Pure Optical Networks Einführung Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 1 Pure Optical Networks Einführung Ziele des Vortrags Den Aufbau von Optischen Netzen verstehen Warum werden Optische Netze eingesetzt ? Wie kann die Kapazität auf Glasfaserkabeln erweitert werden ? Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 2 •1 Pure Optical Networks Einführung Übersicht zum Vortrag • Physikalische Grundlagen und WDM Technik • Komponenten von Optischen Netzen • Einsatzmöglichkeiten Optischer Netze • Migration bisheriger Netztechnik • Kommerzielle Anwendungen Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 3 Pure Optical Networks Physikalische Grundlagen Lichtwellenleiter - LWL • Hohe Datenübertragungsrate • Geringe Dämpfung des Nutzsignals • Keine Störung durch elektromagnetische Felder • Bietet Sicherheit gegen abhören Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 4 •2 Pure Optical Networks Physikalische Grundlagen LWL - Moden Multimode-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 Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 5 Pure Optical Networks Physikalische Grundlagen LWL - Moden Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 6 •3 Pure Optical Networks 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. Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 7 Pure Optical Networks Physikalische Grundlagen Übertragungsfenster Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 8 •4 Pure Optical Networks Physikalische 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 Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 9 Pure Optical Networks 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 Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 10 •5 Pure Optical Networks WDM Technik (D)-WDM Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 11 Pure Optical Networks 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 Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 12 •6 Pure Optical Networks Komponenten Optischer Netze Komponenten Optischer Netze • Optical Cross Connect (OXC) • Optical Add-Drop Multiplexer (OADM) • Optical Amplifier/ Optical Repeater (OA/ R) Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 13 Pure Optical Networks Komponenten 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 Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 14 •7 Pure Optical Networks Komponenten 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. Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 15 Pure Optical Networks Komponenten Optischer Netze Optical Cross Connect (OXC) Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 16 •8 Pure Optical Networks Komponenten Optischer Netze Optical Cross Connect (OXC) Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 17 Pure Optical Networks Komponenten 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. Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 18 •9 Pure Optical Networks Komponenten Optischer Netze Optical Add Drop Multiplexer (OADM) Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 19 Pure Optical Networks Komponenten 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 Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 20 •10 Pure Optical Networks Komponenten 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. Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 21 Pure Optical Networks Komponenten 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. Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 22 •11 Pure Optical Networks Komponenten Optischer Netze Erbium-Doped-Fiber-Amplifier (EDFA) Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 23 Pure Optical Networks Komponenten Optischer Netze Erbium-Doped-Fiber-Amplifier (EDFA) Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 24 •12 Pure Optical Networks 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 Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 25 Pure Optical Networks 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. Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 26 •13 Pure Optical Networks 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. Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 27 Pure Optical Networks Einsatzmöglichkeiten Optischer Netze Seekabel Das TAT 14 Seekabel ist als Ringstruktur aufgebaut, und verbindet Nordamerika mit Europa Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 28 •14 Pure Optical Networks 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 Einsatzgebiet SEA-ME-WE-3 South East Asia, Middle Europe, West Europe 3 Fibre Optic Cable Network Europa - USA Europa Südostasien USA - Japan Südostasien Afrika Australien - Asien Europa Struktur Ring Bus Ring Ring Ring Ring Län g e 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 WDM 16 wave- length 32 x STM-1 WDM 2 x STM-16 8 x STM-16 WDM Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 29 Pure Optical Networks 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. Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 30 •15 Pure Optical Networks 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. Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 31 Pure Optical Networks Migration bisheriger Netztechnik Protokolloverhead Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 32 •16 Pure Optical Networks 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. Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 33 Pure Optical Networks Kommerzielle Nutzung Anwendungsbeispiele Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 34 •17 Pure Optical Networks 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 Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 35 Pure Optical Networks 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. Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 36 •18 Pure Optical Networks Kommerzielle Nutzung Innovationsprogramm KomNet Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 37 Pure Optical Networks 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. Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 38 •19 Pure Optical Networks Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit Verfasser: M.Pietz , D.Post, J.Rondorf, D.Schmidt, S.Seichter Folie 39 •20
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