ppt

Report
High Speed Fiber
Optic
Coordonator :
Conf. Dr. Ing. Stefan Stancescu
Masterand:
Ing. Mihai Sbircea
Cuprins
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Introducere
Nivelul fizic
Fibrele multimode
Fibrele singlemode
Gigabit Ethernet (1/10/100 Gbps) – High Speed Fiber Optic
Rutere si Switch-uri cu interfete ce suporta 100GE
WDM
Codarea 8b/10b
Concluzii
Bibliografie
Nivelul fizic
• Mediul de transfer + conectorii aferenti
• Se ocupa de reprezentarea bitilor pe mediul de transfer
• Creaza semanlul optic pe mediul de transfer conform cu
cerintele de codare impuse
• Face encoding
• Face semnalizare :trasforma frame-ul in tipare(NRZ,
Mancester, Grouping BITS, 4b/5b – bit de control)
Introducere – Fibra Optica
• O fibră de sticlă (sticla de siliciu SiO2 )sau plastic care
transportă lumină
• Permite transmisii pe distanțe mai mari și la lărgimi de bandă
mai mari decât alte medii de comunicație
• Semnalul este transmis cu pierderi mai mici si sunt imune la
IEMGN
• Lumina este dirijată prin miezul fibrei optice cu ajutorul
reflexiei interne totale (ghid de unda)
• Fibrele care suportă mai multe căi de propagare sau moduri
transversale ( multimodale), cele ce suportă un singur mod
(monomodale)
• diferă prin diametrul miezului prin care se transmite lumina
• Se folosesc in topologii de tip STAR
Fibrele multimod(1)
• 1. Fibra multimod cu profilul indicelui de refracţie în trepte
• Foloseste tehnoloia LED + distante de max 2 km
• Diametrul miezului fibrei optice cu profilul indicelui de
refracţie în trepte este în limitele de la 100 pînă la 200 μm
• Valoarea indicelui de refracţie n1 de-a lungul axei (la centrul
miezului) este constant şi descreşte rapid (în trepte) la graniţa
cu învelişul
Fibrele multimod(2)
• 2. Fibre multimod cu profilul indicelui de refracţie gradient
• Diametrul firului purtător de lumină este 50 şi 62.5um, ce este
cu un ordin mai mare decât lungimea undei de transmitere
• Aceasta duce la propagarea diferitor tipuri de raze luminoase –
mode – în toate cele trei ferestre de transparenţă (lungimile
de undă la care se transmite semnalul cu pierderi minime –
850, 1310 şi 1550 nm).
• Două ferestre de transparenţă 850 şi 1310 nm de obicei
pentru transmiterea luminii folosesc fibra multimod.
Fibrele monomod
• Folosesc tehnologia laser + distante de zeci de Km ~ conectori
• Diametrul firului purtător de lumină alcătuieşte 8-10 um
• Regimul monomod în fibra monomod se realizează în
ferestrele de transparenţă 1310 şi 1550 nm
• Propagarea numai a unei mode înlătură dispersia intermodală
şi asigură o capacitate de transmisiune foarte înaltă
• Cel mai bun regim de propagare din punct de vedere a
dispersiei se obţine în apropierea lungimii de undă 1310 nm
Gigabit Ethernet -High Speed Fiber Optic
• Versiunile de Gigabit Ethernet: 1000BASE-SX si 1000BASE-LX
ofera urmatoarele avantaje spre deosebire de UTP:
 Imunitate le zgomot
 Dimensiuni fizice reduse
 Latime de banda mai mare
• Cele 2 versiuni suporta transmisie Full-Duplex la 1250 Mbps pe
2 fire de fibra optica.
• Transmisia se bazeaza pe schema de criptare/incapsulare
8b/10b.
• Datorita headere-lor de incapsulare, rata de transfer a datelor
este de 1 Gbps.
Gigabit Ethernet -High Speed Fiber Optic
• Principalele deosebiri intre 1000BASE-LX si 1000BASE-SX sunt legate
de conectori si de lungimea de unda a semnalului optic.
• 1000BASE-SX este utilizat la fibra optica multimodala, cu o lungime
de unda aproape de IR( 770 – 860 nm). Standardul specifica distante
intre 220m –550m.
• In practica, pentru o fibra si terminatii de calitate, acest standard va
functiona si pentru distante chiar mai mari si este des utilizat in
interiorul cladirilor mari de birouri.
• 1000BASE-LX este un standard Gigabit Ethernet pentru fibra optica
specificat in IEEE 802.3, care utilizeaza o lungime de unda mare a
laserului (1,270-1,355 nm). Standardul este conceput sa functioneze
pe distante de pana la 5 Km pe o fibra single mode de 10um. Poate
functiona pe toate tipurile de milti-mode fiber optic pentru
segmente de lungime maxima de 550m.
Gigabit Ethernet -High Speed Fiber Optic
• 10GBASE-SR („short range”) este un tip de port pentru fibra
multi-mode si utilizeaza lasere la 850 nm. Transmite date la o
rata de 10.3125 Gbit/s pe distante de ordinul sutelor de
metrii.
• 10GBASE-LR(„long reach”) este un tip de port pentru fibra
multi-mode si utilizeaza lasere la 1310 nm. Transmite date la o
rata de 10.3125 Gbit/s pe distante de zeci de Km.
• Mai exista si 10GBASE-LRM, -ER, -ZR, -LX4 cu variatii intre
distantele de transmisie , cost si performanta.
Rutere si Switch-uri cu interfete ce
suporta 100GE
• Dezvoltarea de rutere si switchuri cu interfete ce suporta 100Gbps
nu este foarte usoara.
• Unul din motive este nevoia de a procesa stream-uri de pachete
100Gbit/s, fara reorganizare la nivel de IP in microflow-uri.
• Componenetele lor interne necesita calificare extensiva si co-design,
astfel ca producatorii nu s-au sfiit in a sustine ca aceast „milestone”
este inca destul de fragil in momentul de fata.
• In ordinea cronologica, din punct de vedere al companiilor
producatoare, a aparitiei acestor dispozitive intermediare de retea
pe piata amintim:
 Alcatel-Lucent
 Brocade Communications Systems
 Cisco Systems
 Huawei
 Juniper Networks
Rutere si Switch-uri cu interfete ce
suporta 100GE
Multiplexarea semnalelor
optice
• Prin multiplexare se pot transmite si receptiona mai multe
semnale utilizand aceeasi fibra
• 2 standarde de multiplexare:multiplexare prin divizarea
• frecventei (FDM) si multiplexarea prin divizarea timpului
(TDM)
• In FDM, undele purtatoare au frecvente diferite si sunt
modulate de diferite semnale. La receptor semnalele sunt
identificate prin utilizarea unor filtre acordate pe frecventele
undelor purtatoare
• In TDM, se marcheaza diferite intervale de timp
corespunzatoare esantioanelor corespunzatoare diferitelor
semnale. Receptorul cauta fiecare semnal la timpul marcat
Multiplexarea prin divizarea
lungimilor de unda (WDM)
• Daca frecventele semnalelor purtatoare au valori mult diferite
intre ele (diferente de sute GHz) => WDM
• Un sistem WDM utilizeaza surse de lumina cu diferite lungimi
de unda, fiecare modulata de un anumit semnal
• Demultiplexarea este realizata la receptor prin utilizarea unui
filtru optic
• WDM permite un număr de canale care să trimită la diferite
lungimi de undă în aceeaşi fibră, într-o singură direcţie sau în
ambele direcţii, dublând capacitatea
• Pot fi folosite fie între 2 - 10 canale care au o separare între
ele de lungime de undă cuprinsă între 5 - 50 nm sau 5 – 100
canale cu lungimea de undă de separare între canale de 0,1 - 5
nm
Multiplexarea prin divizarea
lungimilor de unda (WDM)
• Tehnologia WDM este o nouă tehnologie optică care ofera multiple
lungimi de undă la viteza de 10 Gbps pe fibra optică, pe fiecare
lungime de undă
• Tehnologia WDM a evoluat astfel ca separatia lungimilor de unda ale
canalelor poate fi foarte mica–fractiuni de nm-dand nastere la
DWDM (dense WDM)
• Sunt deja disponibile pe piata retele in care fibre individuale
transporta mai mult decat 100 de canale optice independente, ca si
acelea ce transmit bidirectional in aceeasi fibra
• Succesul DWDM se datoreaza in mare masura EDFA (amplificatorul
cu fibra dopata cu erbiu), un dispozitiv optic care utilizeaza energia
unui laser de pompaj al puterii pentru a amplifica toate semnalele
lungimilor de unda prezente la intrarea sa (intr-o banda ingusta de
trecere–centrata la 1550 nm)
Traditional vs WDM
Caracteristici de baza ale WDM
• Cresterea capacitatii – daca o λ suporta o transmisie
independenta de zeci Gbps, atunci fibra suporta o transmisie
care creste cu fiecare λ aditional (crestere latime de banda)
• Transparenta - fiecare canal de transmisie suporta orice
format de transmisie simultan si independent: informatie
analogica, date digitale sincrone, asincrone
• Rutare de lungimi de unda – calea de transmisie a unui
semnal poate fi rutata (route / switch / cross-routing) prin
conversia de λ la nodurile intermediare ale retelei
• Scalabilitate – adaugare usoara de echipamente, atunci cand e
nevoie, pentru marirea capacitatii si extinderii retelei
WDM
• În cazul WDM transmiţătoarele optice sunt echipate cu laseri
reglaţi pe lungimi de undă specifice având filtre optice la ieşire
ceea ce permite multiplexarea pasivă a semnalelor optice întro singură fibră
• Sistemele WDM digitale permit rate de bit şi protocoale de
acces independente pe aceeaşi fibră optică, fapt extrem de
important pentru dezvoltarea reţelelor metropolitane pe fibră
optică. Se elimină astfel costul asociat cu conversiile între
protocoalele utilizate
DWDM & CWDM (1)
• Există două tipuri de tehnologii WDM utilizate în reţelele
actuale şi anume: multiplexarea cu divizarea densă a lungimii
de undă (Dense WDM) şi multiplexarea cu divizarea lungimii
de undă cu distanţa intercanal mare (Coarse WDM)
• Un sistem DWDM digital metropolitan este caracterizat de un
cost scăzut per canal şi operează tipic peste distanţe de 100 la
300 kilometri. Sistemele DWDM metropolitane actuale pot
combina mai mult de 30 de canale optice separate pe o
singură pereche de fibre optice.
• Majoritatea echipamentelor pot accepta semnale optice client
în orice format, pe orice tip de fibră (exemplu fibra MM 850
nm, fibra SM 1310 nm)
DWDM & CWDM (2)
• Sistemele CWDM realizează implementarea cu cost scăzut
datorită unei combinaţii de laseri nerăciţi, toleranţă de
selectare a lungimii de undă a laserului crescută (relaxed) şi
filtre trece banda largi
• Laserii CWDM consumă mai puţină putere şi ocupă mai puţin
spaţiu pe plăcile circuitelor comparativ cu cei pentru DWDM
ceea ce duce la un preţ scăzut
• Filtrele pasive pentru multiplexare/demultiplexare CWDM
sunt mai puţin complexe şi au un cost mai scăzut
• Lipsa suportului pentru servicii transport de 10 Gbit/s
• Limitarea numarului de unde CWDM disponibile
Codarea 8b/10b
• Algoritmul de codare a fost inventat si patentat de IBM
• Acest tip de codare este folosita in transmisia datelor pe Fiber
Channel (viteze de pana la 1Gbps ), ESCON (200 Mbps) si
Gigabit Ethernet
• Procesul de codare asigura ca exista secventa de sincronizare
(semnalul de clock) in sirul de date astfel incat receptorul sa
poata decoda corect informatia trimisa => emisie pe distante
mari si rata mica de erori
• Probleme ale semnalului de baza care determina utilizarea
unui mecanism de obtinere a semnalului de clock la receptor
pentru o decodare corecta :
• Secvente mari de ‘0’
• Secvente mari de ‘1’
• Semnalul nu este optimizat pentru transmisia pe mediul optic
Codarea 8b/10b
• Codarea 8b/9b se bazeaza pe codarea 5b/6b si 3b/4b.
• Acest tip de codare foloseste 2 tipuri de caractere : speciale si
de date
• Simbolurile de date sunt notate D.x.y. , iar simbolurile speciale
sau caracterele de control cu K.x.y (start-of-frame, end-offrame, link idle, skip , etc)
Codarea 8b/10b
• Cei doi biti de sincronizare sunt adaugati dupa urmatoarele
criterii :
 RD – Running Disparity = Numar de ‘1’ – Numar de ‘0’
 In functie de valoarea obtinuta pentru RD, se urmaresc tabelele
standardizate pentru codarea 5b/6b si 3b/4b
• De retinut despre codarea 8b/10b :
• Faciliteaza transmisia datelor pe distante mai mari si este mai
eficienta in determinarea erorilor
• Introduce un overhead de 25% pentru fiecare caracter sau ocupa
20% din banda totala
• Este utilizata de multe protocoale cu performanta ridicata : ESCON,
FICON, Fibre Channel, Gigabit Ethernet optic si SSA
Concluzii
• Mufe: SC (Subscriber Connector) + ST (Straight Type)
• Alte standarde: 10BASE-FL,100BASE-FX,1000BASE-ZX
• Aplicatii:
• Telecomunicatii (cladiri)
• Senzori (temp din int motoarelor cu reactie, pesiune)
• Iluminat, design
• Avantaje:
• Distanta
• Lipsa de interferenta
• Securitatea
• Dezavantaje:
• Probleme de conectare: sticla + sticla = dioptru ( difractie, refractie )
=>contactul cel mai bun e prin topire si recristalizare
• Pretul
Bibliografie
• Agrawal, Govind : “Fiber-optic communication systems.”
• Encyclopedia of Laser Physics and Technology
• Vivek Alwayn : “Fiber-Optic Technologies”
• George Constantinescu: “Tipuri si parametrii ai fibrelor optice”
• www.cisco.netacad.net
• www.google.com

similar documents