Документ описывает архитектуру нового поколения ROADM Cisco NLight, которая обеспечивает высокую гибкость, масштабируемость и автоматизацию для сетей DWDM. Основное внимание уделяется инновациям в области обработки спектра, включая поддержку до 96 каналов с шагом 50 ГГц и интеграцию новых оптических мультиплексоров. Технологии цветных и безцветных портов, а также многопортовые пассивные патч-панели создают возможности для построения полностью перенастраиваемых сетевых инфраструктур.

1. Гибкие перестраиваемые узлы вводавывода нового поколения –
Cisco nLight ROADM
Борис Черваков
Инженер-консультант
19.12.2013
© 2013 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.

2. Архитектура Cisco nLight
Конвергенция, Гибкость, Масштабируемость
nLight
Silicon
nLight
ROADM
100G и далее…
Различные модуляции
Производительность
Полная гибкость
Отсутствие ручных
настроек
Масштабируемость
nLight
Control Plane
Обмен информацией
Автоматизация и
оптимизация
Программируемость
2

3. Задачи стоящие перед DWDM сетью
Проблема
Проблема
Постоянный рост
трафика
Динамично изменяющееся
распределение трафика
Решение
Решение
Увеличение
пропускной
способности сети
Увеличение гибкости и
программируемости сети
Увеличение
количества
50 ГГц каналов
Увеличение
эффективности
использования
спектра
Увеличение
количества
оптических
направлений
Автоматизация
включения
сервисов

4. Увеличение пропускной
способности DWDM сети
50 ГГц ITU

5. Увеличение количества 50 ГГц каналов
от 80 до 96 каналов в C-Band, согласно ITU-T 50 ГГЦ сетке частот
Расширенный C-band
......
4 канала в начале спектра
12 каналов в конце спектра
1528.77 - 1529.94 Существующие 80 каналов 1562.23 - 1566.72
Новые лазеры, перенастраиваемые на 96 длин волн
Новые усилители с поддержкой расширенного диапазона
Новые Add/Drop мультиплексоры с поддержкой 96-ти каналов

6. Увеличение спектральной эффективности
50 ГГц сетка ITU-T
Фиксированные расстояния
Неиспользуемая полоса
50 ГГц сетка ITU-T
Уменьшение расстояния между каналами
Эффективное использование спектра
Ёмкость DWDM сети ограничена максимальным количеством каналов,
которая определяется фиксированной сеткой частот ITU-T

7. Использование «Суперканалов»
50 ГГц сетка ITU-T
Весь спектр с шагом 12.5 ГГц
Фиксированные расстояния
Неиспользуемая полоса
Суперканал, состоящий из нескольких,
близко расположенных поднесущих
Для использования «Суперканалов» необходима возможность гибкого и
более гранулярного выделения полосы/части спектра, что требует
внедрения новых, принципиально отличающихся, оптических
мультиплексоров.

8. Flex Spectrum ROADM
100 Gbps
1 Tbps
1 Tbps
7 - Odd
6 - Even
6 - Odd
5 - Even
5 - Odd
4 - Even
4 - Odd
3 - Even
3 - Odd
o Увеличения ширины спектра занятого
под сервис с шагом ∆f = 12.5 GHz
2 - Even
o Возможность вносить общее затухание
для участка спектра
2 - Odd
o Возможность плавного увеличения
занимаемого спектра на канал
400 Gbps
o Возможность эффективного
размещения каналов с разной полосой
и модуляцией
1- Even
• Flex Spectrum ROADM убирает все
ограничения на ширину канала и
формат модуляции
1 - Odd
o Скорости или модуляции не
попадающие в стандартную сетку
каналов, не могут пройти через фильтр
100 Gbps
100 Gbps
• Классический ROADM поддерживает
длины волн в фиксированной 50 ГГц
сетке частот ITU-T

9. Технология FlexSpectrum ROADM
piano

tilt
piano
MEMS: Array of tilting Mirrors
• Array of tilting mirrors, tilting in 2 directions.
• Continuous control of reflected beam angle.
Stack of LC & Birefringent wedges
• Each LC layer controllably rotates polarization
• Each wedge refracts the light in one of 2
directions based on polarization
• For N LC layers, 2N discrete beam angles are
possible.
DLP
• 2-D array of tilting mirrors
• 2 reflected beam directions only
LCOS: Array of LC Pixels
• Phased array beam steering
• Continuous control of reflected beam angle.

10. Архитектура Flex Spectrum DWDM
FlexSpectrum DWDM система
50GHz DWDM система
DSP на
передающей
стороне
TX1
TX2
Flex Spectrum
ROADM
TX3
TX4
Optical multiplexer
Обработка сигнала
Уменьшение
расстояния между
каналами
Ch1
Ch1
Ch2
50GHz
Ch3
Ch3
50GHz
Ch4
50GHz

11. Когерентный ввод/вывод каналов
Когерентный приемник
100 Gb (1)
100 Gb (2)
Flex Spectrum
ROADM
Splitter Drop
100 Gb (3)
100 Gb (4)
400 Гбит/с Суперканал
Передатчик в Найквист фильтрацией
(100Gb QPSK поднесущие)
100 Gb (1)
100 Gb (2)
Flex Spectrum
ROADM
Coupler Add
100 Gb (3)
100 Gb (4)

12. Ёмкость DWDM системы
Емкость на пару волокон
24 - 28
Терабит в секунду
30
25
19 - 22
20
15
9,6
10
5
0,8
0
10 Gbps
80 Ch
100 Gbps
96 Ch
200+ Gbps
96 Ch
200+ Gbps
Flex Spectrum
До 150 Ch

13. Увеличение гибкости и
программируемости DWDM
сети

14. Классический ROADM
ROADM дает определенную гибкость DWDM –
Любая длина волны в любом месте сети
Но это статичная, относительная гибкость.
Любые изменения топологии требуют ручного вмешательства

15. Colored & Directional ROADM
Colored Add/Drop
К каждому порту мультиплексора
привязана уникальная
фиксированная частота
Directional Add/Drop
Порты мультиплексора жестко
привязаны к определенному
оптическому направлению
Из-за этих ограничений, смена длины волны или направления сервиса
невозможна без физической перекроссировки патч-кордов на
терминальных узлах

16. Colorless & Omni-directional ROADM
Функционал Colorless и Omni-directional дают дополнительную гибкость,
необходимую для построения полностью перенастраиваемой сети
Colorless Add/Drop
Нет жёсткой привязки частоты к
конкретному порту
мультиплексора Любая частота на
любой порт
Omni-Directional Add/Drop
Лямбда с любого порта может быть
смаршрутизирована в любое
оптическое направление на узле
Использование Colorless и Omni-Directional, позволяет изменять длину
волны и направление любого DWDM сервиса программно, без
необходимости какого-либо физического вмешательства

17. Функционал Contentionless
Использование Omni-directional приводит к неоптимальному
использованию частотного ресурса на терминальных узлах Mesh-сети.
Более эффективное использование частот обеспечивает переход на
архитектуру Contentionless.
Contentionless Add/Drop
Одинаковая частота может быть
одновременно использована на
нескольких портах одного
мультиплексора
Функционал Contentionless позволяет терминировать на одном Add/Drop
мультиплексоре N сервисов с одинаковыми длинами волн, где N равно
количеству оптических направлений на данном узле

18. Концепция nLight ROADM
Полный программный контроль; Никаких физических перекроссировок
Omni-Directional – ROADM ports
are not direction-specific (re-route
does not require fiber move)
Flex Spectrum – Ability to provision
the amount of spectrum allocated to
wavelength(s), allowing for 400 Gb
and 1T channels.
Colorless – ROADM ports are not
frequency-specific (re-tuned laser
does not require fiber move)
Contentionless - Same frequency
can be added/dropped from multiple
ports on same device.
Основа для построения многоуровневой программируемой сетевой
инфраструктуры

19. Архитектура и компоненты
nLight ROADM

20. Архитектура Cisco nLight ROADM
Направление 1
Направление1
Направление 2
Направление 2
Направление 3
Направление 3
Направление N
Направление N
Усилители
Усилители
Усилители
Усилители
16-WXC-FS
16-WXC-FS
16-WXC-FS
16-WXC-FS
EDRA или MAL-less EDFA
Wavelength Cross-Connect
Взаимодействие между
направлениями
Модульная патч-панель
Add/Drop
Модульная патч-панель
Транспондеры или IPoDWDM

21. Логическая схема узла nLight ROADM
AMPLIFIER(S)
16-WXC-FS
Пассивная
модульная
патч-панель
CCOFS ADD/DROP
AMPLIFIER(S)
Работа по принципу
«Route & Select»
16-WXC-FS
Когерентное детектирование
упрощает локальный
ввод/вывод каналов и
увеличивает гибкость
конфигурации
16-WXC-FS
AMPLIFIER(S)
Порты 16-WXC-FS
используются для
подключения оптических
направлений и/или
локального ввода/вывода
Пассивная модульная
патч-панель снижает
количество кроссировок и
сложность инсталляции

22. AMPLIFIER(S)
Усилители для nLight ROADM
• Для компенсации больших потерь на ROADM, каждое направление
комплектуется двумя усилителями – Pre-amplifier и Booster
• В качестве усилителей могут быть использованы MAL-Less EDFA-17 и
EDFA-24, которые поддерживают весь спектр частот, необходимый для
работы Flex Spectrum ROADM.
• Для получения максимальных оптических характеристик используются
новейшие, специально разработанные для применения в DWDM сетях
следующего поколения, усилители EDRA, сочетающие в себе функционал
EDFA и Рамановского усилителей

23. EDRA: новое поколение усилителей
Интегрированный EDFA и обратно направленный Рамановский усилитель
позволяют получить оптимальные оптические характеристики и
масштабируемость сети
Два типа модулей: с встроенными Pre и Booster EDFA (EDRA-2) для
использования в узлах с ROADM и только с Pre EDFA (EDRA-1) для
использования на узлах усиления
Два возможных максимальных коэффициента усиления: до 26 дБ и до 35 дБ
2x LC разъема
COM-TX/RX
MPO разъем для
подключения
OCM/CD/OTDR
1x LC LINE-TX
2x LC разъема
OSC-TX/RX
E-2000 PS PC
LINE-RX

24. Преимущества EDRA
Ультра низкие вносимые шумы
• Увеличение максимального расстояния передачи без регенерации сигнала
• Готов для внедрения требовательных к OSNR форматов модуляции (16-QAM и т.д.)
Компактные размеры
• Одно оптическое направление с ROADM и усилителем в одном компактном шасси
• Dynamic Gain Equalizer (DGE) в одном компактном M6 шасси
Простые инсталляция и настройка
• Подключение OTDR, CD и OCM
• Настройка (калибровка) без использования внешней длины волны

25. nLight ROADM 16-WXS-FS
16-WXC-FS
• The card is composed of two functional sections:
̶ A mono-directional 1 x 16 Wavelength cross-connect (WXC) – de-multiplexer section
̶ A mono-directional 16 x 1 Wavelength cross-connect (WXC) – multiplexer section
• Both sections can manage (on each port) up to 96 channels; 50 GHz spaced
• The multiplexer section can selectively send any wavelength combination from 16 input
ports to a common (COM-TX) output port
• The de-multiplexer section can selectively send any wavelength combination from its
common (COM-RX) input port to any of the 16 output ports
• An upgrade port is available for expansion to 32 degrees
• Optical channel monitors continuously read per-channel power level from all optical ports
• Both OCM and WXC blocks can manage (on each port) a “flex” optical spectrum for each
of the WXC ports

26. 16-ти портовый Flex Spectrum ROADM
Основа для построения полностью гибкого DWDM уровня
Flex Spectrum ROADM с шагом 12,5 ГГц
Состоит из двух основных функциональных блоков:


1 x 16 WXC – демультиплексор
16 x 1 WXC – мультиплексор
16 портов для терминации оптических направлений и/или подключения
локального ввода/вывода
Возможность расширения до 32 портов
2x LC для
расширения
количества
портов до 32
4x MPO8 для
подключения к
патч-панели
2x LC разъема
COM-TX/RX

27. Схема мультиплексора 16-WXS-FS

28. Принцип работы «Route & Select» (I)
• Второй модуль WSS добавлен на входе
каждого оптического направления
Архитектура “Route & Select”
Направление B
• Демультиплексирующий WSS
«маршрутизирует» любые комбинации
длин волн с COM-RX на любые
EXPRESS порты (другие направления
или локальный вывод)
Ввод
Вывод
WSS
‘Route’
WSS
‘Select’
Направление A
Направление C
• Архитектура позволяет создавать
масштабируемые omni-directional &
colorless системы
Полносвязная
пассивная
патч-панель
WSS
‘Route’
• Каналы изолируются на входящем и
исходящем мультиплексорах, повышая
оптическую производительность
WSS
‘Route’
WSS
‘Select’
• Мультиплексирующий WSS ‘выбирает’
любые комбинации длин волн с
EXPRESS портов (другие направления
или локальный ввод) и отправляет их на
COM-TX
WSS
‘Select’

29. Принцип работы «Route & Select» (II)
Route
96 каналов
& Demux
Любая комбинация
уникальных длин волн
на любой порт
Направление X
Select
& Mux
96 каналов
Любая комбинация
длин волн

30. Кроссировки внутри nLight ROADM узла
• 16 портов на ROADM позволяют создать Mesh-узел c M оптическими
направлениями и N портами для подключения локального ввода/вывода
(где M+N=17)
• Для транзитных каналов, порт ROADM для каждого оптического
направления должен быть подключен к порту ROADM’ов всех других
направлений
• Omni-directional ввод/вывод требует чтобы N портов локального
ввода/вывода были подключены к М оптическим направлениям
• Необходима полносвязная инфраструктура, которая обеспечить прямые
оптические соединения между всеми мультиплексорами на узле
16 ROADMs
16 ROADMs (degrees) Plus Add/Drop
Full mesh = n*(n-1) портов (n=17)
272 двунаправленных (TX/RX) портов
Патч-панель
Необходимо модульное
масштабируемое решение

31. Пассивная расширяемая патч-панель
• Каждый 16-WXC-FS имеет 32 физических подключения (16x TX и 16x RX)
• Большое количество портов гарантирует гибкость и хорошую
масштабируемость решения в будущем
• Расширяемая патч-панель предназначена для соединения оптических
компонентов узла друг с другом и позволяет значительно снизить
количество физических кроссировок между ними, облегчая инсталляцию и
дальнейшую эксплуатацию оборудования, повышая надежность
• Использование MPO разъемов так же способствует уменьшению
внутриузловых соединений
• Модульная унифицированная конструкция позволяет расширять
функционал различными пассивными компонентами, по мере
необходимости
• Все пассивные элементы оснащены USB портами для сбора инвентарной
информации, а также для подачи эл. питания для работы встроенных
фотодетекторов

32. Пассивная расширяемая патч-панель
•
•
•
•
•
•
Пять типов модулей, устанавливаемых в 1 RU шасси
Каждое шасси вмешает до четырех модулей
Масштабируемость до 16 оптических направлений с инкрементом 4
Поддержка Сolorless и Omni-directional ввода/вывода
Пассивное решение обеспечивающее максимальную надежность
Встроенные фотодетекторы для контроля мощности оптического сигнала
5-Degree
Mesh
4-Degree
Upgrade
4x4
Colorless A/D
16x1
Colorless A/D
MPO  LC
Adapter

33. Обзор MESH модулей патч-панели
NCS2K-MF-DEG-5

Базовый элемент для построения полносвязных
оптических соединений

5x MPO портов (4x TX/RX порта в каждом MPO)

Позволяет терминировать до пяти направлений
без локального ввода/вывода или меньшее
количество направлений плюс порты локального
ввода/вывода
MF-DEG-5

A1 B1 C1 D1
AD1
Порта ввода/вывода могут быть Directional или
Omni-Directional, Colorless или Colored
NCS2K-MF-UPG-4

Degree #1
Обеспечивает полносвязное соединение четырех
оптических направлений с другими четыремя
Degree #2
оптическими направлениями

8x MPO портов (4x TX/RX порта в каждом MPO)

Элемент предназначенный для увеличения
количества оптических направлений или портов
ввода/вывода на узле
Degree #5
Degree #6
Degree #3
Degree #7
Degree #4
Degree #8

34. Mesh панель NCS2K-MF-DEG-5
Pd1
Pd2
Pd3
Pd4
Pd5
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8
DEG-1
DEG-2
DEG-3
DEG-4
DEG-5

35. Mesh панель NCS2K-MF-UPG-4
DEG-8
8 7 6 5 4 3 2 1
DEG-7
8 7 6 5 4 3 2 1
DEG-6
8 7 6 5 4 3 2 1
DEG-5
8 7 6 5 4 3 2 1
Pd5
Pd1
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8
DEG-1
DEG-2
DEG-3
DEG-4

36. 4-х канальная панель ввода/вывода
NCS2K-MF-4X4-COFS
•
•
•
•
•
•
•
2x 4x4 оптический splitter/coupler
MPO разъем для подключения к Mesh
патч-панели
4x LC разъёмов для подключения
транспондеров
Все лямбды с портов ADD1-4
реплицируются на порты COM-TX1-4
Все лямбды с портов COM-RX1-4
реплицируются на порты DROP1-4
Встроенный мониторинг мощности
оптического сигнала
Используется для построения Colorless
и/или Omni-directional ввода/вывода

37. 16-ти канальная панель ввода/вывода
NCS2K-MF-16AD-CFS
•
1 x 16 оптический Spliter / Coupler
•
16x LC разъёмов для подключения
транспондеров и 1x LC для
подключения к DWDM инфраструктуре
•
Встроенный мониторинг мощности
оптического сигнала
•
Используется для построения
Colorless и/или Omni-directional
ввода/вывода

38. Панель MPO-8LC адаптер
NCS2K-MF-MPO-8LC
• Объединяет 4x LC в один MPO разъем
•
Встроенный мониторинг мощности
оптического сигнала

39. Шасси для монтажа патч-панелей
15216-HD-EXT-PNL=
До четырех патч-панелей устанавливается в одно 1RU шасси

40. Примеры построения узлов на
базе Cisco nLight ROADM

41. Примеры конфигураций – Обозначения
A1
A1
A2
A2
A3
A3
A4
A4
• 16 портов 16-WXC-FS представлены четырьмя группами по
четыре порта в каждой
• Буквы обозначают оптическое направление, цифры – номер
MPO порта
• Все соединения двунаправленные (TX + RX)

42. Примеры конфигураций – Обозначения
Модуль
Обозначение
Количество MPO
Количество LC
MF-MPO-8LC
MPO LC
1
4- Duplex
MF-4x4-COFS
4x4
1
4- Duplex
MF-16AD-CFS
-
17 - duplex
MF-DEG-5
5
-
MF-UPG-4
8
-

43. 4 Degree ROADM + ввод/вывод
MF-DEG-5
A1 B1 C1 D1
AD1

44. До 8 Degree ROADM + ввод/вывод
E1 F1 G1 H1
MF-DEG-5
MF-DEG-5
A1 B1 C1 D1
A2 B2 C2
AD1
D2 E2 F2 G2 H2
AD2

45. До 12 Degree ROADM + ввод/вывод

46. До 16 Degree ROADM + ввод/вывод

47. Терминальный узел до 16 A/D портов
Colorless
Omni-directional
1x16-COFS
1 x 16
MPO LC
MPO LC
TXP
TXP
TXP
MPO LC
TXP
MPO LC
Поддержка только для
когерентных транспондеров
N
Contention-less
16-WXC-FS
Y
N

48. Терминальный узел до 64 A/D портов
Colorless
Omni-directional
MPO LC
4x4
2x EDFA-xx
1 x 16
2x EDFA-xx
---- x 4 ------
1 x 16
N
Contention-less
Blk Att.
Y
N

49. Терминальный узел до 96 A/D портов
Colorless
Omni-directional
16-WXC-FS
MPO LC
MPO LC
2x EDFA-xx
1 x 16
2x EDFA-xx
---- x 6 ------
1 x 16
Y
Contention-less
Blk Att.
Y
N

50. Терминальный узел до 96 A/D портов
Colorless
Y
Omni-directional
Y
Contention-less
N
Blk Att.
16-WXC-FS
MPO LC
MPO LC
MPO LC
1 x 16
1 x 16
ODD
MD-48
2x EDFA-xx
MD-48
TXP
TXP
2x EDFA-xx
MPO LC
EVEN

51. 4 Degree до 96 A/D каналов
A4 B4 C4 D4
F
MPO LC
MPO LC
MPO LC
AD1
ODD
ODD
ODD
ODD
MD-48
MD-48
MD-48
MD-48
MD-48
MD-48
MD-48
MD-48
A1 B1 C1 D1
EVEN
ODD
ODD
ODD
N
Contention-less
MPO LC
N
Omni-directional
MF-DEG-5
Colorless
N

52. 4 Degree до 96 Omni A/D каналов
Colorless
A1 B1 C1 D1
ODD
MD-48
MD-48
MD-48-CM
4x4
MF-4x4-COFS
Bulk Att.
EVEN
Y
Contention-less
AD1
N
Omni-directional
MF-DEG-5
N

53. 4 Degree до 4 Omni & Colorless A/D каналов
Colorless
Omni-directional
AD1
A1 B1 C1 D1
MF-4x4-COFS
4x4
Y
Contention-less
MF-DEG-5
Y
N

54. 4 Degree до 52 Omni & Colorless A/D каналов
Colorless
Y
Omni-directional
Y
Contention-less
N
A2 B2 C2 D2 A3 B3 C3 D3 A4 B4 C4 D4
MF-DEG-5
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
AD6
AD7
AD8
AD9
AD10 AD11 AD12 AD13
A1 B1 C1 D1
4x4
4x4
4x4
4x4
4x4
4x4
4x4
4x4
4x4
4x4
4x4
4x4
4x4

55. 4 Degree до 128 Omni & Colorless A/D каналов
Colorless
Y
Omni-directional
Y
Contention-less
A2 B2 C2 D2
N
MF-DEG-5
AD1
AD2
AD3
AD4
AD5
4x4
A1 B1 C1 D1
2x EDFA-xx
2x EDFA-xx
4x4
1 x 16
2x EDFA-xx
1 x 16
1 x 16
---- x 4 ------
2x EDFA-xx
---- x 4 ------
1 x 16

56. Узел усиления
• Одно M6 шасси (6RU, 300 мм) для узла усиления
• Унифицированная конфигурация на базе двух EDRA-1
усилителей

57. Узел ROADM
• Одно M6 шасси (6RU, 300 мм) для каждого оптического направления
• Стандартная конфигурация состоящая из EDRA-2 и 16-WXC-FS
• Вместо EDRA-2 могут быть использованы EDFA-17 и EDFA-24

58. 4-Degree Colored & Directional ROADM
Power supply
LCD / memory
Power supply
Power supply
LCD / memory
TNC
Available
Available
16-WXC-FS
EDRA-2-xx
EDRA-2-xx
TNC
Power supply
TNC
Available
Available
16-WXC-FS
Power supply
TNC
LCD / memory
Power supply
Power supply
LCD / memory
Power supply
TNC
Available
Available
16-WXC-FS
16-WXC-FS
EDRA-2-xx
EDRA-2-xx
TNC
TNC
MD-48-ODD
MD-48-ODD
MD-48-ODD
MF-DEG-5
TNC
Available
Available
MD-48-ODD
MF-MPO-8LC

59. Degree-4 Colorless & Omni-Directional
Power supply
LCD / memory
Power supply
Power supply
LCD / memory
TNC
Available
Available
16-WXC-FS
EDRA-2-xx
EDRA-2-xx
TNC
Power supply
TNC
Available
Available
16-WXC-FS
TNC
LCD / memory
Power supply
Power supply
LCD / memory
TNC
Available
Available
16-WXC-FS
EDRA-2-xx
EDRA-2-xx
TNC
Power supply
TNC
Available
Available
16-WXC-FS
MF-DEG-5
MF-UPG-4
Power supply
TNC
MF-4X4-COFS
MF-4X4-COFS
MF-4X4-COFS
MF-4X4-COFS
MF-4X4-COFS

60. Cisco Optical Solutions

61. #CiscoConnectRu
Спасибо
Пожалуйста, заполните анкеты.
Ваше мнение очень важно для нас.
Name: Борис Черваков
Phone: +7 985 6436485
E-mail: bchervak@cisco.com
CiscoRu
19.12.2013
Cisco
© 2013 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.
CiscoRussia