Una vista de la evolución de las tecnologías ópticas para optimizar uso del recurso fibra óptica.

1. Evolución Red de Transporte
Francisco Apablaza Martinez
famapablaza@hotmail.com 2014
1

2. GRILLA FIJA
v/s GRILLA FLEXIBLE en WDM
En WDM la canalización sobre el ancho de
banda disponible sobre la fibra óptica, ha sido
por mucho tiempo del tipo fija y de asignación
fija en las rutas entre nodos.
Con la evolución tecnológica se han incorporado
las matrices de conmutación óptica, se ha
definido una grilla de canalización flexible, y ya
aparece la modulación multinivel, para hacer
posible la asignación dinámica de canales
adaptivo a las demandas de tráfico. 2

3. fo
100peta bps.km [1]
[1] http://phys.org/news173455192.html/
Se define una grilla de canalización como un estándar que permite
interconectividad y menor costo por economía de escala.
F ó λ
CAPACIDAD: BW

4. fo
La grilla evolucionó según se desarrolló la
tecnología
193.1 + n × 0.0125 where n is a positive or negative integer including 0
193.1 + n × 0.025 where n is a positive or negative integer including 0
193.1 + n × 0.05 where n is a positive or negative integer including 0
193.1 + n × 0.1 where n is a positive or negative integer including 0
Rec. ITU-T G.694.1 (02/2012)
En cada canal se ubica una portadora modulada con la información y debe quedar
una banda de guarda para evitar interferencia entre ellos.

5. fo
f- λ
XPRMOD
λo λn
bps
OOK λn
Las limitaciones del medio (FO)
es la atenuación y dispersión o
ensanchamiento del pulso (ISI o
diafonía óptica).
Hoy ya lo mas común son las
grillas de 50GHz.

6. fo
f - λ
XPRMOD
λo λn
bps
t
txt3t2t1
Los canales se van asignando con
el tiempo, a medida que la
demanda lo requiere.
Debe haber una planificación
y gestión operacional de la
ocupación espectral
Proyectar la demanda:
matriz de demanda

7. La demanda proviene de:
 Mux SDH
 Nodo MPLS
 Router ETH-IP
 Central Telefónica
 …
Traffic grooming: internet; TV, voz,…
Las rutas de transporte entre Nodos POP son
utilizadas por los concentradores de tráfico
de extremo a extremo. 7

8. fo
f - λ
 El caso mostrado es idealizado, en cuanto a un
crecimiento homogéneo.
 Es probable que rutas mas antiguas evolucionen a
un requerimiento de mayor BW.
 Depende del equipo si dispone de asignación
multigrilla o canalización mixta.
 No hay limitante teórica para compartir asignaciones
heterogéneas.
 Por ser SDH la tecnología mas clásica de
concentración es común que también concentre
tráfico IP.
t

9. Redes
• Puntos con necesidades de comunicación
• Múltiples servicios: base telefónica
• Crecimiento demográfico
• MAN – WAN – LAN
• Conectividad entre POP: medios de Tx a
compartir
• MUX-DEMUX, Mux Estadístico, Conmutación de
circuitos y paquetes.
• Taxonomía: de acceso, de servicio, de transporte
9

10. La interconexión de nodos dará origen a
distintas topología y obedecerá a criterios de
demanda y restauración o tolerancia a fallas.
10

11. Compartir o Conmutar
• La concentración mediante Mux asegura
conectividad permanente, se use o no.
• Al utilizar conmutación, se asegura uso del
medio de transmisión a medida de la
demanda lo requiera.
• Aparece problema de estimar la demanda,
para no sobredimensionar.
• Se optimizan costos y se debe acordar una
QoS.
11

12. Congestión
Al optimizar uso de recursos aplicando
concentración, es decir, potencial demanda
mayor que los recursos disponibles, aparece la
necesidad de estimar probabilidad de
congestión: bloqueo, pérdida, retardo, QoS,
GoS, CoS.
Modelos de probabilidad de demanda para
dimensionar: Nº de servidores menor que Nº de
fuentes de tráfico.
12

13. Tráfico
• La conmutación se originó en la telefonía:
miles de usuarios requerían un elemento de
conexión al desear “llamar”.
• Conmutación local y a un destino externo.
• Conmutación de circuitos.
• Necesidad de identificación: dirección.
• Clásico de la telefonía los modelos de Erlang,
que se han extendido a otras aplicaciones: la
teoría e ingeniería de tráfico.
13

14. Modelos
• Definir distribución de probabilidades de
instante de aparición de la demanda.
• Definir la distribución de probabilidades de
duración de la comunicación.
• Estimar parámetro de congestión.
• Erlang B (de pérdida) y Erlang C (de espera)
• Otros: Wilkinson, Engset, …
14

15. Matriz de demanda
demanda DESTINO
ORIGEN A B C D F G
A
B
C
D
F
G
Demanda: Nº de solicitudes en un intervalo de tiempo.
Llamadas, call center, atención boleterías, Nº paquetes, etc.
tiempodeIntervalo
recursostotalTuso
E =
15

16. Intensidad de Tráfico
Intensidad de Tráfico MEDIA:
Intensidad de Tráfico A(t): variable aleatoria.
Intervalo típico: 1 Hora.
Tráfico ofrecido, cursado, bloqueado,
rechazado, o perdido demorado, desborde.
16

17. Comportamiento del Trafico
HORA CARGADA= busy-hour call attempts (BHCA)
17

18. El modelamiento del tráfico establece una
distribución de probabilidades para:
•Comportamiento de ocurrencia de solicitudes
de servicio (sesiones/t)
•Duración de las sesiones (t/sesión)
Distribución de Poisson
Solicitudes/minuto en HC
Distribución Exponencial
Duración Solicitudes en HC
min
Nº
λ=3
18

19. Diagrama de ocupaciones
Si éste es el tráfico cursado, bastaría con 2
servidores para atender la demanda, y no 10.
Si T es la HC, esto se cumpliría en todo t.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
T
2 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1
19

20. Estados del sistema
Inicio solicitud
t
Término solicitud
Duración servicio
activo
desactivo
20

21. Dimensionamiento
• Se pueden dimensionar por tráfico en
telecomunicaciones: dispositivos de
generadores de tono, Nº de troncales,
elementos de conmutación, capacidad de
memoria, Nº de discos, Nº de servidores, Nº
de agentes, ancho de banda, …
• En tráfico vial, en ventanillas de atención, en
general en todo sistema que presente
demanda de servicio NO permanente.
21

22. El tráfico en congestión es una insatisfacción del
usuario y una perdida de ingresos. Los recursos
subutilizados son una mala inversión.
22

23. Tratamiento tráfico de paquetes
• En las comunicaciones de datos, el tráfico
tiene un comportamiento de ráfagas.
• Se definen categorías de clase de servicio
según la QoS requerida: Constant Bit Rate
(CBR); Real-Time Variable Bit Rate (rt-VBR);
Non-Real-Time Variable Bit Rate (nrt-VBR);
Available Bit Rate (ABR); Unspecified Bit Rate
(UBR) para la prioridad en el tratamiento de
los paquetes en la red.
• En general en datos aplica modelos de espera 23

24. Tráfico de ráfagas WEB y VoIP
24

25. Conmutación en WDM
• En las redes de transporte no se ha aplicado
dimensionamiento, pues no ha habido
conmutación.
• Al introducir la conmutación óptica a modo de
cross-conect se puede realizar conmutación
dinámica.
25

26. fo
F - λ
 Para facilitar la asignación de múltiples BW, se define
la grilla flexible.
 Para el uso eficiente del espectro se desarrolla
asignación dinámica: ASON; WSON; GMPLS; OTN.
For the flexible DWDM grid, the allowed frequency slots have a nominal
central frequency (in THz) defined by:
193.1 + n × 0.00625 where n is a positive or negative integer including 0
and 0.00625 is the nominal central frequency granularity in THz
and a slot width defined by:
12.5 × m where m is a positive integer and 12.5 is the slot width
granularity in GHz.

27. Ejms:
Rec. ITU-T G.694.1 (02/2012)
27

28. Nuevos esquemas de modulación
Modulación multinivel 28

29. Principales características de formatos de
modulación a 100 Gbps
Nuevos esquemas de modulación
29

30. Tolerancias del sistema para formatos
de modulación a 100 Gbps
Nuevos esquemas de modulación
30

31. Resumen de las principales características de los
formatos de modulación de 100 Gbps.
Nuevos esquemas de modulación
31

32. Resumen de esquemas para 400 y 1000 Gbps usando
PM-QPSK a 100 Gbps y 200 Gbps con PM-16QAM.
Nuevos esquemas de modulación
32

33. Ámbitos de estudio y
desafíos de aplicación
33
 Esquemas de modulación multinivel
 Modulación óptica ortogonal OFDM
 RoF: Radio sobre Fibra
 Modelos de control y asignación del
espectro óptico
 Modelos de estimación de congestión
 Enrutamiento dinámico para provisión
 Reenrutamiento automático para
restauración
 Estrategias de migración tecnológica

34. 34
Recomendaciones UIT ASON

35. •Objetivo de conmutación
multiples tecnologías
soportando: paquetes,
contenedores y ligth path.
• Protección automatizada y
restauración.
• Provisión automatizada
End-to-End.
35
Plano de control ASON/GMPLS

36. 36
Objetivos de investigación

37. 37
Tráfico internet de un PIT
Al 19 mayo-2014
Si aplicando nuevas tecnologías y se programa una activación
automática de 200 Mbps y 640 Mbps según demanda ¿Cuánto puede
ahorrarse en energía? ¿en BW contratado?

38. Capacidad v/s demanda
Donde se presente esta caso y el recurso físico de fo fuese
insuficiente, ¿se puede recuperar por grilla flexible? ¿es
necesario incorporar modulación multinivel?
38

39. 39
Enrutamiento y restauración
automática

40. Para profundizar:
• Modulation formats for 100G and beyond; E.Lach, W.Idler; 2011
• Arquitectura y diseño de un modelo de red OBS para simulación; F.Espina, et
al.
• FastSurv: A New Efficient Local Search Algorithm for Survivable Routing in
WDM Networks; F.Ducatelle , L.M. Gambardella;.
• ASON/GMPLS Optical Control Plane Tutorial; Hans-Martin.Foisel; OIForum
• Gridless optical networking field trial: flexible spectrum switching,
defragmentation and transport of 10G/40G/100G/555G over 620-km field
fiber; N. Amaya et al; 2011
• Efficiency gain from elastic optical networks; A.Morea ,O.Rival;.
• Advanced modulation and signal processing techniques for 40 Gbps optical
transmission systems; J.M. Kahn, H. Po Ho
• Beyond 25 Gbps: A Study of NRZ & Multi-Level Modulation in Alternative
Backplane Architectures; A.Healey,, Ch.Morgan, M.Shanbhag; 2013 WP.
• Elastic Optical Network Architecture: reference scenario, cost and planning;
Andrew Lord ; 2013. 40

41. • Algoritmos de planificación para redes elásticas; A.Mayoral L; tesis 2013.
• Recent Advances in WDM Transmission and Transport Technologies in
Brazil ; A.Paradisi, CPqD 2011.
• Multilevel Optical Modulator utilizing PLC-LiNbO3 Hybrid; Shinji Mino et
al; NTT review 2011.
• Generic Modeling of Multimedia Traffic Sources; H.Hassan et al.
• Models and Methods for Analyzing Internet Congestion Control
Algorithms; R. Srikant.
• Optimization models for congestion control with multipath routing in
TCP/IP networks; R.Cominetti, C.Guzman; 2011
• Network Capacity Calculation; WP Triangulum PTE LTD ; 2009.
• Teletraffic Engineering and Network Planning; Villy B. Iversen; 2010.
• Conceptos y Elementos Básicos de Tráfico en Telecomunicaciones;
Diógenes Marcano.
41
Para profundizar (cont.):

42. • Destinado a estudiantes que se inician en el
estudio del desarrollo de las redes de
transporte en telecomunicaciones.
42

43. FIN
43