Seminario Secsy: Science and Engineering of Computing SinergY Seminario Secsy: Science and Engineering of Computing SinergY Ferney Amaya Universidad Javeriana.

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1 Seminario Secsy: Science and Engineering of Computing SinergY Seminario Secsy: Science and Engineering of Computing SinergY Ferney Amaya Universidad Javeriana Cali Redes de Acceso Ópticas: Desafíos y Perspectivas

2 2  Motivación  Efectos Físicos en las Redes Ópticas  La Red de Acceso, Fibra hasta el hogar  Trabajo realizado  WDM-PON

3 3 Internet en el mundo Mundo (marzo 2008): http://www.internetworldstats.com/stats.htm Países % Penetración % Usuarios Crecimiento (2000-2007) Chile 43,25.7 %300.3 % Argentina 39,713.0 %540.0 % Uruguay 31,80.9 %197.3 % Costa Rica 29,41.0 %385.8 % Perú 25,56.0 %193.0 % Puerto Rico 23,20.7 %357.8 % Colombia 22,88.2 %1,050.0 % Brasil 22,434.7 %752.0 % R. Dominicana 22,41.7 %3,718.2 % Venezuela 20,44.3 %457.7 % Ecuador 11,31.3 %760.6 % Guatemala 10,41.1 %1,930.8 % Mexico 2,819.3 %773.8 % TOTAL 22.2 %100.0 %590.1 % Latinoamérica (2007):

4 4 Banda Ancha World Broadband Statistics: Q1 2008. Point Topic

5 5 Tendencias en telecomunicaciones Crecimiento en el sector debido a: Masificación de servicios web Nuevas aplicaciones: Los proveedores se han motivado hacia las redes Multiservicios

6 6 Motivación Requerimientos de alto desempeño debido al creciente uso de Internet Las tecnologías de acceso actuales no satisfacen los futuros requerimientos Nuevas tecnologías de acceso recientemente desarrolladas Es necesario estimar los límites de capacidad y desempeño de las redes de acceso actuales y futuras: –Cómo actualizar la infraestructura de la red? –Cuáles son los límites de capacidad?

7 7  Motivación  Efectos Físicos en las Redes Ópticas  La Red de Acceso, Fibra hasta el hogar  Trabajo realizado  WDM-PON

8 8 Atenuación Longitud de onda (nm) segunda ventana tercera ventana

9 9 Dispersión Oficina central Hogar/oficina Dispersion unshifted Dispersion shifted Non-zero dispersion shifted

10 10 No linealidades Intensidad de potencia: I = P/A 80  m 2 – Fibra estándar 50  m 2 – DCF Efecto Raman Auto modulación de fase, modulación cruzada de fase Mezcla de 4 ondas

11 11 Efecto Raman (1) L3 L1 L2 fotón 2 Energía térmica fotón 1

12 12 Efecto Raman (2) Interferencia en WDM 1 2 3 Amplificación bombeo Información

13 13 Ecuación no lineal de Schrödinger Dispersión (2) Atenuación Dispersión (3) XPM SPM Ecuación de propagación para dos ondas A s, A p a diferente longitud de onda: Raman

14 14 Sistemas de comunicación ópticos (1) Cómo incrementar la capacidad? Espectro WDM WDM: Wavelength Division Multiplexing

15 15 Sistemas de comunicación ópticos (2) Amplificación: EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier)

16 16 Sistemas de comunicación ópticos (2) Amplificación: Raman Dispersión: DCF

17 17  Motivación  Efectos Físicos en las Redes Ópticas  La Red de Acceso, Fibra hasta el hogar  Trabajo realizado  WDM-PON

18 18 Red de Telecomunicaciones Red de Transporte Red de Acceso Servicios Datos Televisión Voz hogar oficina

19 19 Red de acceso y sus limitaciones FTTH the New Epowerment. Green, Paul. 2006. Wiley & Sons.

20 20 Tecnologías de Banda Ancha Proveedor de servicios sistema TV cable fibra hasta el hogar acceso inalámbrico Wi-Max Modem analógico TV, cable modem FTTH ADSL Red de acceso Hogar/oficina red de acceso telefónica TecnologíaCapacidadAlcanceVentajasLimitaciones HFC40 Mbps/canal 3 Mbps/usuario 100 km con amplificador Usa red TV cable BW compartido ADSL 12 Mbps (0.3km) 1.5 Mbps (5.4km)Máx. 5.4km Usa red telefónica BW depende de distancia VDSL 52 Mbps (0.3km) 13 Mbps (1.3km) Máx. 1.4km desde nodo ADSL2+26 Mbps (0.3km) 7.5 Mbps (2.7km) Máx. 2.7km

21 21 Que ha motivado la Fibra hasta el Hogar? Nuevas aplicaciones Redes actuales no satisfacen demanda. Reducción de los costos. Tecnología estandarizada.

22 22 Opciones de Fibra hasta el hogar P2P (Point to Point) PON (Passive Optical Network) PONP2P

23 23 Estandarización de PON BPONEPONGPON EstándarITU-T G.983IEEE 802.3ahITU-T G.984 Ancho de banda/usuario20 Mbps60 Mbps40 Mbps Usuarios por fibra321664 TransmisiónATMEthernetGFP/ ATM FTTH the New Epowerment. Green, Paul. 2006. Wiley & Sons.

24 24 Distribución de video en PON (1) El estándar G.983.3 Oficina central/ cabecera splitter video 1550nm datos 1490nm datos 1310nm

25 25 Distribución de video en PON (2)    1310 1490 1550    AM-VSB o QAMVideo sobre IP TipoCNRPotencias AM-VSB48 dB14 dBm (25 mw) 1024-QAM42 dB9 dBm (8 mW) 64-QAM30 dB1.2 dBm (1.3 mW)

26 26  Motivación  Efectos Físicos en las Redes Ópticas  La Red de Acceso, Fibra hasta el hogar  Trabajo realizado  WDM-PON

27 27 Modelo video SCM-WDM en PON EDFA f1f1 video f2f2 Mod láser video SCM 1550nm Datos láser 1490nm Datos FD 1310nm circulador MUXMUX 20 km DMUDMU Video FD 1550nm splitter

28 28 Modelo video SCM-WDM en PON EDFA f1f1 video f2f2 Mod láser video SCM 1550nm Datos láser 1490nm Datos FD 1310nm MUXMUX DMUDMU Video FD 1550nm splitter Interferencia No linealidades

29 29 Modelo video SCM-WDM en PON (1) EDFA Fotodetector Láser Transmisor Receptor Modulación cruzada de Fase  NL Interferencia debida a la Modulación cruzada de Fase

30 30 Modelo video SCM-WDM en PON (2) EDFA Fotodetector Láser Transmisor Receptor Interferencia Raman

31 31 Modelo video SCM-WDM en PON (3) EDFA Fotodetector Láser Transmisor Receptor Ecuación analítica Optimizar la potencia óptica de transmisión y el índice de modulación.

32 32 Impacto Ajuste de los parámetros de la red para obtener el mejor desempeño. Algunos de los parámetros de potencia e índice de modulación encontrados, son comercialmente empleados pero no analíticamente demostrados.

33 33 Modelo video PON Raman EDFA Fotodetector Láser Fotodetector Láser Disminuir costos. Incrementar el alcance

34 34  Motivación  Efectos Físicos en las Redes Ópticas  La Red de Acceso, Fibra hasta el hogar  Trabajo realizado  WDM-PON

35 35 Para que mas ancho de banda? Requerimientos por subscriptor para ofrecer triple play: Tres canales HDTV60 Mbps Internet10 Mbps Video conferencia (Teléfono)2 Mbps Telemetría/control remoto1 Mbps Ancho de banda total> 75 Mbps Soo-Jin Park, Chang-Hee Lee. Journal of Ligthwave Technology. 2004.

36 36 Arquitectura WDM-PON Estructura básica de una red WDM-PON incluyendo posibles aplicaciones CO 1 … 5 Switch Ethernet Switch VDSL Punto de acceso inalámbrico FTTB FTTH 1 2 3 4 5

37 37 Aspectos de WDM-PON Altos costos fuentes WDM –Láser DFB (Distributed Feedback) usado en WDM long- haul y su costo es muy alto –Soluciones de bajo costo. Cómo disminuir los costos? –Reemplazar los DBF por FP (Fabry-Perot)

38 38 Arquitecturas WDM-PON Soo-Jin Park et-al. Journal of Ligtwave technology. Vol 22, No 11. 2004

39 39 Ferney Amaya – PUJ – Cali foamaya@puj.edu.co