Μάθημα Εναλλακτικά τηλεπικοινωνιακά δίκτυα

Transcript

1 Μάθημα Εναλλακτικά τηλεπικοινωνιακά δίκτυα Ευρυζωνικά δίκτυα MAN και LAN Τεχνολογίες οπτικών συστημάτων Μάθημα 5o 1 ΕΘΝΙΚΟ & ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τομέας Επικοινωνιών και Επεξεργασίας Σήματος Τμήμα Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών Περιεχόμενα Τεχνολογίες οπτικών ινών στα δίκτυα Long haul Τεχνολογίες οπτικών ινών στα Μητροπολιτικά δίκτυα ΜΑΝ Τεχνολογίες οπτικών ινών στα τοπικά δίκτυα LΑΝ Τεχνολογίες οπτικών ινών στα δίκτυα πρόσβασης Access Networks Δυναμική και τάσεις 2 1

2 Τυπική αρχιτεκτονική τηλ/κου δικτύου Κόμβοι: σημεία παρουσίας (Points of Presence POPs) Ζεύξεις: (πολλαπλά) ζεύγη ινών ΜΑΝ Μητροπολιτικά δίκτυα: δίκτυα εντός μεγαλουπόλεων (μέγεθος μερικές δεκάδες χιλιόμετρα). Αποτελούνται από δίκτυο διανομής και δίκτυο πρόσβασης. WAN - Δίκτυα ευρείας καλυψης: δίκτυα που διασυνδέουν πόλεις ή γεωγραφικά απομακρυσμένες περιοχές (μέγεθος μερικές δεκάδες χιλιόμετρα) 3 H τρέχουσα κατάσταση Αξιοποίηση του διαθέσιμου εύρους ζώνης των χάλκινων γραμμών (ADSL, ADSL2, ADSL2+) Εγκατάσταση οπτικών ινών δημιουργώντας έτσι αμιγώς οπτικά δίκτυα (Metro Ethernet) ή υβριδικά οπτικά χάλκινα (VDSL, VDSL2) με τον χαλκό στην τελευταία περίπτωση να μην ξεπερνά τα 300 m. 4 2

3 Η Ευρυζωνικότητα παγκοσμίως Ευρυζωνικότητα ανά Τεχνολογία Πρόσβασης 1ο τρίμηνο του 2010 Οι 10 χώρες με τη μεγαλύτερη ετήσια ανάπτυξη 1 ο τρίμηνο του Η Ευρυζωνικότητα παγκοσμίως Μερίδιο αγοράς DSL Μερίδιο αγοράς καλωδιακού modem Μερίδιο αγοράς FTTH 6 3

4 Παράλληλα με την ανάπτυξη των ευρυζωνικών δικτύων οι πάροχοι στρέφουν το ενδιαφέρον τους και σε άλλες υπηρεσίες που μπορούν να προσφέρουν πέρα από τις αρχικές της διαδικτυακής προσπέλασης και του ηλεκτρονικού ταχυδρομείου. Νέες υπηρεσίες όπως VoIP, IPTV (HDTV), υπηρεσίες web2.0 Οι τηλεπικοινωνιακοί παρόχοι πλέον είναι σε θέση να προσφέρουν υπηρεσίεςδεδομένων, φωνής και βίντεο με μία σύνδεση IP. Αν και η ομαδοποίηση αυτή μειώνει το κόστος και την λειτουργικότητα του δικτύου παρουσιάζει μία σειρά προκλήσεων για τους παρόχους 7 8 Οι υπηρεσίες αυτές έχουν μεγάλες απαιτήσεις σε εύρος ζώνης Με αυξημένες απαιτήσεις σε QoS Οδηγούν τους παρόχους στην σταδιακή αναβάθμιση των δικτύων τους Υπάρχουν αρκετές τεχνολογίες πρόσβασης οι οποίες μπορούν να παρέχουν το απαιτούμενο εύρος ζώνης για την παροχή ευρυζωνικών υπηρεσιών αλλά κάθε μία έχει περιορισμούς που αφορούν την αξιοπιστία, την κάλυψη του δικτύου, το εύρος ζώνης και φυσικά το κόστος. 4

5 Ενσυρματες τεχνολογίες πρόσβασης Tο καλωδιακό modem, η xdsl (Digital Subscriber Line), επικοινωνίες ευρείας ζώνης με την χρήση των γραμμών διανομής του δικτύου διανομής ηλεκτρικής ενέργειας (Power lines communications - PLcs) Στόχος και των τριών τεχνολογιών που προαναφέρθηκαν είναι να αποφύγουν την οποιαδήποτε αναβάθμιση του υπάρχοντος δικτύου έτσι ώστε να μειωθεί η δαπάνη εγκατάστασης ενός ευρυζωνικού δικτύου πρόσβασης προσφέροντας παράλληλα στον χρήστη όλες τις υπηρεσίες που παρέχει ένα τέτοιο δίκτυο 9 Ασύρματες τεχνολογίες πρόσβασης 10 Γενικά η τεχνολογία ασύρματων δικτύων ευρείας ζώνης χρησιμοποιεί τα μικροκύματα για την μετάδοση των σημάτων, σε διάφορες συχνότητες ανάμεσα από τα 2.5 και 43 GHz με μετάδοση (pointto-point) ή (point-to-multipoint). Οι υψηλές συχνοτήτες έχουν το πλεονέκτημα καθώς παρέχουν μεγαλύτερο φάσμα και χρησιμοποιούν μικρότερες κεραίες με εύκολη εγκατάσταση Τα συστήματα που παρέχουν το μεγαλύτερο εύρος ζώνης είναι αυτά που λειτουργούν σε συχνότητες μεγαλύτερες από 10 GHz. Τα συστήματα αυτά όμως είναι και τα πιο ευαίσθητα στις καιρικές συνθήκες (π.χ. βροχή, ομίχλη) με το σήμα που μεταδίδεται να εξασθενεί σημαντικά όσο η απόσταση μεγαλώνει. 5

6 Οι ασύρματες τεχνολογίες χωρίζονται σε γενικές γραμμές σε αυτές από απαιτούν άμεση οπτική επαφή LOS (Line-Of-Sight) ανάμεσα στον σταθμό μετάδοσης και τον εξοπλισμό λήψης και σε αυτές που δεν το απαιτούν NLOS (Non Light-Of-Site). Όπως είναι φυσικό οι τεχνολογίες NOLS υπερέχουν καθώς προφέρουν μια πιο εύκολη και μεγαλύτερη σε εμβέλεια εγκατάσταση δικτύου

7 FTTx I Σε μια εντελώς αντίθετη λογική κινούνται τα δίκτυα οπτικών ινών τα οποία απαιτούν την εγκατάσταση μιας νέας σύνδεσης του πάροχο δια μέσω καλωδίου οπτικής ίνας απ ευθείας ή όσο πιο κοντά με τον χρήστη Η οπτική ίνα σαν μέσο μετάδοσης προσφέρει απεριόριστο εύρος ζώνης, αλλά είναι αυτονόητο ότι το κόστος εγκατάστασης ενός τέτοιου δικτύου είναι πολύ υψηλό 13 FTTx II Ο γενικός όρος που περιγράφει όλες τις τεχνολογίες που σαν στόχο έχουν να φέρουν την οπτική ίνα όσο πιο κοντά στον συνδρομητή είναι FTTx. Όπου στην θέση του x μπαίνουν οι παρακάτω όροι Curb (πεζοδρόμιο), Node (κόμβος), Building (κτίριο), χώρο (Premises), Home (σπίτι). Μερικές τεχνολογίες,όπως η VDSL, βασίζονται στην οπτική ίνα η οποία φτάνει έως το πεζοδρόμιο σε ένα τερματικό κέντρο στο οποίο συνδέεται ο συνδρομητής με το χάλκινο ζεύγος (FTTC ή FTTN). 14 7

8 ΤΥΠΟΙ ΟΠΤΙΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ Ι 15 Ζεύξεις Point to point (Long Haul) Απλό σύστημα 1 πομπός 1 δέκτης L = 1 km km LAN δίκτυα Πολλαπλοί κόμβοι 1 πομπός/κόμβο 1 δέκτης/κόμβο Οπτική διαφάνεια L = 100 m 300m Όχι in line electronics Υψηλά R b Στην πράξη η απόσταση που μπορεί να ταξιδέψει το σήμα μεταξύ των ενισχυτών μπορεί να είναι μέχρι τα 120 km. Για αποστάσεις μεγαλύτερες από 600 km έως 1000 km το σήμα πρέπει να αναγεννηθεί RR OA ΤΥΠΟΙ ΟΠΤΙΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ ΙΙ Δίκτυα MAN (Metro-Interoffice) Πολλαπλοί κόμβοι 1 πομπός/κόμβο 1 δέκτης/κόμβο Κάλυψη αστικών περιοχών- μεχρι 100km Δίκτυα πρόσβασης (ΑCCESS) L=1-20 km Διαφορετικού τύπου υπηρεσίες Pots, ISDN, Video (broadcast-interactive), business 16 8

9 Network Terminology regional network, municipality network metropolitan network, access network

10 Δημόσια και ιδιωτικά δίκτυα Δημόσια Δίκτυα Παρέχουν εκτεταμένη γεωγραφική κάλυψη, και η διαχείρισή τους γίνεται από δικτυακούς παρόχους ή φορείς Παρέχουν υπηρεσίες όπως τηλεφωνικές γραμμές, μισθωμένες γραμμές, αλλά και υποδομές σε δίκτυα εναλλακτικών παρόχων όπως πάροχοι Διαδικτύου και κινητής τηλεφωνίας Ιδιωτικά Δίκτυα Είναι συνήθως ιδιοκτησία διάφορων οργανισμών (π.χ. πανεπιστήμια ή εταιρίες), και υλοποιούνται για να καλύψουν τις εσωτερικές τηλεπικοινωνιακές ανάγκες τους Διαχωρίζονται με βάση τη γεωγραφική περιοχή που καλύπτουν σε 1. Local Area Networks (έκταση μερικών χιλιομέτρων), 2. Metropolitan Area Networks (έκταση δεκάδωνεκατοντάδων χιλιομέτρων) 3. Wide Area Networks (με έκταση εκατοντάδωνχιλιάδων χιλιομέτρων) 19 Aρχιτεκτονική οπτικών δικτύων 20 10

11 TDM WDM 21 Η σημερινή αρχιτεκτονική των κόμβων 22 11

12 Tο μέλλον: all optical 23 ΟΑDM -ΟΧC 24 12

13 Οπτική τεχνολογία 25 Η οπτική τεχνολογία αποτελεί βέλτιστη τεχνολογική λύση από πλευράς παρεχόμενου εύρους και κόστους για ενσύρματα δίκτυα με: Ρυθμούς μετάδοσης μεγαλύτερους από μερικά Mbits Αποστάσεις που υπερβαίνουν το ένα χιλιόμετρο Βασικά χαρακτηριστικά Υψηλό εύρος ζώνης (πολυπλεγμένα κατά μήκος κύματος κανάλια των Gbps) Μεγάλες αποστάσεις μετάδοσης (μικρή εξασθένηση και παραμόρφωση) Αναισθησία σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές Βασικά Δομικά στοιχεία Οπτικές Ίνες Οπτικοί πομποί Οπτικοί ενισχυτές Οπτικές ίνες Πολυρρυθμικές ίνες Διατομή πυρήνα μm Η μετάδοση πάνω από πολυρρυθμικές ίνες περιορίζεται σε λίγα χιλιόμετρα και ρυθμούς μετάδοσης που δεν υπερβαίνουν μερικές εκατοντάδες Mbps Μονορρυθμικές Ίνες Διατομή πυρήνα 8-10 μm Η μετάδοση πάνω από μονορρυθμικές ίνες είναι δυνατή σε ρυθμούς μερικών Gbps και για εκατοντάδες χιλιόμετρα Η μετάδοση περιορίζεται από φαινόμενα όπως η εξασθένηση και η χρωματική διασπορά 26 13

14 Οπτικοί πομποί 27 Light Emitting Diodes (LEDs) Μετατροπή ρεύματος σε φως σε ετεροεπαφές ημιαγωγού Χαμηλή παραγόμενη οπτική ισχύς Διοδικά laser Υψηλή παραγόμενη οπτική ισχύς Μεγάλο φασματικό εύρος (εντείνει την επίδραση της χρωματικής διασποράς) Διοδικά lasers κατανεμημένης ανάδρασης (Distributed Feedback Lasers - DFBs) Μικρό φασματικό εύρος Περιορισμένο εύρος ζώνης άμεσης διαμόρφωσης (10 Gbps) Εξωτερικοί διαμορφωτές Νιοβικού Λιθίου και Ηλεκτρο-απορρόφησης Αυξημένο εύρος ζώνης διαμόρφωσης (40 Gbps) Οπτικοί ενισχυτές Ελάχιστη εξασθένηση περί τα 0.18 db/km Οπτικοί ενισχυτές ίνας με προσμίξεις σπανίων γαιών Προσμίξεις ερβίου (C-Band) Προσμίξεις θουλίου (S-Band) Προσμίξεις υτττερβίου (L-Band) Οπτικοί ενισχυτές Raman Οπτικοί ενισχυτές ημιαγωγού 28 14

15 Πολυπλεξία μήκους κύματος (Ι) Η πολυπλεξία μήκους κύματος (wavelength division multiplexing-wdm) αντιστοιχεί στην κλασσική πολυπλεξία συχνότητας (frequency division multiplexing-fdm), όμως αντί για μια συγκεκριμένη συχνότητα ανατίθεται ένα μήκος κύματος σε κάθε οπτικό κανάλι Συνήθως για WDM πολυπλεξία χρησιμοποιείται η περιοχή των 1550 nm, καθώς Η εξασθένηση των οπτικών ινών είναι η ελάχιστη Υπάρχουν εμπορικά διαθέσιμες τεχνολογίες ενισχυτών 29 WDM - Προτυποποίηση κατά ITU To ITU-grid γύρω από τα ΤΗz (1550 nm). Η απόσταση μεταξύ καναλιών είναι 100 GHz. Υπάρχει πρόβλεψη και για απόσταση καναλιών 25 και 50 GHz 30 15

16 Optical Network technologies 31 WDM systems 32 Ο ρυθμός μετάδοσης παραμένει ο ίδιος (2.5 ή 10 Gbps) και προστίθενται περισσότερα λ με καθένα να μεταφέρει δεδομένα σε αυτό το ρυθμό Όχι επίδραση της χρωματικής διασποράς και της PMD Η χωρητικότητα αυξάνεται βηματικά (modular) Τα συστήματα WDM είναι διαφανή (διαφορετικά λ μεταφέρουν διαφορετικά bit rates και πρωτόκολλα) Απλή διαδικασία Αdd/drop ένα σύστημα WDM χρειάζεται: Ν Rx, Τx Ν MUX/DEMUX Περιορισμοί χωρητικότητας ΒW Οπτικών ενισχυτών Μη γραμμικά φαινόμενα Αστάθεια μήκους κύματος εκπομπής Χtalk (διαφωνία) 16

17 Το SONET/SDH σήμερα Η SONET/SDH τεχνολογία στο 95% των Services Providers παγκόσμια Multiple, global equipment makers Alcatel-Lucent, Siemens-Nokia, Cisco, Fujitsu, Ericsson, Nortel,etc. Υψηλοί ρυθμοί STM-64 κυριαρχεί = 10 Gb/s. Εμφανίζεται το STM-256 = 40 Gb/s 33 SDH 34 17

18 Πλαισιο SDH 35 SDH uses the following Synchronous Transport Modules (STM) and rates: STM-1 (155 megabits per second), STM-4 (622 Mbps), STM-16 (2.5 gigabits per second), and STM-64 (10 Gbps) 36 18

19 Λόγοι αντικατάστασης SONET/SDH Κυριαρχία των δεδομένων. Δύο φορές περισσότερα από την συνολική κυκλοφορία της φωνής Μεγάλος αριθμός από διαφορετικά συστήματα για διαφορετικά clients: ADM, DCS, Ethernet switch, ATM switch, IP switch/router, DWDM transport terminal Οι Carriers ψάχνουν μιαν απάντηση στα πιο πάνω προβλήματα κρατώντας όμως τα θετικά του synchronous networking Static not dynamic bandwidth Granularity γιατί όχι 5.5 Gb/s? Οι operators είναι αναγκασμένοι να αγοράζουν από μία φίρμα o Αποτρέπει την δυνατότητα να αγοράσουν τα καλύτερα υπoσυστημάτα από διαφορετικέςεταιρίες 37 Τυπικο δίκτυο 38 19

20 Τόσα πολλά layers

21 41 Σήμερα Optical and IP separate NG SONET with L1 Ethernet Manually intensive WDM Στό μέλλον Ethernet into opticalwdm into routers NG SONET with L2 Ethernet, SAN, RPR, WDM Plug and play, reconfigurable WDM 42 21