DWDM инфраструктура для сети следующего поколения

Борис Черваков

Инженер-консультант

bchervak@cisco.com

Инфраструктура для построения DWDM

сетей следующего поколения

7 миллиардов

91%

767 квинтиллионов

176Q в 2009

Квинтиллион =1018

* Source: Cisco 2011

байт IP трафика в мире * подключенных мобильных устройств

полосы в трафике пользователей занимает

видео *

18000% Рост трафика

видео-конференций за 5 лет *

Прогноз роста трафика на 2015 год

Всего 25 миллиардов устройств

Масштабируемость до десятков Тбит/с

Sub-Lambda Grooming

Гибкая структура контейнеров

Полная прозрачность для передаваемых сервисов

Интеллектуальная подсистема управления

OTN

Увеличение пропускной способности в волокне

Гибкая DWDM инфраструктура ориентированная на масштабируемость, простоту внедрения и эксплуатации

Интеллектуальная подсистема управления WSON

Optical

Увеличение производительности

Тесная интеграция с транспортной инфраструктурой

IP/MPLS для построения пакетного ядра сети

MPLS-TP для предоставления «транспортных» сервисов поверх пакетных сетей

Packet

Основные области развития

Эволюция оптического уровня

• Поддержка расширенного диапазона в C-band

• Увеличение полосы на одну длину волны

• Улучшение оптических характеристик и максимальных расстояний передачи сигнала

Увеличение пропускной способности

• Высокая устойчивость к CD & PMD

• MAL-less EDFA и EDRA-усилители

• Отсутствие необходимости применения демультиплексоров

Переход на когерентные приемники

• Увеличение количества оптических направлений

• Внедрение Flex Spectrum ROADM

• Переход на архитектуру Contentionless

Увеличение гибкости ROADM

Увеличение пропускной способности

Переход на 100 Гбит/с

Nexus

7000

ASR

9000

NG Platform

ONS 15454

MSTP ROADM

Ядро

CRS-3

Агрегация

ЦОД

Универсальный 100G DWDM модуль

ONS 15454

100G Транспондер CRS-3

100G IPoDWDM PLIM NG Platform

Совместимость Cisco 100G DWDM

CRS-3 ONS 15454 ASR9K ONS 15454

100G TxP 100G TxP

Модуль Cisco 100G CP-DQPSK

TX

RX

Laser

CP-DQPSK Modulator

Mux/Precoder

Coherent DSP Integrated receiver

~18 см

~13

см

Driver

Решение Cisco для передачи 100G

100G Транспондер

10x10G Мукспондер клиент

5х 10G Транспондер

2 x 100G CFP Клиент

2 x 40G CFP Мукспондер клиент

Характеристики Cisco 100G DWDM

• Модуляция: Coherent Polarized Differential Quadrature Phase-Shift

Keying (CP-DQPSK)

• Перенастраиваемый лазер на 96 каналов 50GHz Full C-band

• Baud rate: 28 – 32 Gbaud

• Программно настраиваемые алгоритмы FEC, для выбора

оптимального соотношения Полоса/Дальность:

• 7% OH на базе Standard G.975 ReedSolomon FEC

• 20% OH на базе Standard G.975.1 I.7 EFEC (1xE-2 Pre-FEC BER)

• 7% OH используя 3rd Generation EFEC (4.6xE-3 Pre-FEC BER)

• Устойчивость к хроматической дисперсии – до 70000 пс/нм, с

возможностью программной перенастройки до 40000 пс/нм

• Устойчивость к PMD – до 30 пс (180 пс DGD)

• B2B OSNR – 7,5 дБ

• Чувствительность приемника: +0 дБм – -14 дБм

Cisco 100G DWDM

3000 км

Лучшие показатели оптической производительности

Лучшие показатели по плотности портов

6 x 100G транспондеров в 6 RU

4,2 Тбит/с на стойку

4400 км с Raman

Эволюция 100G трансиверов

• CMOS Photonics – обработка света в микросхеме

• 70% снижение размеров

• 70% снижение потребляемой энергии

• Стандартный интерфейс:

– 100GBASE-LR4

– OTU4 (4I1-9D1F)

– OIF (CEI-28G-VSR)

• До десяти CPAK трансиверов на слот

• Возможность применения “Универсальных портов”

o 10 x 10GE

o 2 x 40GE

o 1 x 100GE

CFP

CPAK

100G DWDM транспондер с CPAK

• Тот же самый DWDM модуль,

что и у существующего 100G

транспондера

• Вместо CXP трансивера

используется CPAK трансивер,

что позволяет подключать LR4

и SR10 клиентские

интерфейсы

• 42x 100G LR4 транспондеров в

одной стойке

Увеличение скорости передачи

Дальнейшее увеличение скорости передачи возможно путем

комбинации разных подходов увеличения пропускной способности

системы:

• Увеличение символьной скорости передачи, в соответствии с текущими

характеристиками оптических и электронных компонентов

• Возможность применения нескольких схем модуляций, позволяющих найти

компромисс между производительностью, спектральной эффективностью и

дальностью передачи

• Объединение нескольких DWDM-каналов в один, в зависимости от требований к

производительности

-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 Супер-канал

CP-64QAM

Эволюция модуляции сигнала

CP-64QAM

Модуляция

по фазе,

амплитуде и

поляризации

12 бит/символ 4 бит/символ

CP-DQPSK

Модуляция

по фазе и

поляризации

2 бит/символ

DQPSK

Фазовая

модуляция Амплитудная

модуляция

1 бит/символ

OOK

Различные схемы модуляции

Использование Супер-каналов

• Данные распределяются по нескольким поднесущим , располагающимся максимально близко друг к другу, и объединённым в один общий супер-канал

• Каждая поднесущая передаёт данные на скоростях, в соответствии с возможностями современных ADC и DSP

-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200

f [GHz]

10x 100 Гбит/с

fSuper-Channel #1 Super-Channel #2 Super-Channel #3

Электронная фильтрация ширины канала

Фильтр

Лазер Модулятор

Лазер Модулятор

Меньшая скорость на поднесущую позволяет уменьшить ширину спектра

на каждый канал и более эффективно использовать Супер-каналы

• Универсальное решение поддерживающее различные схемы модуляции и позволяющее объединять несколько несущих в Супер-канал:

• 50G CP-DBPSK для обеспечения максимальной дальности

• 100G CP-DQPSK для получения до 14 Tбит/с в C-Band

• 200G 16-QAM для получения до 28 Tбит/с в C-Band

Новое поколение DWDM транспондеров

Переход на когерентный приемники

Новые MAL-less EDFA усилители

• Новая серия универсальных EDFA-усилителей,

включающая две модели:

• OPT-EDFA-17

o Эффективный коэффициент усиления = 17 дБ

o Максимальная мощность = 20 дБм

• OPT-EDFA-24

o Эффективный коэффициент усиления = 24 дБ

o Максимальная мощность = 20 дБм

• Один каскад усиления без промежуточного

подключения модуля компенсации хроматической

дисперсии

• Возможность работы в качестве предусилителя или

линейного усилителя

• Обе модели построены по единому дизайну, с

использованием общих компонентов и прошивок,

что снижает стоимость, упрощает производство и

тестирование

EDRA: Усилитель нового поколения

• Erbium Doper Raman Amplifier (EDRA) – интеграция Рамановского и EDFA усилителей на одной карте создает сбалансированное решение, позволяющее получить максимальный эффект от обоих типов усилителей

• Четыре версии карт, обладающие с единым дизайном: EDRA1-26 : Raman + PRE, 26 дБ усиление

EDRA1-35: Raman + PRE, 35 дБ усиление

EDRA2-26 : Raman + PRE + BST, 26 дБ усиление

EDRA2-35: Raman + PRE + BST, 35 дБ усиление

• Секция Рамановского усиления состоит из четырех лазеров накачки общей мощностью до 1 Ватт

• Встроенные EDFA-усилители обладают настоящим переменным коэффициентом усиления и низким уровнем вносимых шумов

• Поддержка расширенного диапазона частот в C-Band

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

10 15 20 25 30 35 40

Ур

ове

нь

шум

а [д

Б]

Коэффициент усиления [дБ]

EDRA

1st Gen Integrated Raman and EDFA

AMP-C

EDFA-24

Уровень шума EDRA и EDFA усилителей

EDRA вносят до 6 дБ меньше шума, чем существующие EDFA-усилители, при аналогичных коэффициенте усиления и уровне сигнала

Универсальный узел усиления

TNC (Optional)

Power supply LCD / memory

Power supply

ECU

Fan Tray

Ca

ble

gu

ide

Air

filt

er

TNC

Empty

Empty

OPT-EDRAxx-C

OPT-EDRAxx-C

• Единая конфигурация для любых дизайнов сети

• Высота – 6 RU, глубина – 300 мм

Карта для автоматической настройки

• Платформа Cisco ONS 15454 MSTP сфокусирована на уменьшение

операционных затрат, за счет снижения сложности внедрения и

дальнейшей эксплуатации DWDM-сети

• Automatic Turn-Up Line Card позволит полностью автоматизировать

процессы настройки оптических параметров оборудования сети

• Интегрированная карта с возможностью измерения следующих

характеристик оптической линии связи:

o Определение точек наибольшего отражения и затухания оптического сигнала

(OTDR), для точной настройки работы Рамановских усилителей

o Определение точных значений хроматической дисперсии волокна

o Измерение точной длины оптической линии

o Определение порогов для рассеяния Бриллюэна

o Функционал OCM для всех DWDM-каналов на узле

o Измерение задержки в волокне

Увеличение гибкости ROADM

Увеличение гибкости ROADM

ROADM

RX TX RX TX

X

Tunable Laser – Передатчик,

перенастраиваемый на любую

длину волны в C-диапазоне

Colorless – Порт на ROADM,

программно настраиваемый на

прием любой длины волны из

C-диапазона

Tunable Receiver –

Когерентный приемник принимает

только настроенную длину волны,

блокируя все остальные

Omni-Directional – Длина

волны может быть программно

смаршрутизированна с любого

входного порта на любое из

подключенных направлений

Contentionless – Возможность

влючения одинаковых длин волн

или частей спектра на разных

портах одного оптического

мультиплексора

Flex Spectrum – Возможность

выделения частей спектра для

проключения сервисов

Restoration – Возможность

перемаршрутизации сервиса

на альтернативный маршрут,

при возникновении аварии

Многофункциональная карта ROADM мультиплексора

80-WXC-С может быть использована в нескольких

режимах работы:

– Оптический кросс-коннект для построения Multidegree

узлов до 8-ми направлений

– 9-ти портовый «Colorless» мультиплексор, с

возможностью ввода одной или нескольких длин волн на

каждом из портов

– 9-ти портовый «Colorless» демультиплексор, с

возможностью вывода одной или нескольких длин волн

на каждом из портов

Универсальный модуль для решения задач по

построению «Omni-directional» и «Colorless»

архитектуры

Режим работы выбирается программно через систему

управления

Карта 80-WXC-C

80-WXC: Схема Multi Degree узла

• Модуль 80-WXC-С поддерживает до 8-ми направлений

• Работает с существующими PP-MESH-4 и PP-MESH-8 патч-панелями

• Пассивные мультиплексоры/демультиплексоры MD-40-ODD и MD-40-EVEN

для работы 80-ти каналов

80-WXC: Схема «Colorless» узла

• Каждый порт может быть

использован для терминации

одной волны или диапазона длин

волн

• Возможность каскадирования

модулей WXC при необходимости

использования более 8-ми

«colorless» портов

• Возможно совместное

использование 80-WXC и

фиксированных мультиплексоров

/демультиплексоров, для

получения «Colorless» и

«Colored» портов на одном узле

80-WXC: Omni-Directional + Colorless

• Модуль 80-WXC может быть использован для построения 40-ка и 80-ти

канальных «Omni-Directional» + «Colorless» R-OADM узлов

Увеличение количества направлений

• Увеличение разветвленности и

интеллектуальности DWDM-сетей,

приводит к необходимости увеличения

количества оптических направлений на

ROADM

• Порты необходимы для подключения:

o Растущего количества оптических

направлений в Mesh-топологияx

o Оптического интерконнекта между

компонентами внутри узла

o Contentionless мультиплексоров

ввода/вывода

• Следующее поколение WXC будет

оснащено 17-ю оптическими портами c

поддержкой технологии Flex Spectrum

FlexSpectrum ROADM

1 - O

dd

1- Even

2 - O

dd

2 - Even

3 - O

dd

3 - Even

4 - O

dd

4 - Even

5 - O

dd

5 - Even

6 - O

dd

6 - Even

7 - O

dd

10

0 G

bp

s

40

0 G

bp

s

1 T

bp

s

10

0 G

bp

s

1 T

bp

s

10

0 G

bp

s

• Стандартный ROADM поддерживает длины волн в 50-ти ГГц сетке каналов ITU-T

o Модуляции «не влезающие» в стандартную сетку каналов, не могут пройти через фильтр

• Flex Spectrum ROADM убирает все ограничения на ширину канала и формат модуляции

o Возможность эффективного размещения каналов с разной полосой и модуляцией

o Возможность увеличения пропускной способности на канал

o Возможность вносить общее затухание для участка спектра

o Поддержка пропуска «Alien Multiplex Sections»

o Возможность увеличения ширины спектра, занятого под сервис, шаг ∆f = 12.5 GHz

Два 1Тбит/с CP-64QAM Супер-канала

CP-64QAM & 100G CP-DQPSK

Карта FlexSpectrum ROADM

• 16 портов могут быть программно настроены на

Add/Drop или Express

• Апгрейд порты для увеличения количества

направлений

• Минимальный шаг для увеличения ширины канала

12,5 Ггц

• Полностью интегрированный функционал по

мониторингу уровней сигнала по каждому из

портов/каналов

Схема FlexSpectrum ROADM

Contentionless Add/Drop

Направление B Направление A ED

RA

Flex

Sp

ect

rum

(1

6 п

ор

тов)

Flex

Sp

ect

rum

(1

6 п

ор

тов)

EDR

A

16 Chs Contentionless

Add/Drop

16 Chs Contentionless

Add/Drop

A B A B

#1 #2 #1 #2

Схема ROADM-узла нового поколения

Универсальный ROADM узел (направление)

TNC (Optional)

Power supply LCD / memory

Power supply

ECU

Fan Tray

Ca

ble

gu

ide

Air

filt

er

TNC

Empty

Empty

OPT-EDRAxx-C

16-WXC-FS

• Единая конфигурация для любых дизайнов сети

• Высота – 6 RU, глубина – 300 мм

«Zero-Touch» оптически уровень

Flex Spectrum ROADM

любая модуляция

любая скорость

любая часть спектра

Contentionless ROADM

любая комбинация длин волн в

любом направлении

с любого порта

Flexible ROADM Omni-Directional:

любая длина волны в любом направлении

Colorless: любая длина волны на любой порт MUX/DMX

Интеллектуальная плоскость

управления – WSON

Плоскость управления GMPLS/WSON

WSON

UNI-C

MSTP

CRS

UNI-N

G-MPLS

UNI

• Использование механизмов GMPLS и WSON для включение DWDM сервисов в реальном времени

• Координация взаимодействия между уровнями L3 ↔ L1

• Поддержка динамического восстановления сервисов – 0+1, 0+1+R, 1+1+R

Функционал Cisco WSON

• Интегрированная подсистема управления, учитывающая в своей работе

оптические характеристики DWDM-сети (Release 9.4) • Топологию • Линейные и нелинейные эффекты • Характеристики интерфейсов

• Регистрация клиентских интерфейсов (Release 9.4)

• Alien wavelength • Транспондер • ITU-T интерфейс

• «Сервис по запросу» (Release 9.4) • Установление нового сервиса • Перемаршрутизация сервиса по запросу

• Восстановление сервиса на уровне оптической сети

• Автоматическая реакция на аварии • Защита от двойных отказов • Различные варианты SLA (0+1, 0+1+R, 1+1, 1+1+R)

• GMPLS UNI

• Интерфейс взаимодействия с платформами маршрутизации и коммутации • Интеграция с IPoDWDM для предоставления полосы по требованию

WSON: Полное представление о сети

Топология сети: • Распределение длин волн

• Кратчайшие маршруты (C-SPF)

Возможность регенерации

Характеристики интерфейсов: • Скорость • BER • FEC • Модуляция Линейные оптические эффекты: • Затухание

• Хроматическая дисперсия (CD)

• Поляризационно-модовая дисперсия (PMD)

• Отношение сигнал/шум (OSNR)

Нелинейные оптические эффекты: • Self-Phase Modulation (SPM)

• Cross-Phase Modulation (XPM)

• Four-Wave Mixing (FWM)

WSON: Распределенная обработка

• Каждый узел участвует в работе подсистемы управления

• Вся необходимая для вычислений информация находится

непосредственно на узле

• Для установления маршрута используются расширения стандартных

протоколов – OSPF, MPLS-TE, RSVP-TE, LDP

• Низкие требования

к сети DCN

• Отсутствие

центрального

сервера

• Всегда последняя

информация о

состоянии сети

Лучшая

масштабируемость и

отказоустойчивость

Интеграция IP + Optical

IPoDWDM

Proactive Protection

Гибкий оптический уровень

CCOFS ROADM / WSON

Интеграция функционала

Виртуальный транспондер/интерфейс

Единая плоскость управления

GMPLS & iOverlay

MSTP MSTP

MSTP

Transponder

MSTP

ROADM CRS

Основные компоненты IP + Optical

FEC

FEC триггер

Что дает IP + Оптика

ROADM

RX TX RX TX

Proactive Protection Переключение на резервный маршрут до момента полного отказа рабочего маршрута

Shared Risk Link Groups Включение сервисов с учетом физической топологии оптической инфраструктуры

Проведение плановых работ Проактивное автоматическое уведомление сетевых элементов о проведении работ для начала перемаршрутизации трафика

Полоса по требованию Автоматическое включение DWDM-сервиса по запросу от маршрутизатора, с учетом оптических характеристик сети

Восстановление полосы Автоматичекое определение альтернативного маршрута при возникновении аварии на сети

G.709 / FEC

G.709 / FEC

Routing Engine

Routing Engine

G.7

09

/ F

EC

G.7

09

/ F

EC

X 1 2

4 1

5

UNI-C

Diversity / SRLG

ROADM X L3 «знает» о состоянии L1 Возможность для маршрутизатора отслеживать реальное состояние физического уровня сети

3 4

ONS 15454

MSTP

Маршрутизатор

4. Гибкая (Colorless, Omni-Directional) DWDM сеть устанавливает новый маршрут

5. Сервис снова в работе с использованием тех же самых интерфейсов, без

необходимости какого-либо ручного вмешательства

2. Встроенный функционал WSON находит новый возможный маршрут

3. При необходимости, ROADM запрашивает маршрутизатор о смене длины волны

1. Обрыв волокна!

IPoDWDM IPoDWDM

Маршрутизатор

Оптическое восстановление

Заключение

1990-1999

1st Avail Optical EDFA AMP

1st In field Amplified System (T20)

1st WDM System (Sprint)

1st Tech Trial 32ch system

1st Demo of 128ch (Scom ‘98)

1st Deployed 128ch (Global Crossing)

Industry 1st MSPP

1st OC-192 MSPP

1999 - 2002 Industry 1st MSTP

#1 WW ROADM Share

Alien Wavelength

1st L2 XPonder

1st to market IPoDWDM

1st 40G IPoDWDM

1st 100G IPoDWDM trial

2000 - 2009

Что дальше…

OTN

MPLS-TP

FlexROADM

…

400/1000G WDM

2010 - 2012

10G MLSE

40G CP-QPSK

100G CP-QPSK

Заключение

Cisco Optical Solutions

Спасибо!

Заполняйте анкеты он-лайн и получайте подарки в

Cisco Shop: http://ciscoexpo.ru/expo2012/quest

Ваше мнение очень важно для нас!