Technische Aspekte optischer Netze

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1 Technische Aspekte optischer Netze Kurt Reichinger RTR-GmbH Abt. Technik Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 1

2 Inhalt Kapitel 1 Verwendung von Lichtwellenleitern (LWL) an LWL-Infrastruktur vor der TKK zu Glasfaser-Infrastruktur Referenzen Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 2

3 Kapitel 1 Verwendung von Lichtwellenleitern (LWL) Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 3

4 Anwendungsbereiche Datenübertragung Optische Datenübertragung: Gegenüber elektrischer Übertragung Vorteil einer höheren maximalen Bandbreite und Unempfindlichkeit gegenüber elektrischen und magnetischen Störfeldern; galvanische Trennung; kein Nebensprechen; keine Erdung erforderlich. Beleuchtung und Abbildung in Medizin und Messtechnik Glasfasern und Glasfaserbündel werden zu Beleuchtungs- und Abbildungszwecken z. B. an Mikroskopen, Inspektionskameras oder Endoskopen benutzt. Zumeist flexible polymere optische Fasern eingesetzt Sensoren Messtechnik: Faseroptische Sensoren, bei denen die Messgröße nicht durch eine elektrische sondern durch eine optische Größe repräsentiert bzw. übertragen wird, z.b. in schwer zugänglichen Bereichen (Staudämme) oder unter extremen Bedingungen (Stahlwerke). Laser Flexibler Transport von Laserstrahlung bei der Materialbearbeitung und in der Medizin Beleuchtung, Dekoration, Kunst und Architektur Lasershow; LED-beleuchtetes Glasfaserbündel; Indirekte Beleuchtung; lichtdurchlässiger Beton Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 4

5 Vergleich der Dienste- und Technologiebandbreiten Quelle: FTTH Council Europe Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 5

6 Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 6

7 Einsatz in unterschiedlichen Netzebenen Weitverkehrstransportnetz (Kernnetz) Hohe Kapazitäten Große Entfernungen National/International Backhaulnetz Anbindung Kernnetz Anschlussnetz Geringere Kapazitäten / Entfernungen Anschlussnetz Hybridnetz (HFC; NGA) FTTH-Netz Quelle: Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 7

8 FTTx (engl. Fiber to the x)-netztypen Quelle: FTTH Council Europe Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 8

9 Architekturen in passiven optischen Netzen (PON) und aktiven Ethernet Netzen (engl. point to point - P2P) Passives optisches Netz (PON) Aktives Ethernet Netz (P2P) Quelle: FTTH Council Europe Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 9

10 Netzelemente der FTTH-Infrastruktur Access Node oder POP (point of presence) Feeder cable Primary fibre concentration point (FCP) Distribution cabling Secondary fibre concentration point (FCP) Drop cabling Internal cabling Aktiver Zugangsknoten des Einzugsbereichs (z.b. OLT oder Switch). Großformatige optische Kabel und unterstützende Infrastruktur, z.b. Rohre oder Maste. Primärer Konzentrationspunkt; Leicht zugängliche erdverlegte oder mastmontierte Kabelmuffe oder externes Glasfasergehäuse (passiv, keine aktive Ausrüstung) mit großer Glasfaser-Verteilungskapazität. Mittelgroße optische Kabel und unterstützende Infrastruktur zur Kabelverteilung, z. B. Rohre oder Maste. Sekundärer Konzentrationspunkt; Kleine, leicht zugängliche erdverlegte oder mastmontierte Kabelmuffe oder externer Gehäuseschrank (passiv, keine aktive Ausrüstung) mit mittlerer/niedriger Glasfaserkapazität und großer Endkabelkapazität. Endkabel mit geringer Anzahl von Glasfaserkabeln oder eingeblasene Glasfasern / Rohre oder Röhrchen für die Anbindung der Teilnehmerliegenschaften. Interne Verkabelung; Umfasst die Geräte zum externen Glasfaseranschluss an Gebäude, die interne Glasfaserverkabelung und die Terminierungseinheit der Glasfaser, die Bestandteil der ONU sein kann Quelle: FTTH Council Europe Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 10

11 Gebäudeverkabelung (engl. In-House Cabling) Infrastrukturelemente: BEP Building Entry Point (Hausübergabepunkt) Spleiß- oder Steckverbindung FD Floor Distributor (optionaler Etagenverteiler) Übergang vertikales zum horizontalen Innenkabel OTO Optical Telecommunications Outlet (Optische Anschlussdose) ONT Optical Network Termination (Optische Netzwerkterminierung) elektro-optischer Konverter (Modem), kann mit CPE integriert werden Quelle: FTTH Council Europe CPE Customer Premises Equipment (auch SPE Subscriber Premises Equipment) z.b. Set-top-Box, Router Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 11

12 Beispiele der Steigleitungsarchitektur FD OTO BEP BEP BEP BEP Quelle: FTTH Council Europe Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 12

13 Kostenaufteilung einer passiven LWL-Infrastruktur Grabungskosten, Kabelkanäle, Rohrzüge, Schächte, usw. ~ 80% LWL-Kabel inkl. Verlegung ~ 15% Einbauten in Kabelschächten, Abzweigkästen, Schränken, usw. ~ 5% Grabungskosten, Kabelkanäle, Rohrzüge, Schächte, usw. Einbauten in Kabelschächten, Abzweigkästen, Schränke, usw. LWL-Kabel inkl. Verlegung Inkl. Herstellung, Wartung, und Instandhaltung, Akquisitionskosten, Wirtschaftliche Nutzungsdauer, Kapitalkostenzinssatz Grobe Schätzung: Abhängig von Distanzen und Örtlichkeit (urban/rural), Anzahl an Fasern, usw Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 13

14 Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 14

15 Funktionsweise und Arten von Lichtwellenleitern (LWL) LWL sind physikalisch gesehen Wellenleiter, mit welchen elektromagnetische Strahlung vom ultravioletten bis zum infraroten Spektralbereich übertragen werden kann (ca nm) Abhängig vom Kerndurchmesser und vom Brechungsindexunterschied kann sich der Lichtstrahl in mehreren (multi-) oder nur in einem (mono-) Modus durch den LWL bewegen: Multimode-Fasern Kostengünstigeres Equipment Kürzere Distanzen Lokale Anwendung z.b. in Rechenzentren, Campus usw. Monomode(Singlemode)-Fasern Strecken bis über 100 km ohne Zwischenverstärker überbrückbar Einsatz im Telekommunikationsbereich Quelle: Wikipedia Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 15

16 Typischer Aufbau einer Lichtwellenleiter(LWL)-Faser 1. Kern (engl. core) Lichtleiter aus Quarzglas oder Kunststoff, in dem das Licht geführt wird 2. Mantel (engl. cladding) Hält durch Totalreflexion die Führung des Lichtstrahls innerhalb des Kernes zusammen 3. Schutzbeschichtung (engl. coating und/oder buffer) Mantelbeschichtung, die den Schutz vor mechanischen Beschädigungen und Feuchtigkeit gewährt, besteht meist aus einer Lackierung aus speziellem Kunststoff (z.b. Polyimid, Acryl, Silikone) 4. Ggf. äußere Schutzhülle (engl. jacket) Bis zu wenigen Millimeter dicker Glas-, Kunststoff- oder Metallmantel zum Schutz einzelner Fasern, z.b. bei Patchkabeln Monomode Multimode Quelle: Wikipedia Durchmesser (in µm) Kern(1) Mantel(2) Schutz (3) bis ab 125 ab Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 16

17 LWL-Kabel Eine oder bis ein paar 100 LWL-Fasern können in bis zu 1 cm dicke LWL-Kabel zusammengefasst werden Die Fasern können in Adern gruppiert werden, typischerweise 6 oder 12 Fasern je Ader Abhängig von Einsatzbereichen sind verschiedene Kabeltypen verfügbar, z.b. für unter- und überirdische Verlegung, Verlegung in Rohren und Schächten, für In-House-Verkabelung (z.b. mit biegeunempfindlichen Fasern), für Verlegung in Abwasserkanälen, In Gas- oder Trinkwasserrohren, in Tunnels, am Meeresboden usw Leitungsrechte für Bundesbehörden Quelle: FTTH Council Europe Seite 17

18 Zwei grundlegende LWL-Verbindungsarten Steckverbindungen Mechanische Verbindungen mittels verschiedener Steckertypen Einfache und flexible Verbindung und Handhabung Größere Signaldämpfung (0,1-0,5 db) Spleißverbindungen Sichere und verlustarme (typisch unter 0,1 db) Verbindungsmethode durch Aufschmelzung der Faserenden durch einen kurzzeitigen Lichtbogen Erfordert jedoch spezielle Ausrüstung (Spleißmaschine) und Erfahrung Quelle: Wikipedia Licthbogen Spleißen beendet Quelle: FTTH Council Europe Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 18

19 Passive Optische Splitter Bikonische Schmelzkoppler Erzeugung durch Verschmelzen zweier zusammengewickelter Glasfasern Aufteilungsverhältnis bis zu 1:4, höheres durch Kaskadierung mehrerer Koppler möglich Planare Splitter Die optischen Pfade befinden sich auf dem Quarz-Chip (splitter/planar chip) Verfügbare Aufteilungsverhältnisse von 1x4 bis 1x32 und mehr Kompakt, bessere Einfügedämpfung, breiteres Spektrum im Vergleich zu Schmelzkopplern Quelle: FTTH Council Europe Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 19

20 Komponenten zu Kopplung und Verzweigung von LWL-Kabeln Spleißkassetten Enthalten einzeln verspleißte Fasern von zwei oder mehr Adern oder Kabeln Glasfasermuffen Enthalten eine oder mehrere Kassetten Einsatz vorwiegend im Außenbereich, in Schächten und Kanalanlagen Spleißboxen Enthalten eine oder mehrere Kassetten und Schalttafel mit Steckverbindungen Einsatz vorwiegend in geschützten Innenbereichen Verteilerschränke Enthalten eine oder mehrere Spleißboxen und anderes passive und aktive Equipment Einsatz im Innen- sowie Außenbereich (z.b. street cabinet) Quellen: Wikipedia und FTTH Council Europe Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 20

21 Verlegung der LWL-Kabel in Rohren Kabelkanalanlagen weisen meistens mehrere Rohrzüge auf Abhängig vom Rohrdurchmesser werden Kabel direkt in das Hauptrohr oder in Unterrohren verlegt Die Verlegung erfolgt meistens mittels Durchziehens des Kabels Bei Rohren kleineren Durchmessers bis zu ca. 20 mm (engl. micro ducts) werden Kabel mittels Luftdruck (oder Wasserdruck) eingeblasen Die Micro-Ducts werden in Unterrohren mitverlegt oder nachträglich eingezogen/eingeblasen Quelle: FTTH Council Europe Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 21

22 an LWL-Infrastruktur Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 22

23 Verwendung von optischen Dämpfungsmessgeräten Mit zwei Geräten kann die Einfügedämpfung (engl. insertion loss) und Rückflussdämpfung (engl. return loss) zwischen zwei Punkten eines beliebigen Segments gemessen werden Zwei Techniker erforderlich Die Lokalisierung einer Verbindungsunterbrechung (z.b. eines Glasfaserbruchs oder einer Überbiegung) gestaltet sich aufwändig Quelle: FTTH Council Europe Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 23

24 Verwendung von OTDRs (engl. optical time domain reflectometry) Optische Zeitbereichsreflektometrie, ein Verfahren zur Ermittlung und Analyse von Lauflängen und Reflexionscharakteristika von elektromagnetischen Wellen und Signalen im Wellenbereich des Lichts Position jeder einzelnen Komponente, inkl. Faserbruch und Überbiegung, im Netzwerk festlegbar Jegliche Verluste und Reflektionen an Steckund Spleißverbindungen sowie Gesamtverlust und reflektion messbar Ein (erfahrener) Techniker mit einem Messgerät erforderlich Bidirektionale OTDR für erhöhte Genauigkeit empfohlen Quelle: FTTH Council Europe Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 24

25 Verwendung von Aufsteckgeräten (engl. clip-on coupler) Bei einer gebogenen Glasfaser folgt das durchströmende Licht größtenteils der Biegung, ein Teil des Lichtes strahlt jedoch aus der Faser heraus Wenige Prozent des Lichtsignals genügen, um die optische Leistung zu messen bzw. alle übertragenen Informationen zu erhalten Die Methode ist nicht-invasiv und greift die Schutzhülle bzw. beschichtung nicht an Trotz der geringen Übertragungsverluste guter Spleiße bzw. Steckverbindungen tritt auch dort Strahlung aus, die ausgewertet werden kann Auch aus einem nichtmanipulierten intakten Kabel tritt wegen der Rayleigh-Streuung geringe Menge an Strahlung aus, die, jedoch mit höheren Aufwand, auswertbar ist Quelle: EXFO Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 25

26 vor der TKK zu Glasfaser- Infrastruktur Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 26

27 Bisher geführte Verfahren lt. 8 TKG 2003 hinsichtlich Glasfaser-Infrastruktur Alle Bescheide unter Art= Mitbenutzung verfügbar D1/09: Silver Server vs. ÖBB-Infrastruktur wegen Leerverrohrung auf einer Strecke D1/10: Silver Server vs. A1 Telekom Austria wegen unbeschalteten Glasfasern (engl. dark fibre) auf 6 Strecken D3/10: Silver Server vs. Wien Energie wegen unbeschalteten Glasfasern auf 2 Strecken D1/11: Silver Server vs. Wien Energie wegen unbeschalteten Glasfasern auf zwei Strecken D2/11: Silver Server vs. Wien Energie wegen unbeschalteten Glasfasern auf einer Strecke Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 27

28 Gutachterliche Vorgangsweise bei einem Verfahren Auswertung der zur Verfügung gestellten Daten der Parteien (z.b. aus Anträgen und Stellungnahmen) Geografische Streckenpläne und Streckenbeschreibungen Positionen der einzelnen Netzelemente wie Schächte, Schränke, Segmente, Anschlussobjekte usw. Segment- und Kabellängen Kapazitäts- und Belegungsdaten der einzelnen Kabel bzw. Fasern Lokalaugenschein Überprüfung der zur Verfügung gestellten Daten der Parteien Sammeln des Beweismaterials (z.b. Aufzeichnungen, Fotografien usw.) Detaillierte Einsichtnahme in relevante Themenbereiche (wie z.b. Kostendaten, tatsächliche Belegungssituation, Längenangaben, genaue Positionen der Netzelemente usw.) Klärung der noch offenen Fragen der Gutachter Erstellung des Gutachtens Überprüfung und Visualisierung der geografischen Daten (Positionen und Längen) anhand eines GIS-Tools (z.b. Google Maps) ggf. Erstellung der Belegungsdiagramme Berechnung der Kosten und Entgelte Gutachterliche Beurteilung über wirtschaftliche Zumutbarkeit und technische Vertretbarkeit Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 28

29 Beispiel der Visualisierung einer Strecke in Google Maps Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 29

30 VSt Muffe 1 Objekt Beispiel eines Belegungsdiagramms VSt Muffe 1 Objekt Kabel 1 Kabel 2 Dienste Fasern 1-4 Fasern Fasern 9-10 tot Fasern 60 6 Fasern = = beschaltet Kabel 3 Kabel 3 EP2 EP2 Fasern 1,2 + Verbindungen + Reserve Nicht verbunden Fasern 3,4 + Fasern 5,6 Dienste EP1 beschaltet EP1 Reserve tot Fasern 60 6 Fasern = 2 EP2 4 2 = EP EP1 EP1 beschaltet: Reserve: tot: VSt: EP: Durchgeschaltet, mit aktiven Diensten Durchgeschaltet, keine Dienste Nicht durchgeschaltet Vermittlungsstelle Kunden Endpunkt Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 30

31 Referenzen Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 31

32 ITU-T Standards ( ) Multimode-Fasern und -Kabel G.651.1: Characteristics of a 50/125 µm multimode graded index optical fibre cable for the optical access network Monomode-Fasern und -Kabel G.652: Characteristics of a single-mode optical fibre and cable G.653: Characteristics of a dispersion-shifted, single-mode optical fibre and cable G.654: Characteristics of a cut-off shifted, single-mode optical fibre and cable G.655: Characteristics of a non-zero dispersion-shifted single-mode optical fibre and cable G.656: Characteristics of a fibre and cable with non-zero dispersion for wideband optical transport G.657: Characteristics of a bending-loss insensitive single-mode optical fibre and cable for the access network G : Definitionen, Testmethoden und für Monomode-Fasern und - Kabel Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 32

33 Weitere Standards, Gremien und Publikationen L.12: Optical fibre splices ( ) L.36 : Single mode fibre optic connectors ( ) ITU-T Handbook Optical fibres, cables and systems, 2009 ( ) International Electrotechnical Commission (IEC) Technical Committees 86, 86A, 86B & 86C ( ) FTTH Council Europe ( ) European Committee for Electrotechnical Standardization ( ) Austrian Standards Institute ( ) Österreichischer Verband für Elektrotechnik ( ) Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 33

34 Technische Aspekte optischer Netze Kurt Reichinger RTR-GmbH Abt. Technik Leitungsrechte für Bundesbehörden Seite 34