Sieci optoelektroniczne



Podobne dokumenty
Przełączniki światłowodowe

Sieci telekomunikacyjne Sieci optyczne: przyszłość czy teraźniejszość

GMPLS based control plane for Optical Burst Switching Network

Sieci optoelektroniczne

Wzmacniacze optyczne

Światłowodowy multiplekser styków RS-232, RS-485, RS-422

Systemy i sieci GMPLS. Wprowadzenie do GMPLS. Krzysztof Wajda. Katedra Telekomunikacji AGH Czerwiec, 2018

Wzmacniacze optyczne ZARYS PODSTAW

Światłowodowy multiplekser styków RS-232, RS-485, RS-422

Wprowadzenie do światłowodowych systemów WDM

Mosty przełączniki. zasady pracy pętle mostowe STP. Domeny kolizyjne, a rozgłoszeniowe

Systemy Teletransmisji I Transmisji Danych cz.3

Podstawy Informatyki. Inżynieria Ciepła, I rok. Wykład 13 Topologie sieci i urządzenia

Sieci WDM. Wavelength Division Multiplexing Dense Wavelength Division Multiplexing

Charakterystyka podstawowych protokołów rutingu zewnętrznego 152 Pytania kontrolne 153

Wykład II. Administrowanie szkolną siecią komputerową. dr Artur Bartoszewski

Postawy sprzętowe budowania sieci światłowodowych

Media sieciowe. Omówimy tutaj podstawowe media sieciowe i sposoby ich łączenia z różnymi urządzeniami sieciowymi. Kabel koncentryczny

Podstawy systemu okablowania strukturalnego

Rozwój optycznych torów transmisji danych WDM/DWDM WDM Multiplexing MPLambaS

Budowa efektywnej sieci xwdm

Systemy transportowe nowej generacji: 100Gb/s Coherent w sieciach GMPLS ROADM. Marek Pawelec Alcatel - Lucent

Światłowody. Telekomunikacja światłowodowa

Systemy i Sieci Radiowe

Sieci komputerowe - Urządzenia w sieciach

ZiMSK. VLAN, trunk, intervlan-routing 1

Obecna definicja sieci szerokopasmowych dotyczy transmisji cyfrowej o szybkości powyżej 2,048 Mb/s (E1) stosowanej w sieciach rozległych.

Rodzaje, budowa i funkcje urządzeń sieciowych

Przetwarzanie równoległesprzęt. Rafał Walkowiak Wybór

PODSTAWOWE PODZIAŁY SIECI KOMPUTEROWYCH

Transmisja w sieciach xwdm

Wprowadzenie do optyki nieliniowej

Parametry i technologia światłowodowego systemu CTV

Urządzenia aktywne. Bridge i konwertery mediów. Optyczne platformy transportowe cwdm/dwdm Konwertery przemysłowe

Akademickie Centrum Informatyki PS. Wydział Informatyki PS

IPoDWDM nowe alternatywy dla sieci OTN i SDH DWDM

ZASTOSOWANIE ZJAWISKA CAŁKOWITEGO WEWNĘTRZNEGO ODBICIA W ŚWIATŁOWODACH

Dwa lub więcej komputerów połączonych ze sobą z określonymi zasadami komunikacji (protokołem komunikacyjnym).

coaxdata Coaxdata Homeplug i Coaxdata Gigabit 200 Mbps 700 Mbps

Planowanie sieci komputerowej. mgr inż. Krzysztof Szałajko

Rywalizacja w sieci cd. Protokoły komunikacyjne. Model ISO. Protokoły komunikacyjne (cd.) Struktura komunikatu. Przesyłanie między warstwami

Sieci komputerowe. Dr inż. Robert Banasiak. Sieci Komputerowe 2010/2011 Studia niestacjonarne

Sieci komputerowe. Wykład 10: Urządzenia sieciowe. Routery

TECHNOLOGIA W PRAKTYCE

MASKI SIECIOWE W IPv4

Urządzenia sieciowe. Tutorial 1 Topologie sieci. Definicja sieci i rodzaje topologii

MiCOM P591, P593, P594 & P595

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2013/2014

Przyszłość infrastruktury HFC VECTOR

PBS. Wykład Zabezpieczenie przełączników i dostępu do sieci LAN

OPTOTELEKOMUNIKACJA. dr inż. Piotr Stępczak 1

pasywne elementy optyczne

Sterowanie ruchem w sieciach szkieletowych

Media transmisyjne w sieciach komputerowych


Sieci optoelektroniczne

STRUKTURA OGÓLNA SIECI LAN

Projektowanie sieci lokalnej (wg. Cisco)

Warstwy i funkcje modelu ISO/OSI

Dr Michał Tanaś(

SIECI KOMPUTEROWE. Podstawowe wiadomości

VI. Elementy techniki, lasery

komputerowych Dariusz CHAŁADYNIAK informatyka+

Kurs Ethernet przemysłowy konfiguracja i diagnostyka. Spis treści. Dzień 1/2

KONWERTER RS-422 TR-43

Sprawozdanie z laboratorium Nowoczesne Sieci Komputerowe

Łącza WAN. Piotr Steć. 28 listopada 2002 roku. Rodzaje Łącz Linie Telefoniczne DSL Modemy kablowe Łącza Satelitarne

Problemy rozwoju Internetu kwantowego

Dyspersja światłowodów Kompensacja i pomiary

Systemy GEPON oraz EoC. Jerzy Szczęsny

RSMUX3-FO. RSMUX3-FO Światłowodowy multiplekser styków RS-232/485/422 Zasilanie 220V DC, 230V AC. Parametry

Z A P Y T A N I E O F E R T O W E

Sieci WAN. Mgr Joanna Baran

Bandwidth on Demand - wyzwania i ograniczenia. Tomasz Szewczyk tomeks@man.poznan.pl

Protokoły sieciowe model ISO-OSI Opracował: Andrzej Nowak

Telewizja kablowa w strukturze sieci FTTH firmy OPTOMER

Charakteryzacja telekomunikacyjnego łącza światłowodowego

Podstawowe pojęcia dotyczące sieci komputerowych

Załącznik nr 2. Opis sieci teleinformatycznej

PASYWNE ELEMENTY OPTYCZNE

VPLS - Virtual Private LAN Service

ZiMSK. Charakterystyka urządzeń sieciowych: Switch, Router, Firewall (v.2012) 1

SZCZEGÓŁOWY OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA CZĘŚĆ I

RSMUX3-FO. Funkcjonalność

Ethernet. Ethernet odnosi się nie do jednej, lecz do wielu technologii sieci lokalnych LAN, z których wyróżnić należy cztery podstawowe kategorie:

Plan wykładu. 1. Sieć komputerowa 2. Rodzaje sieci 3. Topologie sieci 4. Karta sieciowa 5. Protokoły używane w sieciach LAN 6.

Sieci optoelektroniczne

Załącznik nr 7 do Umowy Ramowej. Usługa Transmisji Danych

Routery RTR-XXX/XXX - Router RTR-FT10/FT10

Konwerter Transmisji KT-02

Rok akademicki: 2030/2031 Kod: ITE s Punkty ECTS: 6. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

Zespół Szkół Ponadgimnazjalnych Nr 1 w Barlinku - Technik informatyk

Zagadnienia egzaminacyjne TELEKOMUNIKACJA studia rozpoczynające się po r.

MEGAFOX. Funkcjonalność. Wymagania środowiskowe

Koncepcja budowy sieci teletransmisyjnych Ethernet w podstacjach energetycznych...

Wykorzystanie układów FPGA w implementacji systemów bezpieczeństwa sieciowego typu Firewall

Kurs Ethernet przemysłowy konfiguracja i diagnostyka. Spis treści. Dzień 1

Informatyka I stopień ogólnoakademicki. stacjonarne. przedmiot specjalnościowy. obowiązkowy Polski semestr VI semestr letni

Wykład I. Administrowanie szkolną siecią komputerową. dr Artur Bartoszewski

Routery RTR-XXX/XXX - Router FT/FO (RS485-78)

Transkrypt:

Sieci optoelektroniczne Wykład 7: Technologie komutacji dla sieci optycznych dr inż. Walery Susłow

Komponenty optyczne w sieci informatycznej Transmitters Modulators Optical Amplifier Dispersion Compensation Module Optical Cross Connect Receivers Multiplexer Pump Lasers Fiber Reconfigurable Add/Drop Module Demultiplexer Source:Corning and Needham & Co.

Ewolucja w systemach komutacji Dostęp do znacznych przepływności sieci optycznych o szybkościach między węzłami komutacyjnymi sięgających terabajtów na sekundę wymusza wprowadzanie coraz to nowych urządzeń transmisyjnych i nowocześniejszych systemów komutacji. W niedalekiej przyszłości "wąskim gardłem" telekomunikacji staną się nie trakty komunikacyjne, lecz same węzły przełączające, już teraz coraz częściej rozmieszczane na obrzeżach infrastruktury sieciowej. Ukoronowaniem kompleksowej oferty terabitowych sieci optycznych jest równoczesna implementacja w nich całkowicie przezroczystych przełączników światła, spełniających funkcję dotychczasowych węzłów komutujących OXC (Optical Cross Connect).

Sieci w pełni optyczne Do stworzenia i wprowadzenia sieci w pełni optycznych w najniższej warstwie transportowej dąży się po to, aby umożliwić: budowanie sieci z bardzo szerokim pasmem transmisyjnym, niezależność od wyższych warstw i protokołów tych warstw, prostotę funkcjonalną i dużą niezawodność sieci. Wykorzystanie wszystkich możliwości sieci światłowodowych można osiągnąć dopiero po wyeliminowaniu ograniczającej szerokość pasma konwersji sygnału optycznego na elektryczny. Eliminacja taka jest obecnie możliwa dzięki opracowaniu optycznych przełącznic OXC (Optical Crossconnects) i krotnic transferowych OADM (Optical Add- Drop Multiplexers).

Sieci w pełni optyczne, cd.

Sieci w pełni optyczne, cd. OADM: 4 kolory x 2.5 GB/s (STM-16), strojone filtry Fabry Perota, przełączniki optomechaniczne, regeneracja optoelektroniczna 3-R. Eksperyment: trzy węzły połączone w dwuwłóknowym samonaprawczym pierścieniu. Węzły połączone przez 90 km standardowego światłowodu jednomodowego.

Sieci w pełni optyczne, cd. OXC: układ umożliwia całkowicie nie blokujący broadcasting i multicasting, i jest oparty na prostych macierzach przełączających o niewielkich rozmiarach. Zastosowano wzmacniacze światłowodowe z ograniczonym wzmocnieniem jako przełączniki przestrzenne, i całkowicie optyczne półprzewodnikowe konwertery długości fali. Eksperyment: kaskada dwóch 4x4, ośmiokolorowych OXC, 320 km standardowego światłowodu jednomodowego (BER 10-15 przy 10 Gb/s).

Sieci w pełni optyczne, cd. Optyczne przełączanie pakietów: matryce przełączników w krzyżowym przełączaniu pakietów (optical packet cross-connect) muszą się przekonfigurować synchronicznie z przepływem pakietów, z typowym czasem rekonfiguracji ~ns. Problem rywalizacji o dostęp (natłok), powstający gdy dwa pakiety chcą osiągnąć jednocześnie ten sam adres jest rozwiązywany za pomocą pamięci optycznych (linie opóźniające).

Multiwavelength Opaque Optical Networks 1.3 µm intra-office...... Transponders...... Optical Crossconnect (OXC)...... Optical transport system (1.55 µm WDM) Terminating equipment SONET, ATM, IP... E. L. Goldstein, J. A. Nagel, J. L. Strand, and R. W. Tkach, Multiwavelength opaque optical-crossconnect networks, Lightwave, Feb., 1998

Optical switching architectures 3-Stage Clos Crossbar Type 1 Benes Double Crossbar N-Stage Planar Type 2

Przełączniki optyczne 1550nm LFOS Przełącznik optyczny 2x1 Automatyczny, zdalny lub manualny tryb pracy Niezależna kontrola obu wejść optycznych Wskaźnik LED stanu przełącznika Zarządzanie przez Internet i SNMP (wersja LFOS-P) Zarządzanie przez RS232/RS485 (wersja LFOS-S) Redundancja zasilania (wersja LFOS-P)

Przełączniki optyczne 1550nm LFOS, cd LightFlash LFOS to przełącznik optyczny stosowany jako podstawowy element redundantnej architektury pierścieniowej w sieciach HFC. Został zaprojektowany jako dedykowane rozwiązanie dla nowoczesnych sieci HFC transmitujących sygnały CATV, transmisji danych czy telefonii. W przypadku awarii podstawowego łącza optycznego LFOS zabezpiecza ciągłość transmisji poprzez przełączenie się na redundantne łącze optyczne. Przełącznik dostępny jest w dwóch wersjach: Premium (LFOS-P) i Standard (LFOS-S), które różnią się interfejsem zarządzania oraz redundancją zasilania.

Terminologia LAN: mosty i przełączniki Mosty to urządzenia mające integrować segmenty LAN. Przełączniki najczęściej służą do dołączania pojedynczych użytkowników. Mosty funkcjonują zawsze na poziomie warstwy łącza danych, przełączniki zaś na warstwie łącza danych, sieci lub transportowej. Przełączanie na poziomie wyższych warstw używane jest, gdy wymagany jest dostęp do specyficznych usług. Ilość portów: jedynym parametrem, który decyduje o tym jest przepustowość magistrali wewnętrznej struktury służącej do komunikowania pomiędzy portami. Przełączniki zapewniają jednoczesność wielu transmisji między wieloma parami użytkowników. Mosty filtrują ruch między segmentami, ich priorytetem nie jest poprawa efektywności funkcjonowania sieci poprzez zwiększenie jej przepustowości.

Terminologia LAN: Routery Są urządzeniami pracującymi na warstwie sieci, wykonują następujące funkcje: marszrutyzacja (trasowanie), filtracja pakietów, ochrona kryptograficzna transmisji, rozszerzona diagnostyka sieci, optymalizacja przepływów, translacja protokołów. Wady routerów - wysoka cena, konieczność wykorzystania oprogramowania, ograniczenia związane z szybkością działania.

Przełączniki optyczne Przełącznik optyczny fotoniczny (OOO) zachowuje optyczną formę sygnału, dla każdej szybkości i protokołu transmisji. Przełączniki optyczne mogą rozdzielać sygnał (kanały transmisji) ze względu na długość fali i przesyłać je do różnych portów. Przełącznik optyczny elektroniczny (OEO) łączy linie światłowodowe za pośrednictwem urządzeń optoelektronicznych. Sygnał fotoniczny z linii światłowodowej zamieniany jest na sygnał elektroniczny, przełączanie wykonywane jest elektronicznie, po czym sygnał z powrotem zamieniany jest na optyczny i wprowadzany do światłowodu.

Przełączniki optyczne, cd. Wymagania dla przełączników: niezależność polaryzacyjna, małe przesłuchy, małe straty, pożądane wzmocnienie, niezależność od długości fali w zakresie pracy wzmacniacza EDFA, praca wielofalowa, przezroczystość względem szybkości transmisji, szybkie przełączanie, prostota obsługi i zastosowania, skalowalność.

Przełączniki optyczne, cd. Główne funkcje komutatorów optycznych Ciągłość transmisji Transportowanie danych Testowanie i sterowanie sieci

Przełączniki optyczne, cd. Przyczyny zainteresowania przełącznikami fotonicznymi: Ewolucja od łączy WDM point-to-point do sieci całkowicie optycznych. Wymagana przezroczystość odnośnie szybkości transmisji i względem protokołu. Zastosowania przełączników optycznych: Ochrona i rekonfiguracja sieci (wymagany czas przełączania poniżej 5ms). Sieci fotoniczne z przełączaniem obwodów (circuit switching, WDM networks, OADM s, OXC s). Sieci fotoniczne z przełączaniem pakietów (wymagany czas przełączania ~1ns).

Przełączniki optyczne, cd. Klasyfikacja przełączników optycznych: MEMS Przełączniki pęcherzykowe Przełączniki półprzewodnikowe Termooptyczne Elektrooptyczne (optyka zintegrowana) Akustooptyczne

Comparison of Optical Switching Approaches I-O:Integrated Optics, 3-D: 3 DAlignment, 2-D Alignment. +++:Very Good Metric Scalability Reliability Performance Type of Switch Matrix Switch Latching Reliability (Crosstalk, loss) LiNbO 3 I-O + +++ III-V Waveguide I-O + +++ Thermal Si/SiO 2 I-O + + Thermal Polymer I-O + III-V SOA I-O + ++ Liquid Crystal 3-D + ++ + Opto Mechanical 3-D +++ + +++ MEMS Analog 3-D + +++ MEMS Digital (FOXC) 2-D +++ +++ +++ +++ Current Opto-Mechanical Switches are not scalable Proposed Digital MEMS Switch 40 Kg 200 Watts 50x30x60 cm 3 DARPA NGI Program FOXC 0.2 Kg 0.2 Watts 10x10x2 cm 3

Przełączniki mechaniczno-elektryczne elektryczne MEMS Micro-electromechanical system to miniaturowe urządzenia wytwarzane za pomocą procesów mikroobróbki. Wymiary zawierają się w zakresie od ~µm do ~mm. Materiałem wyjściowym jest krzem, obrabiany technologiami mikroelektroniki. Zalety: małe jednostkowe koszty wytwarzania i możliwość produkcji wielkoseryjnej. Wady: są układami mechanicznymi.

Przełączniki mechaniczno-elektryczne elektryczne MEMS, cd. Komutacja optyczna za pomocą luster w technologii mechaniczno-elektrycznej Micro-Electro-Mechanical System do krosowania wiązek optycznych w sieciach i traktach terabitowych. W przełącznikach typu MEMS przełączanie strumieni świetlnych dokonuje się za pomocą dwóch współzależnych płaskich matryc mechanicznych z uchylnymi miniaturowymi zwierciadłami osadzonymi na elastycznych wiązadłach półprzewodnikowych, pełniących role sprężynek, i sterowanych elektrostatycznie.

Przełączniki mechaniczno-elektryczne elektryczne MEMS, cd. Zasada działania przełącznika optycznego MEMS

Przełączniki mechaniczno-elektryczne elektryczne MEMS, cd. W przełącznikach typu MEMS przełączanie strumieni świetlnych dokonuje się za pomocą dwóch współzależnych płaskich i dwuwymiarowych (2D MEMS) matryc mechanicznych z uchylnymi miniaturowymi zwierciadłami o średnicy około 0,5 mm. Są one osadzone na elastycznych wiązadłach półprzewodnikowych - pełniących rolę sprężynek z elektrostatycznym sterowaniem. W najnowszych rozwiązaniach używa się komponentów ruchomych przemieszczających się w trzech płaszczyznach (3D MEMS), co umożliwia realizację większej liczby połączeń w tej samej objętości przełącznika optycznego, o kosztach podobnych jak w technologii 2D.

MEMS Switch Architectures ON-OFF Switch (optical gate) 2x2 Switch 1xN Switch NxN Switch

Uniform Array OPTICAL SWITCH ARCHITECTURE More compact Non-uniform coupling loss Staggered Array Uniform optical path lengths Longer collimating distance

Przełączniki mechaniczno-elektryczne elektryczne MEMS, cd. Matryca mikroluster w WaveStar LambdaRouter (Lucent Technologies)

Przełączniki mechaniczno-elektryczne elektryczne MEMS, cd. Zasada działania przełącznika optycznego (1999 r.) WaveStar LambdaRouter polega na odbijaniu wiązki promieni świetlnych za pomocą dwóch zespołów z miniaturowymi ruchomymi lustrami umieszczonymi w matrycy 16x16 (łącznie 256 promieni) lub w matrycy 32x32 (1024 promienie). Sterowane lustra uchylne są elastycznie wytrawione na powierzchni półprzewodnika (około 1 cal 2 ), a ich płaszczyzna nachylenia jest sterowana polem elektrostatycznym. Dzięki temu wiązki promieni świetlnych mogą być dowolnie krosowane, bez czasochłonnej konwersji elektrycznej i ograniczania przepływności przełączanych strumieni binarnych. Zbliżoną ofertą dwóch typów przełączników optycznych wykonanych w technologii mikroelektromechanicznej MEMS, dysponują również firmy Corning i Alcatel (CrossLight).

Przełączniki pęcherzykowe Podstawowym budulcem jest specjalny blok pęcherzykowy (bubble technology) do komutowania 32 promieni świetlnych. W tym rozwiązaniu wewnątrz układu wypełnionego specjalnym płynem znajduje się matryca mikroskopijnych kanałów optycznych prowadzących promienie świetlne. Półpłynną ciecz znajdującą się na skrzyżowaniu promieni świetlnych można wielokrotnie podgrzewać za pomocą specjalnych dysz pęcherzykowych, dzięki czemu uzyskuje się lokalną zmianę mikrostruktury powodującej efekt zwierciadła optycznego (bąble), kierującego strumień świetlny do właściwego portu odbiorczego.

Przełączniki pęcherzykowe, cd. Pojedyncze moduły pęcherzykowe można odpowiednio łączyć w większe zespoły, uzyskując w ten sposób skalowane przełączniki optyczne o większej mocy przełączania. Zasadniczym ograniczeniem skalowania mocy przełącznika &8211; jest kaskadowe łączenie modułów, osłabiające strumień świetlny, co prowadzi do zmniejszenia niezawodności przekazu. Problemem pozostaje również nadmierne nagrzewanie się całego zespołu przełączającego o większych możliwościach przełączania, powodując niewłaściwą komutację strumieni optycznych. Ponieważ wytwarzanie dysz do miejscowego podgrzewania cieczy w układach scalonych jest zbliżone do stosowanych już w szybkich drukarkach, sam proces technologiczny optycznego przełączania pęcherzykowego wydaje się rozwiązaniem znacznie tańszym niż komutacja MEMS.

Przełączniki pęcherzykowe, cd. Przełącznik firm Alcatel i Agilent Technologies, przeznaczony jest do realizacji węzłów optycznych typu SXC (Cross-Connect), skalowanych do pojemności 512&61620;512 portów (z których każdy może operować z szybkością 10 Gb/s), testy beta w roku 2001. Kolejna wersja przełącznika optycznego (2004) już mogła komutować strumienie o przepływności 40 Gb/s w matrycy 4000&61620;4000 zewnętrznych portów światłowodowych. Takie właśnie rozwiązania są potrzebne do efektywnego działania szybkich łączy internetowych, a także do działania coraz liczniejszych aplikacji w sieciach korporacyjnych, wymagających znacznych przepływności o podwyższonej niezawodności. Uzyskanie takich parametrów ma umożliwić bezpośrednie przełączanie wielu kanałów optycznych.

Przełączniki pęcherzykowe, cd. Firma Corning zajmuje się produkcją podzespołów ciekłokrystalicznych dla dwóch produktów optycznych: przełączników optycznych Wavelength Selective Switch, wykonanych w technologii 80 DWDM (przełączanie 80 kanałów optycznych) wraz z zaimplementowaną funkcją wydzielania strumieni ADM, oraz zaawansowanego kompensatora pasma optycznego Dynamic Spectral Equalizer przeznaczonego do wzmacniania energii świetlnej w światłowodach. Technologie ciekłokrystaliczne mają być stosowane do routingu światła z między kanałami DWDM. Dokładniej oznacza to dowolne komutowanie pojedynczych kanałów optycznych w jednym wielofalowym włóknie światłowodowym.

Przełączniki półprzewodnikowe Przełącznik na interferometrze Macha-Zehndera Sprzęgacz kierunkowy Konwerter modów (binarny przełącznik optyczny) Wzmacniacz półprzewodnikowy (aktywny przełącznik przestrzenny)

Przełączniki półprzewodnikowe, cd. Struktura podstawowa: Światłowody planarne na podwójnej heterostrukturze Światłowody paskowe grzbietowe, wbudowane lub obciążone paskowe (strip loaded) Heterostruktura InGaAsP/InP lub GaAs/AlGaAs Tłumienie światłowodu wolnego ~0.2 db/cm, tłumienie światłowodu w strukturze (światłowód/kontakty el./doprowadzenia) < 1dB/cm. Modulatory są zwykle anizotropowe - konieczne są specjalne konstrukcje dla uzyskania pracy niezależnej od polaryzacji.

Przełączniki półprzewodnikowe, cd.

Przełączniki półprzewodnikowe, cd.

Czytać M. G. Unger, Telekomunikacja optyczna. S. Patela, prezentacja wykładu: Przełączniki światłowodowe (http://wtm.ite.pwr.wroc.pl/~spatela/) Terry Ogletree, Rozbudowa i naprawa sieci. Wyd. Helion, 2001, s. 139-144.