Pure Optical Networks. Einführung. Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 1. Pure Optical Networks.

Transkript

1 Einführung Folie 1 Einführung Ziele des Vortrags Den Aufbau von Optischen Netzen verstehen Warum werden Optische Netze eingesetzt? Wie kann die Kapazität auf Glasfaserkabeln erweitert werden? Folie 2 1

2 Einführung Übersicht zum Vortrag Physikalische Grundlagen und WDM Technik Komponenten von Optischen Netzen Einsatzmöglichkeiten Optischer Netze Migration bisheriger Netztechnik Kommerzielle Anwendungen Folie 3 Physikalische Grundlagen Lichtwellenleiter - LWL Hohe Datenübertragungsrate Geringe Dämpfung des Nutzsignals Keine Störung durch elektromagnetische Felder Bietet Sicherheit gegen abhören Folie 4 2

3 Multimode-Faser: Physikalische Grundlagen LWL - Moden Licht breitet sich in mehreren Moden (Richtungen) aus => Höhere Dämpfung => Kommt nur bei kürzeren Übertragungsstrecken zum Einsatz. => Kerndurchmesser 50 µm oder 62,5 µm Monomode Faser: Das Signal weitet sich sehr gering auf => Flankensteilheit des Signals bleibt weitgehend erhalten => Kommt bei langen Übertragungsstrecken > 50 km zumeinsatz => Kerndurchmesser 6 µm oder 9 µm Folie 5 Physikalische Grundlagen LWL - Moden Folie 6 3

4 Physikalische Grundlagen Das Lichtspektrum Das menschliche Auge sieht im Bereich von 400 bis 700 nm Der nichtsichtbare nahe Infrarotbereich von ca. 800 nm bis 1600 nm wird für die Datenübertragung genutzt. Folie 7 Physikalische Grundlagen Übertragungsfenster Folie 8 4

5 Physikalische Grundlagen Dämpfung in LWL Fasern 3 Übertragungsfenster mit niedriger Dämpfung nm Fenster mit ca. 2,5 db /km nm Fenster mit ca. 1 db / km nm Fenster mit ca. 0,5 db / km Neue All-Wave Fasern haben weitere Übertragungsfenster mit niedriger Bandbreite Folie 9 WDM Technik (D)-WDM (Dense)-Wavelength Division Multiplexing Grundlage zu Aufbau Optischer Netze Mehrere Wellenlängen werden parallel über eine Faser übertragen Wellenlängenmultiplexer koppeln die Lichtsignale ein und aus. Durch WDM sind erhebliche Kapazitätssteigerungen möglich Folie 10 5

6 WDM Technik (D)-WDM Folie 11 WDM Technik Möglichkeiten von WDM Jeder Sender liefert z.b. ein 2,5 Gbit/s Signal. Es können z.b. 40 Wellenlängen parallel senden. 2,5 Gbit/s * 40 = 100 Gbit/ s Ein einzelnes Signal könnte mit max. 40 Gbit/s gesendet werden. Durch weitere Übertragungsfenster können noch höhere Bandbreiten erreicht werden Folie 12 6

7 Optical Cross Connect (OXC) Optical Add-Drop Multiplexer (OADM) Optical Amplifier/ Optical Repeater (OA/ R) Folie 13 Optical Cross Connect (OXC) Ein Optical Cross Connect verschaltet wahlfrei Ein und Ausgangskanäle miteinander. Die Eingangssignale werden in die einzelnen Wellenlängen zerlegt Funktion des Drop Multiplexers Die Einzelsignale werden vermittelt - Switching Am Ausgang werden die Wellenlängen wieder zusammengefügt Funktion des Add Multiplexers Folie 14 7

8 Optical Cross Connect (OXC) OXCsgibt es in verschiedenen Ausführungen Optische Schaltfelder Reine Lichtsignale werden über Microspiegel wahlfrei geschaltet ( Lucent Lambda Router) Elektronische Schaltfelder Lichtsignale werden erst in elektronische Signale umgewandelt Elektronische Signale werden vermittelt, und am Ausgang in Lichtsignale zurückgewandelt. Folie 15 Optical Cross Connect (OXC) Folie 16 8

9 Optical Cross Connect (OXC) Folie 17 Optical Add Drop Multiplexer (OADM) OADMs koppeln Datenströme Ein und Aus. OADMs fassen mehrere Nutzsignale über WDM zusammen. An den Ein und Ausgängen von OADMs werden Nutzsysteme (z.b. ATM) angeschlossen. OADMs setzen ankommende Lichtsignale in die Tansportwellenlänge um. Folie 18 9

10 Optical Add Drop Multiplexer (OADM) Folie 19 Optical Amplifier (OA) Je länger ein Signal durch eine LWL übertragen wir, desto schwächer wird es. Optical Amplifier verstärken und regenerieren Lichtsignale. Hierbei ist eine Umwandlung in elektronische Signale nicht mehr erforderlich Folie 20 10

11 Optical Amplifier (OA) Je länger ein Signal durch eine LWL übertragen wird, desto schwächer wird es. Optical Amplifier verstärken und regenerieren Lichtsignale. Hierbei ist eine Umwandlung in elektronische Signale nicht mehr erforderlich. Folie 21 Erbium-Doped-Fiber-Amplifier (EDFA) Eine Spezialfaser wird mit Erbium Ionen angereichert, und in die Glasfaserleitung eingebaut Ein Pumplaser bringt die Erbiumionen auf ein höheres Energieniveau. Eintreffende Signalphotonen nehmen diese Energie auf, und werden dadurch verstärkt. Folie 22 11

12 Erbium-Doped-Fiber-Amplifier (EDFA) Folie 23 Erbium-Doped-Fiber-Amplifier (EDFA) Folie 24 12

13 Einsatzmöglichkeiten Optischer Netze Glasfasernetze Viele Unternehmen/ Behörden betreiben eigene Glasfasernetze. Nutzung mehrheitlich Kommerziell, teilweise aber auch für eigene Informationsübermittlung Bsp. Fernwirktechnik in der Energieversorgung Kapazitätsgrenze der verlegten Glasfasern ist erreicht. Aufbau/ Verlegung von neuen Kabel ist sehr teuer Folie 25 Einsatzmöglichkeiten Optischer Netze Glasfasernetze Durch die WDM Technik kann die Leistungsfähigkeit eines Glasfasernetzes deutlich erhöht werden. Glasfasernetze bilden das Backbone eines jeden Telekommunikationsnetzbetreibers. Wunsch der Unternehmen ist eine möglichst hohe Bandbreite mit geringem Kostenaufwand. Folie 26 13

14 Einsatzmöglichkeiten Optischer Netze Seekabel Internationale Konsortien bauen ein weltumspannendes Seekabel Glasfasernetz auf. In den Seekabeln werden nur wenige Fasern eingebaut. Die hohen Datenraten (z.b. 1,28 Tbit/s beim OXYGEN Projekt) werden durch WDM Technik erreicht. Folie 27 Einsatzmöglichkeiten Optischer Netze Seekabel Das TAT 14 Seekabel ist als Ringstruktur aufgebaut, und verbindet Nordamerika mit Europa Folie 28 14

15 Einsatzmöglichkeiten Optischer Netze Seekabel Seekabel-System TAT-14 Trans - Atlantic Telecommunications FLAG Fiber optic Link Around the Globe TPC-6 Trans - Pacific Cable APCN Asia Pacific Cable Network Africa ONE Africa Optical Network SEA-ME-WE-3 South East Asia, Middle Europe, West Europe 3 Fibre Optic Cable Network Einsatzgebiet Europa - USA Europa - Südostasien USA - Japan Südostasien Afrika Australien - Asien - Europa Struktur Ring Bus Ring Ring Ring Ring Länge km km km km km km Kapazität 640 Gbit/s 5 Gbit/s Gbit/s 5 Gbit/s 20 Gbit/s 20 Gbit/s Datenformat WDM 16 wave- length 32 x STM-1 WDM 2 x STM-16 8 x STM-16 WDM Folie 29 Migration bisheriger Netztechnik ATM als Backboneprotokoll Asynchronous Transfer Mode ATM ist das Bindeglied zwischen den verschiedenen Datenströmen wie Sprache, Daten(IP), Video, Multimedia und der SDH Alle Datenformate werden innerhalb der ATM Zellen transportiert und geroutet. Die ATM Zellen werden in SDH Modulen transportiert. Folie 30 15

16 Migration bisheriger Netztechnik Protokolloverhead Durch die Verschachtelung der Protokolle entsteht ein erhebliche Overhead Dieser Overhead schmälert die effektiv nutzbare Bandbreite Durch die Reduzierung von Protokollen kann die Bandbreite erhöht werden. Optische Netze könne einen Beitrag dazu liefern. Folie 31 Migration bisheriger Netztechnik Protokolloverhead Folie 32 16

17 Kommerzielle Nutzung Anwendungsbeispiele Telekommunikationsbetreiber könne durch Optische Netze eine erweiterte Produktpalette anbieten. Internet Service Provider könne kostengünstiger Ihre Points of Presence miteinander vermaschen (z.b. Gigabit Ethernet). Storage Area Networks können dezentral aufgebaut werden. Folie 33 Kommerzielle Nutzung Anwendungsbeispiele Folie 34 17

18 Kommerzielle Nutzung Innovationsprogramm KomNet KomNet ist ein Forschungsprojekt, in dem unterschiedliche Aspekte von Optischen netzen untersucht werden. Es besteht aus einem Metro Ring innerhalb Berlins, und einer Strecke über Darmstadt, Mannheim nach Stuttgart Folie 35 Kommerzielle Nutzung Innovationsprogramm KomNet Verschiedene Hersteller sollen hier Ihre Produkte aufeinander abstimmen können (bisher ist kein ausreichender ITU Standard vorhanden). Verschieden Hersteller, die DTAG und das Forschungsministerium sind am Projekt beteiligt. Folie 36 18

19 Kommerzielle Nutzung Innovationsprogramm KomNet Folie 37 Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung Ohne Optische Netze wird das Datenvolumen der Zukunft nicht mehr zu bewältigen sein. Es fehlt ein ITU Standard, nach dem Hersteller Ihre Produkte entwickeln können. Neueste Meldungen über Übertragungsrekorde im Tbit/s Bereich zeigen das die Entwicklung noch lange nicht abgeschlossen ist. Folie 38 19

20 Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit Folie 39 20