Wprowadzenie do sieci światłowodowych

Transkrypt

1 Wprowadzenie do sieci światłowodowych Prezentacja zawiera kopie folii omawianych na wykładzie. Niniejsze opracowanie chronione jest prawem autorskim. Wykorzystanie niekomercyjne dozwolone pod warunkiem podania źródła. Sergiusz Patela

2 Sieci światłowodowe 1. Sieci telekomunikacyjne (SDH, SONET) 2. Sieci komputerowe LAN, MAN, WAN (Ethernet, FDDI,...) 3. Sieci telewizji kablowej (dystrybucyjne, analogowe lub cyfrowe) 4. Sieci SAN (Fibre Channel) 5. Magistrale optyczne (MOST) 6. Światłowodowe systemy oświetlenia 7. Lokalne i rozległe sieci całkowicie optyczne (technologia WDM) 8. Łączność optyczna w swobodnej przestrzeni (np. IRDA) (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 2

3 Zasada działania i podstawowe pojęcia Podstawowymi pojęciami koniecznymi do opisu komunikacji w sieciach i między sieciami jest protokół (protocol) i warstwa (layer). Inne pojęcia: ramka, metoda dostępu, kodowanie. Protokół to zbiór reguł określających jak należy przygotować dane do przesłania, jak nawiązać komunikację, kontrolować przesyłanie wiadomości itd. Protokoły podlegają standaryzacji. Opis protokołu - Model odniesienia OSI (Open System Interconnection) przyjmuje warstwową strukturę protokołów. Dla komputerów połączonych w sieci "warstwy" komunikują się pomiędzy sobą (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 3

4 Model odniesienia OSI Urządzenie 1 Urządzenie 2 7. Aplikacji 6. Prezentacji 5. Sesji 4. Transportowa 3. Sieciowa 2. Łącza danych 1. Warstwa fizyczna 7. Application 6. Presentation 5. Session 4. Transport 3. Network 2. Data link 1. Physical layer (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 4

5 Model odniesienia OSI - objaśnienia Warstwa 7 - Aplikacji (zastosowań) - logowanie, poczta elektroniczna, bazy danych, polecenia systemu operacyjnego Warstwa 6 - Prezentacji - interpretacja danych, (de)kompresja, emulacja terminali. Warstwa 5 - Sesji - połączenie logiczne pomiędzy komputerami (początek, koniec, synchronizacja). Aplikacje sieciowe korzystają z usług tej warstwy. Np. NetBIOS... Warstwa 4 - Transportowa - przekazywanie danych pomiędzy połączonymi systemami. Np. TCP/IP Warstwa 3 - Sieciowa Przekazywanie danych przez sieć (lub sieci) od nadawcy do adresata. Dane warstw 1-3 przetwarzane są w porcjach zwanych pakietami Warstwa 2 - Łącza danych Dane z warstwy 3 przygotowane są do przesłania w formie ramki. Kontrola niezawodność przesyłanych danych pomiędzy węzłami sieci. (np. protokoły Ethernet, Token Ring) Warstwa 1 - Fizyczna. Transmisja danych. Okablowanie, napięcia, poziomy sygnału, kodowanie, itd. (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 5

6 Technologie sieci LAN 1. Ethernet (802.3) 2. Token Ring (802.5) 3. FDDI (Ansi X3T12, ISO-IEC 9314) 4. Fibre Channel,... (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 6

7 Warianty sieci Ethernet 10 Mb/s - różne media i formy transmisji 10Base5 - kabel koncentryczny (żółty), transmisja w paśmie podstawowym, maksymalne długość segmentów 500 m, 10 Mbit/s.Gruby Ethernet, 100 stacji, min. odległość 2.5 m. 10Base2 - kabel koncentryczny (RG58A/U) transmisja w paśmie podstawowym, maksymalna długość segmentów do 185 metrów, 10 Mbit/s. Cienki Ethernet, 30 stacji co 0.5 m (min.) 10Base-T - skręcona para przewodów (kabel symetryczny), maksymalna długość segmentów do 500 metrów; prędkość transmisji 10 Mbit/s 1Base5 - skręcona para przewodów, maksymalna długość segmentów do 500 metrów, 1 Mbit/s 10Broad36 - kabel koncentryczny (RG59/U CATV), transmisja szerokopasmowa, maksymalna długość segmentów do 3600 metrów, prędkość transmisji 10 Mbit/s 10Base-F - światłowody (w tym sieć pasywna); prędkość transmisji 10 Mbit/s (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 7

8 10BASE-FL - Ethernet na łączu światłowodowym FO - fiber optic DTI - data terminal equipment 10 Base FL Fiber Optic Repeater Hub FOMAU FOMAU FOMAU TX RX TX RX TX RX FO link to another FO hub AUI - attachment unit interface MAU - medium access unit 10Base-FL segment (2000 meter maximum) TX RX 10Base-FL FOMAU TX - transmitter RX - receiver DTI Ethernet interface 15-pin AUI connector AUI Cable Pełna izolacja galwaniczna - ważne przy łączach międzybudynkowych, 10x zwiększony zasięg (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 8

9 100Base-FX 100Mb/s Ethernet na łączu światłowodowym Class II 100Base-FX Fiber Optic Repeater Hub II TX RX TX RX TX RX FO link to another FO station or repeater hub DTE 100Base-Fx Ethernet Interface SC, ST or FDDI Fiber Optic Connector DTE - Data Terminal Equipment (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 9

10 10Base-F Możliwości stosowania różnych światłowodów Ethernet dopuszcza stosowanie różnych rodzajów światłowodów (w standardzie wymieniono 62,5/125, 50/125, 80/125, 100/140). Warunkiem podstawowym jest, że moc odbiornika zawiera się w zakresie dbm. Pasmo łącza 150MHz (1km, 850nm) Ogólne zalecenie w odniesieniu do łącza światłowodowego: 1. Pasmo łącza 150MHz 2. Tłumienie łącza 9dB (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 10

11 10Mb/s Ethernet po światłowodzie - medium transmisji Światłowodowy kabel wielomodowy (62,5/125). Dwa włókna, jedno do transmisji, drugie do przyjmowania danych. λ nm. Światłowodowe złączki ST (stnd. ISO/IEC "BFOC/2.5. ). Maksymalne całkowite straty linii 12,5 db. Otrzymywany poziom mocy rejestrowany przez MAU Segment (10Base-FL) do 2000m. Uwaga (dodatkowa opcja przewidziana normą): dla światłowodu jednomodowego zasięg 25 km. (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 11

12 100Mb/s Ethernet - medium transmisji Wielomodowy kabel światłowodowy 62,5/125 Długość odcinka do 412m - wynika z czasu obiegu pakietu (round trip timing) λ nm straty w linii <11dB dopuszczalne 3 rodzaje złączek: rekomendowana - dupleks SC, FDDI Media Interface Connector (MIC) typu M, ST Kontrola łącza (oparta na standardzie sygnalizacji ANSI FDDI) - ciągła transmisja sygnału kontrolnego, nawet przy braku ruchu w sieci. Uwag (dodatkowe opcje przewidziane normą)i: standardowy zasięg 412m przy pół-dupleksie (hd), przy ful-dupleksie (fd) zasięg 2 km. Na włóknie jednomodowym dopuszczalny zasięg 20 km. (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 12

13 Światłowodowa sieć pasywna 10Base FP MAU MDI Gniazdko naścienne Gniazdko naścienne MDI MAU Patch panel Gwiazda pasywna Segment światłowodowy (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 13

14 Zwielokrotnianie czasowe - ograniczenia Typowa magistrala dzisiaj: zwielokrotnianie czasowe na jednej długości fali. W łączu docelowym częstotliwości węzłów (1Gb/s) sumują się 1Gb/s Mb/s1Mb/s1Mb/s 1Mb/s Zwiększanie szybkości w poszczególnych kanałach wymaga zastosowania łącza o bardzo wysokiej częstotliwości. Tłumienie [db/km] 0,2 db/km 25 THz 1,5 Długość fali [µm] 1Tb/s Gb/s1Gb/s1Gb/s 1Gb/s? Tłumienie [db/km] 0,2 db/km 25 THz 1,5 Długość fali [µm] (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 14

15 WDM - rozwiązanie problemów zwielokrotniania czasowego 1Tb/s Gb/s1Gb/s1Gb/s 1Gb/s? Tłumienie [db/km] 0,2 db/km 25 THz 1,5 Długość fali [µm] (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 15

16 Współczesny system światłowodowy typu WDM Optyczne zwielokrotnianie kanałów zwiększa pojemność łącza. XMTR XMTR XMTR λ 1 λ 2 λ n O M U X OA OA OA O D M U X λ 1 λ 2 λ n Det Det Det System wielofalowy WDM: Zalety Przezroczysty dla różnych przepływności i rodzajów modulacji Jeden wzmacniacz na włóknie dla wielu kanałów Odległość między regeneratorami km Wady Akumulacja zniekształceń i szumów (dyspersja) (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 16

17 Schemat węzła sieci optycznej λ 1 λ 1, λ 2,..., λ N λ 2 λ N Nadajniki Odbiorniki (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 17

18 Przykładowa klasyfikacja sieci optycznej (sieć jednostopniowa) FT - FR, stały nadajnik - stały odbiornik TT - FR, strojony nadajnik - stały odbiornik FT - TR, stały nadajnik - stały odbiornik TT - TR, strojony nadajnik, strojony odbiornik Przykładowy opis węzła sieci: FT i TT j - RF i TR j CC - FT i TT j - FR m TR n Index dużą literą M oznacza ustaloną liczbę elementów {F - fixed T - tunable, T - transmitter R - receiver} CC - control-channel, informowanie o planowanym połączeniu i - indeks wskazuje na liczbę nadajników/odbiorników w węźle (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 18

19 Przydzielanie kanałów/transmisji (zwielokrotnianie czasowe i optyczne) 3 stacje 2 kanały Czas dzielimy na 3 sloty (przedziały) powtarzające się cyklicznie Nr. kanału t t+1 t+2 0 (1, 2) (1, 3) (2, 1) 1 (2, 3) (3, 1) (3, 2) (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 19

20 Światłowodowa magistrala transmisji danych (MOST) MOST - Media Oriented Systems Transport system opracowany z myślą o zastosowaniach motoryzacyjnych SP1 - elektronika SP2 optyka SP3 - optyka 16.5 db SP1 SP2 SP3 < 2dB < 2dB Moduł Moduł (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 20

21 Światłowodowy system oświetlenia reflektor Oœwietlacz filtr wspólny koniec œwiat³owody tuleja, oprawa soczewka lampa ko³o barwne Światłowodowy system oświetlenia zawiera trzy podstawowe elementy: Źródło światła, Oprawiony pęk światłowodów, Końcówki, na na końcu każdego światłowodu w pęku. (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 21

22 Krótko-zasięgowy systemu komunikacji optycznej w swobodnej przestrzeni Optical signal Electrical signal High speed two-axis scanner Laser and modulator Transmit optics Light output Acq. sequence and comm. data in Beam profile control Scan control Central controller Bearing electronics Switch Imaging lens Pre amplifier Light input Data format and handling Comm. electronics FPA (Bearing and comm. detector) (c) Sergiusz Patela Sieci światłowodowe 22