Svobodná fotonická zařízení

Prezentace na téma: "Svobodná fotonická zařízení"— Transkript prezentace:

1 Svobodná fotonická zařízení
Světlé zítřky s WDM Svobodná fotonická zařízení czechlight.cesnet.cz Josef Vojtěch Lada Altmannová, Miloslav Hůla, Jan Radil Stanislav Šíma, Pavel Škoda vojtech (zavináč) cesnet (tečka) cz

2 Svobodná fotonická zařízení
Světlé zítřky s WDM Svobodná fotonická zařízení Autoři participují v následujících projektech: Optická síť národního výzkumu a její nové aplikace ( GÉANT, GN3 ( Phosphorus ( Prezentovaný obsah nemusí nutně představovat oficiální postoje zmíněných institucí a projektů 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

3 Světlé zítřky s WDM a Svobodná fotonická zařízení Osnova
Představení sdružení CESNET, národní sítě pro výzkum a vzdělávání CESNET2, experimentálního prostředí CzechLight Historie WDM Současné DWDM systémy Svobodný a otevřený software Svobodný HW včetně síťového Svobodné přenosové WDM systémy Stavební prvky Budoucnost WDM Poděkování Otázky a odpovědi 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

4 Světlé zítřky s WDM CESNET
CESNET - Czech Educational and Scientific NETwork Založen 1996 jako zájmové sdružení právnických osob, jako nezisková organizace Veřejné univerzity a Akademie věd Provozuje: Národní síť pro výzkum a vzdělávání – CESNET2 Experimentální prostředí – CzechLight 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

5 Světlé zítřky s WDM Použité koncepty
Nenasvícená - temná vlákna (DF) Přeshraniční vlákna (CBF) Osazení bez použití linkových zařízení (NIL) Svobodný přenosový systém 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

6 Světlé zítřky s WDM Vývoj sítě CESNET
Vývoj sítě CESNET 1999 – 2007 (jen v hrubých obrysech) 2004 2002 2000 2005 2007 1999: první nenasvícená vlákna 2002: první optické zesilování (EDFA) 2004/5: první DWDM/FDWDM 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

7 Světlé zítřky s WDM CESNET2
Architektura přenosové vrstvy – koexistence a interoperabilita proprietárního a svobodného DWDM systému na rychlostech do 10Gbps včetně Proprietární DWDM km temných vláken Svobodný DWDM systém km temných vláken Včetně 980km jednovláknových tras s obousměrným DWDM provozem 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

8 Světlé zítřky s WDM EP CzechLight
734 km temných vláken Experimentální a přerušitelné Nezávislá infrastruktura Osazeno otevřeným DWDM 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

9 Světlé zítřky s WDM Historie přenosových systémů
1. a 2. generace (MM 850nm, SM ITU-T G nm) dosah - regenerace 3. generace: SM 1550nm, dosah - regenerace, (DSF ITU-T G.653) 4. generace, skutečný průlom mnohonásobné zvýšení přenosových kapacit Nasazení DWDM Zvýšení dosahu pomocí EDFA, (vývoj 80tá léta, komerční dostupnost 90tá léta) Vlákna dle G.653 nevhodná zejména díky FWM, zavedení NZDSF vláken dle ITU-T G.655 ? 5. generace - plánována již okolo r ultra širokopásmové O, E, S, C, L, U ( nm) 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

10 Světlé zítřky s WDM Současné DWDM systémy
Běžně 50 GHz systémy, C pásmo cca. 80 kanálů, EDFA C+L pásmo cca. 160 kanálů Systémy pracující v S+C+L předvedeny experimentálně již v r 2000, neexistence spolehlivého a jednoduchého zesilování pro pásma mimo C a L Také komerční 25 GHz a např. podmořské systémy 33 GHz 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

11 Světlé zítřky s WDM Současné DWDM systémy
Tradiční základní funkcionalita pro vkládání/vyjímání kanálů Prvky VMUX, ROADM Dynamické a automatické poskytování lambd vstupy bezbarevné – podpora laditelných transceiverů ROADM (WSS) – bezesměrné a vícestupňové Podpora složitějších topologií Eliminace drahé a potenciálně chybné manuální práce 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

12 Světlé zítřky s WDM Současné DWDM systémy
Vlnově citlivý přepínač stupně čtyři, princip 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

13 Světlé zítřky s WDM Současné DWDM systémy
„Digitální“ DWDM systémy Profitují z fotonické integrace – fotonické integrované obvody (PIC) Žádné optické zpracování (CD, EDFA) ale masivní OEO regenerace v každém uzlu DWDM systém na čipu, zdroj: Infinera 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

14 Světlé zítřky s WDM Systémy optického přepínání dávek paketů a paketů (OBS, OPS)
Směrovací rozhodnutí ve vyšších vrstvách – časté OEO Velmi rychlé OEO konverze drahé (cena, spotřeba) a zbytečné OBS – směrovací rozhodnutí se dělá pro skupinu paketů, ty jsou dále již směrovány v optické doméně Komerční systémy existují, zatím spíše pro oblasti LAN a WAN OPS – směrovací rozhodnutí se v optické doméně provádí pro každý paket Stále ve stádiu prototypů Vhodné pro vysoce zasíťované prostředí - storage, gridy 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

15 Světlé zítřky s WDM Free a Open Source Software
Free a Open source SW Svobodný (Free SW) znamená svobodu používat, studovat a modifikovat bez omezení nemusí však znamenat zdarma Otevřený (Open source SW) se týká zejména svobody redistribuce a otevřenosti zdrojového kódu pro vývoj uživatelskou komunitou Nejsou to ale úplně stejné třídy: pod „open“ mohou být i licence příliš restriktivní pro „free“ a naopak existují „free“ licence nepřijatelné pod „open“ licencemi Rozdíly jsou ale malé, většina „free“ SW je i zároveň „open source“ a naopak Obchodní model svobodného SW je typicky založen na přidané hodnotě, např. podpora, školení, úpravy na míru, integrace nebo certifikace Komerční software - svobodný nebo proprietární Oblíbený omyl „komerční software" = "proprietární software" (Příklad komerčního svobodného SW je Red Hat Linux) Freeware Použití je bezplatné Autorům zůstávají všechna práva, zpětný inženýring, modifikace a redistribuce mohou být omezeny 7. dubna, 2010 Zdroj: wikipedia WDM Systems Summit 2010

16 Světlé zítřky s WDM Open Hardware
Relativně významný úspěch svobodného a otevřeného SW Open source hardware Navrhnut a nabízen stejným způsobem jako svobodný a otevřený SW Otevřený přístup aplikován na HW (např. schémata) Svobodný a otevřený přístup aplikován na SW řídící tento HW Open design Vývoj produktů nebo systémů skrze veřejně sdílené informace o návrhu Zdroj: wikipedia 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

17 Světlé zítřky s WDM Svobodný a otevřený přístup v síťování
Otevřený přístup v síťování existuje, zejména ve vyšších vrstvách Celá řada menších projektů, e.g. zejména open routery Co velcí hráči? - Juniper otevřel svůj síťový OS JUNOS (založen na Free BSD) a vytvořil Partner Solution Development Platform již v roce 2007 Operátoři sítí vědí první co oni a jejich zákazníci potřebují – to umožňuje rychlý vývoj nových, lepších vlastností a služeb Ale co nejnižší vrstvy, obzvláště fotonická? 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

18 Světlé zítřky s WDM Svobodný přístup v přenosových systémech
Svobodný přenosový systém vyvinut a rozvíjen v CESNET Užit open source SW odvozený od Debian and SLAX Provozovatelé systému mohou aktivně modifikovat a vylepšovat SW - sami nejlépe vědí co potřebují Rychlý vývoj nových, lepších vlastností a služeb Svobody zachovány Používat zařízení dle vlastního uvážení Studovat jak systém pracuje Modifikovat Obchodní model obdobný jako u svobodného SW – návrhy systémů, údržba, zákaznické úpravy a podpora a navíc výroba HW a výstavba systémů 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

19 Světlé zítřky s WDM Stavební bloky svobodných WDM systémů
Stavební bloky WDM systémů Statické: MUX/DEMUXy + OADM, zesilovače, jednotky kompenzace CD Dynamické: VMUXy, ROADM a WSS Dostupné bloky otevřeného systému Optické zesilovače EDFA/Raman, Fixní a laditelné kompenzátory CD (FBG, GTE, VIPA, MZI) Dynamická práce s lambdami: VMUXy, ROADM, WSS, konvertory vlnových délek, monitory kanálů Vláknové přepínače, včetně možnosti multicastu Další bloky jsou neustále doplňovány 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

20 Světlé zítřky s WDM Optické zesilovače
CLA – EDFAs Digitální přenosy Konce linky (předzesilovač+booster) Dvojnásobná linková zařízení Analogové a smíšené přenosy - CATV výstupů CLR – Ramanovské zesilovače – distribuované zesílení ve vlákně Vláknový laser – velká zesílení, výkony Polovodičové – ploché charakteristiky zisku, včetně TDM čerpání 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

21 Světlé zítřky s WDM Fixní a laditelná kompenzace CD
10G a zejména 40G starší modulační formáty (ODB, DPSK) Založeno na různých principech: FBG, GTE, VIPA, MZI 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

22 Světlé zítřky s WDM Zařízení pro dynamickou práci s lambdami
VMUX, včetně nebarevných ROADM, vícestupňová ve fázi vývoje WSS Konvertory vlnových délek (založeny na SOA - až 40Gb/s, možnost optického multicastu) Monitor kanálů (lambd) 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

23 Světlé zítřky s WDM Vláknové přepínače
Aplikace zálohování, sdílení prostředků CLS 16x16 – založené na mechanickém principu, širokopásmové Operational band O + C + L Insertion loss 2 dB Switching speed 40 ms Durability 109 cycles CLS 8x8 (PM) – nemechanický princip Operational band C Insertion loss 4 dB Switching speed 3 ms Durability MTBF 106 hrs (114 years) CLS 16x16 – nemechanický princip Insertion loss 5 dB Durability MTBF 5*105 hrs 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

24 Světlé zítřky s WDM Vláknové přepínače multicastující
Pro dynamickou distribuci vysokorychlostních signálů nebo signálů v reálném čase, např 4K či nekomprimované HD video CLM 4x4, 8x8, 2x16 – mechanický princip, širokopásmové Operational band O – L ( nm) Insertion loss 9, 12, 14 dB Switching speed 10 ms Durability cycles CLM 4x8 Operational band C Insertion loss 14 dB Switching speed 6ms Durability MTBF 106 hrs CLS/M 8x8, CLS/M 16x16 multicast na vyžádání Insertion loss 4-13, 5-17 dB Switching speed 3ms Durability MTBF 106, 5*105 hrs 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

25 Světlé zítřky s WDM Využití svobodných přenosových systémů
Přenos dat Např. svobodný DWDM systém km temných vláken, včetně 980km jednovláknových tras Čistě optické přenosy, obzvláště real time Např. přenos seismologických dat Navazování časových stupnic (srovnávání časových etalonů) Experiment na vzdálenost přes 500km, přesnost cca 1ns Laboratoř státního etalonu času a frekvence Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR Spolkový úřad pro metrologii a geodézii (Bundesamt für Eich und Vermessungswesen) tisková zpráva Distribuce multimédií ve vysokém rozlišení (nekomprimované HD, 4K, 8K) Aplikace kde je nutná interoperabilita 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

26 Světlé zítřky s WDM GLIF 2008 – Demonstrace CLM CzechLight PNWGP
7609 CAVEwave (2155) EVL e600 CESNET (trunk 440,441) CzechLight 6/2 Praha E300 CW 6506 (2155) 6/14 (441) 6/10 (445) 6/6 CW 6506 RX only RX only ‚TX only‘ C-Wave (2155) RX only Tx Rx GLIF Mog HD RX (2155) O2 O1 CESNET CLM I1 IP: MAC: 10:10:10:10:10:10 O3 Brno C6506 C-Wave (2155) O4 (441) (440) HD RX HD TX StarLight IP: MAC: 10:10:10:10:10:10 UCSD Calit2 Kombinace Mezinárodní transportní služby 10G Proprietárních a otevřeného DWDM přenosového systému 6509 CW 6506 GLIF 2008 – Demonstrace CLM e1200 HD RX IP: MAC: 10:10:10:10:10:10 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

27 Světlé zítřky s WDM Současnost
40G trh značně roztříštěn - nemožnost dosažení masovosti (akceptovaných cen) 40G NRZ tolerance pouze CD 50ps/nm, PMD 2,5 ps Celá řada modulačních formátů, u první generace přísnější nároky na OSNR, CD a PMD (včetně laditelné kompenzace) oproti 10G CS-RZ, ODB, DPSK DQPSK, DP-QPSK, OFDM POS rozhraní, nákladné 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

28 Světlé zítřky s WDM Budoucnost nejbližší
Optical Internetworking Forum (OIF) – MSA pro 100G DP-QPSK Fotonická část vysílače a přijímače, vlastní modul Výhody Symbolová rychlost pouze 1/4 Pracuje v 50 GHz gridu Návrhová pravidla téměř pro 10G Tolerance CD výrazně lepší než 10G (elektronická kompenzace) Tolerance PMD srovnatelná s 10G (elektronická kompenzace) Problémy Náchylná na nelinearity, FWM Kompenzované linky, DCF vlákna Koexistence s 10G kanály Nutnost výkonné DSP a rychlé DAC Navrženy i alternativní modulační formáty 16 QAM, OFDM, 3ASK-PSK,… 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

29 Světlé zítřky s WDM Budoucnost nejbližší
Výhody integrace Zdroj: 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

30 Světlé zítřky s WDM Budoucnost plánovaná
400 Gb/s a 1Tb/s systémy Nutná větší šírka pásma Nutnost variabilních gridů, prvky (ROADM a WSS) umí sdružovat kanály Nutné vysoké OSNR Ramanovské, nebo kombinované zesilování Snížení vzdáleností mezi inline stanicemi 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

31 Světlé zítřky s WDM Poděkování
Jan Gruntorád, Miroslav Karásek, Martin Míchal, Jan Nejman, Václav Novák, Karel Slavíček, Vladimír Smotlacha 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

32 Světlé zítřky s WDM Zítřky s DWDM budou světlé, systémy budou jednodušší po stránce fotonické, komfortnější po stránce správy pásma Děkuji za pozornost! Otázky? vojtech (zavináč) cesnet (tečka) cz 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

33 Světlé zítřky s WDM Reference 1
[1] Petr Holub, Josef Vojtech, Jan Radil, et. al., „Pure Optical (Photonic) Multicast“, GLIF 2007 Demo, Prague, 2007. [2] Jan Radil, Stanislav Šíma, „ Customized Approaches to Fibre-based E2E Services“, TERENENA 1st E2E Workshop, Amsterdam, 2008. [3] Stanislav Šíma, et. al., „ LTTx: Lightpaths to the application, From GOLEs to dispersed end users “, GLIF 2008 Workshop, Seattle WA, 2008. [4] Josef Vojtěch, Jan Radil, „Transparent all optical switching devices in CESNET“, 25th APAN meeting, Honolulu HI, 2008. [5] Radil J., Vojtěch J., Karásek M., Šíma S.: Dark Fibre Networks and How to Light Them, 4th Quilt Optical Networking Workshop, Fort Lauderdale FL, 2006. 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

34 Světlé zítřky s WDM Reference 2
[6] Deliverables [7] czechligh.cesnet.cz, Publications [8] Global Lambda Integrated Facility, [9] Vojtěch J., „CzechLight and CzechLight amplifiers“. In: 17th TF-NGN meeting, Zurych, Switzerland, April 2005 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

35 Světlé zítřky s WDM Free Software
Free software, software libre (Libre is used to avoid dual meaning of the "free" ) Freedom of usage, study and modification without restriction Copied and redistributed in modified or unmodified form without restriction or with minimal restrictions only to ensure that further recipients can also do these things and that manufacturers of consumer-facing hardware allow user modifications to their hardware Free software may be freely redistributed it is generally available at little or no cost. Free software business models are usually based on adding value such as applications, support, training, customization, integration, or certification Free software definition by FSF in 1986 Freedom 0: The freedom to run the program for any purpose Freedom 1: The freedom to study how the program works, and change it to make it do what you wish Freedom 2: The freedom to redistribute copies so you can help your neighbor Freedom 3: The freedom to improve the program, and release your improvements (and modified versions in general) to the public, so that the whole community benefits Practically 1 and 3 require source code to be available because studying and modifying software without its source code is highly impractical Commercial software - free software or proprietary software, contrary to a popular misconception that "commercial software" is a synonym for "proprietary software" (An example of commercial free software is Red Hat Linux) source: wikipedia 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010

36 Světlé zítřky s WDM Open Source Software
Open source is not only the access to source code Definition by OSI (to be able decided about licenses): 1. Free Redistribution The license shall not restrict any party from selling or giving away the software as a component of an aggregate software distribution containing programs from several different sources. The license shall not require a royalty or other fee for such sale. 2. Source Code The program must include source code, and must allow distribution in source code as well as compiled form. Where some form of a product is not distributed with source code, there must be a well-publicized means of obtaining the source code for no more than a reasonable reproduction cost preferably, downloading via the Internet without charge. The source code must be the preferred form in which a programmer would modify the program. Deliberately obfuscated source code is not allowed. Intermediate forms such as the output of a preprocessor or translator are not allowed. 3. Derived Works The license must allow modifications and derived works, and must allow them to be distributed under the same terms as the license of the original software. 4. Integrity of The Author's Source Code The license may restrict source-code from being distributed in modified form only if the license allows the distribution of "patch files" with the source code for the purpose of modifying the program at build time. The license must explicitly permit distribution of software built from modified source code. The license may require derived works to carry a different name or version number from the original software. 5. No Discrimination Against Persons or Groups The license must not discriminate against any person or group of persons. 6. No Discrimination Against Fields of Endeavor The license must not restrict anyone from making use of the program in a specific field of endeavor. For example, it may not restrict the program from being used in a business, or from being used for genetic research. 7. Distribution of License The rights attached to the program must apply to all to whom the program is redistributed without the need for execution of an additional license by those parties. 8. License Must Not Be Specific to a Product The rights attached to the program must not depend on the program's being part of a particular software distribution. If the program is extracted from that distribution and used or distributed within the terms of the program's license, all parties to whom the program is redistributed should have the same rights as those that are granted in conjunction with the original software distribution. 9. License Must Not Restrict Other Software The license must not place restrictions on other software that is distributed along with the licensed software. For example, the license must not insist that all other programs distributed on the same medium must be open-source software. 10. License Must Be Technology-Neutral No provision of the license may be predicated on any individual technology or style of interface. source: 7. dubna, 2010 WDM Systems Summit 2010