Οπτικά Δίκτυα Επικοινωνιών

Transcript

1 EΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Η/Υ Οπτικά Δίκτυα Επικοινωνιών Καθ. Η Αβραμόπουλος Δρ. Δ. Αποστολόπουλος

2 Θεµατικές Ενότητες Μαθήµατος Εισαγωγή Βασικάδομικά στοιχείαοπτικών δικτύων Οπτικά Δίκτυα Κορμού Αλγοριθμικά θέματα σχεδιασμούοπτικών δικτύων κορμού Προστασία δικτύων κορμού / ελαστικά οπτικά δίκτυα Πρωτόκολλα σηματοδοσίας οπτικών δικτύων Μητροπολιτικά οπτικά δίκτυα και δίκτυα πρόσβασης Οπτικά δίκτυα κέντρων δεδομένων και υπερυπολογιστών 2

3 Περιεχόµενα Ηµέρας Εισαγωγή Ιστορική αναδρομή Διείσδυση Φωτονικής Τεχνολογίας Οπτικά Συστήματα Μετάδοσης Εισαγωγή στα Οπτικά δίκτυα επικοινωνιών Το Εργαστήριο Φωτονικών Επικοινωνιών, ΣΗΜΜΥ,ΕΜΠ Βιβλιογραφία Επίσκεψη στο Εργαστήριο 3

4 Ιστορική Αναδροµή I Πρώτες τηλεπικοινωνίες: ταχύτητες σε km/h αντί bit/sec 800 π.χ: φρυκτωρίες αρχαία Ελλάδα και Ρώμη πρώτη μορφή οπτικών επικοινωνιών ταχυδρομικά περιστέρια ταχύτητα μετάδοσης: 80 km/h έφιπποι ταχυδρόμοι Pony Express ταχύτητα μετάδοσης: 430 km/μέρα 4

5 Ιστορική Αναδροµή II 1 η δια-ατλαντική μετάδοση με τηλέγραφο Ταχύτητα : 30 bit/sec TAT 1-ομοαξονικό καλώδιο: Χωρητικότητα 36 κλήσεων WW II 1955 time Τηλέγραφος (Samuel Morse) Τηλέφωνο (Alexander Graham Bell) Σύσταση των Bell Laboratories 5

6 Ιστορική Αναδροµή III Πρώτες δεσμίδες ινών με μανδύα (van Heel) Το πρώτο GaAs laser Ίνες με μειωμένη Το πρώτο ημιαγώγιμο CW laser λειτουργίας απώλεια DFB laser (Charles K. Kao) θεσμοκρασίας δωματίου (Kogelnik Schank(Zhores Alferov) Bell Labs) Το πρώτο He-Ne laser Επίδειξη του πρώτου (Ali Javan Bell Labs) First glass-clad fibers laser (by Curtiss) (Theodore Maiman) time Χημική διεργασία εναπόθεσης για την παραγωγή ινών (Bell Labs) 6

7 Ιστορική Αναδροµή IV Test system στο Chicago (AT&T) Μονότροπη ίνα με τις χαμηλότερες δυνατές μm: 0.2 db/km (NTT Ibaraki Lab) Οπτικός ενισχυτής (Dave Payne 1.3 μm lasers και Southampton) μονότροπη ίναπου χρησιμοποιήθηκαν στο ΤAT-8 Ερευνητική περιοχή σολιτονίων s time Μετάδοση με μονότροπη ίνα: BT μεταδίδει 140 εκατομμύρια bits/sec μέσω 49 Km μονότροπης 1.3μm 1500 σπίτια συνδέονται με το Biarritz fiber to the home (FTTH) σύστημα Ξεκίνημα εντατικών προσπαθειών για την μικρό-ολοκλήρωση 7

8 Ο στόχος σήµερα Η υλοποίηση δικτύων χωρητικότητας Τbps που θα λύσει το πρόβληµα εύρους ζώνης για τις επόµενες δεκαετίες Η χρησιµοποίηση τους σε επικοινωνίες Μεγάλης απόστασης (χερσαία / υποθαλάσσια) Μητροπολιτικά Δίκτυα Δίκτυα Πρόσβασης Τοπικά δίκτυα Αλλά και µέσα στους υπολογιστές! Wide Area Networks από τέλη 80-αρχές 90 Campus networks από τέλη 90 LANs Active optical cables PICs 10,000 km 1000 km 1 km 100 m μήκος ζεύξης 10 m <1cm 8

9 Χαρακτηριστικά κίνησης σήµερα Ι Η παγκόσμια κίνηση δεδομένων στο διαδίκτυο αναμένεται να φτάσει τα 3,3 ΖΒ το (exabyte ~ bytes) Το 2016 η ετήσια κίνηση ήταν 1,2 ΖΒ ή 96 ΕΒ μηνιαίως 9

10 Χαρακτηριστικά κίνησης σήµερα ΙΙ Η κυρίαρχη μορφή κίνησης είναι μεταξύ «έξυπνων μηχανών» (Machine-to- Machine traffic, M2M) 10

11 Internet of Things (IoT) Η εκρηκτική αύξηση του αριθμού διασυνδεδεμένων συσκευών είναι ο κυρίαρχος λόγος αύξησης της Μ2Μ IP κίνησης (και της συνολικής IP κίνησης κατ επέκταση). 11

12 Γιατί οπτικές επικοινωνίες; Αυξηµένη ταχύτητα µετάδοσης Μεταδοσή δεδοµένων στα 448 Gbit/s ανα κανάλι Σε ένα δευτερόλεπτο είναι δυνατή η: Μεταφορά 300 HD ταινιών ή 4000 ταινιών κανονικής standard ανάλυσης Ταυτόχρονη λειτουργία ADSL συνδέσεων στα 20 Mbit/s Υποστήριξη 2 τρισεκατοµµυρίων τηλεφωνικών κλήσεων Διαθέσιµο εύρος ζώνης της τάξεως των 25THz Ελάχιστες απώλειες µετάδοσης Εξοικονόµηση ενέργειας Ασφάλεια δεδοµένων 12

13 Απόσταση x Ρυθµός µετάδοσης Στα δίκτυα επικοινωνιών µας ενδιαφέρει ο ρυθµός µετάδοσης και η απόσταση που µπορούµε να µεταδώσουµε Το γινόµενο «απόσταση µετάδοσης» x «ρυθµός µετάδοσης» είναι ίσως το σηµαντικότερο κριτήριο για τον χαρακτηρισµό και την επιλογή χρησιµοποίησης µιας τεχνολογίας 13

14 Εύρος ζώνης οπτικών επικοινωνιών Η οπτική ίνα παρουσιάζει τεράστιο εύρος φασµατος (~25000 GHz) στην φασµατική περιοχή του 1.5 µm. Το εύρος ζώνης είναι 1000 φορές µεγαλύτερο από ολόκληρο το διαθέσιµο φάσµα ραδιοσυχνοτήτων 14

15 Οπτικά δίκτυα σήµερα Οι οπτικές ίνες είναι η ραχοκοκαλιά των σηµερινών δικτύων επικοινωνιών: αποτελούν περισσότερο από 90% του συνολικού µήκους των καλωδίων Οι Οπτικές ίνες µεταφέρουν: Σχεδόν όλες τις µακρινές τηλεφωνικές κλήσεις Κίνηση του Internet (Dial-up, DSL or Cable) Καλωδιακή τηλεόραση (Cable or DSL) Μια ίνα µπορεί να µεταφέρει 8.8 Tbps (εµπορικό σύστηµα) ή 100 εκατοµµύρια τηλεφωνικές συνοµιλίες ταυτόχρονα Η κοινωνία της πληροφορίας δεν θα δηµιουργούνταν χωρίς τις οπτικές ίνες 15

16 Φωτονική Τεχνολογία Η πληροφορία µεταφέρεται µε φωτόνια κι όχι µε ηλεκτρόνια και τα δύο ταξιδεύουν ως Η/Μ κύµατα, αλλά... το φως έχει φορές µεγαλύτερη συχνότητα (~193 THz) µετάδοση ανεξάρτητη από ταχύτητα (10/20/40 Gbit/s) Μόνο 0,2 db/km απώλεια µεταξύ nm Χρήση πολλαπλών καναλιών µε 50 GHz φασµατική απόσταση Ταχύτητες >10 Gbit/s ανά κανάλι 25 ΤΗz μανδύας πυρήνας εξωτερικό περίβλημα 16

17 Οπτικό σύστηµα µετάδοσης Οπτικό σύστημα Μετάδοσης στην απλούστερη μορφή του Tx οπτικός πομπός Δίκτυο Μετάδοσης Rx οπτικός δέκτης Πηγή Φωτός (LED, Laser, κτλ) Οπτικός Διαμορφωτής (Φάσης ή/και Πλάτους) Οπτική ίνα (Single Mode, Multimode, Multi-core etc.) Οπτικοί Ενισχυτές: EDFAs, Raman, SOAs κτλ (Προαιρετικά) Φωρατής (PIN, APD) Ηλεκτρικός ενισχυτής ( προαιρετικά) 17

18 Οπτικοί Ενισχυτές Γιατί χρειάζονται οι Οπτικοί Ενισχυτές; Τυπικές απώλειες ίνας 1.5 µm (C-band). Μετά από 100 km µετάδοσης το σήµα εξασθενεί 20dB (Pout ~100 µικρότερη από Pin) Μικρό Rx à Δεν µπορούµε να πετύχουµε το απαιτούµενο BER (typically <10-9) Η χρήση επαναληπτών (O-E-O) στη µετάδοση χρειάζεται γρήγορα ηλεκτρονικά κυκλώµατα (>10GHz) και εισάγει καθυστέρηση. Ο καλύτερος τρόπος ενίσχυσης σηµάτων είναι οι οπτικοί ενισχυτές µε ίνα (Optical Fiber Amplifiers): χαµηλότερες απώλειες και µεγαλύτερη σταθερότητα Τύποι Οπτικών Ενισχυτών Οπτικοί Ενισχυτές ίνας µε προσµίξεις σπάνιων γαιών EDFAs (Erbium doped): C or L µπάντας µε συνολικό εύρος από nm (C+L) PDFAs (Praseodymium doped): O µπάντας window (στα 1300nm) Οπτικοί ενισχυτές τύπου RAMAN Στις O+C+L µπάντες (ανάλογα µε τον αριθµό των laser άντλησης) Οπτικοί ενισχυτές ηµιαγωγών Καλύπτουν τις O ή C ή L µπάντες SOA 18 EDFA

19 Οπτικοί ενισχυτές ίνας ερβίου (Erbium Doped Fiber Amlifiers - EDFAs) ü Μεγάλο εύρος ενίσχυσης (40nm) ü Μεγάλο κέρδος ενίσχυσης (30-40dB) ü Υψηλή ισχύς εξόδου(>20dbm) ü Χαμηλή εικόνα θορύβου - 4dB (Noise Figure) Δεν έχουν ομοιόμορφο κέρδος σε όλο το παράθυρο λειτουργίας τους Σχετικά μεγάλο μέγεθος Δεν μπορούν να ολοκληρωθούν σε chip Σήμα εισόδου Laser 980 ή1480 nm Ίνα με πρόσμιξη ιόντων ερβίου Σήμα εξόδου Εμπορικοί EDFAs Custom made EDFAs από PCRL 19

20 Αυξάνοντας τη Χωρητικότητα του Καναλιού Η συνολική Χωρητικότητα του καναλιού μπορεί να αυξηθεί με 3 βασικές μεθοδολογίες. Αύξηση συνολικού bit-rate Αύξηση του ρυθµού δεδοµένων/σύµβολο Χρήση πολυπλοκότερων σχηµάτων διαµόρφωσης Προσθήκη περισσότερων µηκών κύµατος WDM UDWM Αύξηση των συνολικών πυρήνων στην ίνα Multi-core Fibers 20

21 Τεχνικές Πολυπλεξίας OTDM (Optical Time Division Multiplexing) Πολλαπλά κανάλια σε ένα μήκος κύματος δέκτης Πομπός με ένα laser T/8 T/4 T/2 Αποπολυπλέκτης χρόνου 4:1 10 Gb/s 4x10 Gb/s = 40 Gb/s Demultiplexed 1x10 Gb/s 21

22 Τεχνικές Πολυπλεξίας WDM (Wavelength Division Multiplexing) Πολλαπλά κανάλια σε πολλά μήκη κύματος Πομπός με πολλά laser MUX DEMUX 22

23 Σχήµατα διαµόρφωσης ανώτερης τάξης (1/2) Μέχρι την προηγούµενη δεκαετία τα σχήµατα διαµόρφωσης On-Off Keying (OOK) και Binary Phase Shift Keying (BPSK) κυριαρχούσαν στην µετάδοση πληροφορίας. Αυτά τα σχήµατα διαµόρφωσης µπορούν να κωδικοποιήσουν µέχρι 1 bit στην περίοδο διάρκειας ενός συµβόλου. Αυξάνοντας τον αριθµό των bits/σύµβολο οδηγεί σε αυξηµένη χωρητικότητα του καναλιού µετάδοσης. Ενδεικτικά σχήµατα διαµόρφωσης ανώτερης τάξης είναι: QPSK à 2 bits/symbol (4 constellation points) 8-QAM à 3 bits/symbol (8 constellation points) 16-QAM à 4 bits/symbol (16 constellation points) 23

24 Σχήµατα διαµόρφωσης ανώτερης τάξης (2/2) Απόδοση χρήσης φάσματος (spectral Efficiency) (bits/s/hz) Απόσταση μετάδοσης (km) για διαμόρφωση στα 28 Gbaud Αύξηση της απόδοσης χρήσης φάσματος και της χωρητικότητας του καναλιού οδηγεί σε μείωση της απόσταση μετάδοσης 24

25 Η ψηφιακή επεξεργασία σήµατος (DSP) στις οπτικές επικοινωνίες Γιατί επιστρατεύεται το DSP Σχήματα διαμόρφωσης ανώτερης τάξης απαιτούν ανάκτηση πληροφορίας φάσης και πλάτους. Εξαγωγή από τον οπτικό φορέα της διαδιδόμενης πληροφορίας. Επιπλέον κέρδη στη διαχείριση των οπτικών links Αντιμετώπιση φαινομένων επιβάρυνσης λόγω διάδοσης (Χρωματική Διασπορά, Διασπορά τρόπων πόλωσης κ.α.) 25

26 Οπτικές Ίνες µε πολλούς πυρήνες Κάθε πυρήνας της ίνας μπορεί να θεωρηθεί ένας ξεχωριστός «δρόμος» μετάδοσης. Σε κάθε πυρήνα μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοδήποτε είδος α) πολυπλεξίας (OTDM,WDM) β) ρυθμός μετάδοσης δεδομένων γ) και σχήμα διαμόρφωσης. ü Αύξηση του συνολικού bandwidth και της χωρητικότητας του συστήματος μετάδοσης - Αύξηση πολυπλοκότητας - Πολύπλοκος μηχανισμός για την χωρική (από) πολυπλεξία των διαφορετικών οπτικών σημάτων μέσα στην ίνα - Δυσκολία ολοκλήρωσης της τεχνικής σε PIC 26

27 Οπτική µετάδοση σε πραγµατικά δίκτυα Επιτυχής Επίδειξη: Ιανουάριος 2014, UK Οπτική διάδοση 14 Tbps µε τον υψηλότερο βαθµό απόδοσης φάσµατος (spectral efficiency): 5.7bps/Hz. 7x200Gb/s κανάλια σε σύστηµα πυκνής WDM πολυπλεξίας (DWDM) µε απόσταση καναλιών 35GHz. Διαµόρφωση καναλιών: 16-QAM Χαρακτηριστικά οπτικής ζεύξης: Διαχειριστής: British Telecom Εγκατεστηµένο Μήκος οπτικού link: 410Km 27

28 Ιεραρχική δοµή Internet Το Internet δεν είναι επίπεδο αλλά βασίζεται σε µια ιεραρχία δικτύων Διαφορετικά είδη οπτικών δικτύων, ανάλογα µε το µέγεθος και την απόσταση: Δίκτυα ευρείας έκτασης (Wide Area Networks -WAN) που ονοµάζονται επίσης και δίκτυα κορµού (backbone / core networks) Μητροπολιτικά δίκτυα (Metropolitan Area Network - MAN) Δίκτυα πρόσβασης (Access networks) Μεγάλες πόλεις ή περιφέρειες Απόσταση µεταξύ των κόµβων < 200 km Ζεύξεις µεταξύ πόλεων ή/και βασικών κόµβων (π.χ. κέντρα δεδοµένων) Απόσταση µεταξύ των κόµβων: km Δίκτυο πρόσβασης για επιχειρήσεις, οργανισµούς και απλούς χρήστες Απόσταση ~100 m - 10 km 28

29 Διηπειρωτικά και Ηπειρωτικά δίκτυα Υποθαλάσσια οπτικά δίκτυα Από το 2010 υποθαλάσσιες οπτικές ίνες συνδέουν όλες τις ηπείρους εκτός από την ανταρκτική ( Η επικοινωνία είναι κυρίως από-σηµείο-σε-σηµείο (point-to-point) και χρησιµοποιείται πολυπλεξία µήκους κύµατος (WDM) Sparkle European network Ηπειρωτικά δίκτυα Δίκτυα που χρησιµοποιούν πολυπλεξίας µήκους κύµατος (WDM) και οπτική µεταγωγή µήκους κύµατος (Wavelength routed) Αµιγώς οπτικοί µεταγωγείς (optical cross connect) 29

30 Δίκτυα κορµού και µητροπολιτικά δίκτυα Telefonica Spanish core network Εθνικά δίκτυα κορµού Δίκτυα που χρησιµοποιούν πολυπλεξίας µήκους κύµατος (WDM) και οπτική µεταγωγή µήκους κύµατος (Wavelength routed) Αµιγώς οπτικοί µεταγωγείς (optical cross connect) Μητροπολιτικό δίκτυο Αθήνας Τα µητροπολιτικά δίκτυα είναι συνήθως δακτύλιοι και βασίζονται στην πολυπλεξία µήκους κύµατος (WDM) και χρησιµοποιούν «από-σηµείο-σε-σηµείο» µετάδοση ή οπτική µεταγωγή µήκους κύµατος (Wavelength routed) 30

31 Δίκτυα πρόσβασης I Συνδέσεις από σηµείο σε πολλαπλά σηµεία Σηµείο: το κεντρικό γραφείο (CO), πολλαπλά σηµεία: τελικοί χρήστες Παθητικά οπτικά δίκτυα (Passive Optical Networks PON) Δεν χρησιµοποιούνται ενισχυτές ούτε ενεργητικά στοιχεία οπτικής µεταγωγής, µόνο splitters Χρησιµοποιούνται µόνο N+1 ποµποδέκτες Μικρό κόστος και κατανάλωση ενέργειας 31

32 Δίκτυα πρόσβασης II Ανάλογα με το που τερματίζει η οπτική ίνα χρησιμοποιείται η ορολογία «Fiber to the x» (FTTx) Οπου x= N(eighborhood), C(abinet), B(uilding), H(ome) Μετά τον τερματισμό της ίνας υπάρχει χάλκινο καλώδιο Στα FTTN, FTTC η ίνα χρησιμοποιείται για από-σημείο-σεσημείο επικοινωνία (άρα με αυστηρό ορισμό αυτά δεν είναι οπτικό δίκτυο PON) Στην Ελλάδα η τεχνολογία FTTH/FTTB δεν είναι διαδεδομένη. Οι VDSL συνδέσεις γίνονται συνήθως με FTTC (ίνα από τα κεντρικά γραφεία στο καφάο) 32

33 Δίκτυα κινητής νέας γενιάς Η ανάγκη αύξησης του εύρους ζώνης στα 5G δίκτυα φέρνει την ίνα πιο κοντά στο σηµείο της ασύρµατης µετάδοσης. Το δίκτυο βάσης/ υποδοµής είναι αµιγώς οπτικό. 33

34 Κέντρα δεδοµένων Τα κέντρα δεδοµένων (data centers) δηµιουργήθηκαν για να υποστηρίξουν της εφαρµογές υπολογιστικού νέφους (cloud) Πέρα από τον µεγάλη κίνηση εισόδου προς/εξόδου από ένα κέντρο δεδοµένων, υπάρχει και τεράστια εσωτερική κίνηση Οι servers συνδεόµενοι µεταξύ τους αλλά και µε µονάδες αποθήκευσης πάνω από ένα τοπικό δίκτυο 34

35 Οπτική τεχνολογία στα κέντρα δεδοµένων I Active optical cables (AOC): ίνες µε οπτικούς ποµποδέκτες στις άκρες τους Χρησιµοποιούνται κατά κόρον για επικοινωνία rack-to-rack σε κέντρα δεδοµένων και υπερυπολογιστές Ταχύτητα 25 Gbps/per channel Οπτικές τεχνολογίες χρησιµοποιούνται και σε όλο και µικρότερες αποστάσεις Τα προβλήµατα των χάλκινων καλωδίων: Υψηλός ρυθµός µόνο σε µικρή απόσταση Προβλήµατα πυκνότητας Υψηλή κατανάλωση ενέργειας 35

36 Οπτική τεχνολογία στα κέντρα δεδοµένων II 2009: NCSA Blue Waters Petascale Supercomputer Χρήση οπτικών στοιχείων (ποµποδέκτες, κυµατοδηγοί) για την αύξηση του εύρος ζώνης και την µείωση της ενεργειακής κατανάλωσης. 36

37 Εργαστήριο Φωτονικών Επικοινωνιών (Ε.Φ.Ε) Επικεφαλής Εργαστηρίου: Ηρακλής Αβραµόπουλος (Καθηγητής Ε.Μ.Π) Ίδρυση εργαστηρίου το 1995 (και δωρεά εξοπλισµού απο AT&T Bell Laboratories, Holmdel, US) Στόχος: ανάπτυξη φωτονικής τεχνολογίας για telecom/datacom/sensing εφαρµογές Συνεχής και ενεργή συµµετοχή σε πανευρωπαικό/παγκόσµιο ερευνητικό επίπεδο στην ερευνητική εξέλιξη φωτονικών επικοινωνιών Με σηµαντική συµµετοχή και συντονισµό πολλών ανταγωνιστικών Ευρωπαϊκών ερευνητικών προγραµµάτων 7 Μεταδιδακτορικοί - 12 διδακτορικοί φοιτητές 37

38 Δηµοσιευµένες Εργασίες και Αναφορές Ø Περισσότερες από 150 δηµοσιεύσεις σε έγκριτα διεθνή περιοδικά και 245 σε διεθνή συνέδρια µε κρίση Περισσότερες από ετεροαναφορές (πηγή: scopus) Ø (Q3) περίπου σταθερός αριθµός δηµοσιεύσεων σε περιοδικά και παρουσιάσεις (13/έτος) 38

39 Γνωστικά Αντικείµενα και Συνεργασίες Ε.Φ.Ε Τρέχοντα Προγράμματα Coordination Αναλυτική περιγραφή ερευνητικών Ø Εξέλιξη και διεύρυνση γνωστικών πεδίων Ø Αυξανόµενος # χρηµατοδοτούµενων ευρωπαικών ερευνητικών συνεργασίων Σηµαντική αύξηση του αριθµού των προγραµµάτων απο το 2004 και µετά, παράλληλα µε διεύρυνση των γνωστικών αντικειµένων Ø Συνολικά 23 χρηµατοδοτούµενες ευρωπαϊκές ερευνητικές συνεργασίες Το Ε.Φ.Ε. co-ordinator σε 14 από αυτές 39

40 Νέα γνωστικά πεδία: Φωτονική ολοκλήρωση Ανάπτυξη φωτονικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων που φιλοξενούν μεγάλο αριθμό παθητικών/ενεργών λειτουργιών on-chip. See videos and white papers at Τεχνολογία Silicon Τεχνολογία III-V υλικών Τεχνολογία πολυμερικών υλικών InP, GaAs οι βασικές Συμβατότητα με CMOS πλατφόρμες Τα φωτονικά κυκλώματα Ανάπτυξη υψηλής απόδοσης αναπτύσσονται στην πελώρια βάση ενεργών στοιχείων παραγωγής των ηλεκτρονικών ICs SU-8, PMMA, ZPU-12, κ.α. Παθητικά, Ενεργά και Ηλεκτρο-οπτικές διατάξεις 40

41 Νέα γνωστικά πεδία: Οπτικές τεχνολογίες για V2V επικοινωνία LIDAR τεχνολογία για τα driverless οχήματα 41

42 Νέα γνωστικά πεδία: Κβαντική οπτική Κβαντική Οπτική Εγκατάσταση κβαντικών δικτύων για μεταφορά κβαντικής πληροφορίας Πείραμα μετάδοσης ζεύγους συσχετισμένων φωτονίων (Entangled Photons) Κβαντικό κανάλι διάδοσης φωτός στον ελεύθερο χώρο Οπτική ζεύξη μήκους 143-Km μεταξύ Κανάριων Νήσων& Tενερίφης Quantum teleportation over 143 kilometers using active feed-forward, doi: /nature

43 Νέα γνωστικά πεδία: Οπτικά δίκτυα 5G Το οπτικό δίκτυο μεταφέρει δεδομένα από τις κεραίες στα κεντρικά σημεία επεξεργασίας Μείωση αριθμού οπτικών καναλιών αξιοποιώντας τη σύνθεση φάσης (Beamforming) στο οπτικό πεδίο για δραστική μείωση πολυπλοκότητας πριν το κέντρο επεξεργασίας Integrated Optical Beamforming από την IΒΜ χρησιμοποιώντας Si-photonics Οι δραστηριότητες του PCRL στην ερευνητική περιοχή: Υλοποίηση ολοκληρωμένου οπτικού beamformer σε Si3N4/SiO2 πλατφόρμα 43

44 Νέα γνωστικά πεδία: Μηχανική Μάθηση (Machine Learning) Χρήση τεχνικών ML για: Την εκτίµηση ποιότητας µετάδοσης (Quality of Transmission) σε ευφυή προγραµµατιζόµενα δίκτυα Οπτικών Επικοινωνιών Την αυτοµατοποίηση του δικτύου 44

45 Μαθήµατα Εργαστηρίου προπτυχιακά µαθήµατα Ø Φωτονική Τεχνολογία στις Τηλεπικοινωνίες (7 ο Εξ.) Ø φωτονικά στοιχεία σε συστήµατα τηλεπικοινωνιών, παθητικά-ενεργά στοιχεία, µετάδοση σε οπτικές ίνες, επεξεργασία σήµατος σε υψηλές ταχύτητες Ø Συστήµατα Μετάδοσης Οπτικών Ινων (8 ο Εξ.) Ø Αρχές µετάδοσης και περιγραφή υποσυστηµάτων οπτικών ζεύξεων, συστήµατα µετάδοσης επόµενης γενιάς, πειραµατικές πολυπλεξίας/αποπολυπλεξίας οπτικού σήµατος Ø Οπτικά Δίκτυα Επικοινωνίας (9 ο Εξ.) Ø Αρχιτεκτονικές και σχεδιασµός οπτικών δικτύων µεταπτυχιακά µαθήµατα Ø Συστήµατα µετρήσεων για Οπτική Λογική Ø Ανάγκη µετρήσεων σε συστήµατα οπτικών ινών, βασικά όργανα µετρήσεων για έλεγχο οπτικών κυκλωµάτων και δικτύων οπτικών ινών, τεχνικές χαρακτηρισµού και µετρήσεων στοιχείων και διατάξεων Ø Φωτονικά Δίκτυα Υψηλής Χωρητικότητας Ø Αναδροµή τηλεπικοινωνιακών δικτύων, σύγχρονη µετάδοση, επίτευξη υψηλής χωρητικότηταςτ σε οπτική ίνα, τύποι δικτύων, οπτική µεταγωγή, αρχιτεκτονικές οπτικών κόµβων 45

46 µετά τις σπουδές Ερευνητές που ολοκλήρωσαν την διατριβή τους στο Ε.Φ.Ε 1. Αποστολόπουλος Δημήτριος: Ερευνητής Α βαθμίδας, ΕΦΕ 2. Βλάχος Κυριάκος: Αναπληρωτής Καθηγητής, Πανεπιστήμιο Πάτρας 3. Βυρσωκινός Κωνσταντίνος: Λέκτορας, ΑΠΘ 4. Γιαννόπουλος Κώστας: Λέκτορας, Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου 5. Γιαννούλης Γιάννης, Ερευνητής, ΕΦΕ 6. Ζακυνθινός Παναγιώτης: Εuropean Patent Office 7. Ζουραράκη Όλγα: Nokia Siemens Networks Greece 8. Ζωηρός Κυριάκος: Επίκουρος Καθηγητής, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης 9. Θεοφιλόπουλος Γεώργιος: INTRALOT 10. Καλύβας Μάριος: Εγνατία Οδός Α.Ε. 11. Κανέλλος Γιώργος-Θεόδωρος: Lecturer, Bristol University 12. Κεχαγιάς Ευστράτιος: Gooch & Housego 13. Κουλουμέντας Χρήστος: Ερευνητής Α βαθμίδας, ΕΦΕ 14. Λαζάρου Ιωάννης: Ερευνητής, ΕΦΕ 15. Μαζιώτης Αλέξανδρος, Oclaro Inc. 16. Μπακόπουλος Παρασκευάς: Mellanox Technologies 17. Μπίντζιας Χρήστος: Telefonika 18. Μπουγιούκος Μάριος: Nokia Networks 19. Παπακυριακόπουλος Αθανάσιος : Cisco Hellas 20. Πετραντωνάκης Δημήτριος: Project Manager EXODUS S.A. 21. Πλέρος Νικόλαος: Επίκουρος Καθηγητής Α.Π.Θ 22. Σταματιάδης Χρήστος: Μεταδιδακτορικός Ερευνητής, TU Berlin 23. Σταμπουλίδης Λεόντιος: Gooch & Housego 24. Συγκλέτος Στυλιανός: Research Fellow, Aston University 25. Τσιώκος Δημήτριος: : Ερευνητής Α βαθμίδας, ΕΚΕΤΑ 26. Χατζηεφραιμίδης Αντώνιος: Αναπληρωτής Καθηγητής ΤΕΙ Χαλκίδας 27. Χούμπαυλης Αθανάσιος: Nokia Siemens Networks Greece 46

47 Ιστοσελίδα ΕΦΕ Ιστοσελίδα ΕΦΕ: Ø Πληροφορίες για το εργαστήριο Ø Πληροφορίες για τις ερευνητικές περιοχές Ø Ερευνητικές συνεργασίες Ø Πληροφορίες/διαφάνειες µαθηµάτων Ø Θέµατα διπλωµατικών και διδακτορικών διατριβών Ø Επικοινωνία/Ανακοινώσεις

48 Διπλωµατικές εργασίες Ε.Φ.Ε Διπλωµατικές εργασίες Οκτ Ø Μελέτη και προσοµοίωση ολοκληρωµένων οπτικών διατάξεων για την δηµιουργία συστοιχιών οπτικών κεραιών (Optical Phased Arrays) Ø Η βασική µοντελλοποίηση και προσοµοιωτική µελέτη θα πραγµατοποίηθεί σε προγραµµατιστικό περιβάλλον Matlab. Επιπλέον προσοµοιώσεις θα πραγµατοποιηθούν χρησιµοποιώντας την ειδική πλατφόρµα σχεδίασης φωτονικών δοµών RSoft για την επιβεβαίωση των αποτελεσµάτων στα πρώτα στάδια της εργασίας. Ø Μελέτη και χρήση τεχνικών Μηχανικής Μάθησης (Machine Learning) για την εκτίµηση ποιότητας µετάδοσης (Quality of Transmission) σε ευφυή προγραµµατιζόµενα δίκτυα Οπτικών Επικοινωνιών Ø Στην προτεινόµενη διπλωµατική ο/η φοιτητής/τρια καλείται να σχεδιάσει έναν αλγόριθµο νευρωνικού δικτύου που βασίζεται στα πακέτα Μηχανικής Μάθησης που προσφέρει η Matlab. Η εκπαίδευση και η αξιολόγηση του αλγορίθµου θα βασιστεί στη χρήση αποτελεσµάτων που προέρχονται από το πακέτο προσοµοίωσης οπτικών συστηµάτων του VPI. Αναλυτική περιγραφή ήδη προτεινόµενων θεµάτων Αναρτήσεις νέων θεµάτων για την περίοδο του Οκτωβρίου έως την Παρασκευή 06.10

49 Βιβλιογραφία Βιβλίο: G. I. Papadimitriou, P. A. Tsimoulas, M. S. Obaidat, A. S. Pomportsis, Οπτικά Δίκτυα Τεχνολογίας WDM: Τοπικά και µητροπολιτικά δίκτυα Έµφαση στις διαφάνειες Που θα ακολουθούν σε πολλά σηµεία το βιβλίο B. Mukherjee, «Optical WDM Networks», Springer 2006 Υλικό θα δοθεί και στην σελίδα του µαθήµατος