οµηµένη καλωδίωση µε οπτικές ίνες και έξυπνοι οικισµοί

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Πτυχιακή Εργασία οµηµένη καλωδίωση µε οπτικές ίνες και έξυπνοι οικισµοί Συντάκτρια: Αναγνωστοπούλου έσποινα Επιβλέπων καθηγητής: Βραδέλης Ιωάννης Καβάλα, 2011

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Οι οπτικές ίνες θεωρούνται η πιο σύγχρονη µορφή ταχύτατης και αξιόπιστης µετάδοσης δεδοµένων στην εποχή µας. Τα πλεονεκτήµατα που προσδίδουν στις τηλεπικοινωνίες τις καθιστούν την καλύτερη λύση στην εποχή της πληροφορίας, µε τις υψηλές απαιτήσεις για διαθέσιµο εύρος ζώνης από το µεγαλύτερο κοµµάτι του πληθυσµού. Η χρήση δοµηµένης καλωδίωσης µε οπτικές ίνες αυξάνεται συνεχώς παγκοσµίως και αναµένεται τις επόµενες δεκαετίες να αποτελέσει το κυριότερο σύστηµα τεχνολογικής οργάνωσης για κάθε σπίτι και επιχείρηση, όπου θα παρέχονται πάσης φύσεως υπηρεσίες στους πολίτες µιας κοινότητας. Μια από τις πιο σύγχρονες εφαρµογές της δοµηµένης καλωδίωσης µε οπτικές ίνες είναι η δηµιουργία των λεγόµενων «έξυπνων οικισµών», οι οποίοι παρέχουν υπηρεσίες υγείας, εκπαίδευσης, ασφάλειας, συµµετοχής στα κοινά και πληροφόρησης στους πολίτες που ζουν και δραστηριοποιούνται στα όρια του οικισµού. Τα οφέλη είναι πολλαπλά για πολλές από τις κατηγορίες των πολιτών, οι οποίοι βελτιώνουν την ζωή τους, διεκπεραιώνουν εργασίες ταχύτερα ακόµα και από το σπίτι τους, γίνονται πιο δραστήριοι κοινωνικά και νιώθουν ασφαλέστεροι στην περιοχή που διαµένουν. Σκοπός της παρούσης εργασίας είναι να παρουσιάσει συνοπτικά την τεχνολογία των οπτικών ινών, να αποδώσει την έννοια του έξυπνου οικισµού και να δηµιουργήσει µια εφαρµογή προσοµοίωσης της λειτουργίας ενός έξυπνου οικισµού µέσα από οπτικές ίνες. Η εργασία δοµείται στα εξής 3 κεφάλαια: Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι τεχνολογίες των οπτικών ινών, τα είδη τους, τα πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα τους, οι εφαρµογές τους και τα πρότυπα δοµηµένης καλωδίωσης µε οπτικές ίνες που υπάρχουν σήµερα. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται η έννοια του έξυπνου οικισµού, οι υπηρεσίες που παρέχονται στους πολίτες και ποιοι ωφελούνται, τα στάδια ανάπτυξης των οικισµών και οι εφαρµογές έξυπνων οικισµών στην Ελλάδα. Τέλος, στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται µια εφαρµογή που δηµιουργήθηκε για τις ανάγκες της εργασίας, η οποία προσοµοιώνει µε γεγονότα την λειτουργία ενός έξυπνου οικισµού. Η εφαρµογή δηµιουργήθηκε σε περιβάλλον CLIPS και Visual Basic. 2

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... 3 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ... 5 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ... 6 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ... 6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Α - ΙΚΤΥΑ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ Εισαγωγή Οι οπτικές ίνες οµή οπτικής ίνας Κατασκευή οπτικής ίνας Οπτική µετάδοση µέσα από οπτική ίνα Είδη οπτικών ινών Μετάδοση µέσω οπτικών ινών Οπτικοί ποµποί Οπτικοί έκτες Οπτικοί Ενισχυτές Η τεχνική πολύπλεξης WDM Πλεονεκτήµατα οπτικών ινών Προβλήµατα µετάδοσης µέσω οπτικών ινών Εφαρµογές οπτικών ινών Οπτικά δίκτυα Ορολογία υποδοµής οπτικών δικτύων Απαιτήσεις υποδοµής οπτικού δικτύου οµηµένη καλωδίωση Υποσυστήµατα δοµηµένης καλωδίωσης Οπτικές ίνες και δοµηµένη καλωδίωση ίκτυα FTTx Η τεχνολογία FTTB Η τεχνολογία FTTC FTTH Τοπολογίες δικτύων FTTx Τεχνολογίες πρόσβασης δικτύων FTTx Πρωτόκολλα Τεχνολογίας FTTH Χωρητικότητα ανά Αρχιτεκτονική Χρήστες και εφαρµογές Επιτυχείς πολιτικές FTTH Ενεργός εξοπλισµός δικτύων FTTH Οικονοµικό κόστος δικτύου FTTH ΚΕΦΑΛΑΙΟ Β ΕΞΥΠΝΟΙ ΟΙΚΙΣΜΟΙ Έξυπνοι οικισµοί Βασικά στάδια ανάπτυξης έξυπνου οικισµού

4 3. Παράγοντες ανάπτυξης έξυπνων οικισµών Παράγοντες ηγεσίας Πολιτικοί παράγοντες Οικονοµικοί παράγοντες Κοινωνικοί και πολιτισµικοί παράγοντες Τεχνολογική υποδοµή έξυπνου οικισµού Εφαρµογές και Υπηρεσίες Έξυπνων Οικισµών Οφέλη έξυπνων οικισµών Οι έξυπνοι οικισµοί στην Ελλάδα Έξυπνος Οικισµός Αράχωβας Έξυπνος Οικισµός Αρχανών Έξυπνος Οικισµός Βέροιας Έξυπνος Οικισµός Καλαµάτας Έξυπνος Οικισµός Κοζάνης Έξυπνος Οικισµός Ξάνθης ΚΕΦΑΛΑΙΟ Γ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Η προγραµµατιστική γλώσσα CLIPS Προσοµοίωση έξυπνου σπιτιού Σενάριο προσοµοίωσης Γραφική παρουσίαση της προσοµοίωσης ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Κεφάλαιο Κεφάλαιο Κεφάλαιο

5 Σχήµα Α-1. Οπτική ίνα ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήµα Α-2. Τοµή καλωδίου οπτικής ίνας Σχήµα Α-3. Ανάκλαση φωτός στο εσωτερικό οπτικής ίνας Σχήµα Α-4. ιάθλαση και εσωτερική διάθλαση οπτικού σήµατος Σχήµα Α-5. Λειτουργία οπτικής ίνας µέσω ανακλάσεων Σχήµα Α-6. Μονότροπες οπτικές ίνες Σχήµα Α-7. Πολύτροπες οπτικές ίνες διακριτού δείκτη Σχήµα Α-8. Πολύτροπες οπτικές ίνες βαθµιαίου δείκτη Σχήµα Α-9. Πολύπλεξη µε ιαίρεση Μήκους Κύµατος (WDM) Σχήµα Α-10. Πολύπλεξη ιαχωρισµού Χρόνου (TDM) Σχήµα Α-11. Πολύπλεξη µε ιαίρεση Μήκους Κύµατος (WDM) Σχήµα Α-12. Γενική δοµή φυσικού δικτύου οπτικών υποδοµών Σχήµα Α-13. Σύστηµα δοµηµένης καλωδίωσης Σχήµα Α-14. Οριζόντια καλωδίωση Σχήµα Α-15. Οπτικός κατανεµητής Σχήµα Α-16. Τα δίκτυα της τεχνολογίας FTTx Σχήµα Α-17. Η τεχνολογία FTTB Σχήµα Α-18. ίκτυο οπτικών ινών Σχήµα Α-19. ίκτυο FTTH Σχήµα Α-20. Σύγκριση τεχνολογιών xdsl και FTTH Σχήµα Α-21. Επίπεδα τοπικού βρόχου οπτικού δικτύου Σχήµα Α-22. Αποκλειστική οπτική ίνα σε κάθε σπίτι Σχήµα Α-23. Συνδέσεις σηµείου προς πολλαπλά σηµεία (PΜP) Σχήµα Α-24. Τοπολογία δακτυλίου Σχήµα Α-25. Ενεργό Οπτικό ίκτυο αστέρα (ΑΟΝ) Σχήµα Α-26. Παθητικό Οπτικό ίκτυο αστέρα (ΡΟΝ) Σχήµα Α-27. ίκτυο point-to-point και δίκτυο ΡΟΝ Σχήµα Α-28. Υπηρεσίες FTTH Σχήµα Β-1. Έξυπνος οικισµός Σχήµατα Β-2 και Β-3. Συστήµατα διαχείρισης κυκλοφορίας Σχήµα Β-4. Βασική Αρχιτεκτονική δικτύου Έξυπνου Οικισµού Αράχωβας Σχήµα Β-5. Προτεινόµενες Κυψέλες του δικτύου Αράχωβας Σχήµα Β-6. Ενδεικτικό αρχιτεκτονικό µοντέλο δικτύωσης δήµου Αρχανών Σχήµα Β-7. Η περιοχή του έξυπνου οικισµού της Βέροιας Σχήµα Β-8: Λογική αναπαράσταση ικτύου Σύνδεσης Κ µε ΚΚ Σχήµα Β-9: Λογική αναπαράσταση ικτύου Σύνδεσης ΚΠ µε Κ Σχήµα Β-10: Αρχιτεκτονική του ικτύου του Έξυπνου Οικισµού Σχήµα Β-11. Η αρχιτεκτονική του ευρυζωνικού δικτύου της Κοζάνης 5

6 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ιάγραµµα Α-1. Φάσµα Συχνοτήτων ιάγραµµα Α-2. Κατανοµή χρηστών FTTx ανά τον κόσµο ιάγραµµα Α-3. Κατανοµή κόστους ανάπτυξης δικτύου FTTH ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα Α-1. Τηλεπικοινωνιακός θάλαµος Εικόνα Α-2. Οπτικοί κατανεµητές Εικόνα Α-3. Συσκευή ONU Εικόνα Α-4. Ενεργός εξοπλισµός δικτύων FTTH Εικόνα Γ-1. Σχεδιάγραµµα του έξυπνου σπιτιού της προσοµοίωσης Εικόνα Γ-1. Αυτόµατο άναµµα/σβήσιµο φώτων 1 Εικόνα Γ-2. Αυτόµατο άναµµα/σβήσιµο φώτων 2 Εικόνα Γ-3. Θέρµανση δωµατίων µε air condition Εικόνα Γ-4. Ψύξη δωµατίων µε air condition Εικόνα Γ-5. Στιγµιότυπο ακριβώς πριν την αποχώρηση του ενοίκου από το σπίτι Εικόνα Γ-6. Στιγµιότυπο αµέσως µετά την αποχώρηση του ενοίκου από το σπίτι Εικόνα Γ-7. Στιγµιότυπο ακριβώς πριν την επιστροφή του ενοίκου στο σπίτι Εικόνα Γ-8. Στιγµιότυπο αµέσως µετά την επιστροφή του ενοίκου στο σπίτι Εικόνα Γ-9. Άφιξη διαρρήκτη / κλήση στην αστυνοµία Εικόνα Γ-10. Άφιξη περιπολικού / σύλληψη διαρρήκτη Εικόνα Γ-11. Ξέσπασµα φωτιάς / κλήση στην πυροσβεστική Εικόνα Γ-12. Άφιξη πυροσβεστικού οχήµατος / κατάσβεση φωτιάς Εικόνα Γ-14. Μπάρα προσαρµογής ταχύτητας προσοµοίωσης 6

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Α - ΙΚΤΥΑ ΟΠΤΙΚΩΝ ΙΝΩΝ 1. Εισαγωγή Ένα από τα κυριότερα ζητήµατα στον τοµέα των δικτύων την τελευταία δεκαετία είναι η διαρκώς αυξανόµενη των απαιτήσεων για εύρος ζώνης στα εσωτερικά δίκτυα των επιχειρήσεων, αλλά και σε δίκτυα µεγαλύτερης εµβέλειας όπως το ιαδίκτυο. Η αύξηση της ανάγκης για ευρύτερων δυνατοτήτων δίκτυα δεν προήλθε µόνο από την ραγδαία αύξηση των χρηστών του ιαδικτύου, αλλά κυρίως από τις απαιτήσεις των νέων δικτυακών εφαρµογών που καθιστούν τους χρήστες ακόµα πιο απαιτητικούς σε σχέση µε την χρήση του ιαδικτύου. Παράλληλα, η µετάδοση της ολοένα και αυξανόµενης σε όγκο πληροφορίας θα πρέπει να γίνεται µε λογικό κόστος και σε λογικό χρονικό διάστηµα. Η ιδέα της επικοινωνίας µε την χρήση φωτός υπήρξε πολύ πριν την εφεύρεση των οπτικών ινών. Ωστόσο, έπρεπε να περάσουν αρκετά χρόνια ώστε να υπάρξει η µετάβαση από τα πρώτα οπτικά µέσα στις οπτικές ίνες. Η ανάγκη της διάδοσης φωτός µέσα από καλώδια τα οποία αναγκαστικά θα περιέχουν γωνίες, οδήγησε στην εφεύρεση των οπτικών ινών (fiber optics), οι οποίες έλυσαν το πρόβληµα της µόνο γραµµικής µετάδοσης του φωτός. Οι επικοινωνίες µέσω οπτικών ινών βασίζονται στην αρχή ότι µέσα σε ένα γυάλινο µέσο, το φως µπορεί να µεταφέρει µεγαλύτερο όγκο δεδοµένων και σε µεγαλύτερες αποστάσεις, σε σχέση µε τα ηλεκτρικά σήµατα µέσα σε ένα χάλκινο ή οµοαξονικό µέσο. Η καθαρότητα της σηµερινής οπτικής ίνας, σε συνδυασµό βέβαια µε τα βελτιωµένα ηλεκτρονικά συστήµατα, επιτρέπει στις οπτικές ίνες να διαβιβάσουν τα ψηφιοποιηµένα φωτεινά σήµατα πετυχηµένα, σε µεγαλύτερες αποστάσεις από 100 χλµ (60 µίλια) και χωρίς ανάγκη ενίσχυσης. Με µικρές απώλειες στην µετάδοση, χαµηλή παρέµβαση ιδιαίτερα υψηλό εύρος ζώνης, η οπτική ίνα φαντάζει και είναι ένα σχεδόν ιδανικό µέσο µετάδοσης. Οι οπτικές ίνες µπορούν να επιτύχουν ταχύτητα µετάδοσης που πλησιάζει αυτή µε την οποία διαδίδεται το φως. Στην εποχή µας, όλα τα δίκτυα κορµού στηρίζονται σε οπτικές ίνες και µπορούν να έχουν πρακτικά απεριόριστο εύρος ζώνης, απλά αναβαθµίζοντας ηλεκτρονικό εξοπλισµό τους. Ωστόσο, τα περισσότερα δίκτυα πρόσβασης αποτελούνται ακόµη από τα συµβατικά καλώδια χαλκού. Παρόλο που υπάρχουν διάφορες ευρυζωνικές 7

8 τεχνολογίες που βασίζονται στα ενσύρµατα καλώδια, καµιά από τις τεχνολογίες αυτές δεν υπόσχεται µια µακροπρόθεσµη λύση για τις απαιτητικές εφαρµογές του άµεσου µέλλοντος. Η µόνη ρεαλιστική µακροπρόθεσµη λύση που έχει παρουσιαστεί µέχρι τις µέρες µας είναι η προσέγγιση των οπτικών ινών µέχρι τους χρήστες, τεχνολογία γνωστή και ως Fiber To The Home (FTTH). 2. Οι οπτικές ίνες Οι οπτικές ίνες είναι λεπτές και διαφανείς ίνες, φτιαγµένες από γυαλί, µε διάµετρο περίπου όσο µια ανθρώπινη τρίχα και χρησιµοποιούνται για τη µετάδοση του φωτός. Μια οπτική ίνα είναι ένας κυλινδρικός διηλεκτρικός κυµατοδηγός που µπορεί να εκπέµπει φως κατά µήκος του άξονα της, µε τη διαδικασία της ολικής εσωτερικής ανάκλασης. Το υλικό από το οποίο έχουν κατασκευαστεί επιτρέπει τη µετάδοση φωτός µέσα από το εσωτερικό τους, ενώ συνήθως τις συναντάµε συγκεντρωµένες κατά χιλιάδες σε δέσµες, που σχηµατίζουν τα οπτικά καλώδια. Σχήµα Α-1. Οπτική ίνα Οι οπτικές ίνες αφορούν το πρώτο επίπεδο του δικτυακού µοντέλου OSI. Με βάση την εξέλιξη των τεχνολογιών του φυσικού επίπεδου. είναι δυνατή η κατηγοριοποίηση των δικτύων σε τρεις γενιές: ίκτυα τα οποία χρησιµοποιούν καλώδια χαλκού ή τεχνολογίες µικροκυµάτων (π.χ. Ethernet, ορυφόροι κ.α.). ίκτυα που χρησιµοποιούν συνδυασµό καλωδίων χαλκού και οπτικών ινών. ίκτυα τρίτης γενιάς, όπου χρησιµοποιούνται οπτικές ίνες, ενώ οι λειτουργίες δροµολόγησης και µεταφοράς δεδοµένων γίνονται µε βάση την οπτική τεχνολογία, χωρίς καµία ενδιάµεση µετατροπή των σηµάτων σε ηλεκτρονική µορφή. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα τη µεγάλη αύξηση του παρεχόµενου εύρους ζώνης. Οπτικές ίνες χρησιµοποιούνται ευρέως στην οπτική επικοινωνία, η οποία επιτρέπει µετάδοση δεδοµένων σε µεγαλύτερες αποστάσεις και σε µεγαλυτερη ταχύτητα σε σχέση µε άλλες µορφές επικοινωνιών. Οπτικές ίνες χρησιµοποιούνται 8

9 αντί των µεταλλικών συρµάτων διότι τα δεδοµένα µεταδίδονται µε µικρότερη απώλεια και επηρεάζονται πολύ λιγότερο από τις ηλεκτροµαγνητικές παρεµβολές. Χρησιµοποιούνται επίσης για να σχηµατίσουν αισθητήρες και σε ένα πλήθος άλλων εφαρµογών οµή οπτικής ίνας Η ίνα αποτελείται από έναν πυκνό πυρήνα όπου υπάρχει η οπτική ίνα, η οποία κατασκευάζεται από γυαλί ικανό να µεταφέρει φωτεινή δέσµη συγκεκριµένου µήκους κύµατος µε πολύ λίγες απώλειες.. Όσο πιο στενός είναι ο πυρήνας, τόσο πιο γρήγορα µεταφέρεται το κύµα φωτός. Ο οπτικός πυρήνας περιβάλλεται από στρώµα γυάλινης επικάλυψης. Η επικάλυψη (cladding) η οποία περιβάλλει την οπτική ίνα, κρατάει το φως στον πυρήνα, εµποδίζοντας το σήµα να διασκορπιστεί και να χάσει την ισχύ του. Αυτό επιτυγχάνεται καθώς ο δείκτης διάθλασης του πυρήνα είναι µεγαλύτερος από αυτόν της επένδυσης. Το σύνορο µεταξύ του πυρήνα και του περιβλήµατος µπορεί είτε να είναι απότοµο σε ίνα διακριτού βήµατος, ή σταδιακό για ίνα βαθµιαίου βήµατος. Η επικάλυψη περιβάλλεται από το εξωτερικό προστατευτικό υλικό από συνθετικό ή πολυµερές υλικό, το οποίο προστατεύει την ίνα από τους εξωτερικούς κινδύνους που µπορεί να βλάψουν το γυαλί. Σχήµα Α-2. Τοµή καλωδίου οπτικής ίνας Η δέσµη φωτός εκπέµπεται στον πυρήνα της οπτικής ίνας και προσπίπτει µε τέτοια γωνία στην επικάλυψη ώστε να υπάρχει ολική ανάκλαση και να µεταδίδεται σε όλο το µήκος της. Η οπτική ίνα εγκλωβίζει όλη την ενέργεια της ακτίνας του φωτός. 9

10 Σχήµα Α-3. Ανάκλαση φωτός στο εσωτερικό οπτικής ίνας 2.2. Κατασκευή οπτικής ίνας Οι οπτικές ίνες φτιάχνονται από γυαλί το οποίο, µε τη σειρά του, φτιάχνεται από άµµο, µια φτηνή πρώτη ύλη που είναι διαθέσιµη σε απεριόριστες ποσότητες. Η βασική χηµική αντίδραση από την οποία παράγεται το οπτικό γυαλί είναι: SiCl4 (gas) + O2 ( SiO2 (solid)) + 2Cl2 (Υψηλή θερµοκρασία) GeCl4 (gas) + O2 ( GeO2 (solid)) + 2Cl2 (Υψηλή θερµοκρασία) Το γυαλί που χρησιµοποιείται για τις σύγχρονες οπτικές ίνες είναι τόσο διαφανές που αν οι ωκεανοί ήταν γεµάτοι µε αυτό αντί για νερό, ο βυθός της θάλασσας θα ήταν τόσο ορατός από την επιφάνεια της, όσο είναι το έδαφος από ένα αεροπλάνο σε µια καθαρή µέρα! 2.3. Οπτική µετάδοση µέσα από οπτική ίνα Η λειτουργία των οπτικών ινών συµβαδίζει αναγκαστικά µε τις βασικές ιδιότητες των οπτικών υλικών και την αλληλεπίδραση του φωτός µε την ύλη. Από τη φυσική σκοπιά, το φως αποτελείται είτε από ηλεκτροµαγνητικά κύµατα είτε από φωτόνια, τα οποία είναι κβάντα ηλεκτροµαγνητικής ενέργειας. Το βασικότερο σηµείο στην κατανόηση της λειτουργίας των οπτικών ινών είναι η θεώρηση ότι το φως αποτελείται από ακτίνες οι οποίες ταξιδεύουν σε ευθείες γραµµές µεταξύ οπτικών στοιχείων, τα οποία µπορούν να κάµψουν η να ανακάµψουν τη τροχιά αυτή, δηλαδή η οπτική ίνα χρησιµοποιείται ως µέσο και το φως ως φορέας της πληροφορίας. Ο τρόπος που αποστέλλεται η πληροφορία, η οποία βρίσκεται σε ψηφιακή µορφή, είναι η διαµόρφωση πλάτους του εκπεµπόµενου από την πηγή φωτός σε µορφή on/off. 10

11 Το φως αποτελεί ένα µικρό κοµµάτι ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας. Η φύση όλων των µορφών της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας είναι η ίδια, και αναγνωρίζεται ως φωτόνια ή κύµατα τα οποία ταξιδεύουν µε την ταχύτητα του φωτός. ιάγραµµα Α-1. Φάσµα Συχνοτήτων Η διαφορά της ακτινοβολίας µεταξύ διαφορετικών ηλεκτροµαγνητικών φασµάτων µπορεί να µετρηθεί ως µήκη κύµατος, ενέργεια φωτονίων η ακόµα ως µια κυµατοειδή συχνότητα των ηλεκτροµαγνητικών πεδίων. Το οπτικό σύστηµα µετάδοσης αποτελείται από τρία βασικά συστατικά: την πηγή φωτός, το µέσο µετάδοσης και τον ανιχνευτή. Κατά σύµβαση, ο παλµός φωτός παριστάνει το bit 1 και η απουσία φωτός παριστάνει το bit 0. Το µέσο µετάδοσης είναι µια εξαιρετικά λεπτή ίνα γυαλιού. Ο ανιχνευτής παράγει έναν ηλεκτρικό παλµό όταν πέφτει επάνω του φως. Προσκολλώντας µια πηγή φωτός στο ένα άκρο µιας οπτικής ίνας και έναν ανιχνευτή στο άλλο άκρο, έχουµε ένα σύστηµα µονόδροµης µετάδοσης δεδοµένων το οποίο δέχεται ένα ηλεκτρικό σήµα, το µετατρέπει και το µεταδίδει µε παλµούς φωτός, και στη συνέχεια µετατρέπει ξανά την έξοδο σε ηλεκτρικό σήµα στο άκρο του παραλήπτη. Αν δεν ίσχυε µια ενδιαφέρουσα αρχή της φυσικής, το φως θα διέρρεε από ένα τέτοιο σύστηµα µετάδοσης, κάνοντας το άχρηστο στην πράξη. Όταν µια ακτίνα φωτός διαπερνά από ένα µέσον σε ένα άλλο, για παράδειγµα από το τηγµένο πυρίτιο (fused silica) στον αέρα, η ακτίνα διαθλάται στο όριο ανάµεσα στο πυρίτιο και τον αέρα και συνεχίζει στον αέρα υπό διαφορετική γωνία. Το µέγεθος της διάθλασης 11

12 εξαρτάται από τις ιδιότητες των δύο µέσων (για την ακρίβεια, από τους δείκτες διάθλασης τους). Για γωνίες πρόσπτωσης µεγαλύτερες από µια συγκεκριµένη κρίσιµη τιµή, το φως διαθλάται πίσω στο πυρίτιο, χωρίς να διαφεύγει τίποτα στον αέρα. Έτσι, µια ακτίνα φωτός που προσπίπτει στο όριο µε την κρίσιµη γωνία ή µεγαλύτερη παγιδεύεται µέσα στην οπτική ίνα και µπορεί να διαδίδεται για πολλά χιλιόµετρα χωρίς ουσιαστικές απώλειες. Σχήµα Α-4. ιάθλαση και εσωτερική διάθλαση οπτικού σήµατος Η αρχή λειτουργίας ενός οπτικού καλωδίου είναι η ολική εσωτερική αντανάκλαση (TIR -Total Internal Reflection) και βασίζεται στο γεγονός ότι όταν το φως αντανακλάται εξολοκλήρου σε έναν κλειστό εσωτερικό χώρο, µπορεί να ταξιδεύσει σε µεγάλες αποστάσεις, χωρίς να µειωθεί η έντασή του. Ως εκ τούτου, σε ένα οπτικό καλώδιο, η δεσµίδα των οπτικών ινών περικλείεται σε ειδικό υλικό που αντανακλά εσωτερικά όλο το φως, εξασφαλίζοντας έτσι δύο πράγµατα: 1. Την ολική εσωτερική αντανάκλαση, που θα επιτρέψει στην πληροφορία να φθάσει αναλλοίωτη σε µεγάλες αποστάσεις. 2. Την αποφυγή διαρροής φωτός στο εξωτερικό του καλωδίου. Για τον λόγο αυτό, το φως διοχετεύεται στο εσωτερικό της οπτικής ίνας υπό συγκεκριµένη γωνία, ώστε να επιτευχθεί η κατάλληλη αντανάκλαση που θα αποτρέψει την διαρροή φωτεινής ενέργειας. Μέχρι να φθάσει στον προορισµό της, η φωτεινή δέσµη συνήθως πραγµατοποιεί χιλιάδες ή και εκατοµµύρια αντανακλάσεις στο εσωτερικό της οπτικής ίνας. Στην περίπτωση των οπτικών ινών, η κεντρική ίνα έχει υψηλότερο συντελεστή διάθλασης από αυτό της επίστρωσης. 12

13 Σχήµα Α-5. Λειτουργία οπτικής ίνας µέσω ανακλάσεων Στις οπτικές επικοινωνίες χρησιµοποιούνται τρεις ζώνες µηκών κύµατος. Τα κέντρα τους είναι στα 0.85, 1.30, και 1.55 micro αντίστοιχα. Οι δύο τελευταίες ζώνες έχουν καλές ιδιότητες εξασθένησης (απώλειες κάτω από 5 %/χιλιόµετρο). Η ζώνη των 0.85 micro έχει υψηλότερη εξασθένηση, αλλά σε αυτό το µήκος κύµατος τα λέιζερ και τα ηλεκτρονικά µπορούν να κατασκευαστούν από το ίδιο υλικό (αρσενικούχο γάλλιο). Και οι τρεις ζώνες έχουν εύρος από έως GΗz. Οι παλµοί φωτός που στέλνονται µέσω µιας οπτικής ίνας εκτείνονται κατά πλάτος καθώς διαδίδονται. Αυτή η επέκταση ονοµάζεται χρωµατική διασπορά (chromatic dispersion) και το µέγεθος της εξαρτάται από το µήκος κύµατος. Ένας τρόπος για να αποφευχθεί η αλληλοεπικάλυψη των παλµών λόγω της επέκτασης τους είναι να αυξήσουµε την απόσταση µεταξύ τους, αλλά αυτό µπορεί να επιτευχθεί µόνο αν ελαττώσουµε το ρυθµό παραγωγής σηµάτων. Ευτυχώς, έχει ανακαλυφθεί ότι αν δηµιουργήσουµε τους παλµούς µε ένα ειδικό σχήµα το οποίο σχετίζεται µε το αντίστροφο του υπερβολικού συνηµίτονου όλα σχεδόν τα αποτελέσµατα της διασποράς θα αλληλοακυρώνονται, έτσι είναι δυνατή η αποστολή παλµών για χιλιάδες χιλιόµετρα χωρίς σηµαντική παραµόρφωση του σχήµατος τους. Αυτοί οι παλµοί ονοµάζονται solitons. Υπάρχει σηµαντικός όγκος έρευνας που στοχεύει στο να µεταφέρει τα solitons από το εργαστήριο στον έξω κόσµο. Τα φωτεινά κύµατα κατευθύνονται µέσω του πυρήνα της οπτικής ίνας µε τον ίδιο σχεδόν τρόπο που τα σήµατα ραδιοσυχνότητας (RF) κατευθύνονται µέσα σε οµοαξονικό καλώδιο. Ο έλεγχος της γωνίας στην οποία τα φωτεινά κύµατα διαβιβάζονται καθιστά πιθανό τον έλεγχο του πόσο αποτελεσµατικά φθάνουν στον προορισµό τους. Η σύνθεση επένδυσης του γυαλιού σε σχέση µε το γυαλί πυρήνων καθορίζει τη δυνατότητα της ίνας να ανακλάσει το φως. Η διαφορά στο δείκτη της διάθλασης του πυρήνα και της επένδυσης αναγκάζει το µεγαλύτερο µέρος του διαβιβασθέντος φωτός να ανακλαστεί από την επένδυση και να µείνει µέσα στο 13

14 εσωτερικό του πυρήνα. Κατ' αυτό τον τρόπο, ο πυρήνας της ίνας ενεργεί ως κυµατοδηγός για το διαβιβασθέν φως. Πάντως, οι απώλειες ισχύος της φωτεινής ενέργειας είναι σε κάθε περίπτωση αναπόφευκτες, ακόµη και κατά την ολική εσωτερική αντανάκλαση του φωτός και παρατηρούνται κυρίως κατά τη µετάδοση των δεδοµένων σε αποστάσεις πολλών χιλιοµέτρων. Αυτό οφείλεται σε µικρές ατέλειες του µέσου µεταφοράς. Η καθαρότητα του γυαλιού σπάνια φθάνει το απόλυτο, µε αποτέλεσµα η ισχύς του φωτός να εξασθενεί. Ανάλογα µε το πάχος του καλωδίου, οι απώλειες µπορούν να φθάσουν ακόµη και το 20% ανά χιλιόµετρο, ωστόσο µε κάποια σύγχρονα καλώδια, έχουν µειωθεί στο 5-10% ανά χιλιόµετρο. Σε γενικές γραµµές οι απώλειες στις οπτικές ίνες, είναι της τάξης των db/χιλιόµετρο και το σήµα µπορεί να ταξιδέψει από 80 έως 140 χλµ. χωρίς να είναι απαραίτητη η ενίσχυση του. Το συνολικό εύρος ζώνης που µπορεί να επιτευχθεί θεωρητικά, µε χρήση προηγµένων µορφών πολυπλεξίας, είναι της τάξης των 300 THz. Αντίθετα, στο οµοαξονικό καλώδιο, εµφανίζονται απώλειες της τάξης των 1000 db/χιλιόµετρο και γι αυτό και χρειάζεται πολύ συχνότερα ενίσχυση, ενώ το εύρος ζώνης που µπορεί να επιτευχθεί είναι της τάξης του 1 GHz. Οι διαφορές είναι από σηµαντικές µέχρι χαώδεις Είδη οπτικών ινών Υπάρχουν πολλές γωνίες υπό τις οποίες το φως µπορεί να εισέλθει σε µία οπτική ίνα και να δηµιουργήσει διαφορετικές γωνίες προσπτωσης στο στρώµα της επικάλυψης, οι οποίες αναφέρονται και ως τρόποι (modes). Ο αριθµός των τρόπων αυξάνεται καθώς αυξάνεται η διάµετρος του πυρήνα της οπτικής ίνας. Ο τρόπος αναφοράς των µεγεθών για τις οπτικές ίνες αποτελείται από δυο αριθµούς: η διάµετρος του πυρήνα και η διάµετρος της επικάλυψης. Οι µετρήσεις των παραπάνω µεγεθών γίνονται σε 10-6 µέτρα. Οι οπτικές ίνες διακρίνονται σε µονότροπες και πολύτροπες. Μονότροπες οπτικές ίνες (single mode fiber optics). Στις µονότροπες οπτικές ίνες, η διάµετρος της κεντρικής ίνας είναι πολύ µικρή και πλησιάζει περίπου το επίπεδο του µήκους κύµατος του εκπεµπόµενου σήµατος. Στην περίπτωση αυτή, υπάρχει µόνο ένας δυνατός τρόπος µετάδοσης του οπτικού 14

15 σήµατος, ο αξονικός. Οι µονότροπες οπτικές ίνες, σε αντίθεση µε τις πολύτροπες δεν διαχέουν τη δέσµη φωτός αλλά απαιτούν συγκέντρωση φωτός µεγάλης έντασης σε πυρήνα µικρής διαµέτρου, γεγονός που απαιτεί τη χρήση Laser. Αναφέρεται και σαν οµοαξονική µετάδοση. Η κεντρική ίνα στις µονότροπες οπτικές ίνες έχει διάµετρο από 5µm έως 10µm, µε συνηθέστερη τιµή τα 8,3 µm. Οι µονότροπες οπτικές ίνες εµφανίζουν πολύ καλύτερα χαρακτηριστικά από τις πολύτροπες. Επιτυγχάνουν υψηλότερους ρυθµούς µετάδοσης, ενώ παράλληλα εισάγουν χαµηλότερη εξασθένηση σήµατος και επιτυγχάνουν σηµαντική εκµετάλλευση του εύρους ζώνης και µείωση της διασποράς. Σχήµα Α-6. Μονότροπες οπτικές ίνες Πολύτροπες οπτικές ίνες (Multimode fiber optics) Η αρχή µετάδοσης στις πολύτροπες οπτικές ίνες είναι ότι οι διάφορες ακτίνες του οπτικού σήµατος ταξιδεύουν ανακλώµενες υπό διαφορετικές γωνίες, ανάλογα µε την γωνία εισόδου τους στην οπτική ίνα. Αυτός ο τρόπος µετάδοσης ονοµάζεται πολύτροπος (multimode), αφού έχουµε πολλούς δρόµους µετάδοσης, που αντιστοιχούν στις διαφορετικές γωνίες ανάκλασης. Οι πολύτροπες οπτικές ίνες έχουν τυπικά µεγέθη 50µm/125µm, 62,5/125, 85/125 ή 100/140. Ο συνηθέστερος τύπος, ο οποίος κυκλοφορεί, είναι ο 62,5µm/125µm. Η ολική διάµετρος της οπτικής ίνας συµπεριλαµβανοµένων των ενισχυτικών συνθετικών ινών και του εξωτερικού περιβλήµατος φτάνει τα 900µm. Επιπλέον, για τις πολύτροπες ίνες υπάρχει ένας επιπλέον διαχωρισµός ανάλογα µε τον τρόπο κατασκευής τους, και πιο συγκεκριµένα µε το αν η µεταβολή του δείκτη διαθλάσεως µεταξύ του πυρήνα και της επικάλυψης είναι απότοµη (step index) ή είναι βαθµιαία όσο αποµακρυνόµαστε από το κέντρο του πυρήνα της ίνας (graded index).. 15

16 Οπτική ίνα διακριτού δείκτη (step index) Στις ίνες αυτές παρατηρείται απότοµη µεταβολή του δείκτη διάθλασης µεταξύ της κεντρικής ίνας και του υλικού επικάλυψης. Σχήµα Α-7. Πολύτροπες οπτικές ίνες διακριτού δείκτη Οπτική ίνα βαθµιαίου δείκτη (graded index) Οι ίνες αυτές παρουσιάζουν βαθµιαία µεταβολή του δείκτη διάθλασης του υλικού της κεντρικής ίνας. Παρατηρείται βαθµιαία µείωση όσο αποµακρυνόµαστε από το κέντρο προς την εξωτερική επιφάνεια του πυρήνα. Σχήµα Α-8. Πολύτροπες οπτικές ίνες βαθµιαίου δείκτη 3. Μετάδοση µέσω οπτικών ινών 3.1. Οπτικοί ποµποί Για τη δηµιουργία της φωτεινής δέσµης που θα περάσει µέσω της οπτικής ίνας, µπορούν να χρησιµοποιηθούν δύο είδη πηγών: Οι ίοδοι Εκποµπής Φωτός LED (Light Emitting Diodes) και τα Laser ηµιαγωγών. Οι ίοδοι Εκποµπής Φωτός LED παράγουν δεδοµένα µε χαµηλό ρυθµό και χρησιµοποιούνται για µετάδοση δεδοµένων σε µικρές αποστάσεις. Αποτελούν 16

17 σχετικά αργές συσκευές, κατάλληλες για εφαρµογές µε ταχύτητες χαµηλότερες από l Gbps, ενώ εµφανίζουν ένα σχετικά ευρύ πλάτος φάσµατος. Οι διατάξεις αυτές χρησιµοποιούνται συνήθως σε επικοινωνιακές εφαρµογές πολύτροπων οπτικών ινών. Ωστόσο, παρουσιάζουν κάποια πλεονεκτήµατα, όπως είναι η µεγάλη διάρκεια ζωής, η µικρή ευαισθησία σε µεταβολές της θερµοκρασίας και το χαµηλό κόστος. Οι συσκευές Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) παράγουν δέσµες φωτονίων µέσω της διέγερσης µε ηλεκτρικό ρεύµα ιονισµένων υλικών. Οι δέσµες φωτονίων ενισχύονται µε σύστηµα καθρεπτών και στη συνέχεια εξέρχονται µε τη µορφή εξαιρετικά εστιασµένων ακτίνων. Τα Lasers µπορούν να συντονιστούν, όσον αφορά το µήκος κύµατος τους, µε χρήση µεθόδων συντονισµού, όπως είναι ο µηχανικός συντονισµός, ο ακουστοπτικός συντονισµός, ο ηλεκτροπτικός συντονισµός και ο injection -current-based συντονισµός. Τα µηχανικά συντονιζόµενα Lasers µπορούν να συντονιστούν σε όλο το ωφέλιµο φάσµα (τάξεως των 100nm), αλλά ο χρόνος εναλλαγής καναλιών είναι της τάξης των msec, εξαιτίας των µηχανικών στοιχείων µέσω των οποίων γίνεται ο συντονισµός. Τα ακουστοπτικά Lasers συνδυάζουν µέσο εύρος και µέσο χρόνο συντονισµού (τάξεως των 10 µsec). Οι µικρότεροι χρόνοι εναλλαγής καναλιών µπορούν να επιτευχθούν µε τη χρήση Laser ηµιαγωγών όπως τα Distributed -Feedback Laser (DFB) και Distributed-Bragg-Reflector (DBR) που έχουν χρόνο συντονισµού µικρότερο των 10 nsec, αλλά έχουν περιορισµένο εύρος µήκους κύµατος (της τάξεως µερικών καναλιών). ιαθέτουν χαρακτηριστικά και απόδοση που τους καθιστά καταλληλότερους για εφαρµογές µονότροπης οπτικής ίνας Οπτικοί έκτες Το άκρο λήψης µιας οπτικής ίνας αποτελείται από µία φωτοδίoδο, η οποία, µε κατάλληλους καθρέπτες, δέχεται τη δέσµη φωτός από την οπτική ίνα και συντονίζονται σε συγκεκριµένο µήκος κύµατος, ανάλογα µε την απόσταση των καθρεπτών µεταξύ τους. Οι οπτικοί δέκτες µπορεί να είναι παθητικοί (passive), ενεργοί (active) και διόδου Laser (Laser-diode-amplifier-based). Το πλεονέκτηµα των παθητικών δεκτών είναι ότι µπορούν να πετύχουν υψηλή ανάλυση. Το µειονέκτηµα τους είναι οι σηµαντικές απώλειες και ο µεγάλος χρόνος συντονισµού (της τάξεως των msec), καθώς στην κατασκευή τους περιλαµβάνουν µηχανικά στοιχεία. Οι ενεργοί και οι διόδου Laser δέκτες, µπορούν να συντονιστούν µε µεγαλύτερες 17

18 ταχύτητες (της τάξεως των nsec), έχοντας όµως µικρότερη ανάλυση, µε αποτέλεσµα να µπορούν να συντονιστούν σε λιγότερα κανάλια Οπτικοί Ενισχυτές Με τους ποµπούς και τους δέκτες, οι οπτικοί ενισχυτές (optical amplifiers) αποτελούν τα βασικά στοιχεία στη σχεδίαση οπτικών δικτύων. Οι οπτικοί ενισχυτές παρέχουν το µέσο στα οπτικά σήµατα ώστε να αναγεννιόνται χωρίς την ανάγκη χρήσης οπτικο -ηλεκτρονικών µεταλλακτών. Οι οπτικοί ενισχυτές τύπου Erbiumdoped (Erbium-doped fiber amplifiers (EDFA)) που λειτουργούν σε οπτικό µήκος κύµατος 1.5µm χρησιµοποιούνται στο πεδίο των επικοινωνιών µεγάλων αποστάσεων και είναι από τις πλέον αξιόπιστες λύσεις. Με τη χρήση των παραπάνω οπτικών ενισχυτών EDFA είναι δυνατή η εκποµπή σηµάτων σε µεγάλες αποστάσεις Η τεχνική πολύπλεξης WDM Στα οπτικά δίκτυα γίνεται χρησιµοποιείται συνήθως µια τεχνικής πολύπλεξης που ονοµάζεται Πολύπλεξη µε ιαίρεση Μήκους Κύµατος WDM (Wave Division Multiplexing). Η τεχνική αυτή επιτρέπει την ταυτόχρονη µετάδοση πολλών ψηφιακών σηµάτων, µε την παραχώρηση σε κάθε ένα από αυτά µιας συγκεκριµένης περιοχής µήκους κύµατος Η βασική ιδέα πάνω στην οποία στηρίχτηκε η νέα τεχνολογία ήταν η εξής: σε κάθε οπτική ίνα, το σήµα που µεταδίδεται έχει µια συγκεκριµένη συχνότητα. Υπάρχει όµως η δυνατότητα να περάσουν περισσότερα του ενός σήµατα διαφορετικού µήκους κύµατος (ή αλλιώς διαφορετικού χρώµατος, αφού µιλάµε για οπτικά σήµατα) µέσα από την ίδια ίνα, το καθένα από τα οποία αντιπροσωπεύει και µία ροή δεδοµένων. Με βάση αυτό το χαρακτηριστικό έγινε δυνατή η παράλληλη µετάδοση σήµατος και στις οπτικές ίνες. Με την θεώρηση αυτή, η τεχνική WDM θυµίζει την πολύπλεξη µε διαίρεση συχνότητας FDM (Frequency Division Multiplexing), διαφέρει όµως από αυτήν ως προς το ότι τα προς πολύπλεξη σήµατα είναι ψηφιακά και µπορεί ήδη να ανήκουν σε µια ανώτερη ιεραρχία πολύπλεξης µε διαίρεση χρόνου TDM (Time division Multiplexing). Αυτή η ιδέα δεν ήταν καινούρια, άλλωστε η πολυπλεξία στο ίδιο µέσο παραπάνω του ενός σήµατος µε διαφορετικές συχνότητες, συνεπώς και διαφορετικά µήκη κύµατος χρησιµοποιείται από πολύ παλιά στις εκποµπές ραδιοφώνου αλλά και σε πολλές άλλες εφαρµογές. Το 18

19 βασικότερο πλεονέκτηµα της τεχνικής αυτής είναι ότι µε αυτό τον τρόπο επιταχύνεται µεγάλη αύξηση της χωρητικότητας κατά 4,8,16 και 32 φορές. Σχήµα Α-9. Πολύπλεξη µε ιαίρεση Μήκους Κύµατος (WDM) Στο παραπάνω σχήµα αποδίδεται σε γενικές γραµµές η λειτουργία της µετάδοσης WDM. Κάθε ποµπός Τ Ν δέχεται στην είσοδο του ένα ψηφιακό και βγάζει στην έξοδό του ένα διαµορφωµένο οπτικό σήµα (κανάλι) µε συγκεκριµένο µήκος κύµατος λ Ν. Με αυτό τον τρόπο, δηµιουργούνται Ν διαφορετικά οπτικά σήµατα τα οποία οδηγούνται στην είσοδο του πολυπλέκτη. Μέσω του πολυπλέκτη, όλα τα οπτικά σήµατα διοχετεύονται σαν ένα ενιαίο σύνθετο σήµα στην ίδια οπτική ίνα. Το σήµα αυτό, αφού περάσει από οπτικό ενισχυτή (αν η απόσταση µετάδοσης είναι µεγαλύτερη των 200 km) αποπολυπλέκεται στον αποπολυπλέκτη και στο τέλος τα διάφορα ψηφιακά σήµατα οδηγούνται στους αντίστοιχους δέκτες R N. Το Ν µπορεί να είναι 4,8,16 και 32.(Ν=16 είναι η περισσότερο συνηθισµένη τιµή) DWDM - Dense Wavelength Division Multiplexing Η Πυκνή Πολύπλεξη ιαχωρισµού Μήκους Κύµατος (DWDM) είναι µια τεχνολογία οπτικών δικτύων η οποία χρησιµοποιείται για να αυξηθεί η χωρητικότητα του µέσου µεταφοράς των δεδοµένων (οπτικές ίνες). Η DWDM λειτουργεί µε εντελώς διαφορετικό τρόπο σε σχέση µε την Πολυπλεξία ιαχωρισµού Χρόνου (TDM - Time Division multiplexing). Η TDM χρησιµοποιεί ένα µήκος κύµατος, το οποίο διαχωρίζει σε διακριτές χρονοθυρίδες (time slots) ίσου µεγέθους, τις οποίες χρησιµοποιεί για να µεταδώσει τα εισερχόµενα σήµατα, χρησιµοποιώντας κυκλική δειγµατοληψία (round - robin). 19

20 Σχήµα Α-10. Πολύπλεξη ιαχωρισµού Χρόνου (TDM) Η µέθοδος αυτή, αν και είναι δίκαια ως προς το τρόπο που µεταχειρίζεται τα σήµατα, τελικά είναι αναποτελεσµατική, αφού οι χρονοθυρίδες παραµένουν δεσµευµένες για τα συγκεκριµένα κανάλια ακόµα και αν δεν υπάρχουν δεδοµένα προς µετάδοση. Η WDM αντίθετα διαµορφώνει τα εισερχόµενα οπτικά σήµατα σε συγκεκριµένες συχνότητες φωτός (µήκη κύµατος) µέσα σε ένα συγκεκριµένο εύρος συχνοτήτων. Σχήµα Α-11. Πολύπλεξη µε ιαίρεση Μήκους Κύµατος (WDM) Σε ένα WDM σύστηµα, κάθε ένα από τα µήκη κύµατος προωθείται στην ίνα, και τα σήµατα αποπολυπλέκονται στο λαµβάνον άκρο. Όπως στο TDM, η προκύπτουσα χωρητικότητα είναι ένα σύνολο των εισερχόµενων σηµάτων, ωστόσο το WDM µεταφέρει κάθε εισερχόµενο σήµα ανεξάρτητα από τα άλλα. Αυτό σηµαίνει ότι κάθε κανάλι έχει το δικό του αφιερωµένο εύρος ζώνης και όλα τα σήµατα φθάνουν συγχρόνως, αντί να διαχωρίζονται και να µεταφέρονται σε χρονοθυρίδες. Τα συστήµατα WDM µπορούν να µεταδώσουν µέχρι 24 κανάλια αλλά στο µέλλον όλα δείχνουν ότι η χωρητικότητα θα αυξηθεί στα 128 και παραπάνω µέσα από µια ίνα. Η διαφορά µεταξύ του WDM και του DWDM είναι απλώς διαφορά µεγέθους. Το DWDM τοποθετεί τα µήκη κύµατος πιο κοντά µεταξύ τους από το WDM, και εποµένως έχει µεγαλύτερη συνολική χωρητικότητα. Στα DWDM συστήµατα τα µήκη 20

21 κύµατος του φωτός βρίσκονται πολύ κοντά µεταξύ τους, συνήθως 100GHz ή περίπου 0,75nm χωριστά. Το DWDM έχει και διάφορα άλλα ξεχωριστά χαρακτηριστικά. Αυτά περιλαµβάνουν τη δυνατότητα ενίσχυσης όλων των µηκών κύµατος αµέσως χωρίς να µεσολαβήσει η µετατροπή τους σε ηλεκτρικά σήµατα, και τη δυνατότητα µεταφοράς σηµάτων διαφορετικών ταχυτήτων και είδους διαφανώς πάνω από µία ίνα (ανεξαρτησία στο είδος πρωτοκόλλου και στο ρυθµό µετάδοσης). Η σηµασία του DWDM είναι τεράστια και εντοπίζεται κυρίως στο να δίνει την δυνατότητα στους παρόχους να παρέχουν όλο και µεγαλύτερο εύρος ζώνης στους χρήστες. Το DWDM είναι κρίσιµο συστατικό των οπτικών δικτύων, αφού επιτρέπει µετάδοση video, πολυµέσων, δεδοµένων και φωνής µέσω της οπτικής ίνας. Η τεχνολογία DWDM είναι η περισσότερα υποσχόµενη τεχνολογία για µεταφορά δεδοµένων µέσα από οπτικές ίνες και αποτελεί σίγουρα µονόδροµο για την υλοποίηση σχεδίων όπως το Gigabit Internet. Ενδεικτικά, αναφέρουµε ότι µε τα σηµερινά δεδοµένα είναι δυνατή η πολυπλεξία σαράντα τέτοιων σηµάτων σε µια και µόνο οπτική ίνα, κάθε ένα από τα οποία µπορεί να µεταφέρει δεδοµένα µε ρυθµό 10 Gb/s, κάτι που οδηγεί σε συνολικό ρυθµό µεταφοράς δεδοµένων ίσο µε 400 Gb/s. Σε πειραµατικό, µάλιστα, επίπεδο έχουν επιτευχθεί ρυθµοί µεταφοράς δεδοµένων της τάξης των Tb/s. CWDM - Coarse Wavelength Division Multiplexing H Τραχεία Πολύπλεξη ιαχωρισµού Μήκους Κύµατος (CWDM - Coarse Wavelength Division Multiplexing) είναι µια τεχνολογία µεταφοράς οπτικού σήµατος, που παρουσιάζει σηµαντική ανάπτυξη στην αγορά, κυρίως λόγω των ιδιοτήτων χαµηλότερου κόστους και της απλότητας στον σχεδιασµό της.. Η CWDM τεχνολογία αντιπροσωπεύει µια οικονοµική τεχνολογία, τόσο σε πρόσβαση όσο και στην αγορά δικτύων κορµού και ειδικά σε σχετικά µικρές αποστάσεις (έως 31 µίλια). Παραδίδει τα πολλαπλάσια µήκη κύµατος µέσω µιας οπτικής ίνας σε ένα µέρος του κόστους και πολυπλοκότητας των συστηµάτων DWDM. Τα DWMD lasers, έχουν τυπικό bit rate µέχρι και 10Gbits/sec, ενώ τα CWDM lasers φτάνουν τα 2,5Gbits/sec. Η τιµή ενός DWDM ποµποδέκτη είναι τυπικά 4 µε 5 φορές µεγαλύτερη από ενός αντίστοιχου CWDM ποµποδέκτη.ακόµα, οι DWDM 21

22 ποµποδέκτες τείνουν να αυξάνουν τα λειτουργικά τους έξοδα, µιας και καταναλώνουν περισσότερη ενέργεια και αποβάλουν περισσότερη θερµότητα από τους CWDM. 4. Πλεονεκτήµατα οπτικών ινών Η ευρεία αποδοχή της τεχνολογίας των οπτικών ινών στις σύγχρονες τηλεπικοινωνίες οφείλεται σε µεγάλο βαθµό στα πλεονεκτήµατα που παρέχει η χρήση τους, τα οποία είναι τα παρακάτω: Υψηλό εύρος ζώνης, το οποίο ξεπερνά κατά εκατοντάδες φορές αυτό ενός κοινού καλωδίου. Οι υψηλές ταχύτητες µετάδοσης δεδοµένων, εξασφαλίζουν ταχύτητες της τάξεως των Gbps, που προσφέρουν ταχύτατη µεταφορά δεδοµένων και αξιόπιστες υπηρεσίες τηλεφωνίας. Συνήθεις ταχύτητες µετάδοσης είναι αυτές των 2 και 10 Gbps, ενώ έχουν επίσης αναπτυχθεί συστήµατα των 20,40 και 50 Gbps. Σε περίπτωση πολυπλεξίας µε διαίρεση µήκους κύµατος, οι ταχύτητες φθάνουν στα µερικά Tbps. Καθαρά ψηφιακό σήµα, το οποίο εξασφαλίζει υψηλότερη ποιότητα επικοινωνίας και αποφυγή προβληµάτων που θα προέκυπταν σε µια αναλογική µετάδοση. Οι οπτικές ίνες µεταδίδουν τις φωτεινές ενδείξεις µε ιδιαίτερα υψηλή αξιοπιστία, µεταφέροντας τα δεδοµένα µε πολύ µικρότερες αλλοιώσεις σε σχέση µε αυτές ενός κοινού καλωδίου δικτύου, ή µιας ασύρµατης σύνδεσης δεδοµένων. Μικρή εξασθένηση του σήµατος, λόγω της υψηλής ποιότητας του γυαλιού που χρησιµοποιείται ως µέσο µετάδοσης και των κατάλληλων ενισχυτών που αναλαµβάνουν να αναδηµιουργήσουν το σήµα σε περίπτωση εξασθένησης. Οι ιδιαίτερα χαµηλές τιµές απωλειών στις ίνες οδηγούν σε συστήµατα επικοινωνιών όπου οι ενισχυτές τοποθετούνται σε µακρινές αποστάσεις, που µπορεί να είναι και µεγαλύτερες από 200 χιλιόµετρα, συµβάλλοντας έτσι στη µείωση του κόστους καθώς και της πολυπλοκότητας του συστήµατος. Μικρές διαστάσεις, καθώς ένα µικρό και ελαφρύ καλώδιο οπτικών ινών, µεταφέρει πολύ περισσότερα δεδοµένα ακόµα και από ένα µεγαλύτερο και πιο βαρύ χάλκινο καλώδιο. Η διάµετρος των οπτικών ινών είναι µερικά (ή µερικές δεκάδες) µm. Έτσι, απαιτείται πολύ λιγότερος χώρος για την υλοποίηση ενός δικτύου οπτικών ινών. 22

23 Υψηλή διαθεσιµότητα, που οφείλεται κυρίως στην ανθεκτική κατασκευή των σύγχρονων οπτικών καλωδίων, η οποία µειώνει στο ελάχιστο το ενδεχόµενο εξωτερικής ζηµιάς. Οι οπτικές ίνες, παρόλο που είναι κατασκευασµένες από γυαλί, χαρακτηρίζονται από µεγάλη αντοχή σε εφελκυσµό, καθώς και ευκαµψία. Ταυτόχρονα, δεν επηρεάζονται από την υγρασία, σε αντίθεση µε τα χάλκινα καλώδια που η έκθεση τους σε υγρασία µπορεί να προκαλέσει βραχυκυκλώµατα ή το φαινόµενο της διαφωνίας. Αντοχή σε παρεµβολές. Η οπτική ίνα µπορεί να περάσει άφοβα από κάποιο "ηλεκτρικά επικίνδυνο" περιβάλλον. Η οπτική ίνα είναι ιδανικό µέσον για την εγκατάσταση σε χώρους µε υψηλά δυναµικά. Χαµηλό κόστος. Η δηµιουργία ενός καλωδίου οπτικών ινών είναι σαφώς πιο οικονοµική σε σχέση µε ένα καλώδιο χαλκού για την ίδια απόσταση και τις ίδιες δυνατότητες. Αυτό αποτελεί πλεονέκτηµα για τους παρόχους υπηρεσιών τηλεπικοινωνιών, οι οποίοι παρέχουν ποιοτικές υπηρεσίες σε µικρότερο κόστος. Το γεγονός αυτό µειώνει τελικά τις ανάγκες απόσβεσης εξόδων των παρόχων, άρα ο τελικός καταναλωτής ωφελείται, αφού επιβαρύνεται µε µικρότερες χρεώσεις για τις υπηρεσίες που του διατίθενται. Μικρές απαιτήσεις σε ενέργεια. Οι µικρές απώλειες του σήµατος και η χαµηλή κατανάλωση ενέργειας για την παραγωγή φωτός σε σχέση µε το ηλεκτρικό σήµα καθιστούν τις απαιτήσεις σε ενέργεια ιδιαίτερα χαµηλές. Ασφάλεια. Το οπτικό σήµα περιορίζεται κυρίως στον πυρήνα της ίνας και δεν ακτινοβολεί. Αυτό σηµαίνει ότι δεν µπορεί να υποκλαπεί, παρά µόνο στην περίπτωση που κάποιος µπορεί να έχει πρόσβαση στο φως που οδηγείται από τον πυρήνα. Το παραπάνω είναι απίθανο να συµβεί χωρίς να διακοπεί η συνέχεια της ίνας, πράγµα το οποίο γίνεται εύκολα αντιληπτό. Αυτό σηµαίνει ότι η ασφάλεια που προσφέρουν τα συστήµατα οπτικών ινών είναι ιδιαίτερα αυξηµένη, καθώς είναι σχεδόν αδύνατη η εξωτερική επέµβαση για την υποκλοπή ή την παρεµβολή των µεταφερόµενων σηµάτων. 5. Προβλήµατα µετάδοσης µέσω οπτικών ινών Παρά το γεγονός ότι οι οπτικές ίνες είναι οι καλύτερες από όλα τα µέσα µετάδοσης στο να µεταφέρουν µεγάλες ποσότητες δεδοµένων σε µεγάλες 23

24 αποστάσεις, αυτό δεν σηµαίνει ότι δεν παρουσιάζουν και προβλήµατα στην λειτουργία τους. Όταν το φως ταξιδεύει µέσω της ίνας, µοιραία ένα µέρος από την ενέργεια του χάνεται. Όσο πιο µακριά θέλουµε να µεταδοθεί το φως µέσω της ίνας, τόσο µεγαλύτερο είναι το ποσό της ενέργειας που χάνεται από το σήµα. Αυτή η εξασθένιση του σήµατος συµβαίνει για διάφορους λόγους, περιλαµβάνοντας και την ίδια την φύση της ίνας. Η απορρόφηση (Absorption) αποτελεί µία ακόµα αιτία για την αποδυνάµωση της ενέργειας του µεταδιδόµενου φωτός. Την στιγµή που οι ακτίνες φωτός χτυπάνε σε ανωµαλίες στο εσωτερικό της ίνας, αυτές απορροφούν ένα µέρος της ενέργειας. Αυτή η ενέργεια µετατρέπεται σε θερµική. Η απορρόφηση αυτή κάνει το σήµα φωτός πιο αδύναµο. Η διασπορά (Dispersion) του φωτός µειώνει τις αποστάσεις µετάδοσης σε µια ίνα. Η διασπορά είναι ο τεχνικός όρος του διασκορπισµού των φωτεινών παλµών καθώς ταξιδεύουν µέσω της ίνας. Όταν µερικά µήκη κύµατος φωτός ταξιδεύουν σε ελάχιστα διαφορετικές ταχύτητες µέσα στο γυαλί σε σχέση µε άλλα, τότε δηµιουργείται η λεγόµενη χρωµατική διασπορά. Αυτό συµβαίνει διότι ένα πρίσµα διαχωρίζει τα µήκη κύµατος του φωτός.σε µια ιδανική περίπτωση που µια πηγή LED ή Laser παράγει φως µίας µόνο συχνότητας, η χρωµατική διασπορά δεν αποτελεί πλέον πρόβληµα. υστυχώς, τα lasers και ειδικά τα LEDs παράγουν µια ποικιλία από µήκη κύµατος και έτσι η χρωµατική διασπορά ελαττώνει την απόσταση µεταφοράς µέσω µιας οπτικής ίνας. Αν το σήµα µεταφέρεται σε µεγάλη απόσταση, τότε αυτό που αρχικά είναι ένας δυνατός παλµός καταλήγει να απλώνεται, να διαχωρίζεται και να χάνει την φωτεινότητα του, µε αποτέλεσµα ο παραλήπτης να µην µπορεί να ξεχωρίσει ένα 0 από ένα 1. Άλλα προβλήµατα που παρουσιάζονται στην λειτουργία των οπτικών ινών είναι και τα παρακάτω: Αν το φως ταξιδεύει από ένα πυρήνα µε µεγαλύτερη διάµετρο σε ένα πυρήνα µε µικρότερη διάµετρο τότε αρκετή από την ενέργεια του φωτός µπορεί να χαθεί. Οι σύνδεσµοι οπτικών ινών είναι σχεδιασµένοι έτσι ώστε να ευθυγραµµίζουν καλώδια οπτικών ινών επάνω στους κεντρικούς τους άξονες. Όταν ο άξονας µιας ίνας δεν ευθυγραµµίζεται πλήρως µε τον άξονα της άλλης ίνας, υπάρχουν απώλειες. Οι απώλειες συσχετίζονται µε τον βαθµό της απώλειας ευθυγράµµισης ανάµεσα στους δύο άξονες. 24

25 ύο οπτικές ίνες που χωρίζονται από ένα διάκενο αέρα θα έχουν σαν αποτέλεσµα απώλεια σήµατος. Όσο µεγαλύτερο είναι το διάκενο, τόσο µεγαλύτερη είναι η απώλεια. Ο βαθµός απώλειας είναι µικρότερος από τα 0.5db όταν οι άκρες των ινών χωρίζονται από µια απόσταση ίση µε την διάµετρο των πυρήνων τους. Όταν τα άκρα των δύο οπτικών ινών είναι κάθετα, τότε οι ακτίνες φωτός θα εισέρχονται επιτυχώς στο άλλο καλώδιο. Αν οι επιφάνειες των δύο καλωδίων οπτικών ινών είναι υπό γωνία, τότε οι ακτίνες φωτός θα ανακλώνται στην επιφάνεια του δεύτερου καλωδίου οπτικών ινών. Μια σηµαντική αιτία δηµιουργίας µεγάλης εξασθένησης στα καλώδια οπτικών ινών είναι η λανθασµένη εγκατάσταση τους. Αν η ίνα τεντώνεται ή διπλώνεται πολύ σκληρά, µπορεί να προκληθούν µικροσκοπικές ρωγµές µέσα στον πυρήνα που θα διασκορπίζουν τις ακτίνες φωτός. Άλλες ανωµαλίες επιφάνειας είναι διάφορα σκαλίσµατα, ξυσίµατα, αγκάθια και κοψίµατα. 6. Εφαρµογές οπτικών ινών Τα καλώδια οπτικών ινών, τα οποία, συνήθως περιέχουν δεσµίδες οπτικών ινών, χρησιµοποιούνται, κυρίως, από τους τηλεπικοινωνιακούς οργανισµούς για επίγειες και υποθαλάσσιες συνδέσεις µεγάλων αποστάσεων, αντικαθιστώντας τόσο τις γραµµές οµοαξονικών καλωδίων, όσο και τις επίγειες και δορυφορικές µικροκυµατικές ζεύξεις Είναι ιδιαίτερα επωφελείς για επικοινωνίες µεγάλων αποστάσεων, επειδή το φως διαδίδεται µέσα από την ίνα µε µικρή εξασθένηση συγκριτικά µε την εξασθένιση του σήµατος των χάλκινων καλωδίων. Αυτό επιτρέπει να εκτείνονται σε µεγάλες αποστάσεις µε λίγους ενισχυτές ενδιάµεσα. Επιπλέον, τα φωτεινά σήµατα µπορούν να επιτύχουν ρυθµούς µετάδοσης µέχρι και 40 Gb/s, αφού κάθε ίνα µπορεί να µεταφέρει πολλά ανεξάρτητα κανάλια µε διαίρεση του µήκους κύµατος του φωτός (wavelength-division multiplexing). Σε µικρές αποστάσεις, όπως η δικτύωση µέσα σε ένα κτίριο, η ίνα εξοικονοµεί χώρο διότι µια ίνα µπορεί να µεταφέρει πολύ περισσότερα δεδοµένα από ένα χάλκινο καλώδιο, χωρίς παρεµβολές και κινδύνους υποκλοπής. Οι οπτικές ίνες χρησιµοποιούνται από ιδιωτικές εταιρίες σε τοπικά δίκτυα, σε πανεπιστηµιακά δίκτυα κορµού, σε δίκτυα ευρείας περιοχής, σε δίκτυα καλωδιακής τηλεόρασης, σε εφαρµογές µε υψηλές απαιτήσεις σε ασφάλεια µετάδοσης, όπως οι στρατιωτικές και, τέλος, σε βιοµηχανικές εφαρµογές, όπου 25

26 υπάρχει υψηλός βιοµηχανικός θόρυβος, στον οποίο οι οπτικές ίνες παρουσιάζουν ανοσία Οπτικές Ίνες µπορούν να χρησιµοποιηθούν ως αισθητήρες για τη µέτρηση της τάσεως παραµόρφωσης (καταπόνηση µετάλλων, κόπωση των υλικών), της θερµοκρασίας, της πίεσης και άλλων µεγεθών. Το µικρό µέγεθος και το γεγονός ότι η ηλεκτρική ενέργεια δεν είναι απαραίτητη, δίνει στην ίνα οπτικού αισθητήρα το πλεονέκτηµα σε σχέση µε τους συµβατικούς ηλεκτρικούς αισθητήρες σε ορισµένες εφαρµογές. Για παράδειγµα, οπτικοί αισθητήρες θερµοκρασίας και πίεσης έχουν αναπτυχθεί για µέτρηση σε γεωτρήσεις. Ο οπτικός αισθητήρας είναι κατάλληλος για το περιβάλλον αυτό, αφού µπορεί να λειτουργεί σε θερµοκρασίες πολύ υψηλές για αισθητήρες ηµιαγωγών. Οπτικές Ίνες χρησιµοποιούνται ως υδρόφωνα για σεισµικές ή SONAR εφαρµογές. Οι υδρόφωνοι αισθητήρες χρησιµοποιούνται από τη βιοµηχανία πετρελαίου, καθώς και από το πολεµικό ναύτικό µερικών χωρών. Μια άλλη χρήση της οπτικής ίνας ως αισθητήρας είναι η χρήση ως οπτικό γυροσκόπιο που χρησιµοποιείται στο Boeing 767 και σε ορισµένα µοντέλα αυτοκίνητων (για σκοπούς πλοηγήσεως). Η οπτική ίνα µπορεί να χρησιµοποιηθεί επίσης σε ένα οπτικό σύστηµα απεικόνισης. Μια συνεκτική δέσµη ινών που χρησιµοποιούνται µερικές φορές µαζί µε φακούς, για µια µακρά, λεπτή συσκευή απεικόνισης, ονοµάζεται ενδοσκόποιο (endoscope), η οποία χρησιµοποιείται για να βλέπουµε αντικείµενα µέσω µιας µικρής τρυπάς. Βιοµηχανικά ενδοσκόπια (βλ. fiberscope η borescope) χρησιµοποιούνται για διερεύνηση σε σηµεία που είναι δύσκολο να φτάσουµε, όπως το εσωτερικό µηχανών αεροσκαφών τύπου τζετ. Τέλος, οπτική ίνα µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την προµήθεια ηλεκτρικής ενέργειας (περίπου ένα Watt) σε ηλεκτρικές συσκευές που βρίσκονται σε ηλεκτρικά δύσκολα περιβάλλοντα Για παράδειγµα, σε ηλεκτρονικά στοιχεία κεραιών υψηλής ενέργειας και σε συσκευές µέτρησης που χρησιµοποιούνται σε περιβάλλον υψηλής τάσης. 26

27 7. Οπτικά δίκτυα 7.1. Ορολογία υποδοµής οπτικών δικτύων Κύριος κόµβος Κύριο σηµείο διασύνδεσης οπτικών αγωγών και καλωδίων του περιφερειακού ιστού για κάλυψη των συναθροισµένων επικοινωνιακών αναγκών ενός µεγάλου δήµου ή µιας ευρύτερης αλλά πλέον αραιοκατοικηµένης περιοχής ή µέρους ενός µεγάλου αστικού κέντρου. Για λόγους διαθεσιµότητας της υποδοµής, επιδιώκεται κάθε κύριος κόµβος να είναι άµεσα συνδεδεµένος µε παραπάνω του ενός οµότιµους κύριους κόµβους. Στους κύριους κόµβους εγκαθίσταται ενεργός εξοπλισµός, πέραν των παθητικών διατάξεων µικτονόµησης οπτικών ινών και προβλέπεται συνεγκατάσταση ή πρόσβαση διαχειριστών και παρόχων υπηρεσιών και εφαρµογών. Κύριο δίκτυο Το δίκτυο υποδοµών και οπτικών καλωδίων για τη διασύνδεση µεταξύ των κυρίων κόµβων. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι διαδροµές µεταξύ των κύριων κόµβων γειτνιάζουν ή ταυτίζονται µε εθνικά ή περιφερειακά δίκτυα υποδοµών άλλου τύπου (όπως οδικά δίκτυα, σιδηροδροµικά δίκτυα, δίκτυα µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, δίκτυα µεταφοράς φυσικού αερίου, δίκτυα άρδευσης ή ύδρευσης). Κόµβος διανοµής Το σηµείο διασύνδεσης οπτικών αγωγών και καλωδίων του κατ' εξοχήν µητροπολιτικού δικτύου (δικτύου διανοµής) για συγκέντρωση των συναθροισµένων επικοινωνιακών αναγκών µιας γεωγραφικής περιοχής, ιδίως στις περιπτώσεις όπου α) δεν συντρέχουν λόγοι για τοποθέτηση κόµβου κορµού, όπως στην περίπτωση ενός µικρού ήµου, ή β) για την εξυπηρέτηση ενός τµήµατος µεγάλου αστικού κέντρου και την διευκόλυνση της σύνδεσης των κόµβων χαµηλότερου επιπέδου προς το κύριο δίκτυο. Ανάλογα µε το µοντέλο ανάπτυξης των λειτουργικών δικτύων, στους κόµβους διανοµής µπορεί να µην εγκατασταθεί ενεργός εξοπλισµός, αλλά µόνο διατάξεις µικτονόµησης οπτικών ινών. Για διάφορους λόγους όµως, όπως η µεγάλη απόσταση από τον πλησιέστερο κύριο κόµβο ή η έλλειψη κύριου κόµβου ή η στενότητα στον αριθµό οπτικών ινών ή η επιθυµία πολλαπλασιασµού του εύρους 27

28 ζώνης ή άλλες εξωγενείς αιτίες, στον κόµβο διανοµής µπορεί να τοποθετηθεί παθητικός ή/και ενεργός εξοπλισµός για πολυπλεξία. ίκτυο διανοµής Το πυκνότερο δίκτυο για τη διασύνδεση µεταξύ των κόµβων διανοµής ή/και µεταξύ κόµβων διανοµής και κύριων κόµβων. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι διαδροµές µεταξύ κόµβων διανοµής ταυτίζονται µε διαδροµές του δικτύου κορµού, του δικτύου πρόσβασης και «τρέχουν» παράλληλα µε δίκτυα άλλων υποδοµών (οδικό δίκτυο, δίκτυο αποχέτευσης, κλπ). Για λόγους διαθεσιµότητας της υποδοµής, επιδιώκεται η έµµεση σύνδεση κάθε κόµβου διανοµής µε περισσότερους του ενός κύριους κόµβους, είτε απ' ευθείας, είτε εµµέσως ή/και µέσω ενδιάµεσων συνδέσεων µε άλλους κόµβους διανοµής. Κόµβος πρόσβασης Το σηµείο διασύνδεσης µεµονωµένων κτιριακών εγκαταστάσεων ή συγκροτηµάτων προς το δίκτυο πρόσβασης. Αποτελεί και σηµείο τοποθέτησης ενεργού εξοπλισµού για παροχή δικτυακών υπηρεσιών προς τους τελικούς χρήστες. ίκτυο πρόσβασης Το πυκνό δίκτυο σύνδεσης των κόµβων πρόσβασης µε το δίκτυο διανοµής. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι διαδροµές µεταξύ κόµβων πρόσβασης γειτνιάζουν ή ταυτίζονται και µε δίκτυα άλλων υποδοµών σε τοπικό επίπεδο π.χ. µιας γειτονιάς. Για λόγους διαθεσιµότητας και ασφάλειας της υποδοµής, αποτελεί λογική επιδίωξη ή έµµεση σύνδεση κάθε κόµβου πρόσβασης µε περισσότερους του ενός κόµβους διανοµής, αν και αυτό λόγω της πυκνότητας της υποδοµής, του συνεπαγόµενου µεγάλου κόστους εναλλακτικών οδεύσεων, της µικρής σχετικά σηµασίας των βλαβών στο επίπεδο µεµονωµένων χρηστών, και της παραδοσιακής πρακτικής ακτινοειδούς ανάπτυξης του τοπικού βρόχου, µπορεί να µην είναι καθολικά υλοποιήσιµο. Η δοµή του δικτύου πρόσβασης διαφοροποιείται ως προς την πυκνότητα και την τοπολογία ανάλογα µε την περίπτωση της εξυπηρετούµενης περιοχής (αστική, βιοµηχανική, αγροτική). Στο επόµενο διάγραµµα παρουσιάζεται η γενική δοµή ενός φυσικού δικτύου οπτικών υποδοµών. 28

29 Σχήµα Α-12. Γενική δοµή φυσικού δικτύου οπτικών υποδοµών 7.2. Απαιτήσεις υποδοµής οπτικού δικτύου Απαιτήσεις για το κύριο δίκτυο Μεταξύ των κυρίων κόµβων του δικτύου, πρέπει να γίνει προσπάθεια ώστε το καλώδιο να είναι διακριτό και ενιαίο ή, αν αυτό δεν είναι δυνατόν, το κύριο δίκτυο θα µπορεί να µοιράζεται καλώδιο από το δίκτυο διανοµής. Σε κάθε περίπτωση, θα πρέπει να έχει τον ελάχιστο αριθµό συγκολλήσεων, οι οποίες στη δεύτερη αναφερόµενη παραπάνω περίπτωση θα γίνουν κατά προτίµηση εντός των κόµβων διανοµής, χωρίς όµως δυνατότητα τερµατισµού και µικτονόµησης, δηλαδή λειτουργικά/λογικά ένας συγκεκριµένος αριθµός ινών θα πρέπει να ενώνει κύριο κόµβο µε κύριο κόµβο. Τα ενιαία τµήµατα µεταξύ συγκολλήσεων σε καµία περίπτωση δεν πρέπει να είναι µικρότερα των 2 χιλιοµέτρων. Συνήθως µόνο ένα οπτικό καλώδιο εντός ιδιαίτερης υπο -σωλήνωσης απαιτείται για τη σύνδεση δύο κυρίων κόµβων προς τη µία κατεύθυνση ενός κεντρικού δακτυλίου µε την προϋπόθεση οτι αυτό είναι επαρκώς διαστασιολογηµένο. Η αντίστροφη κατεύθυνση προφανώς θα έχει άλλη διαδροµή. Προβλέποντας την επέκταση του κυρίου δικτύου σε περιφερειακό επίπεδο,και τις συνδέσεις π.χ µεταξύ δήµων ή κοινοτήτων ή δηµοτικών διαµερισµάτων, θα χρειαστεί 29

30 χώρος για ίνες και συνεπώς για καλώδιο και σωληνώσεις στο µέλλον. Για το κύριο δίκτυο, η απόλυτη ελάχιστη προτεινόµενη ποσότητα είναι τρεις εγκατεστηµένες υποσωληνώσεις κατά µήκος της διαδροµής του κυρίου δικτύου, ασχέτως αν θα χρησιµοποιηθούν σε πρώτη φάση. Γενικότερα, θα πρέπει να υπάρχουν τουλάχιστον Κ+1 υποσωληνώσεις όπου Κ είναι ο αριθµός των προβλεπόµενων κυρίων κόµβων στους οποίους θα συνδεθούν οι κόµβοι διανοµής των συγκεκριµένων έργων. Σηµειώνεται ότι στους κύριους κόµβους προβλέπεται να τοποθετηθούν ενεργά και παθητικά στοιχεία πολυπλεξίας και απο-πολυπλεξίας. Απαιτήσεις για το δίκτυο διανοµής εδοµένου ότι κάθε κόµβος διανοµής συνδέεται τυπικά µε δύο κεντρικούς κόµβους ή µε ένα κεντρικό κόµβο µέσω δύο διαδροµών, µία υπο-σωλήνωση προς κάθε κατεύθυνση ή δύο υπο-σωληνώσεις προς τη µία κατεύθυνση απαιτούνται για το σκοπό αυτό (ανάλογα µε το εάν ο κόµβος διανοµής είναι ανάµεσα από τους κυρίους κόµβους ή από την ίδια πλευρά αντιστοίχως), για κάθε κόµβο διανοµής. Για το δίκτυο διανοµής, η απόλυτη ελάχιστη προτεινόµενη ποσότητα είναι πέντε εγκατεστηµένες υπο-σωληνώσεις ή µικροσωληνώσεις. Συνήθως, σωληνώσεις για περισσότερους του ενός κόµβους διανοµής, καθώς και σωληνώσεις του δικτύου πρόσβασης θα συνυπάρχουν στην ίδια διόδευση. Συνεπώς πρ έπει να υπάρχει πρόβλεψη για περισσότερες υπο -σωληνώσεις. Το καλώδιο από κύριο κόµβο προς κάθε κόµβο διανοµής στη βέλτιστη περίπτωση πρέπει είναι διακριτό και ενιαίο. Απαιτήσεις για το δίκτυο πρόσβασης Το δίκτυο πρόσβασης ενώνει τους κόµβους πρόσβασης µε τους κόµβους διανοµής µέσω του καλωδίου πρόσβασης, το οποίο µε τη µορφή βρόχου διατρέχει φρεάτια διακλάδωσης και συγκόλλησης. Σηµειώνεται ότι στον κόµβο πρόσβασης, θα υπάρχουν ενεργά στοιχεία µεταγωγής ή/και ενεργά ή παθητικά στοιχεία πολυπλεξίας για την υποστήριξη των χρηστών, οπότε ο αριθµός των ινών που αντιστοιχούν σε συνδέσεις µε χρήστες µπορεί τελικά να ικανοποιηθεί από πολύ µικρότερο αριθµό ινών µεταξύ κόµβου πρόσβασης και κύριου κόµβου. Από τον κόµβο πρόσβασης αναχωρούν ζεύξεις για διακριτούς χρήστες της περιοχής. Ο αριθµός των σωλήνων, υπο-σωλήνων, κλπ. που θα τοποθετηθεί στο χάνδακα που ενώνει τα φρεάτια 30

31 πρόσβασης θα εξαρτηθεί από το εάν κοινοί χάνδακες και σωληνώσεις εξυπηρετούν κατά µήκος της διαδροµής τους και άλλους χρήστες. Απαιτήσεις για το δίκτυο συγκέντρωσης (τελικών χρηστών) Τυπικά, κάθε χρήστης (κτίριο) εξυπηρετείται από έναν κόµβο πρόσβασης, µέσω φρεατίων και διαδροµών οι οποίες στο φυσικό επίπεδο µπορούν να έχουν µικτή τοπολογία απαρτιζόµενη από αστέρα, αρτηρία ή και δακτύλιο. Κάθε χρήστης θα πρέπει να έχει τη δυνατότητα πλεονασµατικών συνδέσεων (εντός της ίδιας όδευσης) προς τον οικείο κόµβο πρόσβασης και σε κάθε περίπτωση θα πρέπει να γίνεται εκµετάλλευση κοινών διοδεύσεων όπου αυτό είναι δυνατόν. Υλικά Τα υλικά που χρησιµοποιούνται για τα οπτικά δίκτυα συµπεριλαµβάνουν φρεάτια, σωληνώσεις, καλώδια, µούφες συγκόλλησης, κιβώτια συγκολλήσεων, υπαίθρια κιβώτια ή κιβώτια εσωτερικού χώρου µε ερµάρια συγκόλλησης η/και διατάξεις µικτονόµησης (cross-connect) τερµατισµού και σύνδεσης µε ενεργό εξοπλισµό, χώρο οργάνωσης πλεονάζοντος καλωδίου, τα ικριώµατα παθητικού και ενεργού εξοπλισµού και όλες τις βοηθητικές διατάξεις και εξαρτήµατα για ένωση και διακλάδωση σωληνώσεων και υπό-σωληνώσεων, για τη στήριξη, τη δροµολόγηση και την οργάνωση µεγάλου αριθµού καλωδίων. εδοµένου ότι υπάρχει µεγάλος αριθµός από επιλογές και διαδικασίες για την τοποθέτηση των παραπάνω υλικών, η επιλογή υλικών και διαδικασιών πρέπει να παίρνει υπ' όψη, τους τοπικούς περιορισµούς και ιδιοµορφίες, την συγκεκριµένη διαβάθµιση τεχνογνωσίας µεταξύ των διαφόρων µεθόδων, τους συγκεκριµένους τεχνοοικονοµικούς στόχους κλπ. Σε κάθε περίπτωση όµως είναι προφανής η ανάγκη ανάπτυξης των δικτύων µε συνεπή και δοµηµένο τρόπο λαµβάνοντας υπ' όψη το κόστος της συντήρησης και της επέκτασης µετά την αρχική λειτουργία του. Φρεάτια Τα φρεάτια χρησιµοποιούνται για τρεις κυρίως σκοπούς: α) για τοποθέτηση πλεονασµατικού καλωδίου (looping cable), β) για συγκόλληση/διακλάδωση καλωδίων και φιλοξενία των διατάξεων συγκόλλησης (cable splicing) ή διακλαδωτήρων µικροσωληνώσεων (microtube branching) και γ) ως σηµεία για την υποβοήθηση της έλξης ή της εµφύσησης καλωδίου. Για οµοιοµορφία, µπορεί να 31

32 χρησιµοποιηθεί ένας τύπος φρεατίου (µε µεταβλητές διαστάσεις ανάλογα µε τη λειτουργία του και τους εκάστοτε περιορισµούς). Σε περιπτώσεις που ο υπόγειος χώρος είναι περιορισµένος, µπορούν να χρησιµοποιηθούν υπαίθρια κιβώτια καλωδίων. Στις πυκνοδοµηµένες αστικές περιοχές, τα φρεάτια συγκόλλησης ή διακλάδωσης συστήνεται να τοποθετούνται σε αποστάσεις από 200 έως 300m ενώ για διαδροµές καλωδίων σε αραιοκατοικηµένες περιοχές οι αντίστοιχες αποστάσεις µπορούν να φτάνουν τα 500 µέτρα. Σε κάθε περίπτωση όµως, οι αποστάσεις µεταξύ των φρεατίων που θα χρησιµοποιηθούν για την υποβοήθηση του περάσµατος ίνας µε έλξη ή εµφύσηση, πρέπει να είναι τέτοιες ώστε να υποστηρίζονται απρόσκοπτα όλες οι προβλεπόµενες τεχνικές περάσµατος τ ου καλωδίου για τον προβλεπόµενο τύπο και αριθµό καλωδίων και τον υπάρχοντα ή προβλεπόµενο τύπο σωληνώσεων, υπο - σωληνώσεων ή µικρο-σωληνώσεων. Σωληνώσεις Αναφερόµαστε στο σύστηµα σωλήνων και υπο-σωλήνων HDPE (High-density polyethylene) ή και συστοιχιών µικρο -σωληνώσεων που θα εγκατασταθούν για την υποδοχή των οπτικών καλωδίων. Ένα σηµαντικό κόστος της υποδοµής αποτελούν οι εκσκαφές και η τοποθέτηση των σωληνώσεων αυτών. Αυτό αυξάνει τις απαιτήσεις για καλό σχεδιασµό και πρόβλεψη. Σχετικά µε τον προσδιορισµό των µελλοντικών αναγκών, η εµπειρία δείχνει, ιδιαίτερα στις περιπτώσεις όπου ανάλογες υποδοµές αναπτύχθηκαν από τηλεπικοινωνιακούς φορείς µε σκοπούς την κάλυψη άµεσων αναγκών και την ελαχιστοποίηση του κόστους, ότι αυτά ήταν υπο -διαστασιολογηµένα όσον αφορά σωληνώσεις, καλώδια, µέγεθος και πυκνότητα φρεατίων. Στην επιλογή της διόδευσης, πρέπει να δοθεί προσοχή στη µελλοντική δοµή του πλήρως ανεπτυγµένου δικτύου. Οι σωληνώσεις για το κύριο δίκτυο, το δίκτυο διανοµής και το δίκτυο πρόσβασης διαστασιολογούνται χωριστά, αλλά είναι επιθυµητό να εµπερικλείονται στην ίδια διόδευση (χάνδακα και φρεάτια) όπου αυτό είναι εφικτό. Ο αριθµός των σωλήνων (ή υπο -σωλήνων ή συστοιχιών µικροσωλήνων εντός ενός κοινού σωλήνα) εξαρτάται από τον αριθµό των απαιτούµενων οπτικών καλωδίων. Η τοποθέτηση ενός (και µόνο) καλωδίου ανά υπο -σωλήνωση ή µικροσωλήνα πρέπει να θεωρείται γενικός κανόνας και να αποφεύγονται οι παρεκκλίσεις. Σε κάθε περίπτωση, ο σχεδιασµός κύριου δικτύου, δικτύου διανοµής, 32

33 και δικτύου πρόσβασης, πρέπει να προβλέπει την άµεση τοποθέτηση κενών σωλήνων ή συστοιχιών µικροσωληνώσεων και τη µελλοντική εισαγωγή υπο -σωλήνων και οπτικών καλωδίων για την ικανοποίηση της µελλοντικής ζήτησης. Η θεώρηση των αναπτυξιακών και ρυµοτοµικών σχεδίων της περιοχής είναι απαραίτητη ώστε η πιθανότητα να προκύψει ανάγκη αχρήστευσης ή µετακίνησης µεγάλου µέρους της υποδοµής να ελαχιστοποιηθεί. Κύριος κόµβος Ο απαιτούµενος χώρος για τον κύριο κόµβο (όπου θα υπάρχει σηµείο παρουσίας PoP ενός ή πολλών παρόχων) πρέπει να εξασφαλίζει την ικανοποίηση ιδιαίτερων λειτουργικών απαιτήσεων. Το µέγεθος του χώρου πρέπει να είναι ικανό να φιλοξενήσει όλες τις διατάξεις για συγκόλληση ινών, διασύνδεση ινών (interconnection), µικτονόµηση ινών (cross - connection) και σύνδεση ενεργού εξοπλισµού µετάδοσης από διαφορετικούς (ανταγωνιστικούς ή µη) παρόχους. Επιπλέον, πρέπει να υπάρχει χώρος για µελλοντική επέκταση. Ο χώρος πρέπει να είναι εφοδιασµένος µε διατάξεις κλιµατισµού, µηχανική προστασία από κλοπή, κοινή διάταξη αδιάλειπτης ηλεκτρικής παροχής µε χρόνο αυτόνοµης κάλυψης τουλάχιστον 30 λεπτά. Παράλληλα, εάν δεν υπάρχει, πρέπει να µπει στο σχεδιασµό και να υλοποιηθεί δευτερεύουσα πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, είναι επιθυµητό ο χώρος να είναι εφοδιασµένος µε ηλεκτρονικό σύστηµα ταυτοποίησης µε ιδιαίτερα επιθυµητή τη δυνατότητα καταγραφής (logging). Τα βασικά παθητικά στοιχεία απαρτίζονται από µονάδες συγκόλλησης, τερµατισµού και µικτονόµησης οι οποίες µπορούν να φιλοξενούνται σε κοινά ικριώµατα (Optical Distribution Frames - ODF). Τα ενεργά στοιχεία, καθώς και παθητικές διατάξεις πολυπλεξίας, απόπολυπλεξίας αφορούσες συγκεκριµένες υπηρεσίες, συγκεκριµένων παρόχων, τοποθετούνται σε ικριώµατα παράπλευρου χώρου ο οποίος, σε πλήρη ανάπτυξη, µπορεί να έχει διαφορετική πολιτική πρόσβασης και διαφορετικό µηχανισµό ταυτοποίησης. Κόµβος διανοµής Ο κόµβος διανοµής απαρτίζεται απλά από παθητικές διατάξεις cross-connect, και είναι προετοιµασµένος να δεχθεί παθητικά στοιχεία πολυπλεξίας/απο -πολυπλεξίας 33

34 ή/και ενεργό εξοπλισµό.έτσι ο κόµβος διανοµής µπορεί να υλοποιηθεί µε ένα κιβώτιο εξωτερικού ή εσωτερικού χώρου εφοδιασµένου µε ερµάρια συγκόλλησης, τερµατισµού, αποθήκευσης καλωδίου και µικτονόµησης από την εµπρόσθια πλευρά. Για την περίπτωση µελλοντικής επέκτασης και εγκατάστασης και υποστήριξης παθητικών ή ενεργών στοιχείων πολυπλεξίας απαιτείται επαρκής επιπλέον χώρος. Κόµβος Πρόσβασης Ο κόµβος πρόσβασης, είναι το σηµείο απ' όπου υλοποιούνται οι ζεύξεις προς κάθε ιδιαίτερο χρήστη και συµπεριλαµβάνει παθητικές διατάξεις (συγκόλλησης, τερµατισµού) οι οποίες µπορεί να απαρτίζονται από διακριτές µονάδες ή να συστεγάζονται σε κοινά ικριώµατα (FDFs), Η διαµόρφωση του χώρου εξαρτάται από τον αριθµό των υποστηριζόµενων χρηστών. Οι διαστάσεις του απαιτούµενου χώρου εξαρτώνται από των αριθµό των υποστηριζόµενων χρηστών, το είδος των χρηστών (εάν ανήκουν π.χ. σε οµογενές κλειστό group ή όχι) κλπ. Για µικρό αριθµό χρηστών, ο κόµβος πρόσβασης µπορεί να περιορίζεται σε ένα κλειστό ικρίωµα εντός στεγασµένου χώρου, το οποίο θα συµπεριλαµβάνει παθητικά και ενεργά στοιχεία, µε πιθανά αποµακρυσµένο το κιβώτιο εισόδου του καλωδίου και συγκόλλησης των εισερχόµενων (OSP) προς τις ενδοκτιριακές ίνες (IFC) ή θα περιορίζεται σε ένα κιβώτιο εξωτερικού χώρου εφοδιασµένου µε ερµάρια συγκόλλησης, τερµατισµού, αποθήκευσης καλωδίου και µικτονόµησης από την εµπρόσθια πλευρά, µπαταρίες, UPS, και ικρίωµα ανάρτησης ενεργών στοιχείων κατάλληλων για χρήση σε εξωτερικό περιβάλλον. Για µεγάλο αριθµό χρηστών, το µέγεθος και ο τύπος του κόµβου πρόσβασης µπορεί να είναι συγκρίσιµος µε αυτά του κεντρικού κόµβου. Ο κόµβος πρόσβασης πρέπει να προβλέπει και τη δυνατότητα για µελλοντική εγκατάσταση ενεργού εξοπλισµού για την παροχή υπηρεσιών προς τους τελικούς χρήστες. Τελικός Χρήστης Κατά τεκµήριο, οι τελικοί χρήστες εξυπηρετούνται από επιτοίχιο οπτικό κιβώτιο συγκόλλησης όπου καταλήγει το καλώδιο εξωτερικού χώρου (ή η µικροσωλήνωση). Ο τερµατισµός µπορεί να γίνει στο κιβώτιο αυτό, ή εναλλακτικά να χρησιµοποιηθεί καλώδιο εσωτερικού χώρου του οποίου οι ίνες, µετά τη συγκόλληση στο ένα άκρο µε τις αντίστοιχες ίνες του εξωτερικού καλωδίου θα τερµατισθούν σε δεύτερο οπτικό κατανεµητή, πλησίον των ενεργών στοιχείων του χρήστη (π.χ. στο ίδιο ικρίωµα 19''). 34

35 Άξιες ιδιαίτερης προσοχής είναι λύσεις οι οποίες συνδυάζουν σε ένα επιτοίχιο κιβώτιο εξωτερικού χώρου, τη φιλοξενία ενός µεταγωγέα, διάταξης εισόδου και στεγανοποίησης των καλωδίων οπτικών ινών και χαλκού για τον πάροχο και το χρήστη αντίστοιχα, UPS, µπαταρίας και µηχανισµού ασφαλείας για περιορισµό της πρόσβασης. Η λύση αυτή συµβάλει στον περιορισµό διαδικαστικών προβληµάτων που θα προκαλούσε η ανάγκη συντήρησης και επιδιόρθωσης βλαβών σε µη εργάσιµες ώρες. 8. οµηµένη καλωδίωση Ο όρος Σύστηµα οµηµένης Καλωδίωσης αναφέρεται σε ένα ολοκληρωµένο σχέδιο καλωδίωσης επικοινωνιών, εγκατεστηµένο σε ένα κτίριο ή σε ένα συγκρότηµα κτιρίων και το οποίο έχει την δυνατότητα να υποστηρίζει όλες τις µορφές συστηµάτων επικοινωνίας. Αυτό σηµαίνει ότι το σύνολο της καλωδίωσης, συµπεριλαµβανοµένου του δικτύου, του τηλεφώνου, του βίντεο, του ήχου, της ασφάλειας, του ελέγχου της θέρµανσης και ψύξης, του φωτισµού, και οτιδήποτε άλλο που έχει σχέση µε τον έλεγχο και τις επικοινωνίες ενός συγκροτήµατος κτιρίων, προγραµµατίζεται, σχεδιάζεται, εγκαθίσταται, και ρυθµίζεται ως ένα ενιαίο σύστηµα. Σε µια κατάσταση µη δοµηµένης καλωδίωσης, η καλωδίωση που εφαρµόζεται σε κάθε ένα από τα συστήµατα ενός κτιρίου, εγκαθίσταται ανεξάρτητα, χρησιµοποιώντας σειριακές συνδέσεις. Σχήµα Α-13. Σύστηµα δοµηµένης καλωδίωσης 35

36 Προκειµένου ένα κτίριο να θεωρείται λειτουργικό και να ικανοποιεί τις τηλεπικοινωνιακές ανάγκες των χρηστών του, είναι απαραίτητο να περιληφθούν τα συστήµατα ασθενών ρευµάτων στον αρχιτεκτονικό σχεδιασµό. Ένα σύστηµα δοµηµένης καλωδίωσης έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήµατα: Είναι ανεξάρτητο των εφαρµογών και των συσκευών που χρησιµοποιούνται, δηλαδή είναι σχεδιασµένο να εξυπηρετεί τόσο ανάγκες τηλεφωνίας, όσο και δεδοµένα, βίντεο κλπ. Εγκαθίσταται µε τέτοιο τρόπο που να εξυπηρετούνται παρούσες και µελλοντικές εφαρµογές. Είναι επεκτάσιµο και ευέλικτο στις ανακατατάξεις θέσεων στους χώρους εργασίας. Είναι φθηνότερο από τα κόστη που επιβάλουν οι εκ των υστέρων πρόσθετες λύσεις στον παραδοσιακό τρόπο. Συµβάλλει στην τυποποίηση η οποία έχει σαν επίπτωση την απλούστευση και ενιαία αντιµετώπιση του τρόπου σύνδεσης όλων των συσκευών αλλά και την µείωση του κόστους. Έχει προδιαγραφές ποιότητας και επιδόσεων. Εγγυάται δηλαδή τις επιδόσεις των καλωδίων που αναφέρονται Υποσυστήµατα δοµηµένης καλωδίωσης Τα πρότυπα ANSI/TIA/EIA-568 A και Β χωρίζουν την δοµηµένη καλωδίωση σε 6 υποσυστήµατα: Τα τµήµατα του χώρου εργασίας (work-area components). Τα τµήµατα του χώρου εργασίας περιλαµβάνουν τον υπολογιστικό εξοπλισµό που συνδέεται µε τις τηλεπικοινωνιακές πρίζες (work-area outlets). Οι τηλεπικοινωνιακές πρίζες χρησιµοποιούνται για την διασύνδεση του χώρου εργασίας µε την οριζόντια καλωδίωση. Στα τµήµατα του χώρου εργασίας περιλαµβάνονται οι σταθµοί εργασίας - τερµατικά, προσωπικοί υπολογιστές, κτλ, εκτυπωτές. Την οριζόντια καλωδίωση (horizontal cabling). Στο υποσύστηµα της οριζόντιας καλωδίωσης προσδιορίζονται όλοι οι καλωδιακοί τύποι που χρησιµοποιούνται για τη σύνδεση της κάθε τηλεπικοινωνιακής πρίζας του χώρου 36

37 εργασίας σε έναν τηλεπικοινωνιακό θάλαµο. Οι καλωδιακοί τύποι που µπορούν να χρησιµοποιηθούν στην οριζόντια καλωδίωση είναι 4 και ο καθένας περιορίζεται στο να διανύει µέγιστη απόσταση 90 µέτρων. Οι 4 τύποι είναι οι εξής : 1. UTP ή STP καλώδιο των 100 Ohm. 2. Οπτικές ίνες των 62.5/125 µm ή 50/125 µm. Σχήµα Α-14. Οριζόντια καλωδίωση Τον τηλεπικοινωνιακό θάλαµο (telecommunications closet). Στον τηλεπικοινωνιακό θάλαµο περιέχονται οι απλούστεροι τηλεπικοινωνακοί εξοπλισµοί, έναντι του δωµατίου εξοπλισµού του κάθε κτιρίου. Εδώ περιέχονται οι τερµατισµοί και τα σηµεία συγκέντρωσης των καλωδίων που αφορούν την διασύνδεση των καλωδίων της ραχοκοκαλιάς και της οριζόντιας καλωδίωσης. Εικόνα Α-1. Τηλεπικοινωνιακός θάλαµος 37

38 Την καλωδίωση κορµού (backbone cabling). Η καλωδίωση αυτή παρέχει τη διασύνδεση µεταξύ των τηλεπικοινωνιακών θαλάµων, του δωµατίου εξοπλισµού και της εγκατάστασης εισόδου. Ουσιαστικά αποτελεί την κύρια εσωτερική καλωδίωση του κτιρίου. Αποτελείται από καλώδια, σωλήνες, συνήθως από σχάρες οροφής, συσκευές τερµατισµού και έξτρα καλώδια για κούµπωµα, γνωστά ως patch-cords ή κορδόνια. Το συνηθέστερο είδος καλωδίου που χρησιµοποιείται σε αυτή την καλωδίωση είναι το UTP κατηγορίας 3, ενώ οι οπτικές ίνες που χρησιµοποιούνται είναι οι πολύτροπες για µέγιστη απόσταση 2 χιλιοµέτρων και οι µονότροπες για απόσταση έως 3 χιλιοµέτρων. Το δωµάτιο εξοπλισµού (equipment room). Αποτελεί ένα χώρο τοποθέτησης τηλεπικοινωνιακού εξοπλισµού (π.χ. ΡΒΧ (Σύστηµα τηλεφωνικού κέντρου), υπολογιστικός εξοπλισµός, κλπ) ο οποίος χρησιµοποιείται για την εξυπηρέτηση των χρηστών που βρίσκονται µέσα στο κτίριο. Ο τηλεπικοινωνιακός εξοπλισµός που τοποθετείται στα δωµάτια εξοπλισµού είναι συνήθως µεγαλύτερης πολυπλοκότητας από τον εξοπλισµό που βρίσκεται στους τηλεπικοινωνιακούς θαλάµους. Κατά κανόνα, ένα δωµάτιο εξοπλισµού µπορεί να εκτελέσει όλες τις εργασίες που εκτελούνται και από ένα τηλεπικοινωνιακό θάλαµο. Το δωµάτιο εξοπλισµού χρησιµοποιείται κυρίως από τεχνικό προσωπικό. Την εγκατάσταση εισόδου (entrance facility). Η εγκατάσταση αυτή αποτελεί το σηµείο διασύνδεσης της εξωτερικής καλωδίωσης µε την καλωδίωση κορµού (backbone cabling) του κτιρίου. Εδώ εγκαθίστανται και οι συσκευές που προστατεύουν την υπερφόρτωση του δικτύου. Οι κατανεµητές είναι το αντίστοιχο των πινάκων της εγκατάστασης ισχυρών ρευµάτων. Σε κάθε εγκατάσταση υπάρχει ένας τουλάχιστον κατανεµητής. Στην ουσία ο κατανεµητής παίζει τους παρακάτω ρόλους: 1. Σηµείο τερµατισµού των καλωδίων που έρχονται από τις πρίζες. 2. Σηµείο τερµατισµού των καλωδίων που έρχονται από τις κεντρικές συσκευές. 3. Σηµείο διανοµής σηµάτων. 4. Χώρος φιλοξενίας παθητικών αλλά και ενεργητικών συσκευών (π.χ. hub). Οι θέσεις των κατανεµητών στο κτίριο προσδιορίζονται µε κριτήρια το µικρό µήκος των καλωδίων στο κτίριο, την εύκολη επισκεψιµότητα, τις οδεύσεις των καλωδίων, τις ειδικές συσκευές που συνδέονται σε αυτούς, την δυνατότητα 38

39 επέκτασης των καλωδιώσεων, την ύπαρξη φωταγωγών κλπ. Στα µεγάλα κτίρια προτιµάται η τοποθέτηση ενός κατανεµητή ανά όροφο. Μπορούµε όµως να χρησιµοποιήσουµε ένα κατανεµητή για όλο το κτίριο, εφ όσον η επιφάνεια του κάθε ορόφου είναι µικρή και η απόσταση οποιασδήποτε πρίζας, σηµερινής ή µελλοντικής, από τον κατανεµητή δεν ξεπερνά τα 90 µ Οπτικές ίνες και δοµηµένη καλωδίωση Οι οπτικές ίνες χρησιµοποιούνται κυρίως στο υποσύστηµα κορµού της ευρύτερης περιοχής και στην κατακόρυφη καλωδίωση κορµού. Σε λίγες περιπτώσεις χρησιµοποιούνται µέχρι σήµερα και για την οριζόντια καλωδίωση των κτιρίων. Τα καλώδια οπτικών ινών έχουν χαµηλό κόστος σε σχέση µε το εύρος ζώνης που προσφέρουν, έχουν όµως το σηµαντικό µειονέκτηµα της δύσκολης κα ακριβής σύνδεσης connectors (συνδέσµων) στην άκρη τους. Οι οπτικές ίνες για τα δοµηµένα καλωδιακά συστήµατα είναι συνήθως, τύπου multimode, graded index µε διαµέτρους πυρήνα/περιβλήµατος 62.5/125 µm. Για να συνδεθεί τις περισσότερες φορές ένας connector στην άκρη µιας οπτικής ίνας, µε τρόπο που να εγγυάται την ποιότητα και τα χαρακτηριστικά της σύνδεσης, απαιτείται ειδικός χώρος µε ελεγχόµενες συνθήκες θερµοκρασίας, υγρασίας και καθαριότητας, ειδικά µηχανήµατα και αρκετός χρόνος. Τέτοιου είδους συνθήκες δεν µπορούν να ικανοποιηθούν εύκολα στα σηµεία εγκατάστασης των καλωδίων. Οι οπτικοί κατανεµητές δεν αποτελούν άλλη οντότητα στη δοµηµένη καλωδίωση, αλλά αναφέρονται ξεχωριστά λόγω της διαφορετικής τους σύστασης. Ο στόχος των οπτικών κατανεµητών είναι ο ίδιος µε των κατανεµητών για UTP, δηλαδή να διευκολύνει τον τερµατισµό όλων των ινών, είτε εξωτερικών είτε των εσωτερικών ινών προς άλλους κατανεµητές, καθώς επίσης και την διασύνδεση µεταξύ των ινών. Το καλώδιο οπτικής ίνας που πρόκειται να τερµατισθεί καθώς εισέρχεται στον κατανεµητή στηρίζεται µηχανικά προκειµένου να προστατευθεί αλλά και να εξασφαλίσει τις ελάχιστες επιτρεπόµενες ακτίνες καµπυλότητας. Οι ίνες πριν τον τερµατισµό τους πρέπει να διαχωρισθούν αφήνοντας ικανό περιθώριο µήκους για µελλοντικές επεµβάσεις. Η κάθε ίνα πρέπει να καταλήγει σταθερά σε ένα σύνδεσµο στον κατανεµητή στο πεδίο συνδέσεων. Αυτό θα γίνει κόβοντας την ίνα σε ένα σηµείο και τοποθετώντας έναν σύνδεσµο (connector). Όµως, στην πράξη, ο τερµατισµός µιας ίνας σε σύνδεσµο είναι δύσκολη διαδικασία που αν δεν γίνει 39

40 προσεκτικά και σωστά µπορεί να εισάγει µεγάλες καθυστερήσεις στο σήµα. Αντίθετα, η διαδικασία σύνδεσης (splicing) είναι ασφαλέστερη και ευκολότερη ως προς το τελικά ποιοτικό αποτέλεσµα. Για τον λόγο αυτό, προτιµάται η χρήση έτοιµων ουρών καλωδίου ίνας (pig tail) που διαθέτουν εργοστασιακά προσυνδεδεµένο connector και που συνδέονται µε την ίνα µέσω splicing. Όπως φαίνεται στο Σχήµα, η συνένωση βρίσκεται στον χώρο φιλοξενίας των µόνιµων συνδέσµων (splices), ενώ στον ίδιο χώρο φιλοξενείται και ένα ικανό περιθώριο του καλωδίου. Σχήµα Α-15. Οπτικός κατανεµητής Εικόνα Α-2. Οπτικοί κατανεµητές 9. ίκτυα FTTx Ενώ οι δορυφορικές και οι ασύρµατες µικροκυµατικές µεταδόσεις διαδραµάτισαν σηµαντικούς ρόλους στην εξέλιξη της επικοινωνίας, χωρίς την εφεύρεση των λέιζερ και των συστηµάτων επικοινωνίας οπτικών ινών, η παρούσα παγκόσµια υποδοµή τηλεπικοινωνιών που συνδέει όλες τις ηπείρους και αποτελεί τον παγκόσµιο ιστό,θα ήταν αδύνατη. Η τεχνολογία FTTx (Fiber To The x) είναι η τεχνολογία που κάνει χρήση οπτικής ίνας µέχρι ένα ορισµένο σηµείο του δικτύου πρόσβασης. Το σηµείο "x" µπορεί να 40

41 είναι η γειτονιά ή το κράσπεδο του πεζοδροµίου, οπότε έχουµε αντίστοιχα FTTN (Fiber To The Neighborhood) και FTTC (Fiber To The Curb), το κτίριο, οπότε έχουµε την περίπτωση FTTB (Fiber To The Building), ή το σπίτι µε το FTTH (Fiber To The Home). Σχήµα Α-16. Τα δίκτυα της τεχνολογίας FTTx 9.1. Η τεχνολογία FTTB Σύµφωνα µε τον ορισµό του FTTH Council, ως «Fiber to the Building (FTTB)» ορίζεται η τηλεπικοινωνιακή αρχιτεκτονική σύµφωνα µε την οποία επικοινωνιακή οδός εκτείνεται µε χρήση αποκλειστικά οπτικού καλωδίου από τον εξοπλισµό µεταγωγής ενός δικτυακού παρόχου έως τουλάχιστον το όριο της ιδιοκτησίας που περιβάλλει το χώρο διαµονής ή εργασίας ενός ή περισσοτέρων χρηστών και τερµατίζεται πριν από τον καθαυτό χώρο διαµονής ή εργασίας του καθενός από τους παραπάνω χρήστες. Το επικοινωνιακό µονοπάτι προς τον ή τους χρήστες ολοκληρώνεται µε χρήση άλλου µέσου, όπως οµοαξονικό καλώδιο, συνεστραµµένα ζεύγη χαλκού ή ασύρµατη ζεύξη. 41

42 Σχήµα Α-17. Η τεχνολογία FTTB 9.2. Η τεχνολογία FTTC H FTTC αρχιτεκτονική αποτελείται από οπτική ίνα στο δίκτυο πρόσβασης µέχρι την µονάδα τερµατισµού της οπτικής ίνας, που τοπολογικά βρίσκεται στο κράσπεδο του πεζοδροµίου (FTTC) ή µέχρι ένα συγκεκριµένο κτίριο (FTTB) εξυπηρετώντας µερικές δεκάδες συνδροµητές. Το τελευταίο τµήµα µέχρι τη συσκευή του χρήστη έχει τυπικά µήκος περίπου 300 µέτρα και αποτελείται από οµοαξονικό καλώδιο ή δισύρµατη τηλεφωνική γραµµή. Κάθε χρήστης συνδέεται µε το δικό του καλώδιο µέχρι τη µονάδα τερµατισµού της οπτικής ίνας, δηµιουργώντας µιας τοπολογία αστέρα. Αρχιτεκτονική δικτύου FTTC Μέχρι σήµερα, οι οπτικές ίνες χρησιµοποιούνται κυρίως για την υλοποίηση ευρυζωνικού δικτύου κορµού και διανοµής, καθώς είναι ουσιαστικά η µόνη τεχνολογία που µπορεί να υποστηρίξει τη συγκέντρωση ευρυζωνικών συνδέσεων πρόσβασης και να µεταφέρει τις µεγάλες ποσότητες δεδοµένων µε υψηλό ρυθµό που απαιτεί η παροχή ευρυζωνικών υπηρεσιών από κεντρικά σηµεία διανοµής προς τους συνδροµητές. Για το λόγο αυτό, είναι κοινή περίπτωση ο συνδυασµός υποδοµών οπτικών ινών µε άλλες ευρυζωνικές τεχνολογίες, όπου η υποδοµή οπτικών ινών δηµιουργείται και φτάνει µέχρι τις γειτονιές ή τα κτίρια των συνδροµητών και στη συνέχεια χρησιµοποιούνται οι υπόλοιπες τεχνολογίες ευρυζωνικής πρόσβασης για να δηµιουργηθεί το δίκτυο πρόσβασης που φτάνει µέχρι το χώρο του χρήστη. 42

43 Όσον αφορά την αρχιτεκτονική ενός δικτύου οπτικών ινών, σηµειώνεται ότι αποτελείται από τρεις βασικές λογικές µονάδες: το δίκτυο κορµού, το δίκτυο διανοµής και το δίκτυο πρόσβασης. Σχήµα Α-18. ίκτυο οπτικών ινών Το δίκτυο κορµού αποτελείται από έναν αριθµό κόµβων οι οποίοι συνδέονται µεταξύ τους. Το δίκτυο διανοµής, παρέχει συνδέσεις σηµείου-πολλαπλών σηµείων µεταξύ των κυρίων κόµβων και των κόµβων πρόσβασης. Στους κόµβους διανοµής µπορεί να τοποθετηθεί ενεργός ή παθητικός εξοπλισµός για το διαχωρισµό του σήµατος, οπότε λέµε ότι χρησιµοποιούµε Ενεργό Οπτικό ίκτυο (ΑΟΝ, Active Optical Network) ή Παθητικό Οπτικό ίκτυο (PON, Passive Optical Network) αντίστοιχα Το δίκτυο πρόσβασης, που καταλήγει στις Οπτικές Μονάδες ικτύου, αποτελεί τον οπτικό τερµατισµό του σήµατος. Από εκεί κι έπειτα το σήµα γίνεται ηλεκτρικό και µεταφέρεται µέσω χάλκινου καλωδίου στον συνδροµητή. Κάθε ΟΜ επικοινωνεί µε 20 περίπου χρήστες. Αν αυτό το κοµµάτι αναδιαταχθεί έτσι ώστε κάθε ΟΜ να επικοινωνεί µε έναν χρήστη και µεταφερθεί η ΟΜ στο χώρο του χρήστη, θα έχει επιτευχθεί η τεχνολογία Οπτική Ίνα Στο Σπίτι (FTTH). Σε διαφορετική περίπτωση, µπορούν να χρησιµοποιούνται οι τεχνολογίες ADSL/VDSL2 στο τελευταίο κοµµάτι του δικτύου FTTH Σύµφωνα µε τον ορισµό του FTTH Council, ως «Fiber to the Home (FTTH)» ορίζεται η τηλεπικοινωνιακή αρχιτεκτονική σύµφωνα µε την οποία µία επικοινωνιακή οδός εκτείνεται µε χρήση αποκλειστικά οπτικού µέσου από τον 43

44 εξοπλισµό µεταγωγής ενός δικτυακού παρόχου έως το χώρο διαµονής ή εργασίας κάθε χρήστη. Η οπτική ίνα τερµατίζεται εντός του καθαυτού χώρου διαµονής ή εργασίας του καθενός από τους παραπάνω χρήστες. Ένα δίκτυο FTTH αποτελείται από ένα δίκτυο πρόσβασης που βασίζεται στις οπτικές ίνες και συνήθως συνδέει έναν µεγάλο αριθµό από τελικούς χρήστες σε ένα κεντρικό σηµείο που είναι γνωστό ως κόµβος πρόσβασης (access node) ή point of presence (POP). Κάθε κόµβος πρόσβασης περιέχει τον απαιτούµενο ενεργό εξοπλισµό που χρησιµοποιείται στις οπτικές ίνες ώστε να παρέχει τις εφαρµογές και υπηρεσίες στον συνδροµητή. Κάθε κόµβος πρόσβασης εξυπηρετείται από ένα µεγαλύτερο µητροπολιτικό ή αστικό οπτικό δίκτυο, το οποίο συνδέει όλους τους κόµβους πρόσβασης µιας κοινότητας ή περιοχής. Σχήµα Α-19. ίκτυο FTTH Ένα δίκτυο FTTH µπορεί να συνδυαστεί είτε µε παθητικό τερµατισµό της οπτικής ίνας οπότε έχουµε ένα PON δίκτυο, είτε µε ενεργητικό τερµατισµό της ίνας. Στην τελευταία περίπτωση, είναι πιθανό τα σήµατα να µεταφέρονται µε διαφορετικό µέσο µέχρι την τερµατική συσκευή. Τέλος, είναι πιθανό οι ενεργοί τερµατισµοί της ίνας να χρησιµοποιηθούν για τη δηµιουργία τοπολογίας αστέρα µέχρι το τερµατικό. Τα πλεονεκτήµατα της οπτικής ίνας µέχρι το σπίτι σε σχέση µε τις συνδέσεις xdsl είναι φανερά στο παρακάτω σχήµα. 44

45 Σχήµα Α-20. Σύγκριση τεχνολογιών xdsl και FTTH Στον τοπικό βρόχο, είναι χρήσιµο να διακριθούν τρία βασικά επίπεδα δικτύου: ένα επίπεδο υπηρεσιών (service layer) και δύο επίπεδα υποδοµών (infrastructure layers). Το πρώτο επίπεδο περιλαµβάνει όλες τις παθητικές υποδοµές, όπως καλώδια οπτικών ινών, αγωγούς, κτίρια και οικιακή καλωδίωση. Το δεύτερο επίπεδο περιλαµβάνει ενεργές υποδοµές, π.χ. τεχνικές εγκαταστάσεις στην άκρη των οπτικών ινών που αποστέλλουν, λαµβάνουν και διαχειρίζονται τα οπτικά σήµατα. Το τρίτο επίπεδο αποτελείται από τις κύριες υπηρεσίες τις οποίες οι πελάτες «αγοράζουν» από τους τηλεπικοινωνιακούς παρόχους. Οι απαιτούµενες επενδύσεις και η διάρκεια ζωής των εγκαταστάσεων είναι υψηλότερες στο πρώτο επίπεδο και χαµηλότερες στο τρίτο επίπεδο. Από την άλλη όµως, η µεγαλύτερη τεχνολογική πρόοδος και εποµένως η µεγαλύτερη δυναµική για καινοτοµίες βρίσκεται στο επίπεδο 3. Σχήµα Α-21. Επίπεδα τοπικού βρόχου οπτικού δικτύου 45

46 9.4. Τοπολογίες δικτύων FTTx ιάταξη σηµείο προς σηµείο (Home run fiber, point-to-point) Σύµφωνα µε την διάταξη αυτή, κάθε σπίτι διαθέτει µία αφιερωµένη γραµµή οπτικής ίνας, κατευθείαν από το τηλεφωνικό κέντρο. Η διάταξη αυτή παρουσιάζει το πλεονέκτηµα του µεγαλύτερου δυνατού εύρους ζώνης (χωρίς την παρουσία ενεργών διατάξεων πολύπλεξης). Η χρήση της όµως δεν ενδείκνυται, αφού παρουσιάζει µία τεράστια συµφόρηση από καλώδια οπτικής ίνας στην πλευρά του τηλεφωνικού κέντρου. Σχήµα Α-22. Αποκλειστική οπτική ίνα σε κάθε σπίτι Point-to-Multipoint (PMP) Με την προσέγγιση PΜP, η οπτική υποδοµή αναπτύσσεται µε τρόπο ώστε να δίνει τη δυνατότητα δενδροειδούς διακλάδωσης οπτικών µονοπατιών, χωρίς ενδιάµεσους κόµβους, µέσω διακλαδωτήρων από το σηµείο παρουσίας του παρόχου, προς διαδοχικές οµάδες γειτνιαζόντων χρηστών. Οι οπτικές οδοί από τον πάροχο προς τον διακλαδωτή, εξυπηρετούν την κίνηση από και προς πολλούς χρήστες, η οποία µεταφέρεται αυτούσια σε όλες τις ακτίνες του αστέρα. Ουσιαστικά οι χρήστες στα άκρα του αστέρα µοιράζονται το εύρος ζώνης µιας οπτικής οδού µε επιπλέον απώλειες και αυξηµένη πολυπλοκότητα για την αποµόνωση των κινήσεων των χρηστών. Αν και τοπολογίες PMP µπορούν να εντοπιστούν τόσο σε Ενεργά (ΑΟΝ) όσο και σε Παθητικά Οπτικά ίκτυα (PON), πρακτικά ο όρος PMP τείνει να αναφέ ρεται περισσότερο στον τρόπο ανάπτυξης των παθητικών δικτύων (PON), από το 46

47 Κεντρικό Σηµείο του Παρόχου (Central Office CO) έως το χρήστη. Το ισοδύναµο για την περίπτωση των ενεργών δικτύων είναι η σύνδεση του ακραίου µεταγωγού πρόσβασης (Switch) µε το χρήστη το οποίο είναι τοπολογίας P2P και όχι PMP. Σχήµα Α-23. Συνδέσεις σηµείου προς πολλαπλά σηµεία (PΜP) Ring Η τοπολογία δακτυλίου επιτρέπει την κοινή χρήση οπτικού µέσου, το οποίο, υπό τη µορφή δακτυλίου, συνδέει χρήστες ή/και παρόχους ή/και εσωτερικούς κόµβους του δικτύου. Ο διαχωρισµός των κινήσεων µπορεί να γίνει είτε µε παθητικές διατάξεις πολυπλεξίας στο φυσικό επίπεδο, όπως WDM, είτε µε ενεργά στοιχεία (L2 ή L3). Σχήµα Α-24. Τοπολογία δακτυλίου 9.5. Τεχνολογίες πρόσβασης δικτύων FTTx Η βασικότερη διάκριση των δικτύων FTTx βασίζεται στη χρήση ή µη ενεργών στοιχείων. Αν και η διάκριση αυτή φαίνεται καθαρά τεχνολογική, στην ουσία αντικατοπτρίζει δύο διαφορετικές προσεγγίσεις και πολιτικές ανάπτυξης των δικτύων. Οι δύο κατηγορίες είναι: Τα Ενεργά Οπτικά ίκτυα (Active Optical Networks AON) Τα παθητικά οπτικά δίκτυα πρόσβασης (Passive optical Networks PON) 47

48 Ενεργά Οπτικά ίκτυα (AON) Όπως είχαµε αναφέρει και πιο πάνω, λόγω της µεγάλης χωρητικότητας της οπτικής ίνας σε εύρος ζώνης, µέρος της διαδροµής µπορεί να προκύψει από τον διαχωρισµό µίας σε πολλές οπτικές ίνες προς τον κάθε χρήστη, σε µία περιοχή κοντά στον χρήστη. Οι ενεργοί διακλαδωτές ή δροµολογητές (active splitters or routers) είναι συσκευές που χρειάζονται ενέργεια για την λειτουργία τους. Σχήµα Α-25. Ενεργό Οπτικό ίκτυο αστέρα (ΑΟΝ) Η τεχνολογία AON-Active Optical Network χρησιµοποιεί διατάξεις ενεργού εξοπλισµού σε εξωτερικά σηµεία του δικτύου πρόσβασης, δηλ. εκτός του χώρου του συνδροµητή. Η διαφορά της τεχνολογίας AON από την PON βρίσκεται στον τρόπο υλοποίησης της διάταξης όπου τερµατίζει το δίκτυο διανοµής και από την οποία ξεκινούν οι υψηλού εύρους ζώνης συνδέσεις και φτάνουν µέχρι το συνδροµητή. Η διάταξη αυτή ονοµάζεται aggregator (συναθροιστής) και δροµολογεί τα δεδοµένα από το δίκτυο διανοµής προς τον συνδροµητή για τον οποίο προορίζονται και αντίστροφα. Στην τεχνολογία AON, η διάταξη αυτή αποτελείται από ενεργό εξοπλισµό, δηλ. εξοπλισµό που απαιτεί ηλεκτρική τροφοδοσία και εκτελεί έξυπνες εργασίες δροµολόγησης δεδοµένων. Ο εξοπλισµός αυτός µετατρέπει το οπτικό σήµα σε ηλεκτρικό και ξανά σε οπτικό, οπότε εξαλείφει την εξασθένηση του οπτικού σήµατος. Επίσης, η τεχνολογία AON επιτρέπει τη δηµιουργία οπτικών δακτυλίων όπου παρέχεται η δυνατότητα προστασίας του δικτύου µέσω της µετάδοσης του σήµατος σε δυο διαδροµές (η προστασία συνίσταται στην εξασφάλιση της 48

49 δυνατότητας µετάδοσης δεδοµένων ακόµη και αν εµφανιστεί βλάβη στη µια διαδροµή). Φυσικά, απαιτείται από την πλευρά του χρήστη ο κατάλληλος εξοπλισµός τερµατισµού των οπτικών ινών (Optical Network Unit - ONU) που παρέχει τη θύρα πρόσβασης στο οπτικό δίκτυο. Ιδιαίτερα δηµοφιλής είναι η τεχνολογία Ethernet λόγω της ευκολίας σύνδεσης και του απλού και ευρέως διαδεδοµένου εξοπλισµού ειδικά στο σηµείο τερµατισµού. Εικόνα Α-3. Συσκευή ONU Παθητικά Οπτικά ίκτυα (ΡΟΝ) Τα παθητικά οπτικά δίκτυα PON (Passive Optical Networks), όπως και τα AON, µοιράζονται µία οπτική ίνα µέχρι ενός σηµείου, ενώ στην συνέχεια διαχωρίζεται σε πολλαπλές ίνες (συνήθως 32) προς τους συνδροµητές. Τα συστήµατα αυτά χρησιµοποιούν καθρέφτες για τον διαχωρισµό του σήµατος, έτσι δεν χρειάζονται ενεργά στοιχεία ή στοιχεία που καταναλώνουν ενέργεια, µεταξύ του τηλεφωνικού κέντρου και του σπιτιού. ηλαδή στα PON δίκτυα, η διάταξη aggregator είναι παθητικός εξοπλισµός που ονοµάζεται splitter (διακλαδωτής) και διαχωρίζει το οπτικό σήµα σε περισσότερα αντίγραφα, τα οποία προωθούνται προς τους συνδροµητές. Η µετάδοση των δεδοµένων γίνεται µε πολυπλεξία στο χρόνο (Time Division Multiplexing - TDM) και για το λόγο αυτό χρησιµοποιούνται ειδικοί διακόπτες στον εξοπλισµό του συνδροµητή, κάτι που αυξάνει το κόστος, πράγµα που ισοσταθµίζει το χαµηλότερο κόστος του aggregator. Επίσης, καθώς το οπτικό σήµα δεν ενισχύεται στον aggregator, ο εξοπλισµός που βρίσκεται στο δίκτυο διανοµής είναι πιο πολύπλοκος απ' ότι στα AON, καθώς απαιτείται να µεταδίδει οπτικά σήµατα διαφορετικής έντασης ώστε το οπτικό σήµα να έχει την ίδια ένταση όταν φτάνει σε συνδροµητές που βρίσκονται σε διαφορετικές αποστάσεις. 49

50 Σχήµα Α-26. Παθητικό Οπτικό ίκτυο αστέρα (ΡΟΝ) Ένα PON έχει µερικά σηµαντικά πλεονεκτήµατα, όπως τα επόµενα: Η αρχιτεκτονική point-to-multipoint απαιτεί λιγότερες οπτικές ίνες για να καλύψει µια δεδοµένη περιοχή σε σχέση µε την αντίστοιχη point-to-point που χρησιµοποιεί διαφορετικές ίνες σε κάθε πελάτη (η πολυπλοκότητα ινών για αρχιτεκτονικές WDM-PON είναι συγκρίσιµη). Ο εξοπλισµός στο CO απαιτεί χαµηλότερο κόστος καθώς µια οπτική διεπαφή εξυπηρετεί ένα ολόκληρο δίκτυο αντί να είναι αφιερωµένη σε ένα χρήστη. Η προσέγγιση PON, µε την έλλειψη ενεργών συσκευών κατά µήκος της διαδροµής ινών, σηµαίνει ότι απαιτείται ισχύς µόνο στην κατάληξη της ίνας (οικιακός χρήστης και CO). Σχήµα Α-27. ίκτυο point-to-point και δίκτυο ΡΟΝ Τα PON δίκτυα διακρίνονται σε τέσσερις κατηγορίες: 50

51 APON (ATM Passive Optical Network). Αποτέλεσε το πρώτο πρότυπο παθητικών οπτικών δικτύων. Χρησιµοποιήθηκε αρχικά για την ικανοποίηση αναγκών επιχειρήσεων, ενώ βασίστηκε στο πρωτόκολλο ATM. BPON (Broadband Passive Optical Network). Μία εξελιγµένη έκδοση του APON που υποστηρίζει πολύπλεξη WDM, µία δυναµική και υψηλότερη upstream κατανοµή εύρους ζώνης και µεγαλύτερη διάρκεια ζωής. GPON (Giga PON). Εξέλιξη του BPON προτύπου. Υποστηρίζει υψηλότερους ρυθµούς µετάδοσης δεδοµένων µε ενισχυµένη ασφάλεια, ενώ απευθύνεται και στο πρωτόκολλο ATM και στο Ethernet. EPON (Ethernet Passive Optical Network). Ένα πρότυπο της IEEE/EFM για την χρήση του πρωτοκόλλου Ethernet στα πακέτα δεδοµένων Πρωτόκολλα Τεχνολογίας FTTH Για την µετάδοση ψηφιακών σηµάτων µέσα από την οπτική ίνα απαιτούνται κάποια πρωτόκολλα για την διαχείριση της ροής δεδοµένων (upstream και downstream) και της τηλεπικοινωνιακής κίνησης. Οι δύο δηµοφιλέστερες προσεγγίσεις είναι οι ATM (Asynchronous Transfer Mode) και Ethernet. Τα ψηφιακά δεδοµένα ταξιδεύουν σε διακριτά πακέτα δεδοµένων. Τα πρωτόκολλα αυτά απευθύνονται τόσο σε ηλεκτρικά, όσο και σε οπτικά σήµατα, ενώ χρησιµοποιούνται µε επιτυχία στην τεχνολογία FTTH. Το δίκτυο ΑΤΜ αποτελεί εξέλιξη του κλασσικού τηλεφωνικού δικτύου και έχει αποδειχθεί αρκετά αξιόπιστο στην διαχείριση φωνής. Αποτελεί µία ενιαία µέθοδο µεταφοράς, πολύπλεξης και µεταγωγής (switching) πληροφορίας πολλών ειδών (data, video, audio) µέσω ενός πολύ απλού µηχανισµού µετάδοσης και µεταγωγής. Το ATM είναι ένα πρωτόκολλο µε ελάχιστο έλεγχο λαθών και ροής. Για το λόγο αυτό, µειώνεται η επιπλέον πληροφορία ανά κελί, µε αποτέλεσµα να επιτυγχάνονται µεγάλες ταχύτητες µεταφοράς. Το πρωτόκολλο Ethernet εξελίχθηκε µέσα από τα δίκτυα υπολογιστών και αποδείχθηκε αρκετά αξιόπιστο στον χειρισµό δεδοµένων (συµπεριλαµβανοµένου και ψηφιακού video) σε υψηλές ταχύτητες. Με το Ethernet έχουµε µεγαλύτερα πακέτα µεταβλητού µήκους τα οποία ευνοούν την µετάδοση των δεδοµένων. Το µεγάλο πλεονέκτηµα του πρωτοκόλλου Ethernet είναι το σχετικά χαµηλό κόστος του. Αυτό 51

52 οφείλεται στην ευρεία χρήση του, η οποία έχει οδηγήσει σε µία πτωτική τάση στις τιµές των σχετικών µε το Ethernet προϊόντων. Σε γενικές γραµµές και τα δύο πρωτόκολλα έχουν υλοποιηθεί µε επιτυχία στην αγορά. Παρά τα κάποια µειονεκτήµατα που είχαµε αναφέρει πιο πάνω, φαίνεται ότι τα ATM δίκτυα ανταποκρίνονται αρκετά καλά στην µετάδοση πολύπλοκων IP δεδοµένων µέσα από την τεχνολογία FTTH (IP Video κ.λ.π.). Επίσης, τα συστήµατα Ethernet FTTH, φαίνεται να ανταποκρίνονται µε αρκετή επιτυχία στον χειρισµό φωνής.το ATM ίσως να φαντάζει πιο ελκυστικό σε τηλεπικοινωνιακούς οργανισµούς που αναπτύσσουν συστήµατα FTTH, λόγω προηγούµενης εµπειρίας. Άλλοι οργανισµοί και εταιρίες ανάπτυξης συστηµάτων FTTH προτιµούν το πρωτόκολλο Ethernet Χωρητικότητα ανά Αρχιτεκτονική Σε ένα σύστηµα point-to-point, κάθε σπίτι διαθέτει εύρος ζώνης Mbps και στις δύο κατευθύνσεις. Σε µία PON λύση, το διαθέσιµο εύρος ζώνης σε κάθε σπίτι εξαρτάται από τον αριθµό των σπιτιών που εξυπηρετούνται από το δίκτυο. Για παράδειγµα, στο σύστηµα APON µε ρυθµούς 622 Mbps downstream και 155 Mbps upstream, εάν γίνει κατανοµή (split) σε 32 σπίτια, τότε για κάθε σπίτι έχουµε 19 Mbps downstream και 5 Mbps upstream. Τα GPON πρότυπα έχουν ρυθµούς µετάδοσης της τάξης των Mbps, δηλαδή σε κάθε σπίτι αναλογούν περίπου 37,5 Mbps και στις δύο κατευθύνσεις. Το πρότυπο EPON έχει περίπου 1000 Mbps και στις δύο κατευθύνσεις, µε προοπτικές αύξησης στο µέλλον Χρήστες και εφαρµογές. Με βάση τις τυπικές εφαρµογές της τεχνολογίας αυτής, οι κατηγορίες χρηστών περιλαµβάνουν: Οικιακούς χρήστες Επιχειρήσεις µεσαίου ή µεγάλου µεγέθους ηµόσιους φορείς µε µικρές απαιτήσεις όπως Α'βαθµια εκπαίδευση, Κέντρα Υγείας και πολιτιστικούς φορείς Η τεχνολογία ΑΟΝ µε οπτικό δακτύλιο ενδείκνυται για τη συγκέντρωση κίνησης από µικρότερες περιοχές (γειτονιές), ενώ αυτή της τοπολογίας δένδρου (ΡΟΝ) 52

53 ενδείκνυται για τη διείσδυση της οπτικής ίνας σε κτίρια (FTTB, FTTH). Θα µπορούσε ακόµη να προταθεί συνδυασµός τοπολογίας δένδρου και δακτυλίου. Η τοπολογία πρέπει να επιλεγεί µε βάση: την πυκνότητα του πληθυσµού ή την επιθυµητή διείσδυση τις απαιτήσεις εύρους ζώνης την κατηγορία των πελατών που το συγκεκριµένο τµήµα δικτύου εξυπηρετεί (business or residential) την υπάρχουσα υποδοµή Οι συνδέσεις / υπηρεσίες που µπορούν να προσφέρουν τα δίκτυα FTTx µπορούν γενικά να περιλαµβάνουν: Τηλεφωνία, ISDN Ψηφιακές µισθωµένες γραµµές n x 64 kb/s, 2Mb/s ή και περισσότερο, ανάλογα µε την ταχύτητα µετάδοσης που χρησιµοποιείται Συνδέσεις IP & ATM και υπηρεσίες που βασίζονται σ' αυτές Συνδέσεις VDSL και υπηρεσίες που βασίζονται σ' αυτές Υπηρεσίες Video Broadcast Υπηρεσίες Video on Demand Σχήµα Α-28. Υπηρεσίες FTTH 9.9. Επιτυχείς πολιτικές FTTH Οι τοµείς των πολιτικών FTTH που χρειάζονται για την δηµιουργία ενός αποτελεσµατικού οπτικού δικτύου πρόσβασης µε ευρεία κάλυψη είναι οι εξής: Ο έλεγχος της ανάπτυξης του δικτύου (υποδοµές) 53

54 Ο έλεγχος της χρηµατοδότησης του δικτύου Ο καθορισµός της πρόσβασης στο δίκτυο Μέχρι το τέλος του 2008, οι χρήστες του FTTx είχαν αυξηθεί σε όλο τον κόσµο στα 49 εκατοµµύρια. Ανάµεσα τους, η ζώνη της Ασίας-Ειρηνικού κατέχει το µεγαλύτερο µερίδιο µε 43,5%. ιάγραµµα Α-2. Κατανοµή χρηστών FTTx ανά τον κόσµο 9.10 Ενεργός εξοπλισµός δικτύων FTTH Ο τυπικός εξοπλισµός για ΡΟΝ δίκτυα αποτελείται από ένα τερµατικό οπτικής γραµµής (optical line terminal (OLT)) και την µονάδα οπτικού δικτύου (optical network unit (ONU)). Το OLT τοποθετείται συνήθως στις κεντρικές εγκαταστάσεις ή στο σηµείο συγκέντρωσης. Οι πίνακες OLT µπορούν να χειριστούν µέχρι περίπου 3600 συνδροµητές. Υπάρχουν διάφοροι τύποι από συσκευές ONU για κάθε τοποθεσία. available to suit the location: indoor application (I-series) outdoor application (O-series) business application (B-series) FTTB application Ανάλογα µε την εφαρµογή, η µονάδα ONU µπορεί να προσφέρει αναλογικές τηλεφωνικές συνδέσεις, συνδέσεις Ethernet, συνδέσεις RF για βίντεο ή έναν αριθµό από συνδέσεις VDSL2. 54

55 Εικόνα Α-4. Ενεργός εξοπλισµός δικτύων FTTH Οικονοµικό κόστος δικτύου FTTH Το κόστος ανάπτυξης πρέπει να ληφθεί υπόψη σαν µέρος των κριτηρίων για την απόφαση της κατασκευής. Η ανάπτυξη ενός δικτύου FTTH περιλαµβάνει έναν αριθµό από διαφορετικές κατηγορίες κόστους, καθεµιά από τις οποίες µπορεί να βελτιστοποιηθεί. Ωστόσο, είναι σηµαντικό να γίνει αντιληπτή η σχετική συνεισφορά του κάθε τύπου κόστους και συνεπώς της σχετικής δυναµικής εξοικονόµησης πόρων. Το παρακάτω διάγραµµα παρουσιάζει την τυπική κατανοµή κόστους για την ανάπτυξη δικτύου FTTH. ιάγραµµα Α-3. Κατανοµή κόστους ανάπτυξης δικτύου FTTH Το διάγραµµα επιβεβαιώνει αυτό που ήταν αναµενόµενο: Τα µηχανικά έργα κατέχουν σχεδόν το µισό του κόστους της ανάπτυξης. Προφανώς, αυτό είναι το 55