Борис Черваков
Инженер-консультант
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!