Optische Netze für das Breitband-Internet

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1 Optische Netze für das Breitband-Internet Godehard Walf Future Talk CeBIT März 2004 Fraunhofer- für,, Berlin

2 Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Informations- und Kommunikations-Technologie im Auftrag von Wirtschaft, Bund, Land und EU Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte - Photonische Netze und Komponenten - Elektronische Bildtechnik für Multimedia - Breitband-Mobilkommunikation Mitarbeiter 275 (155 Wissenschaftler) Budget 25 M 2

3 HHI auf der CeBIT 2004 Fraunhofer Gemeinschaftsstand A24, Halle 11 3D-Displays und Interaktionstechniken Dienste für die Datenautobahn 3

4 Wer das Internet nicht nutzt, ist out Über 50 % der Haushalte in Deutschland haben einen PC WWW gehört zum täglichen Leben Wer das Internet nicht nutzt, hat berufliche, finanzielle und gesellschaftliche Nachteile c t 2003, Heft 6: Zwischen Breitband-Elite und Offline-Proletariat 4

5 Breitband-Internetzugang für Jedermann Das Internet entwickelt sich zum multimediafähigen Breitband-Internet Breitbandiger Internetzugang für Jedermann Zukünftige Datenraten für Internetnutzer - privat: 150 Mbit/s 10 Gbit/s (Prognose Intel) - geschäftlich: n x 1 Gbit/s bis n x 10 Gbit/s ===> Fiber to the Home (FTTH), Fiber to the Office (FTTO) Symmetrischer Zugang 5

6 Bandbreitebedarf Der Bandbreitebedarf wird im wesentlichen durch zwei Faktoren bestimmt: Datenmenge, die pro Zeiteinheit übertragen werden soll (Bild, Video, Ton, Text,..) Systemantwortzeit (Interaktive Dienste: Mensch - Mensch, Mensch - Maschine) 6

7 Übertragungsdauer DVD, 45 Min. Video Ethernet 100 Mbit/s 4 min Ethernet 10 Mbit/s 40 min TDSL downstream 9 h TDSL upstream 2 Tage ISDN (64 kbit/s) 4 Tage 7

8 Responsetime(ms) Diensteabhängiger Bandbreitebedarf Reaktionszeit (ms) Telelearning Information exchange, retrieval Videoconf. POTS 100 Kb/s 1 Mb/s 10 Mb/s Teleworking Interactive entertainment 100 Mb/s 1 Gb/s Informationsmenge (bits)

9 Optische Netze 9

10 Prinzip der Lichtführung in Lichtwellenleitern Mantel Kern Wellenausbreitung Brechzahl- Profil n 2 r n 1 j j A n Lichtwellenleiter- Querschnitt 10

11 Dämpfung der Glasfaser Dämpfung (db/km) 2 1 Bandbreite 60 THz Optische Träger Wellenlänge (µm) 11

12 Wellenlängenmultiplextechnik, WDM Coarse WDM 20 nm λ/nm Dense WDM 0,8 nm Source: MICROSENS 1550 λ/nm CWDM ITU-Standard: 18 Wellenlängen, 1270 nm nm, 20 nm 12

13 WDM in allen Netzbereichen Weitverkersnetz WDM, IP Metronetz WDM, IP 10 Gb/s Company Zugangsnetz Business Ring LAN WLL 2.5 Gb/s Office WLAN 150 Mb/s Home Opt. Crossconnect Opt. Add / Drop MUX IMT 2000 / UMTS 13

14 MEMS Schaltmatrix Spiegel/Aktuator Schaltmatrix mit 256 Spiegelelementen Source: OMM Incorporated 14

15 IP-basiert (paketorientiert) Next Generation Network Plattform für alle Dienste (Telekommunikation, Multimedia, Daten, Sensoren...) Offen für neue Dienste, Implementierung neuer Dienste über Software (Protokolle) Trennung von Verbindungs- und Dienstesteuerung vom Nutzdatentransport Einheitliche Technik im Kernnetz Integration existierender Netztechnologien, insbesondere des Accessbereiches über Gateways Optimale Nutzung der Netzressourcen Kostenreduktion von bis zu 80 % erwartet (Capex, Opex) 15

16 Breitbandige Zugangs- und Inhausnetze 16

17 Netzszenario im Zugangsbereich Switch Fixed Wireless (radio or optical) WLAN VDSL, Ethernet in the First Mile Metro Node (WDM+switching) at central office location Management Control Edge Router Access Low-Cost Fiber Packet Node in the field / building WDM Transit Node in the field Core Network Metro WDM-Ring Network low cost WDM ADM (passive) Gateway Edge Router PON fiber links twisted pair (VDSL, Ethernet,...) wireless (radio, free space optics) MaiNet-Konsortium: T-Systems, Alcatel, FhG-HHI 17

18 Breitbandiges Inhaus-System BS Fiber to the Home CS Fiber BS: CS: Base Station Control Station Ziel in MaiNet: Drahtloser Endgerätezugang mit 1 Gbit/s 18

19 Festnetz < > Funknetz Festnetz und Funknetz sind keine Gegensätze sondern ergänzen sich. Optische Festnetze sind die Basis für breitbandige Mobilnetze. Informationen sollten möglichst lange im Festnetz verbleiben und erst dort ins Funknetz übergehen, wo es aus Komfortgründen gewünscht ist. 19

20 Zusammenfassung Internet > Breitband-Internet Entwicklung wird vom Anwender getrieben Optischer Teilnehmeranschluß für Jedermann FTTH/FTTO mit 150 Mbit/s... n x 10 Gbit/s Drastische Kostensenkungen erforderlich Optische Netze > Next Generation Network > flexibel, paketorientiert, einheitliche Plattform für alle Dienste > Kostenreduktion bis zu 80 % erwartet 20

21 Optische Netze für das Breitband-Internet Godehard Walf Future Talk CeBIT März 2004 Fraunhofer- für,, Berlin

22 Starkes Wachstum des Internetverkehrs Treibende Kräfte: - Einsatz des Internets in der Wirtschaft - Breitbandige Internetzugänge für private Nutzer - Mobiler Breitband-Internetzugang Leistungsfähigkeit der PC s steigt stetig. Endgeräte werden multimediafähig. 22

23 Übertragungsdauer Kleinbildfilm Ethernet 100 Mbit/s 5 sek Ethernet 10 Mbit/s 50 sek TDSL downstream 11 min TDSL upstream 1 h ISDN (64 kbit/s) 2,5 h 23

24 Übertragungsdauer DV-Camcorder, 10 Min. Video Ethernet 100 Mbit/s Ethernet 10 Mbit/s TDSL downstream 2,5 min 25 min 5 h TDSL upstream > 1 Tag ISDN (64 kbit/s) 3 Tage 24

25 Netzentwicklung bis 2010 Globally-integrated Network 5-10 Tb/s class large capacity 10,000 km class long-distance transmission Combination of OTDM / WDM Regional IP Backbone Network 100 Tb/s class OXC node 1 Tb/s class OADM 2.5 / 10 / 40 G x 1000 wavelengths km WDM ring OXC OADM User Access Link To the home: 150 Mb/s To the office: 10 Gb/s x λ To the mobile: 30 Mb/s FTTH 150 Mb/s FTTB 10 Gb/s x λ MOBILE 30 Mb/s Source: OITDA Newsletter , No. 10 Prognose noch aktuell! 25

26 Optisches Zugangsnetz FTTR Vst Base-Station FTTB Building FTTH Glasfaser Kupfer passive Verzweiger O/E-Wandler FTTT Home Terminal FTTC Curb 26

27 Verkabelungsarchitekturen Collapsed Backbone Strukturierte Verkabelung Endgeräte Etagenverteiler Endgeräte Endgeräte Etagenverteiler Endgeräte Endgeräte Etagenverteiler Endgeräte Gebäudeverteiler Gebäudeverteiler 27

28 Anforderungen an neue Verkabelungen Zukunftssicherheit (Bandbreite) Flexibilität, leicht erweiterbar Diensteneutralität Hohe Funktionssicherheit, Redundanz Kostengünstig, geringe Vorinvestitionen Herstellerneutral Geringe Wartungs- und Betriebskosten... 28

29 Kabelgebunden - Ethernet (IEEE 802.3) - Fire Wire (IEEE 1394) - USB Drahtlos - WLAN (IEEE ) - Bluetooth Übertragungsstandards 29

30 Ethernet (IEEE 802.3) Etabliert: 10, 100 Mbit/s, 1 Gbit/s (elektrisch und optisch) Verabschiedet: 10 Gbit/s (optisch) 7 Varianten (Reichweiten von 26 m bis 300 m über MMF und bis zu 40 km über SMF) Derzeit nur wenige Produkte verfügbar Neu: 10 Gbit/s elektrisch Ursprünglich nicht geplant 10GBASE-CX4 10GBASE-T 30

31 Beispiel: 10GEthernet-Transponder Framer + FEC Link Layer Transponder Framer MAC OTN Processor (FEC) CDR & Demux PLL & Mux LIA TIA Laser Driver E O O E Physical Media Access (PMA) Physical Media Dependent (PMD) Optics Quelle: Intel-Präsentation; im HHI 31

32 Preisentwicklung von 10GEthernet-Transpondern ASP Quelle: Intel-Präsentation; im HHI $700 $600 $500 $400 $ kunits $ $ XPAK 1310 $650 $425 $305 $240 XFP 1310 $450 $300 $225 $180 XPAK 850 $500 $325 $230 $180 XFP 850 $300 $200 $150 $120 Volume

33 FireWire (IEEE 1394) 100, 200 oder 400 MBit/s Übertragungsgeschwindigkeit, zukünftig bis zu 3,2 Gbit/s Übertragungsmedien Kupfer (Twisted Pair), POF, Glasfaser, zukünftig auch drahtlos, Kombination mit WLAN Geräte können bei laufendem Betrieb angeschlossen werden und werden automatisch erkannt: "hot plug" und "hot unplug" PC s und moderne Geräte der Unterhaltungselektronik sind standardmäßig damit ausgestattet 33

34 Hausverkabelung derzeitig Sony 34

35 Hausverkabelung zukünftig mit IEEE 1394 Sony 35

36 Wireless LAN (IEEE ) 2 MBit/s IEEE MBit/s, 2,4 GHz IEEE b 54 MBit/s, 5 GHz IEEE a Produkte verfügbar 54 Mbit/s, 2,4 GHz IEEE g Produkte noch nicht verfügbar 1 Gbit/s, 20 GHz - 60 GHz Forschung 36