Τοπολογίες ευρυζωνικών οπτικών δικτύων και αλληλεπίδραση µεταξύ πολυάριθµων καναλιών ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

ΑΝΩΤΑΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Τοπολογίες ευρυζωνικών οπτικών δικτύων και αλληλεπίδραση µεταξύ πολυάριθµων καναλιών ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Στεφόπουλος Ιωάννης Τσαγκαλίδου Χριστίνα Επιβλέπων Καθηγητής: Τσαλαµάνης Ιωάννης Καβάλα,2010

2

Πρώτα από όλα θα θέλαµε να ευχαριστήσουµε τον καθηγητή µας ρ. Ιωάννη Τσαλαµάνη για την ευκαιρία που µας έδωσε να ασχοληθούµε µε ένα τόσο ενδιαφέρον θέµα και την αµέριστη συµπαράσταση και συµβολή του στην ολοκλήρωση της εργασίας αυτής. Παράλληλα, θα θέλαµε να ευχαριστήσουµε τον ρ. Αύγουστο Τσινάκο που συνέβαλε στην απόφαση αγοράς και εγκατάστασης του προγράµµατος VPI TransmissionMaker στο εκπαιδευτικό µας ίδρυµα, χωρίς το οποίο δεν θα ήταν δυνατή η εκπόνηση αυτής της πτυχιακής. Τέλος, ευχαριστούµε ιδιαίτερα τους γονείς µας για την συµπαράσταση και την υποµονή τους για όλα αυτά τα χρόνια φοίτησής µας στο Α.Τ.Ε.Ι. Καβάλας, συµβάλλοντας ιδιαίτερα στην προσπάθειά µας. 3

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η µελέτη τοπολογιών ευρυζωνικών οπτικών δικτύων και αλληλεπίδραση µεταξύ πολυάριθµων καναλιών καθώς και η έρευνα για τους περιορισµούς που προκαλούν τα πολυάριθµα κανάλια σε ένα τέτοιο σύστηµα λόγω αλληλεπίδρασης (Crosstalk) αποτελεί αντικείµενο της πτυχιακής εργασίας. Αναλυτικότερα σε θεωρητικό επίπεδο γίνεται µια εκτενής αναφορά στα οπτικά δίκτυα και στην εξέλιξη τους από το χθες µέχρι και σήµερα, στην αρχιτεκτονική δικτύων WDM καθώς και ο εξοπλισµός αυτών. Αναπτύσσονται τα είδη των οπτικών ινών που υπάρχουν καθώς και οι οπτικοί πολυπλέκτες/αποπλέκτες αναλύοντας τις µορφές που µπορεί να συναντήσουµε. Βαρύτητα σε θεωρητικό επίπεδο δίνεται στους οπτικούς πολυδιαυλωτές (AWG) καθώς µελετάται η διαφωνία που µπορεί να προκαλέσει ένας οπτικός πολυδιαυλωτής αλλά και η επίδραση που µπορεί να επιφέρει η διαφωνία αυτή στους AWG. Πέρα από την µελέτη που γίνετε στους AWG, παρουσιάζονται και τα είδη θορύβου, ένα από τα οποία θεωρείται και το Crosstalk το οποίο είναι και βασικό στοιχείο µελέτης και σε πρακτικό επίπεδο. Σε πειραµατικό επίπεδο εξετάζουµε ένα οπτικό δίκτυο δίνοντας έµφαση στην αλληλεπίδραση που προκαλεί το Crosstalk σε διάφορες τοπολογίες οπτικών δικτύων πρόσβασης από 8x8 κανάλια µέχρι και 32x32 κανάλια στα οποία χρησιµοποιούνται πολλά µήκη κύµατος. Το Crosstalk µπορεί να οφείλεται είτε στον ηµιτελή συνδυασµό των καναλιών στον ποµπό και τον διαχωρισµό τους στον δέκτη (intra - channel Crosstalk), είτε στο ηµιτελές φιλτράρισµα από τους πολυπλέκτες, αποπολυπλέκτες και δροµολογητές (inter - channel Crosstalk), είτε και στα δύο. Το πειραµατικό µέρος έχει εφαρµοστεί στον προσοµοιωτή VPI ΤransmissionΜaker, ο οποίος προσφέρει ρεαλιστικές προσοµοιώσεις των περισσοτέρων οπτικών στοιχείων, καθώς επίσης και πολλές δυνατότητες στον έλεγχο ποιότητας µιας οπτικής µετάδοσης. 4

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Περίληψη σελ 4 Acronyms σελ 16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 1.1 Εισαγωγή στα οπτικά δίκτυα σελ 17 1.2 Εξέλιξη Οπτικών ικτύων σελ 17 1.3 Wavelength Division Multiplexing σελ 19 1.4 Αρχιτεκτονική WDM δικτύου σελ 20 1.5 Τα κύρια συστατικά-εξοπλισµός της τεχνολογίας WDM σελ 21 1.6 Οπτικές ίνες σελ 21 1.7 Πηγές φωτός και Ανιχνευτές (Light Sources and Detectors) σελ 23 1.8 Οπτικοί Πολυπλέκτες/Αποπολυπλέκτες σελ 24 1.9 Πλεονεκτήµατα της τεχνολογίας WDM σελ 26 1.10 Arrayed Waveguide Grating(AWG) σελ 27 1.10.1 Μελέτη διαφωνίας στους AWG σελ 28 1.10.2 Επίδραση διαφωνίας στους AWG σελ 29 1.11 Είδη θορύβο σελ 29 1.11.1 Crosstalk σελ 30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΤΟΠΟΛΟΓΙΕΣ ΙΚΤΥΩΝ Εισαγωγή σελ 31 2.1 Θεωρητική µελέτη δικτύων 8x8 µε AWG σελ 35 2.1.1 AWG 8 καναλιών στα 10 km σελ 36 2.1.2 AWG 8 καναλιών στα 30 km σελ 38 2.1.3 AWG 8 καναλιών στα 50 km σελ 40 2.2 Θεωρητική µελέτη δικτύων 16x16 µε AWG σελ 42 2.2.1 AWG 16 καναλιών στα 10 km σελ 43 2.2.2 AWG 16 καναλιών στα 30 km σελ 46 2.2.3 AWG 16 καναλιών στα 50 km σελ 48 2.2.4 AWG 16 καναλιών στα 100 km σελ 50 2.2.5 AWG 16 καναλιών σε µέγιστη απόσταση σελ 52 2.3 Θεωρητική µελέτη δικτύων 32x32 µε AWG σελ 56 2.3.1 AWG 32 καναλιών στα 10 km σελ 58 2.3.2 AWG 32 καναλιών στα 30 km σελ 61 2.3.3 AWG 32 καναλιών στα 50 km σελ 63 2.3.4 AWG 32 καναλιών στα 100 km σελ 65 2.3.5 AWG 32 καναλιών σε µέγιστη απόσταση σελ 67 5

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Εισαγωγή σελ 71 3.1 Μελέτη δικτύων 8x8 µε AWG παρουσία Crosstalk σελ 71 3.1.1 AWG 8 καναλιών στα 10 km σελ 72 3.1.2 AWG 8 καναλιών στα 30 km σελ 74 3.1.3 AWG 8 καναλιών στα 50 km σελ 75 3.2 Μελέτη δικτύων 16x16 µε AWG παρουσία Crosstalk σελ 77 3.2.1 AWG 16 καναλιών στα 10 km σελ 78 3.2.2 AWG 16 καναλιών στα 30 km σελ 81 3.2.3 AWG 16 καναλιών στα 50 km σελ 83 3.2.4 AWG 16 καναλιών στα 100 km σελ 85 3.2.5 AWG 16 καναλιών σε µέγιστη απόσταση σελ 87 3.3 Μελέτη δικτύων 32x32 µε AWG παρουσία Crosstalk σελ 90 3.3.1 AWG 32 καναλιών στα 10 km σελ 91 3.3.2 AWG 32 καναλιών στα 30 km σελ 93 3.3.3 AWG 32 καναλιών στα 50 km σελ 95 3.3.4 AWG 32 καναλιών στα 100 km σελ 97 3.3.5 AWG 32 καναλιών σε µέγιστη απόσταση σελ 99 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 4.1 Συµπεράσµατα σελ 104 4.2 Μελλοντική Έρευνα σελ 107 4.3 Παράρτηµα Ι «Επεξήγηση στοιχείων vpi» σελ 108 4.4 Βιβλιογραφία σελ 120 6

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι «ΕΠΕΞΗΓΗΣΗ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ VPI». 4.3.1 Ποµπός σελ 108 4.3.1.2 Pseudo Random Binary Sequence Generator σελ 108 4.3.1.3 NRZ Coder σελ 109 4.3.1.4 Rise Time Adjustment σελ 110 4.3.1.5 Laser Rate Equations (Single Mode) σελ 110 4.3.2 Arrayed Waveguide Grating M to N(AWG) σελ 112 4.3.3 Nonlinear Dispersive Fiber(NLS) σελ 113 4.3.4 έκτης σελ 114 4.3.4.1 Photodiode σελ 114 4.3.4.2 Filter Electrical σελ 115 4.3.5 Άλλα Στοιχεία σελ 116 4.3.5.1 Multiple Output Connector (Fork 2) σελ 116 4.3.5.2 Multiple Output Bus Connector (Bus Fork) σελ 116 4.3.5.3 Optical and Electrical Signal Analyzer σελ 117 4.3.5.4 Power Meter Viewer σελ 118 4.3.5.5 Galaxy σελ 118 7

ΛΙΣΤΑ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 1: Συχνότητες παραµετροποιηµένες σε 8x8 κανάλια σελ 35 Πίνακας 2: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 8 καναλιών(10km) σελ 37 Πίνακας 3: Μετρήσεις στο Κανάλι 8 σε τοπολογία AWG 8 καναλιών (10km) σελ 38 Πίνακας 4: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 8 καναλιών (30km) σελ 39 Πίνακας 5: Μετρήσεις στο Κανάλι 8 σε τοπολογία AWG 8 καναλιών (30km) σελ 39 Πίνακας 6: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 8 καναλιών (50km) σελ 40 Πίνακας 7: Μετρήσεις στο Κανάλι 8 σε τοπολογία AWG 8 καναλιών (50km) σελ 41 Πίνακας 8: Συχνότητες παραµετροποιηµένες σε 16x16 κανάλια σελ 42 Πίνακας 9: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (10km) σελ 44 Πίνακας 10: Μετρήσεις στο Κανάλι 8 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (10km) σελ 45 Πίνακας 11: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (10km) σελ 46 Πίνακας 12: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (30km) σελ 46 Πίνακας 13: Μετρήσεις στο Κανάλι 8 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (30km) σελ 47 Πίνακας 14: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (30km) σελ 48 Πίνακας 15: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (50km) σελ 48 Πίνακας 16: Μετρήσεις στο Κανάλι 8 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (50km) σελ 49 Πίνακας 17: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (50km) σελ 50 Πίνακας 18: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (100km) σελ 50 Πίνακας 19: Μετρήσεις στο Κανάλι 8 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (100km) σελ 51 Πίνακας 20: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (100km) σελ 52 Πίνακας 21: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (160km) σελ 53 Πίνακας 22: Μετρήσεις στο Κανάλι 8 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (160km) σελ 53 Πίνακας 23: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (160km) σελ 54 Πίνακας 24: Συχνότητες παραµετροποιηµένες σε 32x32 κανάλια σελ 57 Πίνακας 25: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (10km) σελ 59 8

Πίνακας 26: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (10km) σελ 60 Πίνακας 27: Μετρήσεις στο Κανάλι 32 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (10km) σελ 61 Πίνακας 28: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (30km) σελ 61 Πίνακας 29: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (30km) σελ 62 Πίνακας 30: Μετρήσεις στο Κανάλι 32 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (30km) σελ 63 Πίνακας 31: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (50km) σελ 63 Πίνακας 32: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (50km) σελ 64 Πίνακας 33: Μετρήσεις στο Κανάλι 32 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (50km) σελ 65 Πίνακας 34: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (100km) σελ 65 Πίνακας 35: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (100km) σελ 66 Πίνακας 36: Μετρήσεις στο Κανάλι 32 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (100km) σελ 67 Πίνακας 37: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (160km) σελ 68 Πίνακας 38: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (160km) σελ 68 Πίνακας 39: Μετρήσεις στο Κανάλι 32 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (160km) σελ 69 Πίνακας 40: Συχνότητες παραµετροποιηµένες σε 8x8 κανάλια σελ 72 Πίνακας 41: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 8 καναλιών (10km) σελ 73 Πίνακας 42: Μετρήσεις στο Κανάλι 8 σε τοπολογία AWG 8 καναλιών (10km) σελ 74 Πίνακας 43: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 8 καναλιών (30km) σελ 74 Πίνακας 44: Μετρήσεις στο Κανάλι 8 σε τοπολογία AWG 8 καναλιών (30km) σελ 75 Πίνακας 45: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 8 καναλιών (50km) σελ 76 Πίνακας 46: Μετρήσεις στο Κανάλι 8 σε τοπολογία AWG 8 καναλιών (50km) σελ 76 Πίνακας 47: Συχνότητες παραµετροποιηµένες σε 16x16 κανάλια σελ 78 Πίνακας 48: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (10km) σελ 79 Πίνακας 49: Μετρήσεις στο Κανάλι 8 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (10km) σελ 80 Πίνακας 50: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (10km) σελ 81 Πίνακας 51: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (30km) σελ 81 9

Πίνακας 52: Μετρήσεις στο Κανάλι 8 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (30km) σελ 82 Πίνακας 53: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (30km) σελ 83 Πίνακας 54: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (50km) σελ 83 Πίνακας 55: Μετρήσεις στο Κανάλι 8 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (50km) σελ 84 Πίνακας 56: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (50km) σελ 85 Πίνακας 57: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (100km) σελ 85 Πίνακας 58: Μετρήσεις στο Κανάλι 8 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (100km) σελ 86 Πίνακας 59: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (100km) σελ 87 Πίνακας 60: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (160km) σελ 87 Πίνακας 61: Μετρήσεις στο Κανάλι 8 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (160km) σελ 88 Πίνακας 62: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 16 καναλιών (160km) σελ 89 Πίνακας 63: Συχνότητες παραµετροποιηµένες σε 32x32 κανάλια σελ 90 Πίνακας 64: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (10km) σελ 92 Πίνακας 65: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (10km) σελ 92 Πίνακας 66: Μετρήσεις στο Κανάλι 32 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (10km) σελ 93 Πίνακας 67: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (30km) σελ 94 Πίνακας 68: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (30km) σελ 94 Πίνακας 69: Μετρήσεις στο Κανάλι 32 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (30km) σελ 95 Πίνακας 70: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (50km) σελ 96 Πίνακας 71: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (50km) σελ 96 Πίνακας 72: Μετρήσεις στο Κανάλι 32 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (50km) σελ 97 Πίνακας 73: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (100km) σελ 98 Πίνακας 74: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (100km) σελ 98 Πίνακας 75: Μετρήσεις στο Κανάλι 32 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (100km) σελ 99 Πίνακας 76: Μετρήσεις στο Κανάλι 1 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (160km) σελ 100 10

Πίνακας 77: Μετρήσεις στο Κανάλι 16 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (160km) σελ 101 Πίνακας 78: Μετρήσεις στο Κανάλι 32 σε τοπολογία AWG 32 καναλιών (160km) σελ 101 Πίνακας 79:Συγκεντρωτικά αποτελέσµατα σε 8x8 κανάλια σελ 104 Πίνακας 80:Συγκεντρωτικά αποτελέσµατα σε 16x16 κανάλια σελ 104 Πίνακας 81:Συγκεντρωτικά αποτελέσµατα σε 32x32 κανάλια σελ 104 Πίνακας 82:Συγκεντρωτικά αποτελέσµατα σε 8x8 κανάλια παρουσία Crosstalk σελ 105 Πίνακας 83:Συγκεντρωτικά αποτελέσµατα σε 16x16 κανάλια παρουσία Crosstalk σελ 105 Πίνακας 84:Συγκεντρωτικά αποτελέσµατα σε 32x32 κανάλια παρουσία Crosstalk σελ 105 Πίνακας 85: Physical Parameters PRBS σελ 108 Πίνακας 86: Physical Parameters NRZ Coder σελ 109 Πίνακας 87: Enhanced Simulation Parameters NRZ Coder σελ 109 Πίνακας 88: Physical Parameters Rise Time Adjustment σελ 110 Πίνακας 89: Enhanced Simulation Parameters Rise Time Adjustment σελ 110 Πίνακας 90: Physical Parameters Laser σελ 111 Πίνακας 91: Enhanced Simulation Parameters Laser σελ 111 Πίνακας 92: Physical Parameters AWG σελ 112 Πίνακας 93: Frequencies Parameters AWG σελ 112 Πίνακας 94: Crosstalks Parameters AWG σελ 113 Πίνακας 95: Physical Parameters Fiber σελ 114 Πίνακας 96: Physical Parameters Photodiode σελ 114 Πίνακας 97: Physical Parameters Filter Electrical σελ 115 Πίνακας 98: Enhanced Parameters Signal Analyzer σελ 117 Πίνακας 99: Physical Parameters Power Meter σελ 118 Πίνακας 100: Enhanced Parameters Power Meter σελ 118 11

ΛΙΣΤΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήµα 1: Πολυπλεξία ιαίρεσης Μήκους Κύµατος (WDM) σελ 19 Σχήµα 2: Σχηµατικό διάγραµµα ενός WDM συστήµατος µετάδοσης σελ 20 Σχήµα 3: οµές ποµπού και δέκτη σελ 20 Σχήµα 4: α) Οπτική ίνα, β) ανάκλαση στην οπτική ίνα σελ 21 Σχήµα 5: α) πολυτροπική ίνα β) µονοτροπική ίνα σελ 22 Σχήµα 6: Οι περιοχές χαµηλής εξασθένησης µιας οπτικής ίνας σελ 22 Σχήµα 7: Τυπικός σχεδιασµός για την τροφοδοσία παλµών φωτός σε οπτική ίνα σελ 23 Σχήµα 8: Πολύπλεξη/Αποπολύπλεξη σε µονόδροµο σύστηµα σελ 24 Σχήµα 9: Πολύπλεξη/Αποπολύπλεξη σε αµφίδροµο σύστηµα σελ 24 Σχήµα 10: Αποπολύπλεξη διάθλασης πρίσµατος (Prism Refraction Demultiplexing) σελ 24 Σχήµα 11: Κυµατοδηγός πλέγµατος περίθλασης (Waveguide Grating Diffraction) σελ 25 Σχήµα 12: Κυµατοδηγός πλέγµατος µήτρας (Arrayed Waveguide Grating-AWG) σελ 25 Σχήµα 13: Φίλτρα παρεµβολής πολλαπλών στρωµάτων (Multilayer Interference Filters) σελ 25 Σχήµα 14: Αναπαράσταση ενός Arrayed Waveguide Grating (AWG_1_Ν) σελ 27 Σχήµα 15: Αναπαράσταση ενός Arrayed Waveguide Grating (AWG_Μ_Ν) σελ 28 Σχήµα 16: Αναπαράσταση της αθροιστική συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας του T max σελ 28 Σχήµα 17: Μοντέλο υπολογισµού σε µία παθητική διασύνδεση N κόµβων µε χρήση δροµολογητή AWG σελ 29 Σχήµα 18: Ποµπός σελ 31 Σχήµα 19: έκτης σελ 31 Σχήµα 20: ιάγραµµα µατιού µε χρήση φίλτρου σελ 31 Σχήµα 21: ιάγραµµα µατιού χωρίς χρήση φίλτρου σελ 31 Σχήµα 22: Απεικόνιση και επεξήγηση ενός µατιού σελ 32 Σχήµα 23: Απεικόνιση ρύθµισης του σελ 33 Σχήµα 24: Εξωτερικό Galaxy Ποµπού 4 καναλιών σελ 33 Σχήµα 25: Εσωτερικό Galaxy Ποµπού 4 καναλιών σελ 33 Σχήµα 26: Εξωτερικό Galaxy έκτη 4 καναλιών σελ 34 Σχήµα 27: Εσωτερικό Galaxy δέκτη 4 καναλιών σελ 34 Σχήµα 28: Τοπολογία οπτικού δικτύου µε AWG 8 καναλιών σελ 35 Σχήµα 29: Ρύθµιση συχνοτήτων 8x8 καναλιών σελ 36 Σχήµα 30: Τοπολογία οπτικού δικτύου µε AWG 16 καναλιών σελ 42 Σχήµα 31: Ρύθµιση συχνοτήτων 16x16 καναλιών σελ 43 Σχήµα 32: Τοπολογία οπτικού δικτύου µε AWG 32 καναλιών σελ 56 Σχήµα 33: Ρύθµιση συχνοτήτων 32x32 καναλιών σελ 58 Σχήµα 34: Ρύθµιση ενεργοποίησης Crosstalk σελ 71 Σχήµα 35: ιάγραµµα Ματιού 32 κανάλια παρουσία Crosstalk σελ 106 Σχήµα 36: ιάγραµµα Ματιού 32 κανάλια χωρις Crosstalk σελ 106 12

ΛΙΣΤΑ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ιάγραµµα Ματιού 1: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 8 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 10km σελ 36 ιάγραµµα Ματιού 2: ιάγραµµα Ματιού στο 8o κανάλι. AWG µε 8 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 10km σελ 38 ιάγραµµα Ματιού 3: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 8 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 30km σελ 38 ιάγραµµα Ματιού 4: ιάγραµµα Ματιού στο 8o κανάλι. AWG µε 8 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 30km σελ 39 ιάγραµµα Ματιού 5: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 8 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 50km σελ 40 ιάγραµµα Ματιού 6: ιάγραµµα Ματιού στο 8o κανάλι. AWG µε 8 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 50km σελ 40 ιάγραµµα Ματιού 7: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 10km σελ 43 ιάγραµµα Ματιού 8: ιάγραµµα Ματιού στο 8o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 10km σελ 45 ιάγραµµα Ματιού 9: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 10km σελ 45 ιάγραµµα Ματιού 10: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 30km σελ 46 ιάγραµµα Ματιού 11: ιάγραµµα Ματιού στο 8o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 30km σελ 47 ιάγραµµα Ματιού 12: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 30km σελ 47 ιάγραµµα Ματιού 13: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 50km σελ 48 ιάγραµµα Ματιού 14: ιάγραµµα Ματιού στο 8o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 50km σελ 49 ιάγραµµα Ματιού 15: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 50km σελ 49 ιάγραµµα Ματιού 16: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 100km σελ 50 ιάγραµµα Ματιού 17: ιάγραµµα Ματιού στο 8o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 100km σελ 51 ιάγραµµα Ματιού 18: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 100km σελ 51 ιάγραµµα Ματιού 19: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 160km σελ 52 ιάγραµµα Ματιού 20: ιάγραµµα Ματιού στο 8o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 160km σελ 53 ιάγραµµα Ματιού 21: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 160km σελ 54 ιάγραµµα Ματιού 22: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 10km σελ 58 ιάγραµµα Ματιού 23: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 10km σελ 60 ιάγραµµα Ματιού 24: ιάγραµµα Ματιού στο 32o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 10km σελ 60 ιάγραµµα Ματιού 25: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 30km σελ 61 ιάγραµµα Ματιού 26: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 30km σελ 62 13

ιάγραµµα Ματιού 27: ιάγραµµα Ματιού στο 32o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 30km σελ 62 ιάγραµµα Ματιού 28: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 50km σελ 63 ιάγραµµα Ματιού 29: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 50km σελ 64 ιάγραµµα Ματιού 30: ιάγραµµα Ματιού στο 32o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 50km σελ 64 ιάγραµµα Ματιού 31: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 100km σελ 65 ιάγραµµα Ματιού 32: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 100km σελ 66 ιάγραµµα Ματιού 33: ιάγραµµα Ματιού στο 32o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 100km σελ 66 ιάγραµµα Ματιού 34: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 160km σελ 67 ιάγραµµα Ματιού 35: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 160km σελ 68 ιάγραµµα Ματιού 36: ιάγραµµα Ματιού στο 32o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 160km σελ 69 ιάγραµµα Ματιού 37: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 8 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 10km σελ 72 ιάγραµµα Ματιού 38: ιάγραµµα Ματιού στο 8o κανάλι. AWG µε 8 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 10km σελ 73 ιάγραµµα Ματιού 39: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 8 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 30km σελ 74 ιάγραµµα Ματιού 40: ιάγραµµα Ματιού στο 8o κανάλι. AWG µε 8 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 30km σελ 75 ιάγραµµα Ματιού 41: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 8 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 50km σελ 75 ιάγραµµα Ματιού 42: ιάγραµµα Ματιού στο 8o κανάλι. AWG µε 8 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 50km σελ 76 ιάγραµµα Ματιού 43: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 10km σελ 78 ιάγραµµα Ματιού 44: ιάγραµµα Ματιού στο 8o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 10km σελ 80 ιάγραµµα Ματιού 45: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 10km σελ 80 ιάγραµµα Ματιού 46: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 30km σελ 81 ιάγραµµα Ματιού 47: ιάγραµµα Ματιού στο 8o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 30km σελ 82 ιάγραµµα Ματιού 48: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 30km σελ 82 ιάγραµµα Ματιού 49: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 50km σελ 83 ιάγραµµα Ματιού 50: ιάγραµµα Ματιού στο 8o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 50km σελ 84 ιάγραµµα Ματιού 51: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 50km σελ 84 ιάγραµµα Ματιού 52: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 100km σελ 85 ιάγραµµα Ματιού 53: ιάγραµµα Ματιού στο 8o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 100km σελ 86 14

ιάγραµµα Ματιού 54: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 100km σελ 86 ιάγραµµα Ματιού 55: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 160km σελ 87 ιάγραµµα Ματιού 56: ιάγραµµα Ματιού στο 8o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 160km σελ 88 ιάγραµµα Ματιού 57: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 16 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 160km σελ 88 ιάγραµµα Ματιού 58: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 10km σελ 91 ιάγραµµα Ματιού 59: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 10km σελ 92 ιάγραµµα Ματιού 60: ιάγραµµα Ματιού στο 32o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 10km σελ 93 ιάγραµµα Ματιού 61: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 30km σελ 93 ιάγραµµα Ματιού 62: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 30km σελ 94 ιάγραµµα Ματιού 63: ιάγραµµα Ματιού στο 32o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 30km σελ 95 ιάγραµµα Ματιού 64: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 50km σελ 95 ιάγραµµα Ματιού 65: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 50km σελ 96 ιάγραµµα Ματιού 66: ιάγραµµα Ματιού στο 32o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 50km σελ 97 ιάγραµµα Ματιού 67: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 100km σελ 97 ιάγραµµα Ματιού 68: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 100km σελ 98 ιάγραµµα Ματιού 69: ιάγραµµα Ματιού στο 32o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 100km σελ 99 ιάγραµµα Ματιού 70: ιάγραµµα Ματιού στο 1o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 160km σελ 100 ιάγραµµα Ματιού 71: ιάγραµµα Ματιού στο 16o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 160km σελ 100 ιάγραµµα Ματιού 72: ιάγραµµα Ματιού στο 32o κανάλι. AWG µε 32 κανάλια (100 GHz) µε απόσταση 160km σελ 101 15

Acronyms AWG WDM DWDM LED APD SONET SDH WXC WADM Arrayed Waveguide Grating Bit Error Rate Wavelength Division Multiplexing Dense Wavelength Division Multiplexing Light-emitting diode Avalanche Photodiode Synchronous Optical Network Synchronous Digital Hierarchy wavelength cross connect wavelength add/drop multiplexer 16

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 1.1 Εισαγωγή στα οπτικά δίκτυα Τα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα γνωρίζουν στις µέρες µας ιδιαίτερη άνθηση, η οποία συνοδεύεται από τους εκθετικούς ρυθµούς διάδοσης του διαδικτύου και από την πολύ µεγάλη αύξηση του πλήθους των εφαρµογών (κυρίως πολυµέσων) που µπορεί να υποστηρίξει. Τα παραπάνω έχουν συντελέσει στη δραµατική αύξηση της ζητούµενης από τους χρήστες χωρητικότητας. Στην αύξηση της ζήτησης χωρητικότητας τα σηµερινά δίκτυα (ενσύρµατα και ασύρµατα) αδυνατούν να αντεπεξέλθουν, είτε λόγω της πεπερασµένης χωρητικότητας που µπορεί να υποστηρίξει το ίδιο το µέσο διάδοσης τους, είτε λόγω του υψηλού κόστους των ηλεκτρονικών συστηµάτων που απαιτούνται για την διαµόρφωση και αποδιαµόρφωση σηµάτων σε τέτοιους ρυθµούς ώστε να καλυφθεί η ζητούµενη χωρητικότητα. Η λύση στα προβλήµατα αυτά φαίνεται πως είναι τα αµιγώς οπτικά δίκτυα, τα οποία αφενός λόγω του µεγάλου εύρους µετάδοσης που χαρακτηρίζει το βασικό µέσο µετάδοσης σε αυτά (οπτική ίνα) και αφετέρου λόγω των γρήγορων ρυθµών επεξεργασίας του οπτικού σήµατος, θα µπορέσουν, στην ολοκληρωµένη τους µορφή, να υποστηρίξουν χωρητικότητες της τάξης των δεκάδων Tbps και να λύσουν οριστικά το πρόβληµα της αυξανόµενης ζήτησης χωρητικότητας. 1.2 Εξέλιξη Οπτικών ικτύων Από τα µέσα της δεκαετίας του 60, όταν για πρώτη φορά προτάθηκε το ενδεχόµενο χρησιµοποίησης οπτικών δικτύων µέχρι και σήµερα, έχουν προταθεί πολλοί τύποι οπτικών δικτύων, ο καθένας από τους οποίους αποτελεί βελτιωµένη εκδοχή των προηγουµένων του. Η πρώτη µορφή οπτικών δικτύων ήταν αυτή που βασιζόταν στην πολυπλεξία µήκους κύµατος (Wavelength Division Multiplexing, WDM) και στην µετάδοση των πολυπλεγµένων καναλιών πληροφορίας από ένα σηµείο σε ένα άλλο (WDM point to point networks). Τα δίκτυα αυτά προτάθηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 70. Στα δίκτυα αυτά, διαφορετικά σήµατα πληροφορίας διαµορφώνουν την ισχύ διαφορετικών µηκών κύµατος τα οποίαστη συνέχεια πολυπλέκονταν και µεταφέρονταν µέσω οπτικής ίνας από το ένα σηµείο σε ένα άλλο. Τα πρώτα αυτά οπτικά δίκτυα δεν είχαν σηµαντική εµπορική επιτυχία γιατί αποδείχθηκε στην πράξη ότι ήταν πολύ πιο συµφέρον (οικονοµοτεχνικά) να αυξηθεί η χωρητικότητα µιας γραµµής συµβατικού δικτύου αυξάνοντας την ταχύτητα πολυπλεξίας στον χρόνο (TDM) από το να χρησιµοποιηθεί πολυπλεξία µήκους κύµατος (WDM). Ωστόσο,όταν στις αρχές της δεκαετίας του 90 ανακαλύφθηκαν και χρησιµοποιήθηκαν οι ενισχυτές ερβίου (EDFAs),τα δεδοµένα άλλαξαν. Με τη χρησιµοποίηση των ενισχυτών ερβίου αναθεωρήθηκε εντελώς η οικονοµοτεχνική ανάλυση των δικτύων WDM, αφού οι ενισχυτές ερβίου µπορούσαν να ενισχύσουν ταυτόχρονα όλα τα πολυπλεγµένα µήκη κύµατος, αντικαθιστώντας έτσι τους αναγεννητές που χρησιµοποιούνταν για κάθε µήκος κύµατος. Η µετάδοση πολυπλεγµένων οπτικών σηµάτων από σηµείο σε σηµείο ήταν µια ενδιαφέρουσα προσέγγιση και αποτέλεσε την απαρχή της µετέπειτα εξέλιξης των οπτικών δικτύων. Ωστόσο, µετά από την υλοποίηση τέτοιων ζεύξεων, υπήρξαν πολλές προτάσεις που αφορούσαν στην υλοποίηση όσο το δυνατόν περισσοτέρων λειτουργιών δικτύου στο οπτικό επίπεδο, αφού η υλοποίηση βασικών λειτουργιών δικτύου στο ηλεκτρικό επίπεδο αναιρούσε πολλά από τα πλεονεκτήµατα που απέρρεαν από την µετάδοση του σήµατος πληροφορίας στο οπτικό επίπεδο. 17

Ήδη, από παλαιότερα, είχαν προταθεί οπτικά δίκτυα στα οποία πολλοί κόµβοι συνδέονταν µεταξύ τους µε έναν συζεύκτη αστέρα µε σκοπό το σήµα πληροφορίας του κάθε κόµβου να διαµορφώνει ένα µήκος κύµατος και να µεταδίδεται σε όλους του κόµβους τους δικτύου (broadcast networks). Με βάση τέτοιου είδους δίκτυα και µε δεδοµένη τη δυνατότητα πολυπλεξίας διαφορετικών µηκών κύµατος, υλοποιήθηκε η δεύτερη γενιά οπτικών δικτύων στα οποία πολλοί κόµβοι συνδέονται σε έναν συζεύκτη αστέρα. Μεταξύ όλων των κόµβων µεταδίδεται το ίδιο πολυπλεγµένο WDM σήµα. Ο κάθε κόµβος µεταδίδει πληροφορία σε συγκεκριµένο µήκος κύµατος. Αυτό το µήκος κύµατος πολυπλέκεται µε τα υπόλοιπα µήκη κύµατος του δικτύου και το πολυπλεγµένο οπτικό σήµα και µέσω του συζεύκτη αστέρα µεταδίδεται σε όλους τους κόµβους του δικτύου. Έτσι, το πολυπλεγµένο σήµα φτάνει σε όλους τους κόµβους του δικτύου. Ο κάθε κόµβος διαθέτει συντονιζόµενο οπτικό δέκτη (tunable receiver). Έτσι, ανάλογα µε ποιον κόµβο-ποµπό επιθυµεί να επικοινωνήσει συντονίζει τον δέκτη του στο µήκος κύµατος στο οποίο διαµορφώνει την πληροφορία του ο ποµπός. Έτσι επιτυγχάνεται η επικοινωνία µεταξύ ενός συγκεκριµένου κόµβου-ποµπού µε έναν άλλο κόµβο-δέκτη. Τα δίκτυα αυτού του τύπου ονοµάστηκαν δίκτυα Broadcast and Select,για προφανείς λόγους. Από τον τρόπο λειτουργίας αυτών των δικτύων µπορούµε εύκολα να συµπεράνουµε ότι για τη σωστή λειτουργία αυτών των δικτύων απαιτείται κάποιο πρωτόκολλο πρόσβασης στο µέσο (MAC protocol) προκειµένου να είναι δυνατός ο συντονισµός του δέκτη στο κατάλληλο µήκος κύµατος εκποµπής του ποµπού. Βασικά µειονεκτήµατα του συγκεκριµένου τύπου οπτικών δικτύων ήταν ότι υπήρξαν τεχνικά προβλήµατα στην δηµιουργία των κατάλληλων συντονιζόµενων οπτικών δεκτών, η υπερβολικά υψηλή ισχύς εκποµπής του κάθε εκποµπού (η ισχύς αυτή έπρεπε να είναι τέτοια ώστε µετά τις απώλειες που θα εισήγαγε ο συζεύκτης αστέρα η ισχύς του καναλιού να είναι ικανή για ανίχνευση και φώραση από τον οπτικό δέκτη) και, τέλος,οι περιορισµοί στο πλήθος των κόµβων που µπορούσαν να συνδεθούν σε ένα τέτοιο δίκτυο: ο συνολικός αριθµός των κόµβων δεν µπορούσε σε καµία περίπτωση να είναι µεγαλύτερος από το πλήθος των διαθέσιµων µηκών κύµατος, δηλαδή δεν µπορούσε να είναι µεγαλύτερος από 16,32 και 64. Παρόλο που τα Broadcast and Select δίκτυα αποτέλεσαν σηµαντική πρόοδο των οπτικών δικτύων, τα παραπάνω µειονεκτήµατα τα καθιστούν δίκτυα περιορισµένων δυνατοτήτων τα οποία θα µπορούσαν να χρησιµοποιηθούν µόνο για την υλοποίηση τοπικών, µικρής κλίµακας, δικτύων (LANs). Η λύση που προτάθηκε προκειµένου να ξεπεραστούν τα µειονεκτήµατα που χαρακτηρίζουν τα Broadcast and Select δίκτυα είναι τα αµιγώς οπτικά δίκτυα δροµολόγησης µήκους κύµατος (wavelength routing optical networks). Τα τρίτης γενιάς αυτά οπτικά δίκτυα είναι WDM δίκτυα χωρίς συγκεκριµένη χωρική δοµή τα οποία διαφέρουν από τα κοινά ηλεκτρικά δίκτυα στο ότι στοχεύουν να υλοποιήσουν τις πιο βασικές λειτουργίες του δικτύου (µεταγωγή και δροµολόγηση) στο οπτικό επίπεδο. Στα δίκτυα αυτά το κάθε κανάλι πληροφορίας ταυτίζεται µε το φέρον µήκος κύµατος. Έτσι, µετάγωντας και δροµολογώντας το κάθε µήκος κύµατος ουσιαστικά υλοποιούµε τις παραπάνω διαδικασίες στα κανάλια επικοινωνίας µεταξύ των κόµβων του δικτύου. 18

1.3 Wavelength Division Multiplexing. Η πολυπλεξία διαίρεσης µήκους κύµατος (Wavelength Division Multiplexing-(WDM)) είναι µία υποσχόµενη τεχνολογία για ταχύτερα και πιο αξιόπιστα δίκτυα επικοινωνιών. Παραδοσιακά µόνο ένα µικρό µέρος της χωρητικότητας της ίνας χρησιµοποιείται, αλλά χρησιµοποιώντας τα WDM οπτικά δίκτυα έχουν ένα µεγάλο πλεονέκτηµα. Να εκµεταλλεύονται πλήρως το πολύ µεγάλο εύρος ζώνης του οπτικού συνδέσµου. Αυτό επιτυγχάνεται ως εξής: Το εύρος ζώνης χωρίζεται σε n µη επικαλυπτόµενα διαστήµατα, κάθε ένα από τα οποία εκτείνεται γύρω από ένα βασικό µήκος κύµατος (wavelength). Στο πεδίο των συχνοτήτων, το εύρος συχνοτήτων που ορίζει το συγκεκριµένο εύρος ζώνης, χωρίζεται σε n ανεξάρτητα κανάλια, κάθε ένα από τα οποία αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριµένο µήκος κύµατος. Κάθε ένα από τα κανάλια αυτά διαµορφώνεται ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Με άλλα λόγια, n πηγές εκποµπής σήµατος µπορούν να συνδυαστούν µεταξύ τους και εκπέµποντας η κάθε µία µε διαφορετικό ρυθµό που αντιστοιχεί στο συγκεκριµένο µήκος κύµατος που της έχει ανατεθεί, να µεταδώσουν ανεξάρτητα η µία από την άλλη πάνω από τον ίδιο σύνδεσµο. Τα n διαµορφωµένα µήκη κύµατος, πολυπλέκονται µεταξύ τους στον κόµβο πρόσβασης (access node) και στέλνονται στο δίκτυο. Σε κάθε κόµβο προορισµού υπάρχει ένα φίλτρο που είναι συντονισµένο στο αντίστοιχο µήκος κύµατος. Το λαµβανόµενο σήµα στη συνέχεια αποδιαµορφώνεται και ανακτάται το αρχικό σήµα. Σχήµα 1: Πολυπλεξία ιαίρεσης Μήκους Κύµατος (WDM). Στην WDM τεχνική, πολλαπλά σήµατα πληροφορίας προσαρµόζονται σε οπτικά σήµατα διαφορετικού µήκους κύµατος, µε τα προκύπτοντα µήκη κύµατος να συνδυάζονται και να εκπέµπονται ταυτόχρονα πάνω στην ίδια οπτική ίνα. (Σχήµα 1) 19

1.4 Αρχιτεκτονική WDM δικτύου. Η επιτυχία των WDM οπτικών δικτύων στηρίζεται σε µεγάλο ποσοστό στα διαθέσιµα οπτικά στοιχεία. Ένα διάγραµµα ενός WDM συστήµατος επικοινωνίας παρουσιάζεται στο Σχήµα 2. Το µέσο µετάδοσης (network medium ή transmission medium) µπορεί να είναι µία απλή οπτική ίνα, ένας συζεύκτης παθητικού αστέρα (passive star coupler) για ένα δίκτυο εκποµπής και επιλογής (broadcast and select), ή ένα δίκτυο από οπτικούς ή ηλεκτρονικούς µεταγωγείς και οπτικές ίνες. Ο ποµπός (transmitter) αποτελείται από έναν ή περισσότερους οπτικούς ποµπούς, που µπορούν είτε να καθοριστούν σε ένα µόνο µήκος κύµατος, είτε µπορούν να ρυθµιστούν σε ένα εύρος από µήκη κύµατος. Κάθε οπτικός ποµπός αποτελείται από ένα laser και ένα διαµορφωτή laser και µπορεί επίσης να περιλαµβάνει ένα οπτικό φίλτρο για ρυθµιστικούς (tuning) σκοπούς. Εάν χρησιµοποιούνται πολλαπλοί οπτικοί ποµποί τότε χρειάζεται ένας πολυπλέκτης ή συζεύκτης για να συνδυάζει τα σήµατα από τους διαφορετικούς ποµπούς laser σε µία οπτική ίνα. Ο δέκτης αποτελείται από ένα ρυθµιζόµενο φίλτρο το οποίο ακολουθείται από έναν φωτοανιχνευτή ή έναν αποπολυπλέκτη που ακολουθείται από µία συστοιχία από φωτοανιχνευτές. Σχήµα 2: Σχηµατικό διάγραµµα ενός WDM συστήµατος µετάδοσης. Παραδείγµατα µερικών WDM ποµπών και δεκτών παρουσιάζονται στο Σχήµα 3. Οι ενισχυτές µπορεί να χρειάζονται σε διάφορες θέσεις σε όλο το δίκτυο για να διατηρήσουν την ισχύ των οπτικών σηµάτων. Σχήµα 3: οµές ποµπού και δέκτη. 20

1.5 Τα κύρια συστατικά-εξοπλισµός της τεχνολογίας WDM. Τα βασικά συστατικά-εξοπλισµός της WDM τεχνολογίας, µε βάση και τη θέση τους στο δίκτυο, είναι συνοπτικά τα ακόλουθα: Συσκευές ακτίνων laser, στην πλευρά της µετάδοσης, µε ικανότητα παραγωγής µηκών κύµατος εξαιρετικής ακρίβειας και σταθερότητας. Οπτική ίνα, στην πλευρά της σύνδεσης, που εµφανίζει χαµηλές απώλειες και υψηλή απόδοση στο αντίστοιχο φάσµα µηκών κύµατος. Επιπλέον, απαραίτητη είναι και η παρουσία οπτικών ενισχυτών (optical amplifiers) για την ενίσχυση του σήµατος και τη µεταφορά του σε µεγάλες αποστάσεις. Συσκευές φωτοανίχνευσης (photodetectors), στην πλευρά του δέκτη, και οπτικούς αποπολυπλέκτες (optical demultiplexers). Οπτικούς πολυπλέκτες ελεγχόµενης πολύπλεξης (add/drop optical multiplexers) και οπτικά στοιχεία διασύνδεσης (optical cross-connect components). Στη συνέχεια, οι προαναφερθείσες διατάξεις-συσκευές αναλύονται περαιτέρω µε στόχο την καλύτερη κατανόηση της τεχνολογίας WDM. 1.6 Οπτικές ίνες. Η οπτική ίνα αποτελείται από ένα πολύ λεπτό γυάλινο κύλινδρο (πυρήνας), µέσω του οποίου µεταφέρεται το φως. Ο πυρήνας περικλείεται από ένα οµόκεντρο επίπεδο γυαλιού (επικάλυψη), το οποίο προστατεύεται από ένα λεπτό πλαστικό περίβληµα (Σχήµα 5α). Ο πυρήνας χαρακτηρίζεται από ένα ελαφρώς µεγαλύτερο δείκτη διάθλασης σε σχέση µε την επικάλυψη. Ο λόγος των δεικτών διάθλασης καθορίζει την κριτική γωνία θc. Η λειτουργία της οπτικής ίνας στηρίζεται στην ολική εσωτερική ανάκλαση. Όταν µία ακτίνα φωτός απ τον πυρήνα πλησιάσει στην επιφάνεια µεταξύ του πυρήνα και της επικάλυψης µε γωνία µικρότερη από θc, η ακτίνα φωτός ανακλάται πλήρως στον πυρήνα (Σχήµα 5β). Σχήµα 4: α) Οπτική ίνα, β) ανάκλαση στην οπτική ίνα. 21

Εφόσον κάθε ακτίνα φωτός που προσπίπτει στην επιφάνεια µεταξύ του πυρήνα και της επικάλυψης µε γωνία µικρότερη από θc ανακλάται εσωτερικά, πολλές διαφορετικές ακτίνες φωτός στον πυρήνα θα ανακλώνται µε διαφορετικές γωνίες. Κάθε ακτίνα χαρακτηρίζεται από έναν τρόπο και η ίνα µε αυτή την ιδιότητα λέγεται πολυτροπική ίνα (Σχήµα 6α). Οι διαφορετικοί τρόποι αναγκάζουν τις ακτίνες να αλληλεπιδρούν µεταξύ τους, µε αποτέλεσµα να περιορίζεται ο µέγιστος ρυθµός από bits σε µία τέτοια ίνα. Στην περίπτωση που η διάµετρος του πυρήνα είναι πολύ µικρή, η ίνα δρα σαν κατευθυντής φωτονίων και το φως µπορεί να ταξιδέψει σε ευθεία γραµµή. Μία τέτοια ίνα καλείται µονοτροπική ίνα (Σχήµα 6β). Οι µονοτροπικές ίνες είναι πιο γρήγορες και πιο ακριβές από τις πολυτροπικές. Σχήµα 5: α) πολυτροπική ίνα β) µονοτροπική ίνα. Το σχήµα 1.6 δείχνει τις δύο περιοχές χαµηλής εξασθένησης της ίνας. Με κέντρο περίπου τα 1300 nm υπάρχει ένα εύρος 200 nm στο οποίο η εξασθένηση είναι µικρότερη από 0.5 db ανά km. Με κέντρο περίπου τα 1550 nm υπάρχει ένα εύρος περίπου ίσου µεγέθους στο οποίο η εξασθένηση είναι µικρότερη από 0.2 db ανά km. Όταν συνδυαστούν οι δύο αυτές περιοχές παρέχουν ένα θεωρητικό άνω όριο από 50THz εύρος ζώνης. Σχήµα 6: Οι περιοχές χαµηλής εξασθένησης µιας οπτικής ίνας. 22

1.7 Πηγές φωτός και Ανιχνευτές (Light Sources and Detectors). Οι πηγές φωτός και οι συσκευές φωτοανίχνευσης βρίσκονται στα αντίθετα άκρα ενός συστήµατος οπτικής εκποµπής. Οι πηγές/εκποµπείς φωτός αναλαµβάνουν τη µετατροπή των ηλεκτρικών σηµάτων σε παλµούς φωτός. Η διαδικασία αυτή επιτυγχάνεται είτε µέσω της εξωτερικής διαµόρφωσης ενός συνεχούς κύµατος φωτός, είτε µε τη χρήση κατάλληλης συσκευής που παράγει άµεσα διαµορφωµένους παλµούς φωτός. Υπάρχουν δύο γενικοί τύποι συσκευών εκποµπής φωτός, οι δίοδοι φωτοεκποµπής (LEDs) και οι δίοδοι ακτινών laser ή ηµιαγωγοί laser (laser diodes/semiconductor lasers). Οι δίοδοι φωτοεκοµπής (LEDs) αποτελούν σχετικά αργές συσκευές, κατάλληλες για εφαρµογές µε ταχύτητες χαµηλότερες από 1Gbps, ενώ εµφανίζουν ένα σχετικά ευρύ πλάτος φάσµατος. Οι διατάξεις αυτές χρησιµοποιούνται συνήθως σε επικοινωνιακές εφαρµογές πολύτροπων οπτικών ινών. Από την άλλη, οι ηµιαγωγοί laser (semiconductor lasers) διαθέτουν χαρακτηριστικά και απόδοση που τους καθιστά καταλληλότερους για εφαρµογές µονότροπης οπτικής ίνας. Στο ακόλουθο σχήµα, περιγράφονται οι γενικές αρχές τροφοδοσίας παλµών φωτός στην οπτική ίνα. Σχήµα 7: Τυπικός σχεδιασµός για την τροφοδοσία παλµών φωτός σε οπτική ίνα. Οι συσκευές φωτοανίχνευσης είναι διαθέσιµες σε δύο γενικούς τύπους, τις θετικέςεσωτερικές-αρνητικές φωτοδιόδους (PIN photodiodes) και τις φωτοδιόδους χιονοστιβάδας (APD photodiodes). Ο πρώτος τύπος, βασίζεται στην αντίστροφη αρχή λειτουργίας των LEDs, µετατρέποντας τα φωτεινά σήµατα σε ηλεκτρόνια µέσω µιας σχέσης 1:1. Ο δεύτερος τύπος διαφέρει από τον προηγούµενο στο γεγονός ότι παρέχει επιπλέον και τη διεργασία της ενίσχυσης, µέσω της µετατροπής ενός φωτονίου σε πολλά ηλεκτρόνια. Τα κύρια πλεονεκτήµατα των PIN φωτοδιόδων περιλαµβάνουν το χαµηλό κόστος και την αξιοπιστία, ενώ οι APD φωτοδίοδοι έχουν υψηλότερη ακρίβεια και ευαισθησία. 23

1.8 Οπτικοί Πολυπλέκτες/Αποπολυπλέκτες. Οι συσκευές πολύπλεξης και αποπολύπλεξης επιτρέπουν το συνδυασµό των εισερχόµενων προς µετάδοση σηµάτων (σηµείο εκποµπής) ή το διαχωρισµό του οπτικού σήµατος στα στοιχειώδη σήµατα που το απαρτίζουν (σηµείο λήψης) αντίστοιχα. Οι διαδικασίες πολύπλεξης/αποπολύπλεξης διαφοροποιούνται ελαφρώς ανάλογα µε το αν τα συστήµατα κατεύθυνσης του σήµατος είναι µονόδροµης ή αµφίδροµης κατεύθυνσης (Unidirectional/Bidirectional Systems). Το γεγονός αυτό απεικονίζεται στα ακόλουθα σχήµατα: Σχήµα 8: Πολύπλεξη/Αποπολύπλεξη σε µονόδροµο σύστηµα. Σχήµα 9: Πολύπλεξη/Αποπολύπλεξη σε αµφίδροµο σύστηµα. Όσον αφορά στις υπάρχουσες τεχνικές αποπολύπλεξης, αυτές απεικονίζονται στα παρακάτω σχήµατα. Είναι προφανές ότι οι ίδιες διατάξεις µπορούν να χρησιµοποιηθούν αντίστροφα για την πολύπλεξη πολλών µηκών κύµατος σε µια οπτική ίνα. Σχήµα 10: Αποπολύπλεξη διάθλασης πρίσµατος (Prism Refraction Demultiplexing). 24

Σχήµα 11: Κυµατοδηγός πλέγµατος περίθλασης (Waveguide Grating Diffraction). Σχήµα 12: Κυµατοδηγός πλέγµατος µήτρας (Arrayed Waveguide Grating-AWG). Σχήµα 13: Φίλτρα παρεµβολής πολλαπλών στρωµάτων (Multilayer Interference Filters). 25

1.9 Πλεονεκτήµατα της τεχνολογίας WDM. Συµπερασµατικά από όσα αναφέρθηκαν παραπάνω, η τεχνολογία πολυπλεξίας µήκους κύµατος εισάγει πολλά νέα δεδοµένα στην αξιοποίηση των οπτικών δικτύων. Ας δούµε όµως πιο συγκεκριµένα τα συγκριτικά πλεονεκτήµατα που προσφέρει.to αδιαµφισβήτητο πλεονέκτηµα της νέας τεχνολογίας, είναι η δυνατότητα για πολλαπλασιασµό του εύρους ζώνης, που παρέχεται από µια οπτική ίνα. Πραγµατικά, τα µεγέθη είναι εντυπωσιακά, τα 2.5Gbps που ήταν µέχρι τώρα το εύρος ζώνης που µπορούσε να δώσει µια εγκατάσταση οπτικής ίνας, πολλαπλασιάζεται µε έναν παράγοντα µέχρι 100, ο οποίος όµως δεν είναι στάσιµος αλλά συνεχώς αυξάνεται. Γενικά, προσφέρει αύξηση της χωρητικότητας µέσα στην οπτική ίνα, [υπάρχει διαθέσιµος εξοπλισµός που υποστηρίζει σήµερα ρυθµούς µέχρι και 1,6Tbit/s (1012bit/s)]. Επίσης, ένα ακόµα χαρακτηριστικό που κάνει την DWDM ιδιαίτερα ελκυστική για τους µεγάλους παροχείς, είναι το γεγονός ότι για την ενίσχυση του οπτικού σήµατος, προκειµένου αυτό να διανύσει αποστάσεις µεγαλύτερες από 65 70 km, δεν απαιτούνται πλέον οι κλασικές οπτικοηλεκτρονικές διατάξεις που µετατρέπουν το σήµα σε ηλεκτρικό προκειµένου να το ενισχύσουν, αλλά γίνεται χρήση του οπτικού ενισχυτή, που αναφέρθηκε προηγουµένως, ο οποίος λειτουργεί το ίδιο, ανεξάρτητα από τον αριθµό των διαφορετικών µηκών κύµατος και το bit rate που έχουν τα σήµατα. Για να γίνει περισσότερο κατανοητό το µέγεθος της οικονοµίας που γίνεται, παρατίθεται το εξής παράδειγµα. Έστω ένα οπτικό link µήκους 600 χιλιοµέτρων το οποίο αποτελείται από 8 ζευγάρια οπτικών ινών. Ένα οπτικό δίκτυο SONET/SDH για να προσφέρει το απαιτούµενο connectivity µεταξύ των δύο άκρων, θα χρειαζόταν 72 οπτικοηλεκτρονικούς ενισχυτές. Ενώ αντίστοιχα, µε χρήση της τεχνολογίας WDM στην ίδια εγκατάσταση οπτικών ινών, θα χρειαζόµασταν µόνο 4 οπτικούς ενισχυτές. Επιπλέον αυτού, χωρίς περαιτέρω αλλαγές, θα µπορούσε να γίνει αναβάθµιση του link µεταξύ των δύο άκρων, απλά κάνοντας χρήση περισσότερων καναλιών, δηλαδή περνώντας κι άλλα µήκη κύµατος από την ίδια οπτική ίνα. Τα αντίστοιχα σχήµατα φαίνονται παρακάτω. Είναι σηµαντικό να τονίσουµε, πως η οικονοµία που γίνεται δεν είναι µόνο στον αριθµό των ενισχυτών αλλά και στο γεγονός ότι δεν υπάρχει πλέον η ανάγκη για δηµιουργία των υποδοµών εκείνων, που θα ήταν απαραίτητες για την στέγαση και την τροφοδοσία των 72 ενισχυτών. Γενικά, µε τη χρήση οπτικών ενισχυτών µπορεί να επιτευχθεί σηµαντική αύξηση στην εµβέλεια του µεταδιδόµενου σήµατος. Αυτό είναι πολύ σηµαντικό στις περιπτώσεις όπου χρειάζεται να καλυφθούν µεγάλες αποστάσεις. Η χρήση της τεχνολογίας WDM προσφέρει την δυνατότητα για εύκολη αναβάθµιση της υποδοµής, αφού η δηµιουργία µιας νέας εικονικής ίνας, µπορεί να γίνει άµεσα και χωρίς ιδιαίτερο κόστος. Πέραν αυτού, η τεχνολογία είναι εντελώς διαφανής και στο bit rate αλλά και στα πρωτόκολλα που έχουν εφαρµοστεί. Υποστήριξη διαφορετικών ρυθµών µετάδοσης και τεχνολογιών για κάθε µήκος κύµατος (155Mbit/s, 622Mbit/s, 2,5Gbit/s, 10Gbit/s, ATM, IP, Gigabit Ethernet, Fibre Channel κ.τ.λ.). Η τεχνολογία WDM, προσφέρει βασικούς µηχανισµούς προστασίας της κίνησης σε περίπτωση βλάβης, όπως η αυτόµατη αναδροµολόγηση των µηκών κύµατος. Είναι δυνατή η σταδιακή ανάπτυξη του εξοπλισµού, αφού δεν είναι απαραίτητη η πλήρης ανάπτυξή του για να τεθεί σε λειτουργία. Μπορεί, για παράδειγµα, στην αρχική φάση ανάπτυξης της τεχνολογίας WDM να χρησιµοποιηθούν µόνο δύο µήκη κύµατος γιατί οι ανάγκες χωρητικότητας δεν είναι πολύ µεγάλες. Στη συνέχεια και σύµφωνα µε τις προβλεπόµενες ανάγκες σε χωρητικότητα, µπορεί να αυξάνεται ο αριθµός των µηκών κύµατος ανάλογα. 26

1.10 Arrayed Waveguide Grating (AWG). Τα παραταγµένα κιγκλιδώµατα κυµατοδηγού (AWG) χρησιµοποιούνται συνήθως ως οπτικοί πολυδιαυλωτές (de) στα πολλαπλασιασµένα (WDM) τµήµα συστήµατα µήκους κύµατος. Αυτές οι συσκευές είναι σε θέση έναν µεγάλο αριθµό µηκών κύµατος σε µια ενιαία οπτική ίνα, µε αυτόν τον τρόπο αυξάνοντας την ικανότητα µετάδοσης των οπτικών δικτύων αρκετά. Οι συσκευές είναι βασισµένες σε µια θεµελιώδη αρχή της οπτικής ότι τα φωτεινά κύµατα των διαφορετικών µηκών κύµατος παρεµποδίζουν γραµµικά το ένα το άλλο. Αυτό σηµαίνει ότι, εάν κάθε κανάλι σε ένα δίκτυο οπτικών επικοινωνιών χρησιµοποιεί το φως ενός ελαφρώς διαφορετικού µήκους κύµατος, κατόπιν το φως από έναν µεγάλο αριθµό αυτών των καναλιών µπορεί να φερθεί από µια ενιαία οπτική ίνα µε την αµελητέα λογοµαχία µεταξύ των καναλιών. Το AWGs χρησιµοποιείται για να πολλαπλασιάσει τα κανάλια διάφορων µηκών κύµατος επάνω σε µια ενιαία οπτική ίνα στο τέλος µετάδοσης και χρησιµοποιείται επίσης ως αποπολυπλέκτες για να ανακτήσει τα µεµονωµένα κανάλια των διαφορετικών µηκών κύµατος στη πλευρά αποδοχής ενός δικτύου οπτικών επικοινωνιών. Συµβατικό πυρίτιο-βασισµένο AWGs που παρουσιάζεται σχηµατικά στο ανωτέρω σχήµα, είναι επίπεδα κυκλώµατα lightwave που κατασκευάζονται από τα κατάθεση ναρκωµένα και undoped στρώµατα του πυριτίου σε ένα υπόστρωµα πυριτίου. Το AWGs αποτελείται από διάφορους συζευκτήρες εισαγωγής (1)/παραγωγή (5), µια ελεύθερου χώρου περιοχή διάδοσης (2) και (4) και οι κυµατοδηγοί κιγκλιδωµάτων (3). Το κιγκλίδωµα αποτελείται από έναν µεγάλο αριθµό κυµατοδηγών µε µια σταθερή αύξηση µήκους ( L). Το φως συνδέεται στη συσκευή µέσω µιας οπτικής ίνας (1) που συνδέεται µε το λιµένα εισαγωγής. Η ελαφριά προξένηση περίθλασης από τον κυµατοδηγό εισαγωγής στη διεπαφή συζευκτήρων/πλακών διαδίδει µέσω της ελεύθερου χώρου περιοχής (2) και φωτίζει το κιγκλίδωµα µε µια γκαουσσιανή διανοµή. Κάθε µήκος κύµατος του φωτός που συνδέεται µε τους κυµατοδηγούς κιγκλιδωµάτων (3), υποβάλλεται σε µια σταθερή αλλαγή της φάσης που αποδίδεται στη σταθερή αύξηση µήκους στους κυµατοδηγούς κιγκλιδωµάτων. Το φως που προξενείται περίθλαση από κάθε κυµατοδηγό του κιγκλιδώµατος παρεµβαίνει δηµιουργικά και παίρνει επικεντρωµένος εκ νέου στους κυµατοδηγούς παραγωγής (5), µε τη χωρική θέση, τα κανάλια παραγωγής, που είναι µήκος κύµατος εξαρτώµενο από τη µετατόπιση φάσης σειράς. Στα παρακάτω σχήµατα παρουσιάζονται δύο µορφές AWG: Σχήµα 14:Αναπαράσταση ενός Arrayed Waveguide Grating (AWG_1_N). 27

Σχήµα 15:Αναπαράσταση ενός Arrayed Waveguide Grating (AWG_M_N). 1.10.1 Μελέτη διαφωνίας στους AWG. Το ύψος της διαφωνίας εξαρτάται από τις κατασκευαστικές ατέλειες που προκαλούν σφάλµατα φάσης. Το µέγεθος το οποίο συνήθως χρησιµοποιείται για το χαρακτηρισµό των επιδόσεων του AWG από άποψη διαφωνίας είναι το µέγιστο ύψος Τmax των δευτερευόντων λοβών το οποίο όµως δεν επιδέχεται εύκολα θεωρητικής ανάλυσης. Κάποιος λοιπόν, πρέπει να καταφύγει αναγκαστικά σε υπολογισµό ενός µεγάλου µεγέθους από συναρτήσεις µεταφοράς µε τη βοήθεια υπολογιστή. Έτσι µπορεί να υπολογιστεί µε προσοµοίωση Monte Carlo την αθροιστική συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας P(Tmax x) του Tmax η οποία µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την αξιολόγηση της διαδικασίας κατασκευής του AWG δεδοµένου των κατασκευαστικών ανοχών (π.χ. οµοιογένεια δείκτη διάθλασης κτλ). Σχήµα 16: Αναπαράσταση της αθροιστικής συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας του Tmax. 28

1.10.2 Επίδραση διαφωνίας στους AWG. Η ύπαρξη των δευτερευόντων λοβών προκαλεί θόρυβο διαφωνίας από τα υπόλοιπα κανάλια του συστήµατος που αυξάνει την τιµή του στο δέκτη. Κύρια πηγή θορύβου σε ένα τέτοιο σύστηµα είναι λοιπόν η ενδοκαναλική διαφωνία (στο ίδιο µήκος κύµατος) η οποία προέρχεται από την ανάγκη επαναχρησιµοποίησης µήκους κύµατος σε ένα αµιγώς οπτικό δίκτυο. Στα πλαίσια έρευνας αναπτύχθηκε ένα µοντέλο υπολογισµού σε µία παθητική διασύνδεση N κόµβων µε χρήση δροµολογητή AWG. Σχήµα 17: Μοντέλο υπολογισµού σε µία παθητική διασύνδεση N κόµβων µε χρήση δροµολογητή AWG. 1.11 Είδη θορύβου. Ο θόρυβος παρουσιάζεται σε όλα τα συστήµατα επικοινωνίας. Τα είδη του θορύβου διακρίνονται σε δύο κατηγορίες. Στην πρώτη ανήκει ο εξωτερικός θόρυβος, ο οποίος δηµιουργείται από αιτίες που βρίσκονται εκτός συστήµατος επικοινωνίας. Στην δεύτερη κατηγορία θορύβου ανήκει ο εσωτερικός θόρυβος, ο οποίος προκαλείται από το ίδιο το µέσο. Θόρυβοι αυτής της µορφής είναι ο θερµικός θόρυβος (thermal noise), που προκύπτει από συγκρούσεις των ηλεκτρονίων του µέσου µετάδοσης, ο θόρυβος ενδοδιαµόρφωσης (inter-modulation noise), που οφείλεται στη συνύπαρξη σηµάτων διαφορετικών συχνοτήτων, όταν αυτά µοιράζονται το ίδιο µέσο µετάδοσης, καθώς και η συνακρόαση (Crosstalk), που προκαλείται, όταν δύο ξένα µεταξύ τους σήµατα συζευχθούν για κάποιο ανεξάρτητο λόγο. 29

1.11.1 Crosstalk. Το οπτικό Crosstalk αναφέρεται στην επίδραση των άλλων σηµάτων στο µεταδιδόµενο σήµα που εξετάζουµε. Σχεδόν κάθε στοιχείο ενός WDM συστήµατος δηµιουργεί Crosstalk, κυρίαρχα είναι τα φίλτρα, οι ενισχυτές, οι οπτικές ίνες, οι διασυνδέτες µηκών κύµατος (wavelength cross connect - WXC) και οι add/drop πολυπλέκτες µηκών κύµατος (wavelength add/drop multiplexer WADM) που χρησιµοποιούν ζεύγη πολυπλεκτών / αποπολυπλεκτών. Υπάρχουν τέσσερις τύποι Crosstalk που εµφανίζονται στα WDM συστήµατα το συµφασικό (interchannel) όσο και το µη συµφασικό (intrachannel) Crosstalk ο διαχωρισµός του Crosstalk συνεχίζεται µε το συνεχόµενο (Adjacent) και µη συνεχόµενο (non-adjacent). Η πρώτη περίπτωση είναι όταν το Crosstalk σήµα είναι σε ένα µήκος κύµατος αρκετά διαφορετικό από το επιθυµητό µήκος κύµατος του σήµατος και η διαφορά είναι µεγαλύτερη από το ηλεκτρονικό εύρος ζώνης του δέκτη. Στη δεύτερη περίπτωση, το σήµα του Crosstalk είναι ίδιο µε το επιθυµητό µήκος κύµατος ή πολύ κοντά σε αυτό όπου η διαφορά στα µήκη κύµατος είναι εντός στο εύρος ζώνης του δέκτη. Στην τρίτη περίπτωση του συνεχόµενου (Adjacent) η λογοµαχία καναλιών εξαρτάται από το εύρος ζώνης. Στην τέταρτη περίπτωση η λογοµαχία επηρεάζεται από τον θόρυβο. Σε ένα σχετικά αραιό δίκτυο, όπου το πλήθος των κόµβων των WXCs και WADMs δεν είναι µεγάλο, το Crosstalk µπορεί να αντιµετωπιστεί µε ένα χαµηλό κατώφλι για τον οπτικό λόγο σήµατος προς θόρυβο, χωρίς να αποτελεί σοβαρό δεσµευτικό περιορισµό. Αντιθέτως στα πυκνά δίκτυα, όπου αποτελεί δεσµευτικό περιορισµό, χρειάζεται κάθε φορά να διαδίδεται πληροφορία για το Crosstalk ανά σύνδεσµο για να εξασφαλιστεί το γεγονός ότι το συνολικό Crosstalk του µονοπατιού, που αποτελεί το άθροισµα των Crosstalks σε όλους τους αντίστοιχους συνδέσµους, βρίσκεται µέσα σε αποδεκτά όρια. Ένας άλλος τρόπος να αντιµετωπιστεί το Crosstalk χωρίς την απαίτηση διάδοσης πληροφορίας, είναι να εκτιµηθεί από το σύστηµα ο µέγιστος αριθµός WXC και WADM κόµβων για τη χειρότερη διαδροµή στο διαφανές πεδίο για ένα χαµηλό ενσωµατωµένο κατώφλι. Η προτεινόµενη αυτή λύση αναµένεται να έχει ικανοποιητικά αποτελέσµατα για WXC και WADM κόµβους µε παρόµοιο επίπεδο Crosstalk. 30

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ: Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζεται ένα οπτικό δίκτυο στο οποίο έχουν επιλεγεί τα κατάλληλα στοιχεία ώστε αυτό να ανταποκρίνεται στα πραγµατικά δεδοµένα. Τα συστήµατα µετάδοσης που θα παρουσιαστούν στα επόµενα κεφάλαια έχουν στόχο την εξέταση ενός οπτικού δικτύου αυξάνοντας τον αριθµό τον καναλιών καθώς επίσης και την αλλαγή τον παραµέτρων του. Πρωταρχικός στόχος είναι η επιλογή των στοιχείων που θα χρησιµοποιηθούν για το δίκτυο αυτό. Έτσι για την δηµιουργία του δικτύου µας έχει επιλεγεί ένας ποµπός ο οποίος αποτελείται από τα στοιχεία Pseudo Random Binary Sequence Generator, NRZ Coder, Rise Time Adjustment, Laser Rate Equations (Single Mode). ύο οπτικοί πολυδιαυλωτές (AWG) οι οποίοι βοηθούν στην µετάδοση του σήµατος. Έναν δέκτη ο οποίος αποτελείται από Photodiode, Filter Electrical και λαµβάνει µέσω οπτικής ίνας(nonlinear Dispersive Fiber(NLS)) το σήµα µετάδοσης. Σηµαντικό είναι να συµπληρωθεί σε αυτό το σηµείο η χρησιµότητα του φίλτρου (Filter Electrical) στον δέκτη. Παρακάτω παρουσιάζονται σχηµατικά η χρησιµότητα του φίλτρου καθώς και ο ποµπός και δέκτης. Σχήµα 18: Ποµπός. Σχήµα 19: έκτης. Το φίλτρο εξαλείφει πλήρως τα σήµατα πάνω από την συχνότητα αποκοπής (στο stopband), και απολύτως περνάει σήµατα κάτω από αυτό (στο passband).τα αποτελέσµατα µπορούν να γίνουν πιο εµφανή βλέποντας ένα διάγραµµα µατιού µε φίλτρο και ένα χωρίς φίλτρο. Σχήµα 20: ιάγραµµα µατιού µε χρήση φίλτρου. Σχήµα 21: ιάγραµµα µατιού χωρίς φίλτρο. Ένα σηµαντικό µέρος της έρευνας αποτελεί το διάγραµµα µατιού (Eye diagram) το οποίο είναι ένα χρήσιµο εργαλείο για την παρακολούθηση της απόδοσης ενός συστήµατος και φαίνεται παρακάτω. Όσο πιο ανοιχτό είναι το µάτι τόσο καλύτερες είναι οι επιδόσεις του συστήµατος. Το συγκεκριµένο διάγραµµα είναι πολύ ανοιχτό υποδηλώνοντας πολύ καλή 31