AKADEMIE VLÁKNOVÉ OPTIKY A OPTICKÝCH KOMUNIKACÍ Diagnostika a měření transportních signálů WWW.PROFIBER.EU Josef Beran, Jan Brouček josef.beran@profiber.cz jan.broucek@profiber.cz www.profiber.eu info@profber.eu Copyright PROFiber Networking s.r.o. 100G je tady! Více než 350 komerčních 100G po celém světě k Q2-2013. 1
Dopad z datových center Datová centra jsou průkopníkem vysokorychlostních přenosů, např. každé Facebook DC uchovává všechny informace! potřeba přístupu k velkému množství dat mnoha uživatelů v jednom okamžiku. 100G v síti Client Core ingress Core Klientské rozhraní směřuje k zákazníkovi orientované na služby standardizované paralelní optické rozhraní 40 Gbit/s & 100 Gbit/s Ethernet, OTN Linkové rozhraní směrem k páteřní přenosové síti transportně orientované sériová optika - převážně DP-QPSK kódování výhradně OTN 85100G & 88100NGE 5240S/B & PSO-200 2
Intra-site 27. 8. 2014 Klientské rozhraní 100G Klientské Transceivery Definice podle IEEE 802.3ba CFP Form Factor (86x127x14mm) ER4 100 GbE, 40 km v SMF (4x 25G WDM, střed na 1305nm) LR4 100 GbE, 10 km v SMF (4x 25G WDM, střed na 1305nm) SR10 100 GbE 100m v MMF (850nm paralelní optika, 10x 10G) LR10 100 GbE, 10 km v SMF (10x 10G WDM, střed na 1550nm, prozatím nestandardizováno) CXP Form Factor (asi 20x54x11 mm ) 100 GbE, 100 m na OM3 MMF (850 nm paralelní optika, 10x 10G) 100 GbE, 10 m na aktivním kabelu QSFP Form Factor (18.4x72x8.5 mm ) 40 GbE, 100m na OM3 MMF (850 nm paralelní optika, 4x 10G) Client Side 40 GbE, 10 m na aktivním kabelu 3
Porovnání CFP 4x25G & 10x10G CAUI sběrnice 10x10G elektrické dráhy CAUI sběrnice 10x10G elektrické dráhy Gearbox TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX TX Optical Mux Optical Mux 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 LR-4 -> 4xλ optické dráhy 25 & 28 Gbit/s na optický kanál Využívá Gearbox Vyžaduje vysoký příkon (až 24W) LR-10/SR10 -> 10x λ optické dráhy 10,3 & 11,2 Gbit/s na optický kanál Není Gearbox méně složité + nižší náklady CFP je nejslabší článek CFP problémové zóny: Gearbox nemůže být jakýkoliv CAUI Bus má omezený počet cyklů připojení Gearbox Otázka odvodu tepla LR-4 (24W) Problém s verzí firmware LR-4 - LR-4 nejsou vždy kompatibilní Přeslechy v některých případech TX TX TX TX Optical Mux 7K - 30K (ER-4 130k ) Složité některé zcela nové komponenty Ještě dnes mají technické problémy. 0 1 2 3 Client Side 4
CFP CFP - vývoj Line card ASIC 24W typ. (28W max.) spotřeba energie Gearbox přímo v CFP Form Factor (82x145x14mm) Rovná se 118,9 cm 2 CAUI Gearbox T X T X T X T X Optical Mux CFP CFP2 Line Card ASIC CFP - vývoj 12W max. příkon Form Factor (42x108x12mm) Gearbox CAUI Rovná se 45,4 cm 2 >50% zmenšení rozměrů 2 x větší hustota portů CFP 50% úspora energie CPPI-4 Gearbox přendán do přenosové karty CPPI-4 interface 4 x 25 & 28Gbit/s TX TX TX TX Optical Mux CFP2 5
CFP4 Line card ASIC CFP - vývoj >75% zmenšení rozměrů CFP 4x větší hustota portů CFP 75% úspora energie CFP Under discussion at OIF for VSR-28 Form Faktor (22x92x10mm) Gearbox přemístěn do linkové karty CAUI-4 interface 4 x 28Gbit/s Optical Mux CFP4 CFP - vývoj 4 x CFP 8 x CFP2 16 x CFP4 6
CFP - vývoj Shrnutí Trend směrem k vyšší hustotě portů Trend směrem k nižší spotřebě Trend směrem k nižším nákladům ALE!!! Optická rozhraní jsou identická a kompatibilní. CFP2 nepočítá s podporou LR-10. Některé problémy CFPs jednoduše posunuty na NEMs (výrobce). 100G Base-LR4 CFP vs. CFP2 SMF Fiber Přechod z CFP na CFP2; Gearbox je z CFP2 vyjmut, důsledkem je snížení nákladů CFP2 je o 50% menší než CFP; větší hustota portů 100G systémů Spotřeba energie CFP2 je alespoň o 50% menší než u CFP SMF Fiber 0 1 2 3 0 1 2 3 7
100G Base-SR10 CFP vs. CFP2 10 vlnových délek (850nm) MPO vlákna 100G Base-SR10 implementace CFP2 zůstává stejná jako CFP, jen se sníží velikost transceiveru 10 vlnových délek (850nm) MPO vlákna Implemetace CFP2 - adaptér Podpora LR4 & SR10 CFP2 100G LR4 CFP2 85100G/88100xx generuje 10 CAUI lanes Gearbox multiplexuje 10G CAUI proudů/drah do 4x 25G electrických proudů/drah (10:4 MUX) 100G LR4 CFP2 je pak použito pro mapování 4x 25G electrických drah do standardních 4 optických kanálů 100G SR10 CFP2 85100G/88100xx generuje 10 CAUI lanes Gearbox je v tomto případě nakonfigurován v průchozím režimu; na výstupu 10x 10G electrické dráhy/proudy 100G SR10 CFP2 je pak použito pro mapování 10x 10G electrických drah/proudů do standardních 850nm optických MMF kanálů 8
Field Deployment Carrier Labs / NEMs 27. 8. 2014 CFP2 adaptér 85100G CFP & CFP2 integrované řešení v jednom modulu Plný přístup k NEMs k dispozici použitím CFP & CFP2 Velmi příznivé (konkurenceschopné) řešení 88100x CFP & CFP2 integruje kompaktní řešení do terénu Přímo v terénu rozšiřitelné na CFP2 Klíčové řešení k prvním CFP2 nasazení v terénu a brzké nasazení CFP2 400G nebo 1T klientské rozhraní 9
Měřicí vybavení RJ45 interface supporting Eth. 10/100/1000 Electrical FTB-88100NGE SFP/SFP+ interface supporting OC-1/STM-0 to OC-192/STM-64 OTU1, OTU2,OTU1e/2e, OTU1f/2f 10GE LAN/WAN, Eth. 100M/1G Opt. XFP interface supporting OC-192/STM-64 OTU2,OTU1e/2e, OTU1f/2f 10GE LAN/WAN 40G/100G CFP interface supporting; 40GE/100GE, OTU3/e1/e2/4, OC- 768/STM-256 2 nd SFP/SFP+ interface (Ethernet capabilities as listed on SFP+ port 1) Eth. 10/100/1000 Electrical (using Mushroom) synchronization SMA interface CLOCK REF-OUT SMB interface Kontrola CFP - CFP Health Check 10
Přehled - PCS dráhy Informace o CFP 11
100G Testování v síti L2 ale také L3/L4 testování 100G L2 Network Testing 100G L3/L4 Network Testing Měření klientských KPIs L1 Testování BERT pro Ethernet a OTN 100G specifikace jako je: PCS Lane značky PCS Skew/zpoždění Přeslechy, Odchylka frekvence a času L2, L3, L4 Ethernet Testování Propustnost & Ztráta rámce Zpoždění Ověření řízení provozu Aktuálně RFC2544, ITU-T Y.1564 Client Side 12
100G měření v terénu BERT and RFC2544 Client Side Linkové rozhraní 13
Výzvy 100G technologie Vše je to o fyzice!!! Tolerance/odolnost přijímače vůči chromatické disperzi Velmi omezená tolerance chromatické disperze @ vysoké rychlosti s NRZ modulací Požadavky na poskytovatele služeb Koexistence 10G/40G/100G kanálů na stejném vláknu. Nízké výnosy na bit pro data nebudou důvodem stavby nové síťové infrastruktury. Line Side 14
Jaké jsou problémy @ 100Gbit/s? 10Gbit/s 40Gbit/s 100Gbit/s??? Spektrální efektivita Vše je to o fyzice!!! Dosáhnout přenosu 112 Gbit/s pomocí standardních modulačních schémat není možné. Spektrální šířka přesahuje rozestup kanálů 50 GHz. Dokonce ani QPSK, která je dvakrát tak efektivní, stále ještě nestačí. Použití polarizačního multiplexování v kombinaci s QPSK umožňuje přenos 112 Gbit/s na kanálech s 50 GHz ROADMs. Mohou být použita i jiná modulační schémata, jako je 16QAM nebo OFDM. 112 Gbit/s NRZ-OOK 112 Gbit/s NRZ-QPSK 112 Gbit/s NRZ-DP-QPSK 15
Nové modulační formáty Pokročilá modulační schémata Nové formáty jako QPSK & DQPSK (Fáze) 2 bity na symbol Polarizační multiplexování posílání 2 signálů s ortogonální polarizací SOP (States of Polarisation) Koherentní detekce & Digitální zpracování signálu Nový signálový procesing (DSP) může opravit mnoho chyb 112Gbits/s je dosaženo s přenosovou ryhlostí 28GBaud/s Line Side Optický Modulační Analyzátor PSO-200 Kompletní charakterizace vysokorychlostních fázově modulovaných signálů 40G, 100G, 400G, 1Tbits/s atd. Technologie optického koherentního vzorkování Konstelační diagram a oko rozhodnutí. Podpora OOK, BPSK, PSK, QPSK, DPSK, DQPSK, APSK, 16-QAM modulačních formátů. Kompatibilní s dual-polarization DP. Šířka pásma 65 GHz Line Side 16
Princip vzorkování Průběh je zrekonstruován z několika cyklů (viz obr. níže). Je důležitá šířka pásma? Diagram oka rozhodnotutí pro zrekonstruovaný signál pomocí elektrického vzorkovacího modulačního analyzátoru s šířkou pásma 16 GHz. Signál je správně detekován, ale zkreslen (tzv. kroužkování) Náběžná a sestupná hrana (doba) je ovlivněna Diagram oka rozhodnutí stejného signálu rekonstruovaného pomocí optického modulačního analyzátoru PSO-200 s šířkou pásma 65 GHz. Žádné zkreslení 17
Výhody optického vzorkování Velká šířka pásma měření (>60 GHz), což umožňuje detekci signálu s přenosovou rychlostí až 1 Tbits/s. Čistá impulsní odezva měření bez zkreslení, zrekonstruovaný průběh signálu bez potřeby ekvalizace (vyhlazení) Detekce signálů jakéhokoliv charakteru (náhodné nebo opakované). Vlastnosti a výhody Rekonstrukce signálu bez zkreslení Velká šířka pásma ( 60 GHz) Žádný signálový processing na vstupním signálu Future proof Podpora 40G, 100G, 400G,1 Tbits/s atd. Podpora QPSK, APSK, 16-QAM a mnoho dalších Kompatibilní se single- i dual-polarization přenosy Výkonný a uživatelsky jednoduchý software GUI s kontextovým menu Automatický výběr algoritmu zpracování signálu na základě informací o vstupním signálu Vzdálené ovládání pomocí LAN a SCPI příkazů Kompatibilní s LabView 18
Vlastnosti a výhody Flexibilní vstupní signál Náhodný nebo OTU rámcovaný signál pro konstelační diagram a oko rozhodnutí PRBS, opakovací sekvence pro výpočet BER/SER a pokročilou signálovou analýzu Výkoný gearbox pro přesné mapování signálů Rozsáhlá Bit-error rate analýza Bit-error-rate (BER) a symbol-error-rate (SER) je kalkulována pro každou polarizaci a globální signál Výsledné detekované chyby umožňují řešení problémů BER/SER Přehledné grafy pro porovnání detekovaných chyb vs. očekávané vzorky NRZ-QPSK Testování komunikačním analyzátorem EXFO PSO-200 RZ -QPSK Noise averaged Noise averaged Konstelační diagram 40 Gbaud QPSK: PRBS: 2 9-1 Linewidth: ~200 khz Signal power: ~0 dbm Center 20% of bit slot Transition samples 19
Testování komunikačním analyzátorem EXFO PSO-200 RZ-8-PSK TX:16-QAM RX:16-QAM 1,6 km SM vlákna Možnosti zobrazení Optický konstelační diagram Single and dual polarization Oko rozhodnutí Single and dual polarization For I and Q signals Diagramy časové oblasti For I, Q, single and dual polarization Intensity, Magnitude, Phase, EVM and Bit Pattern Zdroj: EXFO 20
Detailní analýza BER Zdroj: EXFO Průměrováním k menšímu šumu Detekovaný signál s velkým zastoupením šumu ztěžuje analýzu. Průměrování signálu může pomoci odstranit šum. Nastavitelné rozlišení. 28G DP-QPSK w/ averaging 28G DP-QPSK w/o averaging Zdroj: EXFO 21
Masky Perfektní doplněk pro rychlé a efektivní testování shody vysílačů ve výrobě. Jsou k dispozici masky Konstelačního diagramu, oka rozhodnutí a EVM: - 1G, 10G, 25G a 40G ITU-T a IEEE OOK masky - Všechny masky můžou být editovány uživatelem pro přizpůsobení Zdroj: EXFO Digitální filtrace Může být použita pro vyhodnocení vlivu síťových prvků na omezení šířky pásma sítě. Unfiltered 28G DP-QPSK Zdroj: EXFO Filtered 28G DP-QPSK Bessel 20GHz 3 rd order 22
Chromatic Dispersion Unwrapping CD unwrapping dosahuje standardními algoritmy až ± 500ps/nm - Dostatečné pro 10G kompenzovaných spojení - Nestačí však pro nekompenzované trasy a nekompenzované PMD 26km, 28G QPSK, no unwrapping Zdroj: EXFO 26km, 28G QPSK, 400ps unwrapping With Bessel filtering 66GBd QPSK signál Zdroj: EXFO 23
28GBd 16-QAM signál Zdroj: EXFO 56GBd 16-QAM signál časová oblast Zdroj: EXFO 24
ZÁVĚREM Zdroj: vlastní zkušenosti, materiály a dokumentace od Zkušenosti? (dobré nebo špatné?) Pořizovací cena versus návratnost investice? Konzultace-měřicí služba-zápůjčka-pronájem-nákup Otázky a náměty? AKADEMIE VLÁKNOVÉ OPTIKY A OPTICKÝCH KOMUNIKACÍ FO-14 Disperze CD a PMD a její měření, Praha FO-15 Vlnové multiplexy xwdm, Praha www.profiber.eu info@profber.eu Copyright PROFiber Networking s.r.o. WWW.PROFIBER.EU DĚKUJEME ZA POZORNOST Josef Beran, Jan Brouček, info@profiber.eu www.profiber.eu 25