9. Rede Óptica de Transporte - OTN Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN Juergen Rochol juergen@inf.ufrgs.br Grupo de Redes do Instituto de Informática UFRGS Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

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 Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

1. Componentes de uma Rede Óptica Comutadores Ópticos Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Comutação Óptica I 9. Rede Óptica de Transporte - OTN Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Comutação Óptica II. Optical Cross-Conect (OXC) 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) Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Comutação Óptica III OXC (Optical Cross Connect) Tecnologia MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) OXC (Optical Cross Connect) com tecnologia MEMS 3-D Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Multiplexador Demultiplexador Óptico I Blocos funcionais básicos de (a) Multiplexação e (b) Demultiplexação. Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Multiplexador Demultiplexador Óptico II Multiplexador óptico baseado em tecnologia de acopladores [19] Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Multiplexador Demultiplexador Óptico III Demultiplexador baseado em grade do tipo AWG (Arrayed Waveguide Grating) Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Multiplexador Demultiplexador Óptico IV Demultiplexador óptico baseado em filtros MZ (Mach Zender) Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Multiplexador Ad and Drop (OADM) OADM baseado em grade de Bragg em fibra Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Multiplexador Ad and Drop (OADM) II OADM (Optical Add Drop Multiplexer) com técnica de comutação óptica baseada em acopladores ópticos. Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

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) Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

OTN - A nova rede Core óptica baseada em DWDM Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

OTN - A nova rede Core óptica baseada em DWDM Modelo da Rede Global de Informação com o novo core OTN Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Arquiteturas de Redes Ópticas I (a) Rede do tipo full-mesh (b) Rede com interconexão reduzida Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

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 Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Redes Ópticas Arquiteturas de Redes Ópticas Aumento do número das conexões em uma rede full-mesh com o aumento do número de nós. Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Arquiteturas de Redes Ópticas Exemplo de uma rede do tipo core óptica e sua intersecção na rede Internet global Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

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 Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

3. Rede de Transporte Óptica (OTN) do ITU-T Escopo da Padronização do ITU-T (2004) ITU-T. Interfaces for the Optical Transport Network (OTN), Recommendation G.709/Y.1331 Geneva, Mar.2003. ITU-T. Framework of Optical Transport Network, Recommendations G.871, Geneva, June 2004. ITU-T. Optical Transport Network - Linear Protection, Recommendations G.873.1, Geneva, June 2004. ITU-T. Management aspects of OTN elements, Recommendations G.874, Geneva, June 2004. Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Conceito de uma Rede totalmente óptica Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Vantagens de uma rede totalmente óptica 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 25.000 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... 3. 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. Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Modelo simplificado da Rede Óptica total Evolução gradual do modelo de rede tradicional para uma Rede Global Óptica Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

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 Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

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) Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

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) Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Modelo Conceitual do OTH do ITU II Diferenças entre IrDI e IaDI. Característica Inter-Domain Interface (IrDI) Intra-Domain Interface (IaDI) Padronização é exigida é desejável Facilidade de Interoperabilidade fácil devido funcionalidade limitada difícil devido funcionalidade extensa Número de Extensões único, com facilidade 3R nas pontas múltiplas extensões ópticas Distância curta (<40 km) ultra longas (Raman e Turbo-FEC) Capacidade baixa (16 comprimentos de onda) muito alta Escopo do padrão Todos os componentes da interface são padronizados características são totalmente de responsabilidade de cada fornecedor Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Arquitetura MR-OSI do OTH (G.709) Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

TC Transmission Convergence OT Optical Transmission Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Estrutura da OTN – G.709 9. Rede Óptica de Transporte - OTN Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Optical Channel Paiload Unit (OPUk) Tamanho de uma OPUk: 15.240 bytes Tamanho de uma ODUk: 15282 bytes Tamanho de uma OTUk: 16320 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 Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

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 Unit ODUk – Optical Data Unit OTUk – Optical Transport Unit k=1 k=2 k=3 48,971s 12,191s 3,035s 20,42 kHz 82,028 kHz 329,489 kHz 2,48832 Gbit/s 9,995277 Gbit/s 40,150519 2,498775 Gbit/s 10,037274 40,319219 2,666057 Gbit/s 10,709225 43,018413 Nesta Tabela considera-se o número de octetos da OPU fixa, ou seja, 15.232 octetos Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

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 Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

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) Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Campos do Cabeçalho da OTU (OTU-OH) SM: Section Monitoring GCC: General Communication Channel Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

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 Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Atividade de Padronização para ASON/ASTN do ITU Tópico Recomendação Data 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.7713.1/Y.1704 Distributed Call and Connection Management – PNNI Implementation 03/03 G.7713.2/Y.1704 Distributed Call and Connection Management – GMPLS RSVP-TE Implementation G.7713.3/Y.1704 Distributed Call and Connection Management – GMPLS CR-LDP Implementation G.7714/Y.1705 Generalised automatic discovery techniques 10/01 G.7714.1/Y.1705.1 Protocol for automatic discovery in SDH and OTN networks 04/03 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 Network 01/03 G.dcn living list  Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

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 Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

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. Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

Arquiteturas de Redes Ópticas (ASON) Exemplo de uma rede do tipo core óptica e sua intersecção na rede Internet global Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN

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: http://www.innocor.com/articles.htm [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: http://www.ietf.org/proceedings/01aug/slides/ccamp-4/. [5] Cisco. Introducing DWDM. Cisco Systems, Inc. Disponível em junho de 2004 em http://cisco.com/univercd/cc/td/doc/product/mels/cm1500/dwdm/dwdm_fns.htm [6] Derickson, D. Fiber Optic Test and Measurement. Prentice Hall NJ, Published 1998, 642 p. ISBN 0135343305 [7] Dutton, H. J.R. Understanding Optical Communications. Prentice Hall, Published 1998, 760 p. ISBN 0130201413. [8] Elsenpeter, R., Velte, J. Optical Networking – A beginner’s 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.2003. [10] ITU-T. Framework of Optical Transport Network, Recommendations G.871, Geneva, June 2004. [11] ITU-T. Optical Transport Network - Linear Protection, Recommendations G.873.1, Geneva, June 2004. [12] ITU-T. Management aspects of OTN elements, Recommendations G.874, Geneva, June 2004. [13] Kartalopoulos, S. DWDM Networks, Devices, and Technology. IEEE Press, Piscataway NJ, USA, 2003, 487p. [14] Kaufmann, A. G.709 - The Optical Transport Network (OTN). Acterna Inc., February 2002, www.acterna.com, 15p. [15] Keiser, G. Optical Fiber Communications. McGraw-Hill, Boston, third edition, 2000, 602 p. ISBN 0072321016. [16] Krauss, O. DWDM and Optical Networks – Na Introductionto Terabit Technology. Editor: Siemens Aktiengesellschaft, Berlin. Publicação: Publicis Corporate Publishimg, Erlangen, 2002, 195p. Redes de Transporte 9. Rede Óptica de Transporte - OTN