Μάθημα Εναλλακτικά τηλεπικοινωνιακά δίκτυα

Μάθημα Εναλλακτικά τηλεπικοινωνιακά δίκτυα Ευρυζωνικά δίκτυα MAN και LAN Τεχνολογίες οπτικών συστημάτων Μάθημα 6o ΕΘΝΙΚΟ & ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τομέας Επικοινωνιών και Επεξεργασίας Σήματος 1 Τμήμα Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών

Περιεχόμενα Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Οπτικό επίπεδο και light paths Σύγχρονα δίκτυα SONET/SDH Τεχνικές διαμόρφωσης στα οπτικά δίκτυα Βασικές αρχές σχεδίασης οπτικών συστημάτων Ισολογισμός ισχύος Ισολογισμός διασποράς 2

Aρχιτεκτονική οπτικών δικτύων 3

ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΕΥΡΟΥΣ ΖΩΝΗΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΟΛΥΠΛΕΞΙΑΣ 4 Το εύρος ζώνης της οπτικής ίνας μπορεί να υποστηρίξει μετάδοση αρκετών Tbit/s Τα ηλεκτρονικά συστήματα δεν έχουν ταχύτητα λειτουργίας μεγαλύτερη από μερικές δεκάδες Gbit/s Τρεις είναι οι βασικές τεχνικές πολυπλεξίας που χρησιμοποιούνται: Ηλεκτρονική πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου (ETDM) Ροές δεδομένων χαμηλότερης ταχύτητας πολυπλέκονται σε ένα ταχύτερο ηλεκτρικό σήμα και διαμορφώνουν οπτικό φέρον Οπτική πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου (OTDM) Οπτική πολυπλεξία διαίρεσης μήκους κύματος (WDM) Οπτικά σήματα χαμηλότερης ταχύτητας πολυπλέκονται σε ένα ταχύτερο οπτικό σήμα.ταυτόχρονη μετάδοση δεδομένων με χρήση πολλαπλών οπτικών φερόντων

ΟΠΤΙΚΗ ΠΟΛΥΠΛΕΞΙΑ ΔΙΑΙΡΕΣΗΣ ΧΡΟΝΟΥ (OTDM) 5

ΠΟΛΥΠΛΕΞΙΑ ΔΙΑΙΡΕΣΗΣ ΜΗΚΟΥΣ ΚΥΜΑΤΟΣ (WDM) 6

ΠΟΛΥΠΛΕΞΙΑ ΔΙΑΙΡΕΣΗΣ ΜΗΚΟΥΣ ΚΥΜΑΤΟΣ (WDM) 7

8

Τεχνικές αύξησης της χωρητικότητας Per-channel bit rate H αύξηση της χωρητικότητας περνάει από την αύξηση του ρυθμού ανά μήκος κύματος 1990 2000 2010 2.5 Gb/s 10 Gb/s 40 Gb/s 100 Gb/s Trend #1 : greater capacity exponential growth, driven today by video traffic System capacity 9 Gb/s Tb/s 100 10 1 100 Research records 2.5 db/year 10 1986 1990 1994 1998 2002 2006 Year WDM channels 0.5 db/year Power Power Power 2010 Total amplifier bandwidth 50 GHz 100 GHz 50 GHz 10Gbit/s 40/100Gbit/s 40/100Gbit/s

Τεχνικές αύξησης της χωρητικότητας Φασματική απόδοση και χωρητικότητα System Evolution in metro/core terrestrial networks SE = Spectral Efficiency = Channel Bit Rate / Channel Spacing (b/s/hz) 1990s 2.5-10 Gb/s channel rate 8,16, 40 channels 20-160 Gb/s Capacity SE =.025-.05 History 2000 10 Gb/s channel rate 100 channels 1 Tb/s Capacity SE = 0.2 History 2010 100 Gb/s channel rate 100 channels 10 Tb/s Capacity 2020 1 Tb/s! channel rate 100 channels 100 Tb/s Capacity SE = 2.0 SE = 20! Τώρα Ανάγκη 10 2 10

WDM ελαστικό πλέγμα Spectral occupancy 10G 50GHz 40G 10G 40G 1569.59 1569.18 1568.77 1568.36 1531.521531.12 1530.72 1530.33, nm 40G 100G 40G 10G Παραδοσιακά δίκτυα : 50 GHz, σταθερό πλέγμα Spectral occupancy 50GHz 100G 100GHz 400G 50GHz 200G 200GHz 1T 1T Μελλοντικά δίκτυα: 50-200 GHz, ελαστικό πλέγμα 1569.59 1569.18 1568.77 1568.36 1531.521531.12 1530.72 1530.33, nm 2 11

ΕΠΙΠΛΕΟΝ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΟΛΥΠΛΕΞΙΑΣ 12

OCDM 13

Η εξέλιξη των Οπτικών Δίκτυων Δρομολόγηση Μήκους Κύματος 14

Οπτικά δίκτυα πρώτης γενιάς Η οπτική τεχνολογία χρησιμοποιείται μόνο στη μετάδοση, ως μέσο για την παροχή μεγάλου εύρους ζώνης με μικρούς ρυθμούς εμφάνισης σφαλμάτων Οι υπόλοιπες λειτουργίες του δικτύου (π.χ. μεταγωγή, δρομολόγηση, έλεγχος, διαχείριση δικτύου) γίνονται ηλεκτρονικά Βασικό πρόβλημα: Οι ταχύτητες μετάδοσης του δικτύου μειώνουν αισθητά τους χρόνους στους οποίους τα ηλεκτρονικά καλούνται να περατώσουν τις λειτουργίες (δεκάδες-εκατοντάδες ns) 15

Η αρχιτεκτονική των κόμβων 16

Μειονεκτήματα overhead 17

Οπτικά δίκτυα δεύτερης γενιάς(δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος) του overhead Μέρος των διαδικασιών δρομολόγησης, μεταγωγής, ελέγχου και διαχείρισης λαμβάνουν χώρα στο οπτικό επίπεδο Σε αυτό συμβάλουν οι ακόλουθες οπτικές διατάξεις 18

Οπτικοί διαμορφωτές Η πληροφορία μπορεί να εφαρμοστεί στο φως είτε απευθείας διαμορφώνοντας το ίδιο το laser (διαμόρφωση πλάτους μέχρι και 40 Gb/s) ή με τη χρήση εξωτερικών διαμορφωτών (φάσης, πλάτους ή και συνδυασμούς αυτών, η διαμορερφωτών απορρόφησης (ΕΑΜ) μέχρι τα 100 Gb/s) Βασικά υλικά που χρησιμοποιούνται για την εξωτερική διαμόρφωση είναι το lithium niobate ή το InGaAsP 19

WDM πολυπλέκτης αποπολυπλέκτης Οι διατάξεις MUX DEMUX στην WDM τεχνολογία υλοποιούνται με τη χρήση ειδικών διατάξεων: arrayed waveguide gratings που είναι συστοιχίες κυματοδηγών (3) και φραγμάτων περίθλασης (2,4). 20

Οπτικοί πολυπλέκτες προσθήκης απομάστευσης (Optical add drop multiplexers) Ένας OADM έχει το ρόλο να απομαστεύσει (drop) ένα ή περισσότερα μήκη κύματος που καταλήγουν στο δικό του δικτυακό κόμβο και να εισάγει (add) νέα σήματα στα ίδια μήκη κύματος με προορισμό επόμενους κόμβους του δικτύου. Τα υπόλοιπα μήκη κύματος μετάγονται χωρίς να μετατραπούν (switch through). 21

OADMs 22

optical cross connects Ι Λειτουργία του OXC Μετάγει οπτικά τα εισερχόμενα μήκη κύματος των ινών εισόδου στα εξερχόμενα μήκη κύματος των ινών εξόδου. Για παράδειγμα μπορεί να μετάγει ένα εισερχόμενο μήκος κύματος λi της ίνας εισόδου k στο εξερχόμενο μήκος κύματος λi της ίνας εξόδου m. 23 2 23

optical cross connects ΙΙ Χρήση μετατροπέων μήκους κύματος ΟxC με μετατροπεα μήκους κύματος, μπορεί να μετάγει το οπτικό σήμα του εισερχόμενου μήκους κύματος λi της ίνας k σε άλλο μήκος κύματος λj της ίνας εξόδου m. Η μετατροπή από λi σε λj είναι επιβεβλημένη όταν το μήκος κύματος λi της ίνας εξόδου m είναι ήδη σε χρήση. Οι μετατροπείς είναι αμιγώς οπτικά στοιχεία και έχουν τη δυνατότητα μετατροπής ενός μήκους κύματος ή ακόμα και μιας ομάδας μηκών κύματος για την αποφυγή συγκρούσεων. 24 2 24

OXCs 25

Τεχνολογίες OXCs 26

ΟΑDM -ΟΧC 27

ΟΠΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ 28

δομικά στοιχεία2 ης γενιας WDM (σύνοψη) Τερματισμοί οπτικής γραμμής (optical line terminals- OLTs) Χρησιμοποιούνται στα άκρα μιας WDM σύνδεσης για να πολυπλέκουν πολλά μήκη κύματος σε μία οπτική ίνα στο άκροαφετηρία Αντιστρόφως αποπολυπλέκουν τα μήκη κύματος σε πολλές ίνες στο άκρο-προορισμό Οπτικοί πολυπλέκτες προσθήκης/απομάστευσης (optical add/drop multiplexers-oadms) Χρησιμοποιούνται από ενδιάμεσους κόμβους για να απομαστεύσουν κάποια από τα μήκη κύματος μιας ενδιάμεσης ζεύξης και να προσθέσουν νέα μήκη κύματος που προέρχονται από τον ενδιάμεσο κόμβο Συνήθως έχουν δύο θύρες που συνδέονται στο οπτικό δίκτυο και αριθμό τοπικών θυρών στις οποίες προστίθενται ή απομαστεύονται μήκη κύματος Οπτικές διασυνδέσεις (optical cross connects-oxcs) Επιτελούν παρόμοια λειτουργία με τους OADMs, αλλά συνήθως έχουν κατά πολύ μεγαλύτερο αριθμό θυρών που συνδέονται στο οπτικό δίκτυο 29

δομικά στοιχεία2 ης γενιας WDM (σύνοψη) ADM Add/drop mux Προσθαφαίρεση ενός ή περισσότερων καναλιών Απαραίτητος για την αξιοποίηση των μηκών κύματος Star coupler ΜxN συνδυάζει Μ εισόδους και τις ισοκατανέμει σε Ν εξόδους Wavelength Router star coupler +MUX/DEMUX Στατική διάταξη Οπτικός διασυνδετής OXC μη στατικός wavelength router 30

Δομή οπτικών δικτύων δεύτερης γενιάς Τα οπτικά δίκτυα δεύτερης γενιάς παρέχουν ζεύξεις που καλούνται οπτικά μονοπάτια (light paths) στους χρήστες τους Περισσότερα του ενός οπτικά μονοπάτια πολυπλέκονται πάνω από μία οπτική ίνα με την τεχνολογία πολυπλεξίας WDM 31

Wavelength-Routed (wide-area) Optical Networks Το προβλημα: εύρεση λ κατά μήκος ενός lightpath (Routing and Wavelength Assignment-RWA) για δεδομενη κατάσταση δικτύου 32

Κλασσική διαστρωμάτωση -OSI Φυσικό Επίπεδο: Παρέχει τη φυσική σύνδεση με συγκεκριμένο εύρος ζώνης μεταξύ δυο τερματικών Επίπεδο Ζεύξης Δεδομένων: Παρέχει την αξιόπιστη μετάδοση δεδομένων πάνω από το φυσικό επίπεδο. Επιτελεί λειτουργίες όπως η πολυπλεξία και η αποπολυπλεξία συνδέσεων, η διαίρεση της εισερχόμενης πληροφορίας σε πλαίσια (frames) και η διόρθωση σφαλμάτων. Στο επίπεδο ζεύξης δεδομένων συμπεριλαμβάνεται το υπο-επίπεδο προσπέλασης μέσου (media access control - MAC),για δίκτυα διαμοιρασμένου μέσου, όπως τοπικά δίκτυα Ethernet. Επίπεδο Δικτύου: Το επίπεδο δικτύου δημιουργεί συνδέσεις μεταξύ τερματικώνδικτυακών συσκευών. Βασική λειτουργία του επιπέδου αποτελεί η δρομολόγηση πακέτων, η οποία γίνεται είτε με υλοποίηση ιδεατών κυκλωμάτων (virtual circuits-vcs), είτε με δρομολόγηση ανεξάρτητων πακέτων (datagrams). Επίπεδο Μεταφοράς: Το επίπεδο μεταφοράς υλοποιεί την άνευ λαθών, και σε σωστή σειρά μεταφορά πακέτων από άκρο σε άκρο 33 Επίπεδο συνόδου επίπεδο παρουσίασης επίπεδο Εφαρμογών

34

Οπτικό επίπεδο Η κλασσική διαστρωμάτωση του OSI δεν λαμβάνει υπ όψιν τις δυνατότητες πολυπλεξίας και δρομολόγησης που παρέχονται από τα οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Το οπτικό επίπεδο παρέχει υπηρεσίες σε ανώτερα επίπεδα (π.χ. SDH, IP και ATM) Λειτουργίες του οπτικού επιπέδου Παρέχει οπτικά μονοπάτια μόνιμα ή κατ απαίτηση Πολυπλέκει πολλά οπτικά μονοπάτια σε μία ίνα και επιτρέπει την απομάστευση οπτικών μονοπατιών στους κόμβους του δικτύου Μελλοντικά αναμένεται ότι θα παρέχει ιδεατά κυκλώματα για μεταγωγή πακέτου ή υπηρεσίες αυτοδύναμων πακέτων 35

Οπτικό επίπεδο Το οπτικό επίπεδο αποτελεί επίπεδο παροχής υπηρεσιών σε ανώτερα επίπεδα, όπως για παράδειγμα το IP, ΑΤΜ, SDH, ακόμα και Gigabit Ethernet Στην παρούσα φάση, το οπτικό επίπεδο παρέχει οπτικά μονοπάτια (μόνιμα ή κατ απαίτηση), ενώ μελλοντικά αναμένεται ότι θα παρέχει ιδεατά κυκλώματα για μεταγωγή πακέτου ή υπηρεσίες αυτοδύναμων πακέτων 36 Επιπλέον, το οπτικό επίπεδο πολυπλέκει τα οπτικά μονοπάτια σε μία ίνα και επιτρέπει την απομάστευση οπτικών μονοπατιών στους κόμβους του δικτύου.

Δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Τα δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο στα δίκτυα κορμού, και έχουν πλέον παγιωθεί στα δίκτυα εθνικής και παγκόσμιας κάλυψης Οι πελάτες ενός τέτοιου δικτύου συνδέονται στο δίκτυο μέσω των συσκευών μεταγωγής και της εγκατάστασης εικονικών συνδέσεων, ή lightpaths Ένα lightpath μπορεί να διατρέχει ένα μεγάλο αριθμό οπτικών ινών ή «συνδέσμων» παρέχοντας ένα εικονικό κύκλωμα ανάμεσα στους κόμβους πηγής και προορισμού Σε ένα δίκτυο, λόγω διαφόρων περιορισμών (π.χ. στον αριθμό μηκών κύματος σε κάθε οπτική ίνα, καθώς κα στον αριθμό των transceivers που διαθέτουν οι κόμβοι) δεν είναι εφικτό να διασυνδεθούν με lightpaths όλα τα ζεύγη κόμβων 37

Δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Η τεχνολογία της δρομολόγησης μήκους κύματος έχει το σημαντικό πλεονέκτημα ότι απαλλάσσει τους κόμβους κορμού του δικτύου από την επιβάρυνση που προκαλεί ο τερματισμός και η επεξεργασία της διερχόμενης κίνησης Τα WDM δίκτυα που βασίζονται σε αυτή την τεχνολογία, αποτελούνται από (OXCs) που βρίσκονται σε κάθε κόμβο του δικτύου, και μετάγουν την κίνηση στο οπτικό πεδίο από την πηγή μέχρι τον προορισμό. Τα OXCs καθώς και το σύνολο των οπτικών ινών που τα διασυνδέουν, αποτελούν τη φυσική τοπολογία του δικτύου 38

Δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος 39 Ρυθμίζοντας κατάλληλα τα ΟΧCs, μπορούν να δημιουργηθούν σε ένα δίκτυο πλήρως οπτικά μονοπάτια (lightpaths) ανάμεσα σε ζεύγη κόμβων του δικτύου, των οποίων το οπτικό σήμα δεν υφίσταται καμία μετατροπή στο ηλεκτρονικό πεδίο στους ενδιάμεσους κόμβους Το σύνολο των οπτικών μονοπατιών που εγκαθίστανται πάνω στη φυσική τοπολογία του δικτύου σχηματίζει την «ιδεατή τοπολογία» Αυτή μπορεί να θεωρηθεί σαν ένα οπτικό επίπεδο ανάμεσα στο φυσικό επίπεδο και τα ανώτερα επίπεδα του δικτύου Μάλιστα, στην ίδια φυσική τοπολογία ενός δικτύου μπορούν να δημιουργηθούν ένα σύνολο από διαφορετικές ιδεατές τοπολογίες

φυσική και ιδεατή τοπολογία δικτύου φυσική τοπολογία δικτύου ιδεατή τοπολογία δικτύου 40 Μια ιδεατή τοπολογία λέγεται «hop boundlimited» αν υπάρχει περιορισμός στον μέγιστο αριθμό από hops που μπορεί να διανύσει κάθε lightpath. Επίσης, λέγεται «wavelength limited» αν υπάρχει περιορισμός στον αριθμό των μηκών κύματος που μπορούν να χρησιμοποιηθούν κατά την εγκατάσταση ιδεατών κυκλωμάτων

Πρόβλημα σχεδιασμού ιδεατής τοπολογίας 41 Προκειμένου να επιτευχθεί βέλτιστη απόδοση σε ένα WDM δίκτυο, θα ήταν επιθυμητό να δημιουργηθούν lightpaths ανάμεσα σε όλα τα ζεύγη κόμβων του δικτύου Αυτό όμως δεν είναι πάντα εφικτό, λόγω περιορισμών στους πόρους του δικτύου. Τέτοιοι περιορισμοί αφορούν τον αριθμό των διαφορετικών μηκών κύματος που είναι διαθέσιμα σε κάθε οπτική ίνα, τον αριθμό των πομποδεκτών σε κάθε διεπαφή εισόδου/εξόδου, καθώς και την ικανότητα ηλεκτρονικής επεξεργασίας των κόμβων

Πρόβλημα σχεδιασμού ιδεατής τοπολογίας 42

σχεδιασμος της ιδεατής τοπολογίας H σχεδίαση γίνεται με βήματα: (1) ο σχεδιασμός της τοπολογίας (2) η δρομολόγηση των lightpaths (3) η ανάθεση ενός μηκους κύματος σε κάθε lightpath (4) η δρομολόγηση της κίνησης στα lightpaths Τονίζεται ότι δεν υπάρχει μοναδική ή βέλτιστη λύση 43

Ανάλυση των βημάτων σχεδίασης Σχεδιασμός Τοπολογίας Περιλαμβάνει τον καθορισμό των lightpaths που θα δημιουργηθούν στην φυσική τοπολογία, όσον αφορά τα ζεύγη των κόμβων που θα διασυνδεθούν με lightpaths πρέπει να ληφθούν υπ όψιν οι συνθήκες κίνησης του δικτύου και οι περιορισμοί στους πόρους του δικτύου, π.χ. ο διαθέσιμος αριθμός μηκών κύματος και ο αριθμός των πομποδεκτών σε κάθε κόμβο 44

45 Δρομολόγηση των lightpaths: Περιλαμβάνει τον καθορισμό της φυσικής διαδρομής που θα ακολουθήσει το κάθε lightpath, η οποία αποτελείται από μια ακολουθία οπτικών ινών. Θα πρέπει να ληφθούν υπ όψιν περιορισμοί στον μέγιστο αριθμό hops, ή στη μέγιστη επιτρεπόμενη καθυστέρηση διάδοσης Ανάθεση μηκών κύματος: γίνεται ανάθεση ενός μήκους κύματος σε κάθε lightpath. πρέπει να ληφθεί υπ όψιν ο μέγιστος διαθέσιμος αριθμός μηκών κύματος σε κάθε οπτική ίνα Δρομολόγηση Κίνησης: Τέλος, η κίνηση του δικτύου θα πρέπει να δρομολογηθεί πάνω από την ιδεατή τοπολογία, ή αλλιώς πάνω από τα εγκατεστημένα lightpaths

παράδειγμα φυσική τοπολογία δικτύου ιδεατή τοπολογία δικτύου δρομολόγηση και ανάθεση μήκους κύματος 46

Δρομολόγηση κίνησης 47

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος traffic grooming Εγκατεστημένα lightpaths: OXC 1 to OXC 3 OXC 3 to OXC 4 Χωρητικότητα ανά μήκος κύματος: 2.488 Gbps (OC 48/STM 16) 16 sub rate units of 155 Mbps (OC3/STM 1) 48 3 48

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος traffic grooming Ένας χρήστης που συνδέεται στον OXC 1 και θέλει να μεταδώσει δεδομένα σε ένα χρήστη που συνδέεται στον OXC 3, μπορεί να ζητήσει οποιοδήποτε ακέραιο αριθμό OC 3/STM 1 μέχρι 16 το σύνολο. Επιπλέον lightpaths μπορούν να εγκατασταθούν μεταξύ των OXCs 1 και 3, αν η κίνηση μεταξύ τους ξεπεράσει τα 2.488 Gbps. Ας υποθέσουμε ένα χρήστη που συνδέεται στο OXC 1 που ζητάει μία σύνδεση με ένα χρήστη που συνδέεται στο OXC 4 για τέσσερα sub rate units. Σε αυτή την περίπτωση ένα νέο lightpath πρέπει να εγκατασταθεί μεταξύ OXCs 1 και 4, π.χ. πάνω από OXCs 6 και 5. 49 3 49

Υπενθυμίζεται ότι Μεταγωγή κυκλώματος Το άθροισμα από τα εύρη ζώνης που παρέχονται σε κάθε σύνδεση πρέπει να είναι μικρότερο από το συνολικό διαθέσιμο Εγγυημένο και σταθερό εύρος ζώνης σε κάθε σύνδεση Δεν υπάρχει η δυνατότητα διαχείρισης εκρηκτικής (bursty) κίνησης Μεταγωγή πακέτου Η κίνηση κάθε σύνδεσης μεταφέρεται από πακέτα Τα πακέτα μιας σύνδεσης πολυπλέκονται μαζί με πακέτα από τις υπόλοιπες συνδέσεις (στατιστική πολυπλεξία) Αποδοτική αξιοποίηση του διαθέσιμου εύρους ζώνης 50

Οπτικά δίκτυα μεταγωγής πακέτου 51

Διαφανή δίκτυα Η διαφάνεια (ως προς π.χ. πρωτόκολλα και ρυθμούς μετάδοσης) αποτελεί ιδιαιτέρως επιθυμητό χαρακτηριστικό του τηλεπικοινωνιακού δικτύου καθώς Οι υπηρεσίες παρέχονται πάνω από κοινή τηλεπικοινωνιακή υποδομή Παρέχει τη δυνατότητα της μελλοντικής λειτουργίας του δικτύου ακόμα και αν αλλάξουν τα πρωτόκολλα ή οι ρυθμοί μετάδοσης, χωρίς να είναι αναγκαία η ριζική αναβάθμιση του Τα οπτικά δίκτυα δεύτερης γενιάς είναι διαφανή ως προς τα μεταφερόμενα δεδομένα (σε κάθε οπτικό μονοπάτι καθορίζεται ο μέγιστος και ελάχιστος ρυθμός μετάδοσης, και η μεταφορά δεδομένων γίνεται ανεξάρτητα από τα επιλεγόμενα πρωτόκολλα) Αμιγώς οπτικά δίκτυα: τα δεδομένα μεταφέρονται χωρίς να υπόκεινται σε ηλεκτρο-οπτικές μετατροπές Η ηλεκτρο-οπτική μετατροπή απαιτείται για την αναγέννηση του οπτικού σήματος τον έλεγχο και την διαχείριση του δικτύου 52 ΟΠΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 3 ης ΓΕΝΙΑΣ

Οπτικά δίκτυα 3 ης γενιας 53

Tο μέλλον: all optical 54

Οπτικά δίκτυα long haul (Ι) Χρησιμοποιούν την οπτική ίνα σαν μέσο μετάδοσης Η μεταγωγή, δρομολόγηση επεξεργασία γίνονται ηλεκτρονικά Οπτικά δίκτυα 1ης γενιάς Αναγκαία η ύπαρξη πρωτοκόλλων για τη μετάδοση όλο και υψηλότερων ρυθμών R b Εξασφάλιση συνεργασίας με οπτικά δίκτυα 2ης γενιάς Τα οπτικά δίκτυα 1ης είναι αυτά που χρησιμοποιούνται σήμερα 55

Σύγχρονα δίκτυα SONET/SDH Ανάπτυξη του προτύπου (πρωτοκόλου) SONET (US) και του πανομοιότυπου SDH (EU). Όλα τα μεταδιδόμενα σήματα στο δίκτυο συγχρονίζονται σύμφωνα με ένα Master clock Απλοί MUX/DEMUX Οι ρυθμοί μετάδοσης είναι ακέραια πολλαπλάσια του βασικού ρυθμού ΟC1=51.84 Mbps ή του STM1=155.5Mbps (EU) Δεν υπάρχει ανώτατο όριο στο ρυθμό σηματοδοσίας Εύκολη διαχείριση, αποκατάσταση δικτύου (<60ms) Καθορισμός των τύπων των δομικών στοιχείων του δικτύου των αρχιτεκτονικών των λειτουργιών που εκτελεί κάθε κόμβος 56

Ρυθμοί Μετάδοσης SONET/SDH rates: - OC1 51.84 Mb/s (STS1) OC-3, STM-1: 155.52 Mb/s OC-12, STM-4: 622.08 Mb/s OC-48, STM-16: 2488.32 Mb/s OC-192, STM-64: 9953.28 Mb/s Datacom rates (LAN): FDDI: 125 (100) Mb/s Fibre Channel: 266-1063 Mb/s Ethernet: 10 or 100 Mb/s G-Ethernet: 1250 Mb/s PDH: North America: DS1: 1,544 Mb/s DS2: 6,312 Mb/s - DS3: 44,736 Mb/s DS4: 139,264 Mb/s Europe: E1 2,048 Mb/s E2: 8,448 Mb/s E3: 34,368 Mb/s E4: 139,264 Mb/s 57

Τοπολογίες Βασική Δομή ενός οπτικού δικτύου 1ης γενιάς δακτυλίου((χρησιμοποιείται και στα δίκτυα κορμού και στα δίκτυα πρόσβασης) αρτηρίας Δυο ζεύγη οπτικών ινών συνδέουν κάθε κόμβο(ένα ζεύγος προστασίαςαποκατάστασης restoration και ένα ζεύγος λειτουργίας) 100% αποκατάσταση για ένα σφάλμα Κόμβοι Digital cross-connects (DXC) Add/drop multiplexers (ADM) 58

Δομή οπτικού δικτύου 1ης γενιάς Ψηφιακοί διασταυρωτήρες (DCS ή DXC) Διαχείριση Δρομολόγηση Πολυπλεξία ΟΕ/ΕΟ ADM Add/drop multiplexers Προσθαφαίρεση ενός ή περισσότερων low speed streams σε high speed stream (DS1, E1 STM1) 59 1 μήκος κύματος H επεξεργασία γίνεται με ΟΕ/ΕΟ μετατροπές Ρυθμός μετάδοσης < 2.5 Gbps [OC48-STM16]

Core Network Characteristics 60 Carriers: National ISPs, National PTTs Services: Interconnect ISPs/ILECs/CLECs/corporations, incumbent local exchange carrier competitive local exchange carrier Geographic Span: Over 500 km Economic Sensitivities: cost of regeneration/amplification, fiber/cable build out, long haul physical impairments Less sensitive to cost of terminal equipment, network operations Traffic Characteristics: highly aggregated circuit traffic (IXCs) and packet/cell traffic (ISPs) Signal Rates/Formats: 2.5G, 10G, 40G and carried in SONET/SDH Emerging formats: Ethernet formats QoS: highest performance levels - BER, packet loss, delay, protection/restoration Critical choices: minimize cost per bit, transparency vs opaque, core switching vs core hybrid routing/switching Emerging Technologies: Ultra Dense WDM, L and S-band transport, intelligent OXCs, transparent photonic cross connects

Υπενθυμιζεται... The most used layer protocols over fibre today are SONET/SDH (physical) ATM, and Ethernet (datalink) The protocols carry Internet protocol (IP) packets and the data of traditional voice and mobile networks. Of these three protocols: ATM is in the process of being replaced by networks based mostly on Gigabit and 10 Gigabit Ethernet (Packet over SONET/SDH) SONET/SDH-networks will stay around for a while because of their use in long-haul networking. 61

Το WDM Hub 62 The hub (in the transmit direction) receives a variety of traffic types (TCP/IP, ATM, STM, etc.). Each type is launched into the fiber on a separate wavelength

ITU T. G.709 Optical Transport Network Όπως είδαμε η πληροφορία μεταδίδεται τυπικά πάνω από ένα μήκος κύματος χρησιμοποιώντας SONET/SDH framing και Ethernet framing. Πλέον ένα νέο πρότυπο κυριαρχεί, το λεγόμενο ITU T G.709 πρότυπο για το οπτικό δίκτυα μεταφοράς (optical transport network, OTN), αλλιώς γνωστό και ως «digital wrapper» Το πρότυπο επιτρέπει τη μετάδοση διαφόρων τύπων κίνησης όπως IP packets και Gb Ethernet frames με τη χρήση του GFP ATM cells SONET/SDH σύγχρονα δεδομένα.

64

Ρόλος του ΟΤΝ 65 Ο ρόλος του OTN είναι να προσθέτει λειτουργίες διαχείρισης, συντήρησης και πρόβλεψης (administration, maintenance, and provisioning (OAM&P) ) στα οπτικά φέροντα του DWDM. To OTN ή digital wrapper είναι μία μέθοδος ενθυλάκωσης ενός υπάρχοντος πλαισίου δεδομένων ανεξαρτήτως του αρχικού πρωτοκόλλου για τη δημιουργία μίας οπτικής μονάδας δεδομένων (optical data unit (ODU)), παρόμοιας λογικής με αυτή του SDH/SONET, αλλά στη βάση του μήκους κύματος. Ο digital wrapper, είναι ευέλικτος ως προς το μέγεθος του frame, και επιτρέπει το πακετάρισμα (wrapping) πολλαπλών frames σε μία οντότητα που γίνεται αντικείμενο διαχείρισης με ένα μικρό μέγεθος overhead σε ένα σύστημα DWDM. Κομβικό στοιχείο του digital wrapper είναι ο Reed Solomon forward error correction (FEC) μηχανισμός που βελτιώνει το BER σε θορυβώδεις ζεύξεις. Digital wrappers ορίζονται για 2.5, 10, 40 and 100Gbps SDH/SONET συστήματα. Τα line rates ορίζονται ως optical transport units (OTUs) 3 65

Ιδιότητες του ΟΤΝ 66 H τεχνολογία DWDM δίνει τη δυνατότητα μη επεμβατικής (non intrusive) διαχείρισης και παρακολούθησης κάθε οπτικού καναλιού που ανατίθεται σε κάθε μήκος κύματος. Το wrapped overhead (OH) επιτρέπει τη διαχείριση της πληροφορίας του client σήματος. Επιτρέπει διαφάνεια στο πρωτόκολλο που βρίσκεται από πάνω Backward compatibility για υπάρχοντα πρωτόκολλα (SDH/ SONET) Τη χρήση του FEC για επέκταση των οπτικών μονοπατιών και άρα μείωση των 3R αναγεννητών και μέσω των ευέλικτων οπτικών δικτύων Μειώνει την πολυπλοκότητα του δικτύου μείωση του κόστους. 3 66

ΟΤΝ 67

Δομή οπτικής ζεύξης 68 Πομπός: Σύστημα παραγωγής οπτικών σημάτων από ηλεκτρικά δεδομένα. Πολυπλέκτης (MUX): Οπτικό στοιχείο πολυπλεξίας μήκους κύματος (συχνότητας). Οπτική ίνα: Μέσο μετάδοσης Ενισχυτές: Οπτικά στοιχεία αντιστάθμισης απωλειών μετάδοσης. Απολυπλέκτης (DEMUX): Οπτικό στοιχείο απόπολυπλεξίας μήκους κύματος. Δέκτης: Σύστημα αναπαραγωγής των ηλεκτρικών δεδομένων

Τεχνικές διαμόρφωσης 69

Τεχνικές διαμόρφωσης 70

Μέθοδοι διαμόρφωσης 71

72

εξασθένιση 73

Ισολόγισμός Ισχύος Ο ισολογισμός ισχύος διασφαλίζει ότι επαρκής ισχύς θα φθάσει στο δέκτη της οπτικής ζεύξης Η συνολικά μεταδιδόμενη ισχύς στον πομπό θα πρέπει να υπερβαίνει την ευαισθησία στο δέκτη, μείον τις απώλειες μετάδοσης, μείον ένα επιπλέον περιθώριο λειτουργίας (system margin) ίσο με 6-8 db 74

πομπός 75

Δέκτης 76

ενισχυτές 77

78

Ενισχυτές EDFA 79

Διάταξη ΕDFA 80

Διασπορά 81

82

B =Rb 83

Χρωματική διασπορά Return to zero διαμόρφωση B =2Rb D 2 c 2 2 84