Komponenten Optischer Netze

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 ?
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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
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Folie 3
Pure Optical Networks
Physikalische Grundlagen
Lichtwellenleiter - LWL
• Hohe Datenübertragungsrate
• Geringe Dämpfung des Nutzsignals
• Keine Störung durch elektromagnetische Felder
• Bietet Sicherheit gegen abhören
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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
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Folie 5
Pure Optical Networks
Physikalische Grundlagen
LWL - Moden
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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.
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Folie 7
Pure Optical Networks
Physikalische Grundlagen
Übertragungsfenster
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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
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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
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Folie 10
•5
Pure Optical Networks
WDM Technik
(D)-WDM
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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
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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)
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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
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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.
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Folie 15
Pure Optical Networks
Komponenten Optischer Netze
Optical Cross Connect (OXC)
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Folie 16
•8
Pure Optical Networks
Komponenten Optischer Netze
Optical Cross Connect (OXC)
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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.
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Folie 18
•9
Pure Optical Networks
Komponenten Optischer Netze
Optical Add Drop Multiplexer
(OADM)
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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
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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.
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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.
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Folie 22
•11
Pure Optical Networks
Komponenten Optischer Netze
Erbium-Doped-Fiber-Amplifier
(EDFA)
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Folie 23
Pure Optical Networks
Komponenten Optischer Netze
Erbium-Doped-Fiber-Amplifier
(EDFA)
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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
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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.
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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.
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Folie 27
Pure Optical Networks
Einsatzmöglichkeiten Optischer Netze
Seekabel
Das TAT 14 Seekabel ist als Ringstruktur aufgebaut, und verbindet
Nordamerika mit Europa
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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
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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.
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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.
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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.
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Folie 33
Pure Optical Networks
Kommerzielle Nutzung
Anwendungsbeispiele
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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
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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.
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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.
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Folie 38
•19
Pure Optical Networks
Zusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit
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Folie 39
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