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Redes de Transporte1 9. Rede Óptica de Transporte - OTN Juergen Rochol Grupo de Redes do Instituto de Informática UFRGS Redes de Transporte.

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1 Redes de Transporte1 9. Rede Óptica de Transporte - OTN Juergen Rochol Grupo de Redes do Instituto de Informática UFRGS Redes de Transporte

2 2 DWDM e Redes de Transporte Ópticas (OTN) AGENDA 1. Componentes de uma Rede Óptica Comutadores Ópticos, Cross connect Óptico (OXC) Multiplexadores e Demultiplexadores Ópticos Multiplexadores Add-Drop ópticos (OADM) 2. Características de Redes Ópticas de Dados (ODN) Estado da Arte em Comunicações Ópticas: Mudanças no paradigma do suporte de Telecomunicações. Arquiteturas em Redes Ópticas Comutação em Redes de Dados 3. Rede de Transporte Óptica (OTH) do ITU Arquiteturas de Redes Ópticas O Padrão da ODH do ITU (G.709) O nível óptico e o Modelo de Referência OSI Sub-nível de Convergência de Transmissão Sub-nível de Transmissão Óptica

3 Redes de Transporte3 1. Componentes de uma Rede Óptica Comutadores Ópticos

4 Redes de Transporte4 Comutação Óptica I

5 Redes de Transporte5 Comutação Óptica II Optical Cross-Conect (OXC) Optical Add Drop Mux (OADM) (a) Cross-Connect óptico – (OXC) (b) OADM com comutação utilizando bolhas de reflexão (buble switch)

6 Redes de Transporte6 Comutação Óptica III OXC (Optical Cross Connect) OXC (Optical Cross Connect) com tecnologia MEMS 3-D Tecnologia MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems)

7 Redes de Transporte7 Multiplexador Demultiplexador Óptico I Blocos funcionais básicos de (a) Multiplexação e (b) Demultiplexação.

8 Redes de Transporte8 Multiplexador Demultiplexador Óptico II Multiplexador óptico baseado em tecnologia de acopladores [19]

9 Redes de Transporte9 Multiplexador Demultiplexador Óptico III Demultiplexador baseado em grade do tipo AWG (Arrayed Waveguide Grating)

10 Redes de Transporte10 Multiplexador Demultiplexador Óptico IV Demultiplexador óptico baseado em filtros MZ (Mach Zender)

11 Redes de Transporte11 Multiplexador Ad and Drop (OADM) OADM baseado em grade de Bragg em fibra

12 Redes de Transporte12 Multiplexador Ad and Drop (OADM) II OADM (Optical Add Drop Multiplexer) com técnica de comutação óptica baseada em acopladores ópticos.

13 Redes de Transporte13 2. Rede de Transporte Óptica (OTN) Características da nova Redes Core DWDM Inserção dos atuais serviços de rede dentro da OTN – Rede Digital Óptica do ITU (G.709)

14 Redes de Transporte14 OTN - A nova rede Core óptica baseada em DWDM

15 Redes de Transporte15 OTN - A nova rede Core óptica baseada em DWDM Modelo da Rede Global de Informação com o novo core OTN

16 Redes de Transporte16 Arquiteturas de Redes Ópticas I (a) Rede do tipo full-mesh(b) Rede com interconexão reduzida

17 Redes de Transporte17 Características de Redes Ópticas Engenharia de Tráfego com GMPLS Congestionamento em um domínio Internet: (a) tipo best effotrt, sem engenharia de tráfego e (b) tipo DiffServ e MPLS com engenharia de tráfego

18 Redes de Transporte18 Redes Ópticas Arquiteturas de Redes Ópticas Aumento do número das conexões em uma rede full-mesh com o aumento do número de nós.

19 Redes de Transporte19 Arquiteturas de Redes Ópticas Exemplo de uma rede do tipo core óptica e sua intersecção na rede Internet global

20 Redes de Transporte20 Comutação em Redes ópticas - Comutação de s (1) Comutação de datagramas. Ex.: Rede Internet (2) Comutação de circuitos (rotas ou canais físicos). Ex.: Rede Telefônica (3) Comutação de pacotes em circuitos virtuais. Ex.: Rede de pacotes X.25 (4) Comutação de células em canais virtuais. Ex.: Rede ATM (5) Comutação por etiquetas (labels) segundo um LSP (Label Switch Path). Ex.: MPLS ou GMPLS

21 Redes de Transporte21 3. Rede de Transporte Óptica (OTN) do ITU-T ITU-T. Interfaces for the Optical Transport Network (OTN), Recommendation G.709/Y.1331 Geneva, Mar ITU-T. Framework of Optical Transport Network, Recommendations G.871, Geneva, June ITU-T. Optical Transport Network - Linear Protection, Recommendations G.873.1, Geneva, June ITU-T. Management aspects of OTN elements, Recommendations G.874, Geneva, June Escopo da Padronização do ITU-T (2004)

22 Redes de Transporte22 Conceito de uma Rede totalmente óptica

23 Redes de Transporte23 1. A enorme largura de banda disponível em fibras ópticas. A banda de uma fibra monomodo na região dos 1,5 (micros) é algo em torno de GHz (ou 25THz) 2. A completa independência de protocolos de enlace, isto é, a possibilidade de criar redes ópticas que sejam transparentes ao formato de dados, sejam eles SDH, ATM, IP, FR, FDDI, Ethernet, Gbe, 10Gbe etc Uma rede totalmente óptica se apresenta como uma rede com apenas dois níveis: o nível óptico e o nível de rede baseado em MPLS ou MP S, atualmente GMPLS. 4. A grande simplicidade funcional, facilidade de manutenção e maior vida útil dos sistemas totalmente ópticos. 5. Devido ao oferecimento de excesso de largura de banda, possui uma maior facilidade para oferecer QoS (Quality of Service) com menor funcionalidade de gerência e controle de tráfego. 6. A economia na utilização de fibras de vidro. O custo das fibras foi reduzido drasticamente, o que favorece cada vez mais a sua utilização. Vantagens de uma rede totalmente óptica

24 Redes de Transporte24 Modelo simplificado da Rede Óptica total Evolução gradual do modelo de rede tradicional para uma Rede Global Óptica

25 Redes de Transporte25 Distribuição das funcionalidades em uma Rede totalmente óptica Migração da atual plataforma IP/ATM/SDH/OTN para uma nova plataforma mais enxuta e mais otimizada do tipo IP/OTN

26 Redes de Transporte26 A Hierarquia de Transporte Óptica (OTH) O padrão G.709 Além dos aspectos de total transparência a qualquer tipo de dados e protocolos, a OTH fornece facilidades adicionais de correção e monitoramento do tráfego entre os quais se destacam: - Monitoramento da taxa de erro de bit; - Alarmes de status do enlace nos dois sentidos de transmissão; - Correção de erros – FEC (Forward Error Correction) - Monitoramento de conexões em tandem – TCM (Tandem Connection Monitoring)

27 Redes de Transporte27 Modelo Conceitual do OTH do ITU Domínios: a) Corporativo b) Operadora Interfaces: a) Interface do tipo IaDI (Intra Domain Interface) b) Interface do tipo IrDI (Inter Domain Interface)

28 Redes de Transporte28 Modelo Conceitual do OTH do ITU II Diferenças entre IrDI e IaDI. CaracterísticaInter-Domain Interface (IrDI) Intra-Domain Interface (IaDI) Padronizaçãoé exigidaé desejável Facilidade de Interoperabilidade fácil devido funcionalidade limitada difícil devido funcionalidade extensa Número de Extensõesúnico, com facilidade 3R nas pontas múltiplas extensões ópticas Distânciacurta (<40 km)ultra longas (Raman e Turbo- FEC) Capacidadebaixa (16 comprimentos de onda) muito alta Escopo do padrãoTodos os componentes da interface são padronizados características são totalmente de responsabilidade de cada fornecedor

29 Redes de Transporte29 Arquitetura MR-OSI do OTH (G.709)

30 Redes de Transporte30 TC Transmission Convergence OT Optical Transmission

31 Redes de Transporte31 Estrutura da OTN – G.709

32 Redes de Transporte32 Optical Channel Paiload Unit (OPUk) Tamanho de uma OPUk: bytes Tamanho de uma ODUk: bytes Tamanho de uma OTUk: bytes FAS: Framing Alignement Signal para sincronismo de quadro (7 bytes) OPU-OH – Cabeçalho das unidades de payload (OPU) - 8 bytes ODU-OH – Cabeçalho das unidades de dados (OPU) - 42 bytes OTU-OH – Cabeçalho das unidades de transporte (OTU) - 7 bytes

33 Redes de Transporte33 OPUk, ODUk, OTUk (k=1, 2, 3) Taxas de bit associadas às OPUk (k = 1, 2, 3) 1ª linha: período da OPU, ODU e OTU 2ª linha: freqüência de repetição da OPU, ODU e OTU 3ª linha: taxa de bit OPUk - Optical Payload UnitODUk – Optical Data UnitOTUk – Optical Transport Unit k=1k=2k=3k=1k=2k=3k=1k=2k=3 48,971 s12,191 s3,035 s48,971 s12,191 s3,035 s48,971 s12,191 s3,035 s 20,42 kHz 82,028 kHz 329,489 kHz 20,42 kHz 82,028 kHz 329,489 kHz 20,42 kHz 82,028 kHz 329,489 kHz 2,48832 Gbit/s 9, Gbit/s 40, Gbit/s 2, Gbit/s 10, Gbit/s 40, Gbit/s 2, Gbit/s 10, Gbit/s 43, Gbit/s Nesta Tabela considera-se o número de octetos da OPU fixa, ou seja, octetos

34 Redes de Transporte34 Campos do Cabeçalho da OPU (OPU-OH) Payload Structure Identifier (PSI) Um byte em cada quadro, porém representa um campo de 256 bytes na estrutura do multiquadro Payload Type (PT) e mais 255 bytes para informação de mapeamento de dados de usuário no campo de payload e bits de justificação

35 Redes de Transporte35 Campos do Cabeçalho da ODU (ODU-OH) TCM: Tandem Connection Monitoring FTFL: Fault Type e Fault Localization PM: Path Monitoring EXP: Campo reservado para experimentação GCC: General Communication Channel APS/PCC: Automatic Protection Switching/Protection Control RES: Campo para funções futuras (reserva)

36 Redes de Transporte36 Campos do Cabeçalho da OTU (OTU-OH) SM: Section Monitoring GCC: General Communication Channel

37 Redes de Transporte37 Rede Óptica com Chaveamento Automático Automatic Switched Optical Network (ASON) Recomendação G.ASON e G.ASTN do ITU (2003) Definição: É uma rede de transporte (ou Rede Núcleo) baseada em tecnologia óptica DWDM com comutação automática por demanada de conexões de rede Características Plano de sinalização/Plano de Dados Independentes (out- band signalling) Conjunto de Interfaces entre planos e usuários Conjunto de protocolos de sinalização e OAM Infra-estrutura óptica DWDM e OTN

38 Redes de Transporte38 Tópico RecomendaçãoData Definitions G.8081/Y.1353 Definitions and Terminology for Automatically Switched Optical Networks (ASON)2004 Arquitetura G.8080/Y.1304 Architecture for the Automatic Switched Optical Network (ASON)11/01 G.ason living list Requisitos G.807/Y.1302 Requirements for the Automatic Switched Transport Network (ASTN)07/01 Especificação de protocolos G.7713/Y.1704 Generalised Distributed Connection Management 12/01 G /Y.1704 Distributed Call and Connection Management – PNNI Implementation03/03 G /Y.1704 Distributed Call and Connection Management – GMPLS RSVP-TE Implementation 03/03 G /Y.1704 Distributed Call and Connection Management – GMPLS CR-LDP Implementation 03/03 G.7714/Y.1705 Generalised automatic discovery techniques10/01 G /Y Protocol for automatic discovery in SDH and OTN networks04/03 G.7715/Y.1706 Architecture and requirements for routing in automatically switched optical networks 06/02 G.7716/Y.1707 [ASTN link connection status] G.7717/Y.1708 [Connection Admission Control] Data Communication Network (DNC) (not specific to ASON) G. 7712/Y.1703 Data Communication Network01/03 G.dcn living list Atividade de Padronização para ASON/ASTN do ITU

39 Redes de Transporte39 Arquitetura de uma ASON Rec. G.ASON do ITU Funções de Roteamento para descoberta de conexões e controle Fast forwarding (switching) dos dados ao longo da conexão

40 Redes de Transporte40 Plano de Sinalização e Controle Cérebro da ASON Funções de estabelecimento e controle de conexão : - Controle de usuário (identificação) e controle de admissão (AC). - Descoberta de topologia da rede. modelo peer (toda informação disponível a todos), ou o modelo chamado de overlay. informação total da topologia fica contida na rede. - Controle de roteamento e estabelecimento da conexão. - Gerenciamento do SLA (Service Level Agreement). Funções de gerenciamento, operação e administração (OAM) da rede Executadas pelo plano de sinalização e controle - Monitoração de canais ópticos quanto à atividade e/ou qualidade; - Restauração automática de canais ópticos defeituosos; - Gerenciamento de recursos tais como: transceptores ópticos, enlaces ópticos, transponders ópticos, disponibilidade de s, etc.; - Gerenciamento de dispositivos (NE - Network Equipments) como: Multiplexadores, OADMs, OXCs, OSs e regeneradores.

41 Redes de Transporte41 Arquiteturas de Redes Ópticas (ASON) Exemplo de uma rede do tipo core óptica e sua intersecção na rede Internet global

42 Redes de Transporte42 Bibliografia [1] Abelém, A. J. G., Stanton, M. A. Inter-Redes IP baseadas em Redes Ópticas. In: 20º. Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores, Búzios, Rio de Janeiro, 2002, Mini-Cursos, Capítulo 2, p.56 a 99. [2] Agrawal, G. P. Fiber-Optic Communication Systems. John Wiley & Sons, New York, 2002, 546p. [3] Barlow, G. A G.709 Optical Transport Network Tutorial. Innocor Ltd. Almonte, Canadá, 2002, disponível junho de 2004 em: [4] Bellato, A. et alii. GMPLS Signalling Extensions for G.709 OTN Networks. IETF 51st – CCAMP WG Meeting, London, 2003, disponível em junho de 2004 em: [5] Cisco. Introducing DWDM. Cisco Systems, Inc. Disponível em junho de 2004 em [6] Derickson, D. Fiber Optic Test and Measurement. Prentice Hall NJ, Published 1998, 642 p. ISBN [7] Dutton, H. J.R. Understanding Optical Communications. Prentice Hall, Published 1998, 760 p. ISBN [8] Elsenpeter, R., Velte, J. Optical Networking – A beginners guide. McGraw Hill/Osborne, Berkeley California USA, 2002, 487p. [9] ITU-T. Interfaces for the Optical Transport Network (OTN), Recommendation G.709/Y.1331 Geneva, Mar [10] ITU-T. Framework of Optical Transport Network, Recommendations G.871, Geneva, June [11] ITU-T. Optical Transport Network - Linear Protection, Recommendations G.873.1, Geneva, June [12] ITU-T. Management aspects of OTN elements, Recommendations G.874, Geneva, June [13] Kartalopoulos, S. DWDM Networks, Devices, and Technology. IEEE Press, Piscataway NJ, USA, 2003, 487p. [14] Kaufmann, A. G The Optical Transport Network (OTN). Acterna Inc., February 2002, 15p. [15] Keiser, G. Optical Fiber Communications. McGraw-Hill, Boston, third edition, 2000, 602 p. ISBN [16] Krauss, O. DWDM and Optical Networks – Na Introductionto Terabit Technology. Editor: Siemens Aktiengesellschaft, Berlin. Publicação: Publicis Corporate Publishimg, Erlangen, 2002, 195p.


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