SURFnet 7: De Optische Laag

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "SURFnet 7: De Optische Laag"

Raphaël Driessen
10 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 SURFnet 7: De Optische Laag 27 juni 2013 Rob Smets Netwerkdiensten Inhoud: Introductie Optische communicatie: een basis Technologieën Concepten NGE over SURFnet s CPL netwerk Vragen 1

nl) Inhoud: Introductie Optische communicatie: een

2 Introductie: Pré-SURFnet7 SURFnet4: ATM / SDH circuits (geen optica) SURFnet5: Leased lambda s from BT (geen optica) SURFnet6: Leased fiber, eigen lambda s, maar keuze transceivers gebonden aan leverancier optisch netwerk. Nu ca km Fiber, > 100 nodes Nederland Cross-Border Fibers naar o.a. Geneve, Hamburg, Kopenhagen en Londen Introductie: SURFnet7 Institute Institute Routed IP Application Application Application (Layer 3) Application Application Application Service Next Generation Ethernet (Layer 2) Service Bandwidth Optisch Transport (Layer 0/1) Bandwidth 2

3 De optische laag informatie Kanaal informatie Hoe je fotonen gebruikt om informatie van de ene plek naar de andere krijgt! Technologieën Optische vezel houdt de fotonen bij elkaar Laser opwekken van kwalitatief goede fotonen uit elektrische data Fotodiode effectief en efficiënt omzetten van fotonen naar elektrische data Data (0,1,0,0,1,0,1,1, ) electrical Kanaal Data (0,1,0,0,1,0,1,1, ) electrical Transmitter (Laser) optical fiber optical Receiver (Photodiode) Maar ook: OTN, SDH, WDMs, DSCM, EDFAs, FEC, WSSs, etc 3

Fotodiode effectief en efficiënt omzetten van fotonen naar elektrische data Data (0,1,0,0,1,0,1,1, ) electrical Kanaal Data

4 Propagatie van licht in glasvezel Glasvezel voor datatransport is single mode glasvezel Multimode fiber wordt niet voor transport over lange afstanden gebruikt omdat dit leidt tot mode dispersie Transmitters Afstembare DWDM Laserdiode Data φ Mach Zehnder Modulator SURFnet gebruikt afstembare transceivers in de Cband (1530nm1568nm) 88 kanalen 50GHz spectrum 1 tot 3 dbm output power 10Gbps modulatie 4

Transmitters Afstembare DWDM Laserdiode Data φ Mach Zehnder Modulator SURFnet gebruikt afstembare

5 Receivers data preamp AGC decision FEC receive CLK SURFnet gebruikt receivers die dispersie tolerant zijn Ontvangst gevoeligheid tussen 24dBm en 21.5dBm 400ps/nm tot 1600ps/nm dispersie tolerant met FEC +1,5dB voorbeeld zonder FEC Factoren (niet) succesvolle transmissie Kanaal Regenbuitjes Deining/golven Snelheid Afstand/Horizon Achtergrond Code Lichtsterkte Data (0,1,0,0,1,0,1,1, ) electrical Transmitter (Laser) optical fiber Kanaal Data (0,1,0,0,1,0,1,1, ) electrical Receiver (Photodiode) optical Lengte Snelheid Verliezen Fiber Forward Error Correction Gevoeligheid ontvanger Modulatie Methode Zendvermogen Bandbreedte Nietlineariteit 5

Snelheid Afstand/Horizon Achtergrond Code Lichtsterkte Data (0,1,0,0,1,0,1,1, ) electrical Transmitter (Laser) optical fiber Kanaal Data (0,1,0,0,1,0,1,1, )

6 Transmissie verliezen Data (0,1,0,0,1,0,1,1, ) Data (0,1,0,0,1,0,1,1, ) 100km fiber 50 km fiber 150km fiber Transmitter Power [dbm] dB amplifier 17dB 10 db amplifier 13dB 23dB amplifier 100km 150km 300km Optische versterkers brengen optische signalen weer op (oorspronkelijke) sterkte, maar introduceren wel ruis (ASE) 7dBm 16dB Receiver Distance [km] EDFAs Fiber met Erbium atomen optisch signaal in isolator isolator optisch signaal uit WSC WSC 980nm pomp diode Elektronen in aangeslagen toestand 980nm foton uit pomp diode Elektronen in grond energie toestand tussen toestand + = = versterking ruis 6

introduceren wel ruis (ASE) 7dBm 16dB Receiver Distance [km] EDFAs Fiber met Erbium atomen optisch signaal in isolator isolator optisch signaal uit WSC WSC

7 Dispersie beperkingen Brekingsindex van glasvezel is afhankelijk van frequentie, dus van de modulatie Gevolg: opgaande en neergaande flanken komen in naburige symbolen terecht: Inter Symbool Interferentie 1 0 verhouding wordt slechter (Extinction Ratio) Signaal wordt gevoeliger voor ruis Power Power Power Power ?? 1 1? 1?????? time time time time geen dispersie acceptabele dispersie veel dispersie overmatige dispersie Dispersie management ATT1 120k m SMF ATT2 DCF ATT3 Tx A 1 A 2 A 3 f Rx 1 D [ps/(nm*km)] 1 2 3, SMF After 120km transmission λ 0 λ T 0 λ (nm) DCF L D Tbit D T bit = 100ps voor 10 Gb/s D = 17 ps/nm km L D = ~50km λ = nm* After compensation, P DCF =+5dBm After compensation, P DCF = 0dBm 2 3 7

0 verhouding wordt slechter (Extinction Ratio) Signaal wordt gevoeliger voor ruis Power Power Power Power 1

8 Voor ieder een glasvezel D [ps/nm/km] SMF Reduced Slope Glas is niet-linear! Te veel vermogen in een glasvezel zorgt voor tjilpen van optische pulsen. Power Dispersie transformeert vermogens afhankelijke frequentie verschuivingen naar ISI en vermogens veranderingen binnen een symbool: Power red shift blue shift time time 8

Power Dispersie transformeert vermogens afhankelijke frequentie verschuivingen

9 Uitdagingen SURFnet 7 en verder source: NTTreview.jp DWDM: AWGs en WSS Capaciteitsuitbreidingen door meerdere golflengtes in één vezel te combineren: constructieve interferentie alleen voor blauw licht Source: Wikipedia Source: Photonics.com Source: Imec 9

golflengtes in één vezel te combineren: constructieve

10 Golflengtes toevoegen in het netwerk Data (0,1,0,0,1,0,1,1, ) fiber 1x10Gbps fiber Data (0,1,0,0,1,0,1,1, ) Transmitter amplifier amplifier amplifier Receiver TX nm TX nm 88x10Gbps RX nm RX nm TX nm RX nm Golflengtes manipuleren in het netwerk Schakelt signalen naar andere poorten (=richtingen) TX Ch. 46 TX Ch. 60 TX Ch. 23 TX Ch. 88 X RX Ch. 23 RX Ch. 46 RX Ch. 60 RX Ch

11 Equalization Er zijn wel een aantal beperkingen: EDFAs versterken niet alle signalen even sterk Op bepaalde plaatsen worden de 88 kanalen elk even sterk gemaakt d.m.v. verzwakkers Golflengte afhankelijk verlies in componenten AWGs, DSCM, etc Niet alle lasers zijn even sterk Bij het invoegen van een signalen (Add-funktie) wordt de sterkte aangepast SURFnet 7 Architectuur 88 golflengtes Asd001 Asd002 CPLrings CPL Nodes: Versterkers Regeneratie Switching Service Platformen PoPs Redundante PoPs 11

12 Snelheden in de ringen SURFnet 7 kent op de optische laag twee snelheden: 10 Gbps Tussen PoPs onderling en met express nodes Beschikbaar als plugable XFPs zonder en met FEC 100 Gbps Tussen express nodes Beschikbaar als CFP module op de 6500 OTN (Optical Transport Network, ITU-T G.709) Koppelingen aan CPL ReconfigOADM (CrossConnect) Ch.188 line WSS Ch.188 Ch. 14 WSS Ch.188 line Ch.14 add/drop Ch.14 add/drop GMDOADM Ch.18 Ch.1118 Ch.45 line groep 1 groep 2 groep 1 groep 2 groep 5 groep 5 Ch.18 Ch.1118 linech.48 Ch.45 add/drop Ch.48 add/drop ThinOADM Ch.188 line Group 5 Ch.188 Gr. 5 Ch.188 line Ch.41 add/drop Ch.42 add/drop Group 5 12

709) Koppelingen aan CPL ReconfigOADM (CrossConnect) Ch.188 line WSS Ch.188 Ch. 14 WSS Ch.188 line Ch.14 add/drop Ch.14 add/drop GMDOADM Ch.18 Ch.1118 Ch.

13 10Gbps: Directe koppeling WSS pass through WSS Naar/van Asd001 1:5 1:5 Naar/van Asd002 CPL 10G TRX 10G TRX G TRX 10G TRX 1G TRX 10Gbps XFP Ethernet 10Gbps XFP G.709 Van / naar instituten 100Gbps Express Nodes 13

10G TRX 5410 10G TRX 10G TRX 1G TRX 10Gbps XFP

14 100Gbps ophanging WSS pass through WSS Naar/van Asd001 1:5 1:5 Naar/van Asd002 CPL 100G TRX 100G TRX G TRX 10G TRX 10G TRX 100Gbps CFP G Gbps, SR, LR 100Gbps, SR10, LR4 Van / naar Gbps 100Gbps kent een Ld van 1km Powerbudget komt onderwater te staan Nieuwe beperking: PMD (Polarization Mode Dispersion) Doordat glasvezel niet rond is! Echter PMD is stochastisch! Oplossing moet in de tijd PMD veranderingen compenseren Source: Tuhh.de 14

709 10Gbps, SR, LR 100Gbps, SR10, LR4 Van / naar 5410 100Gbps 100Gbps kent een Ld van 1km Powerbudget komt

15 100Gbps Elektronische compensatie van dispersie, nietlineariteiten en PMD Precompensatie Bij ontvanger Coherente modulatie technieken geven extra ontvangstgevoeligheid. Vraagt wel om een hogere OSNR (Optical Signal to Noise Ratio) Echter meer vermogen zorgt voor meer niet-lineariteiten! FEC wordt verder verbeterd (Soft-Decission FEC) 100Gbps Zag een zender en ontvanger er voor 10Gbps nog eenvoudig uit, voor 100Gbps: TX Q RX I Sources: Kazuro Kikuchi, Springer 15

Vraagt wel om een hogere OSNR (Optical Signal to Noise Ratio) Echter meer vermogen zorgt voor meer

16 Digital Signal Processing voor compensatie transmissie beperkingen Source: Kazuro Kikuchi, Springer En maken Superchannels (Structs vanaf 400Gbps) mogelijk: 8Tbps 80 lasers 320 modulatoren 25Gbaud Electronics 8 lasers 32 modulatoren 250 Gbaud Electronics 16Tbps Vragen 16

vanaf 400Gbps) mogelijk: 8Tbps 80 lasers 320 modulatoren 25Gbaud

Vergelijkbare documenten

Wie is Simac? Simac Electronics

RF over Fiber Wie is Simac? Simac Electronics eerste werkmaatschappij Simac bestaat sinds 1 oktober 1971 Ingenieursbureau in T&M en verbindingsoplossingen Simac Techniek Holding met ca.1000 medewerkers