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Pure Optical NetworksEinführung
Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 1
Pure Optical NetworksEinführung
Ziele des Vortrags
Den Aufbau von Optischen Netzen verstehen
Warum werden Optische Netze eingesetzt ?
Wie kann die Kapazität auf Glasfaserkabeln erweitert werden ?
Folie 2Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
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Pure Optical NetworksEinführung
Übersicht zum Vortrag
• Physikalische Grundlagen und WDM Technik
• Komponenten von Optischen Netzen
• Einsatzmöglichkeiten Optischer Netze
• Migration bisheriger Netztechnik
• Kommerzielle Anwendungen
Folie 3Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
Pure Optical NetworksPhysikalische Grundlagen
Lichtwellenleiter - LWL
• Hohe Datenübertragungsrate
• Geringe Dämpfung des Nutzsignals
• Keine Störung durch elektromagnetische Felder
• Bietet Sicherheit gegen abhören
Folie 4Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
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Pure Optical NetworksPhysikalische Grundlagen
LWL - ModenMultimode-Faser:
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 5Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
Pure Optical NetworksPhysikalische Grundlagen
LWL - Moden
Folie 6Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
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Pure Optical NetworksPhysikalische Grundlagen
Das Lichtspektrum
Folie 7
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.
Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
Pure Optical NetworksPhysikalische Grundlagen
Übertragungsfenster
Folie 8Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
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Pure Optical NetworksPhysikalische Grundlagen
Dämpfung in LWL Fasern
3 Übertragungsfenster mit niedriger Dämpfung
- 850 nm Fenster mit ca. 2,5 db /km
- 1300 nm Fenster mit ca. 1 dB / km
- 1550 nm Fenster mit ca. 0,5 dB / km
Neue „All-Wave“ Fasern haben weitere Übertragungsfenster mit niedriger Bandbreite
Folie 9Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
Pure Optical NetworksWDM 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
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Pure Optical NetworksWDM Technik
(D)-WDM
Folie 11Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
Pure Optical NetworksWDM 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 12Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
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Pure Optical NetworksKomponenten Optischer Netze
Komponenten Optischer Netze
• Optical Cross Connect (OXC)
• Optical Add-Drop Multiplexer (OADM)
• Optical Amplifier/ Optical Repeater (OA/ R)
Folie 13Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
Pure Optical NetworksKomponenten Optischer Netze
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
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Pure Optical NetworksKomponenten Optischer Netze
Optical Cross Connect (OXC)OXCs gibt 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.
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Pure Optical NetworksKomponenten Optischer Netze
Optical Cross Connect (OXC)
Folie 16Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
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Pure Optical NetworksKomponenten Optischer Netze
Optical Cross Connect (OXC)
Folie 17Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
Pure Optical NetworksKomponenten Optischer Netze
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.
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Pure Optical NetworksKomponenten Optischer Netze
Optical Add Drop Multiplexer (OADM)
Folie 19Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
Pure Optical NetworksKomponenten Optischer Netze
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
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Pure Optical NetworksKomponenten Optischer Netze
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 21Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
Pure Optical NetworksKomponenten Optischer Netze
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 22Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
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Pure Optical NetworksKomponenten Optischer Netze
Erbium-Doped-Fiber-Amplifier(EDFA)
Folie 23Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
Pure Optical NetworksKomponenten Optischer Netze
Erbium-Doped-Fiber-Amplifier(EDFA)
Folie 24
Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
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Pure Optical NetworksEinsatzmöglichkeiten 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 25Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
Pure Optical NetworksEinsatzmöglichkeiten 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 26Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
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Pure Optical NetworksEinsatzmöglichkeiten 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 27Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
Pure Optical NetworksEinsatzmöglichkeiten Optischer Netze
Seekabel
Folie 28
Das TAT 14 Seekabel ist als Ringstruktur aufgebaut, und verbindet
Nordamerika mit Europa
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Pure Optical NetworksEinsatzmöglichkeiten Optischer Netze
Seekabel
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Seekabel-System TAT-14Trans - AtlanticTelecom-munications
FLAGFiber optic Link Around the Globe
TPC-6Trans - Pacific Cable
APCNAsia Pacific Cable Network
Africa ONEAfrica Optical Network
SEA-ME-WE-3South East Asia, Middle Europe, West Europe 3 Fibre Optic Cable Network
Einsatzgebiet Europa - USA Europa -Südostasien USA - Japan Südost-
asien Afrika Australien - Asien -Europa
Struktur Ring Bus Ring Ring Ring Ring
Länge 30.500 km 28.000 km 24.000 km 11.500 km 40.000 km 39.000km
Kapazität 640 Gbit/s 5 Gbit/s 40-100 Gbit/s 5 Gbit/s 20 Gbit/s 20 Gbit/s
Datenformat WDM16 wave- length 32 x STM-1 WDM 2 x STM-16 8 x STM-16 WDM
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Pure Optical NetworksMigration bisheriger Netztechnik
ATM als BackboneprotokollAsynchronous 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 30Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
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Pure Optical NetworksMigration 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 31Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
Pure Optical NetworksMigration bisheriger Netztechnik
Protokolloverhead
Folie 32Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
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Pure Optical NetworksKommerzielle 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.
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Pure Optical NetworksKommerzielle Nutzung
Anwendungsbeispiele
Folie 34Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
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Pure Optical NetworksKommerzielle 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
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Pure Optical NetworksKommerzielle 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.
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Pure Optical NetworksKommerzielle Nutzung
Innovationsprogramm KomNet
Folie 37Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
Pure Optical NetworksZusammenfassung 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 38Verfasser: M.Pietz, D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter
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Pure Optical NetworksZusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit
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