enterasys, JUNIPER atd. dostupné výkony -10, 14 a 23dB Power Budget (CWDM; DWDM 50 i 100Ghz GRID)
Pasivní CWDM/ DWDM
XENPAK a X2 optické transceivery
novinka – X2/ SFP+ redukce dostupné pro služby/ protokoly -10Gbps Ethernet -Fiber channel 10G kompatibilita -Cisco, HP E devices, HP A devices, H3C, 3Com, Enterasys, JUNIPER atd. dostupné výkony -10, 14 a 23dB Power Budget (CWDM; DWDM 50 i 100Ghz GRID)
Pasivní CWDM/ DWDM
SFP+ optické transceivery
novinka – aktivní SFP+ kabely pro lokální propojení
novinka – již dostupné moduly ZR (PB 23dB; 1,5W)
dostupné pro služby/ protokoly -1Gbps Ethernet -10Gbps Ethernet -Fiber channel 1x/ 2x/ 4x/ 8x /10G kompatibilita -Cisco, HP E devices, HP A devices, H3C, 3Com, Enterasys, JUNIPER atd. dostupné výkony -10, 14 a 23dB Power Budget (CWDM; DWDM 50 i 100Ghz GRID)
Pasivní CWDM/ DWDM
Pasivní CWDM a DWDM – limitace útlumem
složitější topologie s více multuiplexery za sebou znamenají velkou ztrátu signálu -> vysoký útlum
jsme limitování výkonem dostupných optických transceiverů -
lze eliminovat EDFA či RAMAN zesilovači
-
lze eliminovat 3R repeatery (transpondery)
-
lze eliminovat vhodným návrhem
Pasivní CWDM/ DWDM
Pasivní CWDM a DWDM – limitace CD disperzí
kompenzace speciálními vlákny
DCF (Dispersion Compensation Fiber)
vícevidová vlákna HOM (High Order Mode fiber, 3x vyšší disperze, menší útlum) −
(moduly s různou délkou vlákna) s vysokou + či – disperzí
−
Používá se spolu s EDFA zesilovači
kompenzace transpondery/ repeatery
kompenzace bragovskými mřížkami −
pro úzké pásmo max. asi 32nm
Pasivní CWDM/ DWDM
Transpondery – 3R regenerace
Retaiming, Reshaping, Reamplifying
variantně 1,25Gbps; 2,7Gbps či 10Gbps
variantně s SFP, SFP+ či XFP slot, případně kombinace
centrální šasi či STAND-ALONE, možnost řízení
varianty s PROTECTION funkcionalitou (3x slot pro transceiver)
Pasivní CWDM/ DWDM
CWDM/DWDM -> aplikace s 3R repeatery
Pasivní CWDM/ DWDM
CWDM/DWDM -> aplikace se zesilovači (EDFA, RAMAN) - zesilovač umístěný hned za vysílačem (booster)
- zesilovač umístěný za vysílač + další umístěný jako předzesilovač před Rx
- zesilovač umístěný za vysílač + IN-LINE zesilovač + další jako předzesilovač před Rx
Pasivní CWDM/ DWDM
EDFA
EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) tvořen laserovým zdrojem záření, tzv. laserovou pumpou a speciálním optickým vláknem, které je dopované prvky vzácných zemin (Er/Yt). Vlivem navázaného záření z laserové pumpy (o vlnové délce 980nm nebo 1480nm) do speciálního vlákna o délce několika metrů, dochází k excitaci atomů dopovaného prvku na vyšší energetické hladiny. Tak je v nich dočasně uložena energie získaná ze záření laserové pumpy. K jejímu uvolnění dochází vlivem přítomnosti přenášeného signálu, jehož energie způsobuje stimulovanou emisi záření o shodné vlnové délce a fázi s přenášeným signálem. Tím dochází k zesílení přenášeného optického signálu. Zesílení až o 50dB Varianty C pásmo, L pásmo, C i L pásmo
Pasivní CWDM/ DWDM
RAMAN
RAMAN (Sir Vekata Raman NC 1930) Princip funkce Ramanovského zesilovače spočívá ve vytvoření stimulovaného Ramanova rozptylu SRS (Stimulated Raman Scattering) v materiálu optického vlákna. Za pomoci vhodného budiče (pumpy) na určité vlnové délce je možno dosáhnout interakce mezi fotony a fonony prostředí. Při ní dochází k přičtení vibrační či rotační energie molekul prostředí k energii fotonu. Důsledkem tohoto stavu je generace postranního vidu, který je v prostředí křemenných vláken posunut asi o 100 nm (pro pásmo 1550 nm) směrem k vyšším vlnovým délkám. Zesílení až o 15 - 20dB Varianty pásma S (pro EDFA nedosažitelné), C, L i E
Pasivní CWDM/ DWDM
EDFA, RAMAN Šířka zesíleného pásma EDFA a RAMAN zesilovačů
Pasivní CWDM/ DWDM
Vhodnost singlemode vláken pro xWDM systémy - ITU-T G.652a, b, c, d G.652a, b definuje SM vlákno s vlastnostmi uvedenými při W/L 1310, 1550 a 1625nm používané ale hlavně na W/L 1310nm (nulová chromatická disperze v tomto pásmu) G.652c, d – u těchto dnes běžnějších SM vláken se neudávají vlastnosti při 1625nm potlačení „water-peak“ -> použitelné v pásmu W/L 1310-1550nm -> vhodné pro CWDM/ DWDM (pásma O, E, S a C) - ITU-T G.653a, b DSF SM vlákno - Dispersion Shifted optical Fiber definuje vlákno s vlastnostmi uvedenými při W/L 1310 a 1550nm používané ale hlavně na W/L 1550nm (nulová chromatická disperze v tomto pásmu) -> pro dlouhé trasy s použitím EDFA zesilovačů - ITU-T G.654a, b, c CSF SM vlákno – Cut-of Shifted Fiber, vlastnosti uvedené pro W/L 1550nm, nízký útlum při 1550nm, -> dlouhé trasy, submarine cables - ITU-T G.655a, b, c, d, e Nonzero dispersion-shifted fiber (NZDSF) NZD- a NZDdefinuje vlákno s vlastnostmi uvedenými při W/L 1550 a 1625nm použitelné v pásmu 1530 – 1625nm nenulová CD v tomto pásmu (ochrana proti nelineárním jevům – Four Wave Mixing, přelévání vidů atd. -> vhodné pro DWDM (pásma C a L) - ITU-T G.656 (NZDSF for wide-band) použitelné v pásmu 1460 – 1625nm nenulová CD (může být kladná o záporná) v tomto pásmu (ochrana proti nelineárním jevům – Four Wave Mixing, přelévání vidů atd. -> vhodné pro DWDM (pásma C a L) - ITU-T G.657a, b zvýšená odolnost proti makroohybům „Áčko“ použitelné v pásmu 1310 – 1625nm, B. varianta pro vnitřní instalace/ krátké vzdálenosti kompatibilní s G.652 vlákny (shodný MFD) -> vhodné pro CWDM/ DWDM
Pasivní CWDM/ DWDM
Základní vstupní informace pro návrh xWDM systému Počet dostupných vláken - systém má obousměrně komunikovat přes 2 vlákna či 1vlákno? Vzdálenost trasy Protokol o změření vlákna/vláken - nejlépe OTDR na 1310 i 1550nm a to obousměrně - u větších vzdáleností a vyšších přenosových rychlostí i měření disperzí (CD, PMD) - podle naměřených hodnot vybrat vhodné řešení/ aktivní prvky s potřebným výkonem Aktuální potřebný počet kanálů přenášený xWDM systémem Požadované rychlosti jednotlivých kanálů Požadovaný počet kanálů pro využití v budoucnu - vhodným počátečním návrhem lze systém rozšiřovat s využitím stávajících komponent Informace o případných volných slotech SFP, XFP, X2, SFP+ ve stávajících zařízeních (switche, >) - volné sloty = lze vynechat transpondéry a použít přímo do zařízení „barevné“ transceivery
Děkuji za Vaši pozornost Kontakty:
Zdroje informací:
David Navrátil
www . alternetivo . cz
Alternetivo s.r.o. Žirovnická 2389, Praha 10, 106 00 tel.:
+420 221 771 877
e-mail:
[email protected]
