Sieci telekomunikacyjne Sieci optyczne: przyszłość czy teraźniejszość

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Sieci telekomunikacyjne Sieci optyczne: przyszłość czy teraźniejszość"

Dariusz Michalak
8 lat temu
Przeglądów:

1 Sieci telekomunikacyjne Sieci optyczne: przyszłość czy teraźniejszość mgr inż. Rafał Watza Katedra Telekomunikacji AGH Al. Mickiewicza 30, Kraków, Polska tel , fax

2 Plan Wprowadzenie Sieci optyczne, topologie Elementy sieci optycznych Przełącznice optyczne Komutatory optyczne Estymacja ruchu w sieci Internet Alternatywne architektury warstwowe Gwarancje jakościowe w sieciach optycznych Podsumowanie Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 2

ruchu w sieci Internet Alternatywne architektury warstwowe

3 Budowa i rodzaje światłowodów Rdzeń wewnętrzny Płaszcz zewnętrzny (inna gęstość) Grubości Światłowody jednomodowe Światłowody wielomodowe Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 3

4 Idea przesyłania sygnału elektrycznego jako fala świetlna Zamiana postaci elektrycznej sygnału na odpowiednie długości fali świetlnych (modulacja częstotliwości) Rafał Watza 4

odpowiednie długości fali świetlnych (modulacja

5 (D)WDM zwielokrotnienie Wiele różnych strumieni jest zamienianych na różne długości fali świetlnej i umieszczane we wspólnym włóknie FO Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 5

6 Szybkości w sieciach optycznych Szybkość promienia światła: ~ 3 x 10 8 m/s Szybkość transmisji danych: taka, jak strumienia warstwy wyższej. Np. SDH: 140 Mb/s, 620 Mb/s, 2.5 Gb/s, 10 Gb/s Np. ATM: 34 Mb/s, 155 Mb/s Np. IP: 10 Mb/s, 100 Mb/s, 1000 Mb/s Obowiązuje takie samo nazewnictwo jak SDH / SONET (STM-x, OC-x) Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 6

5 Gb/s, 10 Gb/s Np. ATM: 34 Mb/s, 155 Mb/s Np.

7 Stosowane topologie sieci Punkt Punkt Pierścieniowa Oczkowa Kratowa Mieszana Rafał Watza 7

8 Wyspy całkowicie optyczne OXC OXC OXC Sieci dalekodystansowe ( km) OXC OEO OXC Sieci miejskie OXC ( km, pierścień) Sieci dostępowe (1-10 km, pierścień, magistrala) OXC OXC OXC OADM OXC OADM OADM Użytkownicy Ruter LAN (0-2 km, gwiazda, magistrala) Ruter GigE GigE GigE Ruter Źródło: P. Green, IEEE Comm. Mag., Jan Rafał Watza 8

OXC OXC OXC OADM OXC OADM OADM Użytkownicy Ruter LAN (0-2 km, gwiazda, magistrala) Ruter

9 Warunki sukcesu sieci całkowicie optycznych Lepsze zrozumienie możliwych architektur Rozwój przełącznic całkowicie optycznych Zwiększenie liczby kanałów o dużych przepływnościach Nowe rodzaje światłowodów i wzmacniaczy Dłuższe drogi optyczne Tańsze technologie Source: P. Green, IEEE Comm. Mag., Jan Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 9

przepływnościach Nowe rodzaje światłowodów i wzmacniaczy Dłuższe drogi optyczne

10 Urządzenia pracujące w sieci optycznej Przełącznice OXC Konwertery OEO De/Multiplexery OADM Regeneratory Strojone filtry i lasery Przewody elektryczne Zespół MEMS wyjściowy Soczewki wyjściowe Włóknaó wyjściowe Elementy MEMS Włókna wejściowe Soczewki wejściowe Zespół MEMS wejściowy Obudowa hermetyczna Przewody elektryczne * z materiałów Lucent Technologies Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 10

wyjściowe Włóknaó wyjściowe Elementy MEMS Włókna wejściowe Soczewki wejściowe Zespół MEMS

11 Typy przełącznic optycznych O/E Rdzeń elektryczny E/O O/E/O Rdzeń optyczny O/E/O Rdzeń optyczny Rafał Watza 11

12 Możliwości przełączające przełącznic optycznych λ 1 λ 2 λ 1 λ 2 λ 1 λ 1 λ 2 λ 2 λ 3 λ 1 λ 2 λ 4 Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 12

13 Przełącznice WSXC (Wavelength Selective Crossconnect ) λ 1 λ 1 λ 1 1 D λ m M 1 1 D λ m Komutator optyczny λ 1 λ m M 1 n D λ 1 M n n D λ 1 Komutator optyczny M n λ m Nierekonfigurowalna przełącznica selektywna λ m λ m λ 1 λ m Rekonfigurowalna przełącznica selektywna D: Demultiplekser M: Multiplekser Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 13

Nierekonfigurowalna przełącznica selektywna λ m λ m λ 1 λ m Rekonfigurowalna

14 Przełącznica WIXC (Wavelength Interchanging Crossconnect ) λ 1 λ 1 λ konw. 1 D M 1 λ m λ m λ konw. Komutator optyczny λ 1 λ 1 λ konw. n D M n λ m λ m λ konw. Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 14

15 Klasyfikacja komutatorów optycznych Z komutacją w wolnej przestrzeni Falowodowe Elektromechaniczne Termo-optyczne Elektro-optyczne Z ruchomym falowodem SiO 2 Polimerowe Dielektryczne Ciekłokrystaliczne Z odchylaniem wiązki Z przecinającymi się falowodami Półprzewodnikowe Zwierciadlane Pryzmatyczne Kapilarne Pęcherzykowe Holograficzne Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 15

Dielektryczne Ciekłokrystaliczne Z odchylaniem wiązki Z przecinającymi się falowodami

16 Sprzęgacz kierunkowy Rafał Watza 16

17 Przełączniki interferometryczne Rafał Watza 17

18 Charakterystyki elementów falowodowych Straty Przeniki Liczba skrzyżowań falowodów Liczba podłoży Liczba przyłączonych światłowodów Własności ruchowe Możliwość realizacji połączeń wielopunktowych Liczba elementów komutacyjnych Liczba sterowników Rafał Watza 18

Własności ruchowe Możliwość realizacji połączeń wielopunktowych

19 Charakterystyki elementów falowodowych Wymagania napięciowe Złożoność elementów sterujących Szybkość przełączania Szerokość przenoszonego pasma Stabilność parametrów Niezawodność, łatwość testowania i utrzymania Modularność i łatwość zwiększania pojemności Łatwość produkcji wielkoseryjnej Koszt całkowity Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 19

parametrów Niezawodność, łatwość testowania i utrzymania Modularność i łatwość

20 Optyczny komutator krzyżowy Rafał Watza 20

21 Pola z diodami laserowymi Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 21

22 Komutator czasowy A B C D Bit Multiplekser Demultiplekser SK SK SK SK SK Bit Sterownik SK Bit ER ER ER ER B A D C Bit Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 22

23 Komutator czasowy z liniami opóźniającymi 1 Wejście Rozgałęźnik 2 3 Łącznik Wyjście k Sterownik Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 23

24 Komutator w wolnej przestrzeni SLM Światłowody wejściowe Światłowody wyjściowe SLM: Spatial Light Modulator Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 24

25 Przewody optyczne Wejścia Wyjścia Rozdzielacz promieni Soczewka Wyjścia Wejścia Rafał Watza 25

26 Komutacja optyczna oparta na technice MEMS MEMS: Micro-Electro-Mechanical Systems (Systemy mikroelektromechaniczne) T Systemy dwuwymiarowe T Systemy trójwymiarowe Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 26

27 Zasada działania komutatorów MEMS 2D 3D Wyjścia Wejścia Wyjścia Wejścia Rafał Watza 27

28 Komutator zwierciadłowy 2D Rafał Watza 28

29 Mechanizm podnoszenia zwierciadła w układzie MEMS Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 29

30 Komutator zwierciadłowy 3D Rafał Watza 30

31 Ruchome zwierciadło do komutatorów 3D Rafał Watza 31

32 Optyczne pole komutacyjne (Xros) Rafał Watza 32

33 Komutator pęcherzykowy Otwór wypełniający Punkt komutacyjny Rowek Falowód Podłoże Podłoże sterownika falowodowe Rafał Watza 33

34 Zasada działania komutatora pęcherzykowego Sterownik na podłożu krzemowym Światłowody Płyn o dopasowanym współczynniku załamania Światło Falowód Krzemowe podłoże falowodowe Aktywator termiczny wyłączony: brak pęcherzyka (transmisja) Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 34

35 Zasada działania komutatora pęcherzykowego, cd. Aktywator termiczny włączony: pęcherzyk (Odbicie) Rafał Watza 35

36 Komutator holograficzny Rafał Watza 36

37 Wzrost czy spadek ruchu Opinie z ubiegłego roku: internetowego? Internet growth has already begun a relentless process of slowing JP Morgan H&Q/McKinsey Internet traffic is down for the first time in history John Roth, Nortel Networks Has the Net Stopped Growing? [artykuł redakcyjny] The Industry Standard Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 37

38 Wzrost ruchu internetowego w USA /rok 4/rok Ruch całkowity Wzrost 240 Gbit/s 100 Gbit/s 10 ISPs 1 19 największych dostawców Internetu w USA 0.1 O O Źródło: Roberts et al., 2001 Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 38

39 Alternatywne architektury warstwowe W. 3 Ruter IP Ruter IP W. 2 W. 1 ATM SDH ATM 3 SDH FFR Warstwa optyczna WDM 5 Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 39

40 IP/WDM Ramkowanie typu SDH (SDL lub HDLC) Ramkowanie typu gigabitowy Ethernet Adresacja MPLS (GMPLS) Sygnalizacja RSVP Rafał Watza 40

41 Mechanizmy zapewniania jakości obsługi Usługi zintegrowane IS (Integrated Services) Protokół RSVP (Resource Reservation Protocol) Usługi zróżnicowane Diffserv (Differentiated Services) Protokół MPLS (Multiprotocol Label Switching) Rafał Watza 41

42 RSVP: procedura rezerwacji Nadajnik Żądania rezerwacji łączą się Ruter Ruter Odbiornik 1 Odbiornik 2 Odbiornik 3 Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 42

43 MPLS: Przykład R Dodaj etykietę Sieć MPLS Mapa etykiet R Mapa etykiet R R Mapa etykiet Mapa etykiet Mapa etykiet R R Usuń etykietę Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 43

44 Podsumowanie Optyczne sieci IP są uzasadnione technicznie i ekonomicznie Istnieją nadal problemy z gwarantowaniem jakości obsługi Będzie rosła rola komutacji optycznej Zasada działania sieci optycznych Opis elementów sieci optycznej Rafał Watza watza@kt.agh.edu.pl 44

45 Podsumowanie Rafał Watza 45

Podobne dokumenty

GMPLS based control plane for Optical Burst Switching Network

GMPLS based control plane for Optical Burst Switching Network Integracja płaszczyzny sterowania OBS z GMPLS Wojciech Gertz Bartosz Kois Magdalena Kandyba Iwona Korczyńska Opiekun: Dr inż. Krzysztof Wajda