Προηγμένες Αρχιτεκτονικές Δικτύων Οπτικές Τεχνολογίες ΠΑΔ

Ανάγκη της οπτικής τεχνολογίας Αποτελεί την πιο ευρυζωνική τεχνολογία Το εύρος ζώνης της ξεπερνά τα 25 THz όταν όλο το εύρος ζώνης στις ασύρματες επικοινωνίες δεν ξεπερνά τα 25 GHz. Κάθε οπτική ίνα μπορεί να μεταφέρει πάνω από 100 Tb/s σε αποστάσεις εκατοντάδων χιλιομέτρων. Η ευρυζωνική της φύση ανταποκρίνεται στην ετήσια ανάγκη αύξησης της κίνησης στο διαδίκτυο. Cisco forecast Minnesota Traffic Study 60%/year “2 dB/year” ΠΑΔ

Που βρίσκεται; Πρακτικά παντού Data Centers Key words: Χωρητικότητα Απόσταση ικανότητα επαναδιαμόρφωσης Πράσινη τεχνολογία Submarine Networks Data Centers Core Networks Multireach DWDM Metro Metro Metro ring Regional DWDM Metro Ring Metro Ring Metro Ring Access ΠΑΔ

Συστατικά της στοιχεία Οπτικές ίνες (μονότροπες, πολύτροπες, πλαστικές, πολυπυρηνικές) Οπτικοί πομποί (lasers, LEDs) Οπτικοί διαμορφωτές Οπτικοί δέκτες (photodiodes) Οπτικοί ενισχυτές (semiconductor optical amplifiers, erbium doped fiber amplifiers) Οπτικοί πολυπλέκτες/αποπολυπλέκτες Οπτικοί μεταγωγείς (switches) Add-drop multiplexers (πολυπλέκτες προσθήκης απομάστευσης) Optical cross connect (χωρικοί μεταγωγείς) Επαναδιαμορφώσιμοι add-drop multiplexers (ROADMs) ΠΑΔ

Οπτική ίνα Η οπτική ίνα επιβάλλει την κυματοδήγηση του φωτός στον πυρήνα (core), ο οποίος περιβάλλεται από ένα μανδύα (cladding) μικρότερου δείκτη διάθλασης. Μονότροπη οπτική ίνα Επιτρέπει τη μετάδοση σε ένα τρόπο μετάδοσης χωρικά (κατάλληλη για μεγάλες αποστάσεις, > 50 km) Πολύτροπη οπτική ίνα Επιτρέπει τη μετάδοση σε περισσότερους από ένα τρόπο διάδοσης του φωτός (κατάλληλη για μικρές αποστάσεις, ~ 1 km) Πολυπυρηνική οπτική ίνα Χρησιμοποιεί πολλούς πυρήνες μέσα στον ίδιο μανδύα για εξοικονόμηση χώρου (κατάλληλη για data centers) Πλαστική οπτική ίνα Είναι πολύτροπη με μεγάλο πυρήνα (κατάλληλη για τοπικά δίκτυα, ανταγωνιζόμενη το χάλκινο καλώδιο) ΠΑΔ

Οπτική ίνα Πλαστική οπτική ίνα Οπτική ίνα Πολύτροπη vs Μονότροπη Πολυπυρηνική οπτική ίνα Πλαστική οπτική ίνα ΠΑΔ

Βασικά χαρακτηριστικά των ινών Οι οπτικές ίνες δεν είναι ιδανικά μέσα μετάδοσης όπως λανθασμένα έχει επικρατήσει να εννοείται. Αντιθέτως προκαλούν υποβάθμιση του σήματος λόγω της επενέργειας γραμμικών και μη γραμμικών φαινομένων Γραμμικά φαινόμενα Απώλειες διάδοσης Διασπορά τρόπων μετάδοσης Διασπορά τρόπων πόλωσης Χρωματική διασπορά Μη-γραμμικά φαινόμενα Αυτοδιαμόρφωση φάσης Ετεροδιαμόρφωση φάσης Μίξη τεσσάρων κυμάτων Εξαναγκασμένη σκέδαση Brillouin Εξαναγκασμένη σκέδαση Raman ΠΑΔ

Απώλειες στην οπτική ίνα Οι βασικές απώλειες προκύπτουν από την εξασθένηση στην οπτική ίνα και στις απώλειες λόγω των συνδέσεων μεταξύ Διαδοχικών τμημάτων οπτικής ίνας Οπτικής ίνας και των λοιπών συστατικών (lasers, photodetectors, amplifiers, etc) 850 nm, 3 dB/km 1310 nm, 0.34 dB/km 1550 nm, 0.2 dB/km Περιοχή μηκών κύματος που προτιμάται για μεγάλες αποστάσεις ΠΑΔ

Μήκη κύματος (τι είναι;;) Το μήκος που καλύπτει στον ελεύθερο χώρο ένα σήμα συχνότητας f UV IR 125 GHz/nm l Visible φως Υπεριώδες (UV) ορατό Υπέρυθρο (IR) Μήκη για οπτικές επικοινωνίες 850 nm πολύτροπη 1310 nm μονότροπη 1550 nm μονότροπη ειδικά μήκη κύματος 980, 1480, 1625 nm (e.g. Pump Lasers) 850 nm 980 nm 1,310 nm 1,480 nm 1,550 nm 1,625 nm Wavelength: l (nanometres) Frequency: ¦ (Terahertz) c =¦ l

Αντιμετώπιση των απωλειών Εξασθενούν το σήμα που φτάνει στο δέκτη προκαλώντας υποβάθμιση του λόγου OSNR (optical signal to noise ratio) – μείωση της εμβέλειας και του ρυθμού μετάδοσης. Πως αντιμετωπίζεται; Με τη χρήση αναγεννητών (O/E/O, 3R regenerator) ή οπτικών ενισχυτών (1R regenerator). H δεύτερη λύση είναι η πιο προσφιλής στις μέρες μας διότι επιτυγχάνει την ενίσχυση πολλών μηκών κύματος με μία διάταξη. ΠΑΔ

Διασπορά Το φαινόμενο κατά το οποίο διαφορετικά συστατικά του σήματος απολαμβάνουν διαφορετική ταχύτητα στο μέσο. Η επίδραση της είναι πιο καταστροφική στους μεγάλους ρυθμούς. Διασπορά τρόπων διάδοσης: Οι διαφορετικοί τρόποι σε πολύτροπες ίνες τρέχουν με διαφορετικές ταχύτητες στην ίνα. Αποτέλεσμα η αλληλοπαρεμβολή συμβόλων στο δέκτη. ΠΑΔ

Διασπορά 2 Χρωματική διασπορά: Οι διαφορετικές συχνότητες του οπτικού σήματος διαδίδονται με διαφορετική ταχύτητα στο μέσο. Αποτέλεσμα η αλληλοπαρεμβολή συμβόλων στο δέκτη με τη μορφή της διεύρυνσης. Απαντάται σε όλες τις οπτικές ίνες και είναι η βασική παράμετρος υποβάθμισης στις μονότροπες. ΠΑΔ

Διασπορά 3 Διασπορά τρόπων πόλωσης: Σε κάθε οπτική ίνα, το φως «βλέπει» δύο άξονες πόλωσης (εγκάρσια διατομή της οπτικής ίνας). Η πόλωση στρέφεται τυχαία λόγω μηχανικών στρέψεων ή και κατασκευαστικών ατελειών της ίνας. Παράλληλα οι δύο άξονες βλέπουν ελαφρώς διαφορετική ταχύτητα διάδοσης λόγω διπλοθλαστικότητας του μέσου. Και σε αυτή την περίπτωση προκαλείται αλληλοπαρεμβολή των συμβόλων. ΠΑΔ

Αντιμετώπιση της διασποράς Διασπορά τρόπων διάδοσης: Με τη χρήση έξυπνου DSP στο δέκτη για αποστάσεις μεγαλύτερες των 1 km και ρυθμούς 1 Gb/s. Χρωματική Διασπορά: Με τη χρήση ειδικών ινών αντιστάθμισης διασποράς (επιβάλλουν την αύξηση της ταχύτητας των «αργών» συχνοτήτων και αντίστροφα). Η χρήση DSP κερδίζει έδαφος στις μέρες μας ειδικά σε σύμφωνα συστήματα που θα δούμε παρακάτω. Διασπορά τρόπων πόλωσης: Με τη χρήση οπτικών ινών χαμηλού συντελεστή διασποράς όπου είναι δυνατό ή τη χρήση έξυπνου DSP στο δέκτη (η τρέχουσα επιλογή στις μέρες μας). ΠΑΔ

Μη-γραμμικά φαινόμενα Μη γραμμικά φαινόμενα εγείρονται όταν η οπτική ισχύς του σήματος είναι αρκετά μεγάλη ώστε να διαμορφώσει το δείκτη διάθλασης του μέσου. Αλλαγή του δείκτη διάθλασης ισοδυναμεί με αλλαγή της ταχύτητας, άρα και της φάσης του σήματος. Αυτοδιαμόρφωση φάσης: Αλλαγές της οπτικής ισχύος του σήματος οδηγούν στην αλλαγή της φάσης του. Επικίνδυνη στις περιπτώσεις όπου διαμορφώνεται η φάση. Η αλλαγή της φάσης μέσω της χρωματικής διασποράς οδηγεί και σε αλλαγή του πλάτους. Ετεροδιαμόρφωση φάσης: Στην περίπτωση που πολλά μήκη κύματος συνταξιδεύουν στην οπτική ίνα, τότε η φάση του καθενός μπορεί να διαμορφώνεται από την οπτική ισχύ των διπλανών καναλιών. Επίσης καταστροφική στην περίπτωση σημάτων διαμορφωμένων κατά φάση. Μίξη τεσσάρων κυμάτων: Υπό κατάλληλες συνθήκες η συνύπαρξη πολλών μηκών κύματος στην οπτική ίνα μπορεί να οδηγήσει στη γένεση νέων κυμάτων ως μίξη των αρχικών που εμφανίζονται σε ήδη χρησιμοποιούμενες θέσεις. Η επίδραση της είναι καταστροφική διότι προκαλεί παρεμβολές. ΠΑΔ

Μη-γραμμικά φαινόμενα 2 Μη γραμμικά φαινόμενα εγείρονται όταν η οπτική ισχύς του σήματος είναι αρκετά μεγάλη ώστε να διαμορφώσει το δείκτη διάθλασης του μέσου. Αλλαγή του δείκτη διάθλασης ισοδυναμεί με αλλαγή της ταχύτητας, άρα και της φάσης του σήματος. Εξαναγκασμένη σκέδαση Raman και Brillouin: Φαινόμενα που σχετίζονται με την σκέδαση του φωτός στην περίπτωση που λόγω της υψηλής του ισχύος αλληλεπιδρά έντονα με τα μόρια του γυαλιού ή με ακουστικά κύματα. Μέρος της ισχύος του σήματος σκεδάζεται σε διπλανά κανάλια ή οπισθοσκεδάζεται δημιουργώντας πρόβλημα στο δέκτη του ίδιου πομπού. ΠΑΔ

Αντιμετώπιση μη-γραμμικών Χρήση οπτικών ινών χαμηλής μη γραμμικότητας Μείωση της οπτικής ισχύος ανά μήκος κύματος Χρήση DSP στο δέκτη για την αντιμετώπιση απλών προβλημάτων όπως η αυτοδιαμόρφωση φάσης. ΠΑΔ

Οπτικοί πομποί Κατά κόρον πλέον χρησιμοποιούνται τα μονοχρωματικά lasers. Λέγονται μονοχρωματικά διότι εκπέμπουν σε ένα μήκος κύματος. Έχουν τυπική ισχύ εκπομπής 10 mW, και απαιτούν ρεύμα της τάξης των 50-100 mA ΠΑΔ

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, μέχρι τα 100 Gb/s) Βασικά υλικά που χρησιμοποιούνται για την εξωτερική διαμόρφωση είναι το lithium niobate ή το πυρίτιο. ΠΑΔ

Βασικές Τεχνικές πολυπλεξίας Ερώτηση: Πως μπορούμε να στείλουμε ένα 1Tb/s σε μία οπτική ίνα; Απάντηση 1η : Με τη χρήση πολυπλεξίας στο χρόνο (time division multiplexing, TDM) – ένα laser, πολλοί διαμορφωτές, γραμμές καθυστέρησης. Μειονεκτήματα: Δεν είναι εύκολα επεκτάσιμη, είναι ευαίσθητη στη διασπορά, στη μη-γραμμικότητα και στις απώλειες. ΠΑΔ

Βασικές Τεχνικές πολυπλεξίας Απάντηση 2η : Με τη χρήση πολυπλεξίας στο μήκος κύματος (wavelength division multiplexing, WDM) – πολλά lasers με το καθένα να εκπέμπει σε άλλο μήκος κύματος, πολλοί διαμορφωτές και ξεχωριστοί δέκτες. Πλεονεκτήματα: Είναι εύκολα επεκτάσιμη (μέχρι και 100 lasers μπορούν να χρησιμοποιηθούν), είναι ευαίσθητη στη διασπορά και στις απώλειες όσο και ένα μήκος κύματος. Αξιοποιεί πλήρως το εύρος ζώνης των οπτικών ινών. Channel 1 Channel 2 Channel 3 Fiber optic cable Core Cladding Coating ΠΑΔ

WDM υλοποιήσεις O E S C L U l(nm) l 1553.86 nm 1530.33 nm 0.80 nm  Dense WDM: πυκνή παράθεση των οπτικών καναλιών (0.8 nm ή 0.4 nm), τα ακριβή μήκη κύματος καθορίζονται από το ITU-T πλέγμα μηκών κύματος. Χρησιμοποιείται σε συστήματα με μεγάλες απαιτήσεις (> 1 Tb/s) Coarse WDM: Η απόσταση των καναλιών είναι μεγάλη, της τάξης των 10 nm. Χρησιμοποιείται σε εφαρμογές λιγότερο απαιτητικές στη χωρητικότητα ITU-T O E S C L U l(nm) 1260 1360 1460 1530 1625 1675 C-band l 1530.33 nm 1553.86 nm 0.80 nm ΠΑΔ  195.9 THz 193.0 THz

WDM πολυπλεξία-αποπολυπλεξία Η επίτευξη της WDM τεχνολογίας έγινε εφικτή με τη χρήση ειδικών συσκευών που αποκαλούνται arrayed waveguide gratings και αποτελούν συστοιχίες κυματοδηγών φραγμάτων περίθλασης. ΠΑΔ

Επισκόπηση ενός συστήματος Εικονίζεται ένα ολοκληρωμένο σύστημα μετάδοσης WDM. Optical Fiber Section Optical Amplifier Wavelength(nm) Wavelength Division Multiplexing Τυπικό εύρος ζώνης: 1529-1565nm 50-100GHz απόσταση καναλιών (0.4 nm, 0.8 nm αντίστοιχα Capacity = Άθροισμα των επιμέρους ρυθμών ΠΑΔ

Αξιολόγηση συστήματος Βασικές μετρικές αξιολόγησης είναι Το διάγραμμα οφθαλμού Το διάγραμμα αστερισμού Το Bit error rate σε συνάρτηση με τη ληφθείσα ισχύ. ΠΑΔ

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

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 SE = 2.0 2020 1 Tb/s ! channel rate 100 channels 100 Tb/s Capacity SE = 20 ! Άμεσο μέλλον ΠΑΔ

Βαθμοί ελευθερίας Φασματική απόδοση και χωρητικότητα Polarization Pol. multiplexing Pol. interleaving WDM OFDM CoWDM Separate fibers Multiple modes PolSK FSK, MSK Mod Mux Mux Mod Mux Polarization Space Frequency oCDMA Physical dimensions for modulation and multiplexing Mux PPM Mod Time Code Quadrature ETDM OTDM Mux Amplitude /Phase modulation QPSK 8-PSK 16-QAM WDM: Wavelength-division multiplexing OFDM: Orthogonal frequency-division multiplexing CoWDM: Coherent WDM oCDMA: Optical Cade division multiple access ETDM: Electronic time-division multiplexing OTDM: Optical time-division multiplexing PolSK: Polarization shift keying QPSK: Quadrature phase shift keying ΠΑΔ

WDM – ελαστικό πλέγμα Ελαστική απόδοση φάσματος Σήμερα Μέλλον 100 Gb/s 1 x 120+ Gb/s DP-QPSK over 50GHz Χαμηλή φασματική απόδοση 1Tb/s 4 x 300+ Gb/s CP-16QAM over 200GHz Υψηλή φασματική απόδοση Ελαστική απόδοση φάσματος ΠΑΔ

WDM – ελαστικό πλέγμα Παραδοσιακά δίκτυα : 50 GHz, σταθερό πλέγμα Spectral occupancy Παραδοσιακά δίκτυα : 50 GHz, σταθερό πλέγμα 50GHz 100G 10G 40G 10G 40G … 40G 40G 10G 1569.59 1568.77 1531.52 1531.12 1530.33 , nm 1569.18 1568.36 1530.72 50GHz 100GHz 50GHz 1T 200GHz Spectral occupancy Μελλοντικά δίκτυα: 50-200 GHz, ελαστικό πλέγμα 1T 400G 100G 200G … 1569.59 1569.18 1568.77 1568.36 1531.52 1531.12 1530.72 1530.33 , nm ΠΑΔ

Δικτυακά Υποδείγματα Οπτικά Δίκτυα (a) Σημείο προς σημείο Αρχικά, η οπτική ίνα χρησιμοποιήθηκε για τη μετάδοση μεταξύ δύο σταθερών σημείων. Ο κόμβος που εκπέμπει: Μετατρέπει τα ηλεκτρικά δεδομένα σε φως (EO conversion) & και τα στέλνει στην οπτική ίνα. Ο κόμβος που λαμβάνει: μετατρέπει το οπτικό σήμα σε ηλεκτρικό (OE conversion) για την ηλεκτρονική επεξεργασία και αποθήκευση. ΠΑΔ

Δικτυακά Υποδείγματα Οπτικά Δίκτυα (b) Δίκτυο αστέρα Πολλαπλές ζεύξεις σημείο προς σημείο συνδυάζονται από ένα συζεύκτη αστέρα (star coupler) για να υλοποιηθούν οπτικά δίκτυα απλού βήματος Ο Star coupler είναι μία συσκευή οπτικής ευρυεκπομπής (broadcast)που προωθεί ένα οπτικό σήμα που φτάνει σε μία πόρτα σε όλες τις πόρτες. ΠΑΔ

Δικτυακά Υποδείγματα Οπτικά Δίκτυα (c) Δίκτυο Δακτύλιος Η διασύνδεση ζευγαριών γειτονικών κόμβων με τη χρήση point-to-point οπτικών ζεύξεων οδηγεί σε δίκτυα δακτυλίου. Κάθε κόμβος του δακτυλίου πραγματοποιεί OE και EO μετατροπή για εισερχόμενα και εξερχόμενα σήματα αντίστοιχα. Ο συνδυασμός OE & EO conversion ονομάζεται OEO conversion Παράδειγμα πραγματικού κόσμου : fiber distributed data interface (FDDI) ΠΑΔ

SONET/SDH – γενικά 1 SONET/SDH To σύγχρονο οπτικό δίκτυο (SONET)και η στενά συνδεδεμένη σύγχρονη ψηφιακή ιεραρχία (SDH) είναι ένα από τα πιο σημαντικά πρότυπα για οπτικές ζεύξεις point-to-point links Σύντομη ιστορία του SONET Η προτυποποίηση ξεκίνησε το 1985 Το πρώτο πρότυπο ολοκληρώθηκε τον Ιούνιο του 1988 Οι στόχοι της προτυποποίησης ήταν να καθοριστεί η οπτική μετάδοση σημείο προς σημείο μέσω διεπαφών που επιτρέπουν Διασύνδεση οπτικών συστημάτων μετάδοσης διαφορετικών παρόχων & κατασκευαστών Εύκολη πρόσβαση σε σήματα Οπτικές διεπαφές στα τερματικά Νέα δικτυακά χαρακτηριστικά ΠΑΔ

SONET/SDH – γενικά 2 SONET/SDH Το SONET ορίζει Πρότυπα οπτικά σήματα Σύγχρονη δομή πλαισίου για TDM ψηφιακή κίνηση Διαδικασίες λειτουργίας του δικτύου Το SONET βασίζεται στην ψηφιακή TDM ιεραρχία (time frame of 125 µs, 8000 frames/sec, γιατί άραγε;;;) Η δομή του SONET πλαισίου μεταφέρει την payload κίνηση διαφόρων ρυθμών & αρκετά overhead bytes για τις δικτυακές λειτουργίες (e.g., παρακολούθηση λαθών, διαχείριση δικτύου και πρόβλεψη αναγκών του καναλιού) ΠΑΔ

SONET/SDH – γενικά 3 SONET/SDH Είναι παγκοσμίως εγκατεστημένο από τους μεγάλους παρόχους Τυπικά, τα SONET point-to-point links χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση οπτικών δακτυλίων με OEO λειτουργία σε κάθε κόμβο Οι SONET δακτύλιοι αξιοποιούν δύο τύπους OEO κόμβων Add-drop πολυπλέκτης(ADM) – προσθήκης απομάστευσης Συνήθως συνδέεται με αρκετές SONET τερματικές συσκευές Συγκεντρώνει ή χωρίζει την κίνηση SONET σε διάφορες ταχύτητες Ψηφιακό σύστημα cross-connect (DCS) - διασύνδεση Προσθέτει και αφαιρεί SONET κανάλια σε κάθε τοποθεσία Ικανό να διασυνδέσει μεγαλύτερο αριθμό συνδέσεων από ό,τι ένα ADM Συχνά χρησιμοποιείται για να διασυνδέσει SONET δακτυλίους ΠΑΔ

SONET/SDH – Ειδικά 1 Η ηλεκτρική πλευρά του SONET σήματος είναι γνωστή ως synchronous transport signal (STS) Η ηλεκτρική πλευρά του SDH είναι γνωστή ως synchronous transport module (STM). Η οπτική πλευρά του SONET/SDH σήματος είναι γνωστή ως optical carrier (OC). ΠΑΔ

SONET/SDH – Ειδικά 2 Η Ιεραρχία της πολυπλεξίας ΠΑΔ

SONET/SDH – Ειδικά 3 Το SONET/SDH είναι δομημένο σε μορφή καναλιού. - Π.χ. STS-12 = 12 STS-1 streams Δομές μετά από συνένωση – concatenation (OC-3c, OC-12c, etc) - To πλαίσιο του STS-3 payload γεμίζει με ATM cells ή IP packets σε πλαίσια PPP ή HDLC - Concatenated SONET/SDH ζεύξεις χρησιμοποιούνται για να συνδέσουν ATM switches ή IP routers (Packets over SONET). ΠΑΔ

SONET/SDH – Ειδικά 4 Η δομή του STS-1 To πλαίσιο παρουσιάζεται σε μορφή πίνακα και εκπέμπεται γραμμή-γραμμή. –κάθε cell του πίνακα αντιστοιχεί σε ένα byte –Οι πρώτες τρεις στήλες περιέχουν overheads –Οι υπόλοιπες 87 μεταφέρουν το synchronous payload envelope (SPE), που αποτελείται από τα δεδομένα του χρήστη και επιπρόσθετα overheads που αναφέρονται ως payload overhead (POH) ΠΑΔ

SONET/SDH – Ειδικά 5 Section, line and path Section: Μία απλή ζεύξη με μία SONET συσκευή ή ένα αναγεννητή. • Line: Μία σύνδεση μεταξύ δύο SONET συσκευών που μπορεί να περιλαμβάνει αναγεννητές ΠΑΔ

SONET/SDH – Ειδικά 6 Στοίβα πρωτοκόλλων ΠΑΔ

SONET/SDH – Ειδικά 7 Section και line overheads ΠΑΔ

SONET/SDH – Ειδικά 8 STS1 payload Αποτελείται από τα user data και το path overhead. • User data: –Virtual tributaries: Σύγχρονα δεδομένα χαμηλότερου ρυθμού (DS-0, DS-1, E1, κτλ.) frames –ATM cells και IP packets Τα IP πακέτα πρώτα ενθυλακώνονται σε HDLC πλαίσια (ή PPP) τα οποία τοποθετούνται στο SPE payload γραμμή-γραμμή. Ένα πλαίσιο μπορεί να τεμαχιστεί και να σταλεί από δύο SPE. IP p#1 IP p#2 ΠΑΔ

SONET/SDH – Ειδικά 9 Συσκευές Τερματικός πολυπλέκτης (terminal multiplexer) Πολυπλέκτης προσθήκης απομάστευσης (add drop multiplexer) Ψηφιακό σύστημα cross connect (Digital Cross Connect) Terminal multiplexer Πολυπλέκει ένα αριθμό DS-n ή E1 σημάτων σε ένα OC-N σήμα Αποτελείται από ένα ελεγκτή, διεπαφές χαμηλής ταχύτητας για τα DS-n ή E1 σήματα, και μία OC-N διεπαφή και ένα time slot interchanger (TSI) Λειτουργεί και σαν πολυπλέκτης. ΠΑΔ

SONET/SDH – Ειδικά 10 Add-drop multiplexer Είναι μία πιο πολύπλοκη έκδοση του TM Δέχεται ένα OC-N σήμα από το οποίο μπορεί να αποπολυπλέξει και να τερματίσει (i.e., drop) οποιοδήποτε αριθμό DS-n ή OC-M σημάτων, όπου M<N, ενώ ταυτόχρονα μπορεί να προσθέσει νέα DS-n και OC-M σήματα στο OC-N σήμα εξόδου. ΠΑΔ

SONET/SDH – Ειδικά 11 SONET Δακτύλιοι Οι SONET/SDH ADM συσκευές συνήθως συνδέονται σε τοπολογίες δακτυλίου (SONET/SDH ring). Οι SONET/SDH δακτύλιοι είναι αυτοθεραπευόμενοι (self-healing), δηλαδή μπορούν αυτόματα να ανακάμψουν από αποτυχίες της ζεύξης ΠΑΔ

SONET/SDH – Ειδικά 13 Παράδειγμα σύνδεσης Ο A μεταδίδει ένα DS-1 σήμα στον TM1 Ο TM1 μεταδίδει ένα OC-3 σήμα στον ADΜ1 Ο ADM1 προσθέτει το OC-3 σήμα στο STS-1 2 payload και το εκπέμπει στον επόμενο ADM ως OC12. Στον ADM3, το DS-1 σήμα που ανήκει στον Α απομαστεύεται (dropped) από το payload και εκπέμπεται με άλλα σήματα στον TM2 ο οποίος αποπολυπλέκει τελικά το σήμα και το στέλνει στο Β. ΠΑΔ

SONET/SDH – Ειδικά 14 Είναι συνδεσμικό δικτυακό υπόδειγμα (circuit switching) Εγκαθίδρυση σύνδεσης: – Χρησιμοποιώντας διαδικασίες διαχείρισης δικτύων, το δίκτυο SONET κάνει τις απαραίτητες προβλέψεις (network provisioning) To προηγούμενο παράδειγμα είναι παράδειγμα μόνιμης σύνδεσης Μένει ενεργή για μεγάλο διάστημα Η σύνδεση αφιερώνεται στο χρήστη Α είτε τη χρησιμοποιεί είτε όχι ΠΑΔ

SONET/SDH – Ειδικά 15 Ψηφιακό Cross Connect (DCS) Διαδυνδέει πολλαπλά SONET rings Συνδέεται με πολλαπλά εισερχόμενα και εξερχόμενα OC-N interfaces. Μπορεί να κάνει προσθήκη-απομάστευση DSn και/ή OC-M σημάτων, και μπορεί να μετάγει DSn και/ή OC-M σήματα από ένα εισερχόμενο interface σε οποιοδήποτε εξερχόμενο. ΠΑΔ

Η μεγάλη εικόνα Application Layer ΠΔΤ

SONET/SDH – Ειδικά 16 Αυτοθεραπεύομενα δίκτυα SONET/SDH Αιτίες αποτυχίας: Αποτυχία της οπτικής ζεύξης λόγω ατυχημάτων (κοψίματα) και αποτυχίες του πομποδέκτη. Αποτυχία της SONET/SDH συσκευής (σπάνιο) Automatic protection switching (APS) Οι SONET/SDH δακτύλιοι είναι αυτοθεραπευόμενοι (self-healing), δηλαδή οι υπηρεσίες μπορούν εύκολα να ανακτηθούν μετά από υποβάθμιση της γραμμής ή πλήρους αποτυχίας της. Αυτό πραγματοποιείται από το πρωτόκολλο αυτόματης μεταγωγής (automatic protection switching (APS) ). Ο χρόνος ανάκτησης των υπηρεσιών είναι μικρότερος από 50 msec. ΠΑΔ

SONET/SDH – Ειδικά 17 Σχήματα προστασίας Η πρωτεύουσα και η δευτερεύουσα ζεύξη πρέπει να έχουν διαφορετική φυσική δρομολόγηση. Συχνά, για οικονομικούς λόγους, οι δύο οπτικές ίνες χρησιμοποιούν διαφορετικούς τερματισμούς αλλά χρησιμοποιούν το ίδιο φυσικό μονοπάτι (structurally diverse). ΠΑΔ

SONET/SDH – Ειδικά 18 Σχήματα προστασίας Span switching (Μεταγωγή ζεύξης): Αν μία οπτική ίνα σε λειτουργία αποτύχει, η κίνηση θα μεταφερθεί πάνω από το δακτύλιο προστασίας. Ring switching (Μεταγωγή δακτυλίου): Συχνά οι πρωτεύουσες οπτικές ίνες και οι ίνες προστασίας είναι μέρος της ίδιας δέσμης οπτικών ινών. Όταν η δέσμη (bundle) κοπεί, η κίνηση θα μεταφερθεί μέσω των ινών προστασίας σε άλλο δακτύλιο. ΠΑΔ

Virtual Concatenation Αυτή η διαδικασία αντιστοιχεί μία εισερχόμενη ροή κίνησης σε ένα αριθμό payloads μικρότερου ρυθμού/ Τα payloads μετάγονται μέσω του δικτύου SONET/SDH ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Στον προορισμό, χρησιμοποιούνται ώστε να επαναδομηθεί η αρχική ροή κίνησης. Παράδειγμα Ας θεωρήσουμε την περίπτωση μεταφοράς σήματος1 GbE πάνω από SONET/SDH. Σύμφωνα με το πρότυπο, ένα σήμα STS-48c (2,488 Gbps) πρέπει να χρησιμοποιηθεί αφήνοντας κατά αυτό τον τρόπο αχρησιμοποίητη χωρητικότητα. Κάνοντας χρήση του virtual concatenation σχήματος, εφτά ανεξάρτητα STS-3c (7x155,520 = 1,088) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μεταφορά του 1 GbE signal σε πλήρη ρυθμό. ΠΑΔ

Virtual Concatenation Παράδειγμα – συνέχεια Πως πραγματοποιείται Στον πομπό η εισερχόμενη ροή αποπολυπλέκεται και κατανέμεται πάνω από εφτά διαφορετικά payloads, που αντιστοιχούν σε blocks των STS-3c. Οι ενδιάμεσοι SONET/SDH κόμβοι βλέπουν μόνο διαφορετικά payloads και δεν έχουν γνώση της συνένωσης (concatenation). Στον προορισμό, οι εφτά ροές πολυπλέκονται στο αρχικό GbE σήμα. ΠΑΔ

LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) Διατήρηση ισορροπίας Αυτό το σχήμα επιτρέπει τη δυναμική προσαρμογή του αριθμού των sub-rate payloads που έχουν ανατεθεί σε μία ροή κίνησης, της οποίας ο ρυθμός μπορεί να κυμαίνεται με το χρόνο. Το σχήμα LCAS μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατά την επαναδρομολόγηση κίνησης λόγω αποτυχιών στη ζεύξη. ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Θέματα – Δρομολόγηση μήκους κύματος – Σχήματα προστασίας – G.709 – Αρχιτεκτονικές control plane ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Ανάγκη δρομολόγησης μήκους κύματος Η πιο ενεργοβόρα και ακριβή διαδικασία είναι η Ο/Ε/Ο μετατροπή. Αν ένα μήκος κύματος δεν προορίζεται για κάποιο δικτυακό κόμβο είναι καλύτερο να παρακάμπτει (optical by-pass) αυτό τον κόμβο αποφεύγοντας τη μετατροπή του μήκους κύματος. Συνεπώς οπτικές διατάξεις θα πρέπει να είναι σε θέση να προσθέτουν, αφαιρούν, μετάγουν μήκη κύματος σε κάθε κόμβο με γνώμονα την προώθηση των μηκών κύματος στον επόμενο κόμβο του δικτύου και τη μετατροπή O/E/O όπου είναι απαραίτητο. ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Βασικές οπτικές δικτυακές συσκευές Ο 2x2 συζεύκτης είναι μία βασική συσκευή στα δίκτυα οπτικών ινών. Η πιο τυπική διάταξη είναι ο fused-fiber coupler. Ένας 2x2 συζεύκτης ονομάζεται λέγεται 3-dB συζεύκτης όταν η ισχύς του σήματος εισόδου μοιράζεται ισομερώς στις δύο εξόδους ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Banyan Crossover Switch με τη χρήση 3 dB couplers ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος 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). ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Τύποι OADM – παράλληλη αρχιτεκτονική Ελάχιστοι περιορισμοί στη σχεδίαση του δικτύου Σταθερές απώλειες ανεξαρτήτως του αριθμού καναλιών Δεν είναι αποδοτική στο χειρισμό μικρού αριθμού καναλιών για την απομάστευση Απαιτεί μεγάλη σταθερότητα στο μήκος κύματος Λύση η αρθρωτή αρχιτεκτονική ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Τύποι OADM – σειριακή αρχιτεκτονική Πιο αρθρωτή αρχιτεκτονική Χαμηλού κόστους για μικρό αριθμό μηκών κύματος που απομαστεύονται Η απώλεια αυξάνεται με τον αριθμό των καναλιών που απομαστεύονται ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Τύποι OADM – σειριακή αρχιτεκτονική Επίδραση της σειριακής αρχιτεκτονικής στα οπτικά μονοπάτια λόγω αλλαγών της κίνησης. ΠΑΔ

Επαναδιαμορφώσιμοι Οπτικοί πολυπλέκτες προσθήκης απομάστευσης (Reconfigurable Optical add-drop multiplexers) ROADM Module ROADM Module O P M DROPs ADDs Βασικά στοιχεία των ROADMs Πλήρως ευέλικτοι, επαναδιαμορφώσιμοι από απόσταση με λειτουργία Optical Add Drop Αυτόματη εξίσωση ισχύος στις εισόδους, εξόδους, και στις πόρτες add και drops Παρακολούθηση της ισχύος [Optical Power Monitoring (OPM)] όλων των καναλιών Βασικά πλεονεκτήματα των ROADMs Μείωση των ΟΕΟ (“Pass-through” tax) Κλιμακώσιμο εύρος ζώνης (Εκκίνηση με 1 , μεγέθυνση ανά 1 ) Διακριτότητα ενός μήκους κύματος Πλήρως αυτόματο οπτικό επίπεδο δικτύου. ΠΑΔ

Reconfigurable OADMs-ROADMs Παραλλαγή της παράλληλης αρχιτεκτονικής – μερικώς επαναδιομορφώσιμη αρχιτεκτονική Παραλλαγή της σειριακής μερικώς επαναδιομορφώσιμη αρχιτεκτονική ΠΑΔ

Reconfigurable OADMs-ROADMs Παραλλαγή της παράλληλης αρχιτεκτονικής – πλήρως επαναδιαμορφώσιμο σχήμα Παραλλαγή της σειριακής πλήρως επαναδιαμορφώσιμο σχήμα ΠΑΔ

Reconfigurable OADMs-ROADMs α) Broadcast and select b) Wavelength blocker c) Wavelength Selective Switch based ROADM ΠΑΔ

Reconfigurable OADMs-ROADMs – multi degree Εξυπηρετούν mesh αρχιτεκτονικές Transmitters Fixed to fibre links Transmitters can be used on any fibre link ΠΑΔ

Reconfigurable OADMs-ROADMs Επιλεκτικό switch στο μήκος κύματος (wavelength selective switch, WSS) ROADM: Χρησιμοποιεί ένα απλό στοιχείο για να πολυπλέξει και αποπολυπλέξει όλες τα express και add/drop μήκη κύματος Περιέχει ένα οπτικό μεταγωγέα (built-in Optical Switch) που μπορεί να κατευθύνει ένα ή περισσότερα μήκη κύματος από και προς οποιαδήποτε πόρτα Παρέχει αυτόματη εξίσωση όλων των καναλιών σε όλα τα μήκη κύματος Συνήθως παρέχει Optical Power Monitoring σε όλα τα μήκη κύματος Μπορεί να ρυθμιστεί ώστε οι πόρτες να είναι διαφανείς στο μήκος κύματος (truly colorless ports) για lasers που είναι συντονιζόμενα στο μήκος κύματος & δυναμική διαχείριση του μήκους κύματος Παρέχει τη δυνατότητα για λειτουργία mesh δικτύων (φυσικά είναι συμβατό με ring τοπολογίες) MP-WSS Flexible Drops Flexible Adds WSS 1 3 5 + 7 4 O P M ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Οπτικοί διασυνδετές (optical cross connects) 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. ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Οπτικοί διασυνδετές (optical cross connects) Χρήση μετατροπέων μήκους κύματος Αν είναι εξοπλισμένος με μετατροπείς 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. ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Οπτικοί διασυνδετές (optical cross connects) Λειτουργία του OXC Παρεμβάλλεται μεταξύ του πελάτη (IP, SONET, ATM) και του οπτικού τερματικού OLT ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Οπτικοί διασυνδετές (optical cross connects) Διαφορετικές υλοποιήσεις ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Οπτικοί διασυνδετές (optical cross connects) Ρεαλιστική αμιγώς οπτική υλοποίηση ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Τεχνολογίες οπτικής μεταγωγής –micro electronic mechanical systems (MEMS) –semiconductor optical amplifiers (SOA) –Επίσης, ένας 2x2 συζεύκτης, και παραλλαγές του μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να κατασκευάσουν μεγάλα OXC switches. ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος 2D MEMs – switches: Mικροδιατάξεις που μπορούν να κινηθούν (actuators) με τη χρήση ηλεκτρονικών σημάτων ADD-drop MUX στο χώρο Cross-bar switch ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος 3D MEMs – switches: ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Semiconductor optical amplifier: Ένας SOA είναι μία pn-επαφή που δρα σαν ένας ενισχυτής και σαν ένας on-off switch 2x2 switch με SOAs (switching time < 100 ps) ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Οπτικά μονοπάτια (lightpaths) Τα δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος είναι δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος. Για την αποστολή δεδομένων σε ένα χρήστη, μία σύνδεση πρέπει πρώτα να εγκατασταθεί. Η σύνδεση είναι σύνδεση κυκλώματος και εγκαθίσταται με την εκχώρηση ενός μήκους κύματος σε κάθε hop κατά μήκος του μονοπατιού. ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Η απαίτηση συνέχειας του μήκους κύματος Όταν εγκαθίσταται ένα μονοπάτι πάνω από ένα δίκτυο δρομολόγησης μήκους κύματος, το ίδιο μήκος κύματος πρέπει να χρησιμοποιηθεί σε κάθε hop κατά μήκος του μονοπατιού. Αν το απαιτούμενο μήκος κύματος δεν είναι διαθέσιμο στην ίνα εξόδου ενός OXC μέσω του οποίου το μονοπάτι δρομολογείται, η εγκατάσταση του lightpath μπλοκάρεται και ένα σήμα ειδοποίησης στέλνεται πίσω στο χρήστη. Για τη μείωση της πιθανότητας μπλοκαρίσματος, ο OXC εξοπλίζεται με μετατροπείς μήκους κύματος (wavelength converters). ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Η απαίτηση συνέχειας του μήκους κύματος Σε ένα OXC, για κάθε fiber εξόδου με W wavelengths, πρέπει να υπάρχουν c converters, όπου 0 ≤c ≤W. Καμία μετατροπή: c=0 Μερική μετατροπή: 0 < c <W Πλήρης μετατροπή: c=W Συνήθως ένας converter μπορεί να μετατρέψει ένα σήμα μήκους κύματος λ σε ένα άλλο μήκος κύματος που βρίσκεται μερικά nm μακριά από το λ. ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Παράδειγμα δημιουργίας οπτικών μονοπατιών και χρήσης μετατροπής μήκους κύματος ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Traffic grooming – Ομαδοποίηση δεδομένων Ένα lightpath χρησιμοποιείται αποκλειστικά από ένα πελάτη Συχνά το εύρος ζώνης που ο πελάτης απαιτεί είναι πολύ μικρότερο από αυτό του wavelength. Αυτό σημαίνει ότι μέρος του lightpath bandwidth δεν χρησιμοποιείται. Επίσης ο χρήστης πληρώνει περισσότερο bandwidth από όσο απαιτεί. Το Traffic grooming επιτρέπει σε πολλούς χρήστες να κάνουν χρήση του ίδιου Lightpath ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Sub-rate units To εύρος ζώνης του lightpath χωρίζεται σε μονάδες subrate ώστε να μεταφέρει ροές που αντιστοιχούν σε μικρότερους ρυθμούς. Για παράδειγμα, τα 2.5 Gbps (OC-48) μπορούν να διατεθούν σε sub-rate units των 50 Mbps (OC-1) Ένας πελάτης μπορεί να ζητήσει μία ή περισσότερες sub-rate units. Με αυτό τον τρόπο βελτιώνεται η χρήση του μήκους κύματος και μειώνεται το κόστος για τους χρήστες. ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Παράδειγμα 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) ΠΑΔ

Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Παράδειγμα 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 sub-rate μονάδων μέχρι 16 το σύνολο. Επιπλέον lightpaths μπορούν να εγκαθιδρυθούν 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 αιτείται μία σύνδεση με ένα χρήστη που συνδέεται στο OXC 4 για τέσσερα sub-rate units. Σε αυτή την περίπτωση ένα νέο lightpath πρέπει να εγκαθιδρυθεί μεταξύ OXCs 1 και 4, π.χ. πάνω από OXCs 6 και 5. ΠΑΔ

Σχήματα προστασίας Τυπικές αποτυχίες Οι αποτυχίες της ζεύξης είναι πολύ συχνές και συμβαίνουν όταν ένα οπτικό καλώδιο κόβεται κατά λάθος. Μία ζεύξη μπορεί να αποτύχει λόγω βλάβης σε οπτικό ενισχυτή. Ένα μήκος κύματος μπορεί επίσης να αποτύχει αν ένας πομπός ή δέκτης αποτύχει Τέλος, και ένα OXC μπορεί να αποτύχει, κάτι που είναι πολύ σπάνιο λόγω της πρόβλεψης εφεδρειών. ΠΑΔ

Σχήματα προστασίας Προστασία ζεύξης και μονοπατιού Η προστασία μπορεί να λειτουργήσει στο επίπεδο ενός μοναδικού lightpath ή στο επίπεδο ενός fiber. – Ο όρος Path protection δηλώνει σχήματα για την αποκατάσταση ενός lightpath, και – Ο όρος Link protection δηλώνει σχήματα για την αποκατάσταση ενός fiber, όπου όλα τα μήκη κύματος ανακτώνται ταυτόχρονα. Τυπικά σχήματα προστασίας 1:1 Αφιερωμένο 1+1 σχήμα: Το σήμα μεταδίδεται ταυτόχρονα πάνω από δύο ξεχωριστές ίνες που ξεχωριστά δρομολογημένες. Ο δέκτης παρακολουθεί την ποιότητα των δύο σημάτων και επιλέγει το καλύτερο από τα δύο. Αν μία ίνα αποτύχει, ο δέκτη συνεχίζει να λαμβάνει δεδομένα στην άλλη ίνα. 1:1 σχήμα: Υπάρχουν δύο ξεχωριστά δρομολογημένες ίνες, μία που εργάζεται και μία σε φάση προστασίας. Το σήμα εκπέμπεται πάνω από την εργαζόμενη ίνα και αν αυτή αποτύχει, γίνεται μεταγωγή στην ίνα προστασίας. ΠΑΔ

WDM δακτύλιοι Οι WDM οπτικοί δακτύλιοι μπορούν να θεωρηθούν σαν μία επέκταση των SONET/SDH δακτυλίων στο πεδίο των μηκών κύματος. Πολλές διαφορετικές τοπολογίες δακτυλίων WDM έχουν προταθεί. Οι πιο συχνά συναντώμενες είναι: optical unidirectional path sharing ring(OUPSR), two-fiber optical bidirectional link sharing ring(2FOBLSR) four-fiber optical bidirectional link sharing ring(4FOBLSR). ΠΑΔ

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. ΠΑΔ

Πριν το OTN ΠΑΔ

Ρόλος του ΟΤΝ Ο ρόλος του OTN είναι να προσθέτει λειτουργίες διαχείρισης, συντήρησης και πρόβλεψης (administration, maintenance, and provisioning (OAM&P) ) στα οπτικά φέροντα του DWDM από άκρο σε άκρο. To OTN που καλείται και 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 (Reed Solomon (255,239)). Digital wrappers ορίζονται για 2.5-, 10-, 40- and 100Gbps SDH/SONET συστήματα. Τα line rates ορίζονται ως optical transport units (OTUs) ΠΑΔ

Forward error correction H FEC υλοποίηση στο G.709 χρησιμοποιεί τον Reed-Solomon κώδικα RS(255/239). Προσφέρει ανοχή της τάξης των 6 dB στο SNR για δεδομένο BER ΠΑΔ

Ιδιότητες του ΟΤΝ Κύριος στόχος του να επιτρέψει mutliservice transport (packet based, legacy traffic) 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. ΠΑΔ

OTN και επίπεδα δικτύου Το OTN αρχικά χρησιμοποιείτο σε σημείο-προς-σημείο συνδέσεις λόγω του FEC. Πλέον αποτελεί ένα νέο επίπεδο δικτύου Χρησιμοποιείται για να οικοδομήσει διαφανή, κλιμακώσιμα και χαμηλού κόστους δίκτυα όπου το Ethernet και το SDH αποτελούν τα σήματα-πελάτες. Το SDH υποστηρίζει μόνο μεταφορά πάνω από απλά μήκη κύματος Συνεπώς, το ΟΤΝ παρέχει μεταφορά και διαχείριση σε DWDM δίκτυα ΠΑΔ

ΟΤΝ container ΠΑΔ

ΟΤU frame To OTU frame δομείται σε ένα πίνακα που αποτελείται από τέσσερις στήλες των 4080 bytes. Τρεις overhead areas στο OTN frame: the Optical Payload Unit (OPU) overhead, the Optical Data Unit (ODU) overhead, and the Optical Transport Unit (OTU) overhead. Τα overhead bytes παρέχουν path and section performance monitoring, alarm indication, communication, and protection switching capabilities. Ένα επιπλέον χαρακτηριστικό είναι η εισαγωγή του Forward Error Correction (FEC) function για κάθε frame. To FEC βελτιώνει το the Optical Signal-to-Noise Ratio (OSNR) από 4 έως 6 dB, με αποτέλεσμα την επιμήκυνση των lightpaths, τη μείωση των 3R αναγεννητών. ΠΑΔ

ΟΤΝ Container OPU OH (Och payload unit): Περιέχει την πληροφορία που σχετίζεται με το σήμα του πελάτη (π.χ. ο τύπος της κίνησης που στέλνεται). ODU OH ( Och data unit): Παρέχει tandem connection monitoring (TCM), παρακολούθηση από άκρο σε άκρο. H TCM λειτουργία που υλοποιείται στο OTN επιτρέπει σε ένα πάροχο να παρακολουθεί το error performance μίας σύνδεσης που προέρχεται και τερματίζει στο δικό του δίκτυο καθώς περνάει από διαφορετικούς παρόχους. OTU OH (Och transport unit): Παρέχει πληροφορία παρακολούθησης ενός σήματος σε ένα section. ΠΑΔ

ΟΤΝ και network monitoring Από σε άκρο παρακολούθηση της σύνδεσης, πάνω από διαφορετικούς παρόχους αλλά και ανά πάροχο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ταυτόχρονα. ΠΑΔ

ΟΤΝ layers Optical channel (Och): H οπτική σύνδεση μεταξύ δύο χρηστών που μοιράζονται το ίδιο lightpath (συνήθως wavelength). Optical multiplex section (OMS): Οπτικά κανάλια πολυπλέκονται και μεταδίδονται σαν ένα σήμα πάνω από μία οπτική ίνα. Optical transmission section (OTS): Το επίπεδο μετάδοσης του πολυπλεγμένου σήματος μεταξύ δύο σημείων πρόσβασης του OTN. ΠΑΔ

ΟΤN rates Στο SONET/SDH, το frame επαναλαμβάνεται κάθε 125 µsec. Υψηλότεροι ρυθμοί επιτυγχάνονται μεταδίδοντας μεγαλύτερα frames κάθε 125 µsec. ΠΑΔ

ΟΤN rates Στο G.709 το frame παραμένει το ίδιο, αλλά μεταδίδεται σε διαφορετικούς ρυθμούς. Οι τρεις ρυθμοί είναι: Κάθε 48.971 µ sec για 2,666,057 Gbps Κάθε 12.191 µ sec για 10,709 Gbps Κάθε 3.035 µsec for 43,018,413 Gbps ΠΑΔ

ΟΤN ιεραρχία ΠΑΔ

ODUflex Είναι δύσκολο να προβλέψει κανείς τους ρυθμούς των σημάτων-πελατών στο μέλλον. Εκτός από το ethernet, πολλά άλλα client signals πρέπει να υποστηριχθούν από το OTN (Fibre Channel, video distribution signals, κ.α) Πολλά από αυτά δεν ταιριάζουν σε κάποιο υπάρχον ODUk χωρίς σημαντική απώλεια bandwidth. O ορισμός ενός νέου ODU container για κάθε περίπτωση δεν είναι πρακτική λύση Το ODUflex είναι μία ευέλικτη μορφή container χαμηλού μεγέθους που μπορεί να αξιοποιηθεί για να προσαρμοστεί ένα υψηλότερης τάξης ODUk σε ένα σήμα-πελάτη. ΠΑΔ

ΟΤΝ Μεταγωγή Τοποθετείται μεταξύ του οπτικού μεταγωγέα που εργάζεται σε επίπεδο μήκους κύματος (wavelength granularity) και του IP router που έχει διακριτότητα πακέτου (packet granularity) ΠΑΔ

ΟΤΝ δίκτυο Μπορεί να λειτουργήσει σαν ένα δίκτυο overlay σε ένα υπάρχον δίκτυο ή σαν ένα δίκτυο που αντικαθιστά ένα υπάρχον. ΠΑΔ

IP πάνω από WDM Το δικτυακό μοντέλο αποτελείται από IP δίκτυα-χρήστες τα οποία διασυνδέονται μέσω οπτικού δικτύου κορμού Οπτικό Δίκτυο: Αποτελείται από πολλαπλά οπτικά υποδίκτυα (WDM ζεύξεις και OXCs) Το οπτικό δίκτυο δεν έχει τη δυνατότητα επεξεργασίας IP πακέτων IP Δίκτυο Οι IP δρομολογητές που έχουν πρόσβαση στο οπτικό επίπεδο καλούνται δρομολογητές άκρου Οι δρομολογητές άκρου επικοινωνούν με οπτικά μονοπάτια ΠΑΔ

IP πάνω από WDM Λογικές Διεπαφές Διεπαφή χρήστη-δικτύου (User Network Interface - UNI): αντιπροσωπεύει το όριο μεταξύ του οπτικού δικτύου και των ηλεκτρονικών δικτύων-χρηστών Διεπαφή δικτύου-δικτύου (Network Network Interface - NNI): αποτελεί το όριο μεταξύ των διάφορων οπτικών υποδικτύων Φυσικές Διεπαφές UNI Άμεσες διεπαφές: Ένα IP κανάλι ελέγχου εντός ή εκτός ζώνης δημιουργείται μεταξύ του IP δρομολογητή και του OXC στο οποίο διασυνδέεται. Το κανάλι χρησιμοποιείται για την ανταλλαγή μηνυμάτων σηματοδοσίας και δρομολόγησης μεταξύ OXC και δρομολογητή Έμμεσες διεπαφές: Ένα IP κανάλι ελέγχου εκτός ζώνης δημιουργείται μεταξύ του δικτύου-χρήστη και του οπτικού δικτύου. Το κανάλι χρησιμοποιείται για την ανταλλαγή μηνυμάτων σηματοδοσίας και δρομολόγησης μεταξύ των συστημάτων ελέγχου και διαχείρισης του οπτικού δικτύου και του δικτύου-χρήστη ΠΑΔ

Μοντέλα παροχής υπηρεσιών Domain Service Model Tο οπτικό δίκτυο παρέχει διασύνδεση υψηλού εύρους ζώνης στα IP δίκτυα-χρήστες (δύο διαφορετικά δίκτυα) με τη μορφή οπτικών μονοπατιών Υπηρεσίες στα UNI σχετικές με τα οπτικά μονοπάτια Lightpath creation: δημιουργία οπτικού μονοπατιού Lightpath deletion: απεγκατάσταση ενός οπτικού μονοπατιού Lightpath modification: τροποποίηση παραμέτρων ενός οπτικού μονοπατιού Lightpath status query: ενημέρωση για τις παραμέτρους οπτικού μονοπατιού Υπηρεσίες στα UNI σχετικές με ανάκτηση διευθύνσεων Client registration: Κατοχύρωση διεύθυνσης δικτύου-χρήστη Client de-registration: Άρση κατοχύρωσης διεύθυνσης δικτύου-χρήστη Address query: Ανάκτησης διεύθυνσης άλλου δικτύου-χρήστη End-system discovery: Επαλήθευση συνδεσιμότητας του δικτύου χρήστη Service discovery: Παροχή παραμέτρων σύνδεσης σε δίκτυο-χρήστη ΠΑΔ

Μοντέλα παροχής υπηρεσιών Unified Service Model Το IP και το οπτικό δίκτυο αποτελούν ενιαίο δίκτυο το οποίο ελέγχεται και υφίσταται διαχείριση με ενιαίο τρόπο Από πλευράς δρομολόγησης και σηματοδοσίας δεν υπάρχει διάκριση μεταξύ UNI, NNI και άλλων διεπαφών δρομολογητή με δρομολογητή Το επίπεδο ελέγχου σε αυτό το μοντέλο είναι βασισμένο σε MPLS MPLS πρωτόκολλα σηματοδοσίας χρησιμοποιούνται για να εκκινήσουν υπηρεσίες όπως lightpath creation, lightpath deletion, lightpath modification και lightpath status query, όμοιες με αυτές του domain service model ΠΑΔ

Μοντέλα διασύνδεσης IP πάνω από WDM Overlay model Στο overlay model τα πρωτόκολλα δρομολόγησης και σηματοδοσίας στο IP δίκτυο είναι διαφορετικά από αυτά του οπτικού δικτύου Το οπτικό επίπεδο παρέχει συνδέσεις σημείου προς σημείο στο IP επίπεδο: ο ΙP δρομολογητής έχει τη δυνατότητα να δει μόνο τα οπτικά μονοπάτια, αλλά η εσωτερική τοπολογία του δικτύου δεν είναι ορατή στο δρομολογητή Η διάδραση μεταξύ IP και οπτικού επιπέδου γίνεται στο UNI Το μοντέλο παρέχει δυνατότητες απομόνωσης σφαλμάτων, ασφάλεια και ανεξάρτητη εξέλιξη των τεχνολογιών IP και οπτικών δικτύων ΠΑΔ

Μοντέλα διασύνδεσης IP πάνω από WDM Peer model Tα πρωτόκολλα σηματοδοσίας είναι κοινά στο οπτικό και το IP επίπεδο Oι IP δρομολογητές είναι ομότιμες μονάδες (peers) με τους OXCs στο IP και το οπτικό επίπεδο Η πληροφορία της κατάστασης του δικτύου μεταφέρεται με IGP πρωτόκολλα (OSPF, IS-IS) Η δρομολόγηση γίνεται από τον IP δρομολογητή άκρου Σηματοδοσία: η εγκατάσταση LSP γίνεται με CR-LDP ή RSVP-TE ΠΑΔ

Augmented model Τα πρωτόκολλα δρομολόγησης στο IP δίκτυο είναι διαφορετικά από αυτά του οπτικού δικτύου, αλλά τα δύο επίπεδα επικοινωνούν μεταξύ τους ανταλλάσσοντας πληροφορίες σχετικές με τη δρομολόγηση Βασικό θέμα στο εν λόγω μοντέλο αποτελεί η ανταλλαγή πληροφορίας στα UNI: Χρήση του πρωτοκόλλου BGP (Border Gateway Protocol), τροποποιημένου κατάλληλα ώστε να ανταλλάσσεται πληροφορία δρομολόγησης μεταξύ IP και οπτικού δικτύου Χρήση πρωτοκόλλων OSPF και IS-IS για την ανταλλαγή πληροφορίας στα UNI Συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των overlay και peer model ΠΑΔ

Multiprotocol Lambda Switching (MPLmS) Το MPLmS παρέχει κατάλληλες επεκτάσεις στο MPLS ώστε να λαμβάνονται υπ’ όψιν τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των οπτικών δικτύων Παρέχει εργαλεία για τη διαχείριση του εύρους ζώνης στο οπτικό επίπεδο, καθώς και για τη δυναμική παροχή και αποκατάσταση οπτικών καναλιών στο δίκτυο Aξιοποιεί το επίπεδο ελέγχου του MPLS, επομένως δεν είναι αναγκαία η υλοποίηση νέων επιπέδων ελέγχου του οπτικού δικτύου, και καθιστά δυνατή την ταχεία σχεδίαση και υλοποίηση νέων κλάσεων OXCs Απλοποιεί τη διαχείριση δικτύου, παρέχοντας κοινή σημασιολογία για τον έλεγχο και τη διαχείριση του δικτύου τόσο στο οπτικό όσο και στο ηλεκτρονικό πεδίο ΠΑΔ

Σύγκριση MPLmS και MPLS Η οπτική ίνα μεταξύ δύο OXCs αντιστοιχεί σε μία ζεύξη στην τοπολογία του οπτικού δικτύου Ένα μήκος κύματος ή ένα οπτικό κανάλι αντιστοιχεί σε μια ετικέτα Ένα οπτικό μονοπάτι αντιστοιχεί σε ένα LSP Η ανάθεση μήκους κύματος ισοδυναμεί με ανάθεση ετικέτας Το MPLmS χρησιμοποιεί τα IGP πρωτόκολλα με διαχείριση κίνησης OSPF-TE και IS-IS-TE με επιπλέον επεκτάσεις, ώστε να ανταλλάσσεται πληροφορία σχετική με την τοπολογία του οπτικού δικτύου και τη διαθεσιμότητα μηκών κύματος Το MPLmS χρησιμοποιεί πρωτόκολλα σηματοδοσίας όπως το RSVP-TE για την εγκατάσταση οπτικών μονοπατιών ΠΑΔ

Σύγκριση MPLmS και MPLS Δεν υπάρχει λειτουργία συγχώνευσης ετικέτα στο οπτικό πεδίο, δηλαδή δεν υπάρχει δυνατότητα να συγχωνευθούν περισσότερα του ενός μήκη κύματος Δεν υφίσταται δυνατότητα δημιουργίας στοίβας ετικετών στο οπτικό επίπεδο, καθώς OXCs δε μπορούν να εισάγουν (push) και εξάγουν (pop) μήκη κύματος με την υπάρχουσα οπτική τεχνολογία Οι LSR υποστηρίζουν αυθαίρετο αριθμό από LSPs με αυθαίρετο granularity όσον αφορά το εύρος ζώνης του καθενός - αντίθετα οι OXCs να υποστηρίζουν μικρό αριθμό από οπτικά μονοπάτια με εύρος ζώνης που αντιστοιχεί σε OC-48 ή OC-192 ΠΑΔ

Generalized MPLS Το G-MPLS γενικεύει το MPLS, υποστηρίζοντας συσκευές, οι οποίες, εκτός από μεταγωγή πακέτου, επιτελούν μεταγωγή στο πεδίο του χρόνου, του μήκους κύματος και του χώρου Το G-MPLS υποστηρίζει πρότυπα μεταγωγής, όπως μεταγωγή πακέτου, μεταγωγή χρονοσχισμών, μεταγωγή μήκους κύματος και μεταγωγή οπτικής ίνας Η υλοποίηση του G-MPLS απαιτεί την επέκταση του MPLS : Επέκταση των OSPF και IS-IS πρωτοκόλλων δρομολόγησης ώστε να μεταφέρουν πληροφορίας σχετικά με τους πόρους και τους περιορισμούς του οπτικού δικτύου Επέκταση των RSVP-TE και CR-LDP πρωτοκόλλων σηματοδοσίας ώστε να επιτρέπεται σε LSPs να εγκαθίστανται άμεσα σε οπτικά δίκτυα Εισαγωγή εννοιών όπως ιεραρχία προώθησης, ομαδοποίηση ζεύξεων και μη- αριθμημένες ζεύξεις για την αύξηση της επεκτασιμότητας της δρομολόγησης στα οπτικά δίκτυα Ανάπτυξη νέου πρωτοκόλλου διαχείρισης δεδομένων. ΠΑΔ

Ιεραρχία Προώθησης - διεπαφές Η έννοια των LSRs του MPLS έχει επεκταθεί στο G-MPLS ώστε να περιλαμβάνει νέου τύπου LSRs (διεπαφές-interfaces LSR) Διεπαφές μεταγωγής πακέτου (Packet Switch Capable -PSCs): Οι διεπαφές προωθούν τα πακέτα με βάση την επικεφαλίδα τους, όπως ακριβώς οι LSRs μετάγουν με βάση το shim header και οι ΑΤΜ μεταγωγείς μετάγουν με βάση την ATM επικεφαλίδα Διεπαφές πολυπλεξίας χρόνου (Time Division Multiplex Capable - TDM): Οι διεπαφές προωθούν τα δεδομένα με βάση χρονοσχισμές στις οποίες βρίσκονται, όμοια με SONET/SDH μεταγωγείς Διεπαφές μήκους κύματος (Lamda Switch Capable – LSC): Οι διεπαφές προωθούν τα δεδομένα με βάση το μήκος κύματος τους, όπως ακριβώς οι OXCS που λειτουργούν σε επίπεδο μεταγωγής ενός μήκους κύματος ή μιας μπάντας μηκών κύματος Διεπαφές μεταγωγής ίνας (Fiber Switch Capable – FSC): Οι διεπαφές προωθούν τα δεδομένα με βάση την ίνα που τα μεταφέρει, όπως οι OXCs που λειτουργούν σε επίπεδο οπτικής ίνας ή δέσμης οπτικών ινών ΠΑΔ

Εγκατάσταση Οπτικών Διαδρομών - δρομολόγηση Οι κόμβοι μεταγωγής ενός δικτύου μαζί με το σύνολο των οπτικών ινών που τους διασυνδέουν αποτελούν τη φυσική τοπολογία του δικτύου Το σύνολο των lightpaths που εγκαθίστανται πάνω στην φυσική τοπολογία, αποτελούν την εικονική τοπολογία του δικτύου Σε μία φυσική τοπολογία μπορούν να εγκατασταθούν ένα σύνολο από διαφορετικές ιδεατές τοπολογίες Η ιδεατή τοπολογία συνιστά ένα πρόσθετο οπτικό επίπεδο, ανάμεσα στο φυσικό επίπεδο και τα ανώτερα επίπεδα του δικτύου Πέρα από τους «φυσικούς» του γείτονες, ένας κόμβος έχει και τους «εικονικούς» γείτονες, αυτούς με τους οποίους συνδέεται με lightpath Στην ιδεατή τοπολογία δύο «εικονικοί» γείτονες υποθέτουμε ότι απέχουν απόσταση ενός hop. ΠΑΔ

Εικονική vs Φυσικής τοπολογίας Η φυσική τοπολογία ενός οπτικού δικτύου μπορεί να αναπαρασταθεί σαν ένας μη-κατευθυνόμενος γράφος, του οποίου κάθε κορυφή αντιστοιχεί σε ένα κόμβο του δικτύου και κάθε ακμή σε σε ένα ζεύγος οπτικών ινών. Η ιδεατή τοπολογία μπορεί να αναπαρασταθεί σαν ένας κατευθυνόμενος γράφος, όπου οι κορυφές αντιστοιχούν στους κόμβους του δικτύου και οι (κατευθυνόμενες) ακμές στα lightpaths Όταν η κίνηση διατρέχει δύο ή περισσότερα lightpaths (δεν υπάρχει απ’ ευθείας σύνδεση), απαιτείται μετατροπή στο ηλεκτρονικό πεδίο ΠΑΔ

Σχεδιασμός Ιδεατής Τοπολογίας Το πρόβλημα συνίσταται στο να βρεθεί ποια lightpaths θα εγκατασταθούν πάνω σε δεδομένη φυσική τοπολογία, και πως θα δρομολογηθούν Πρόκειται για ένα πολύ σημαντικό πρόβλημα, που επηρεάζει καθοριστικά την απόδοση ενός δικτύου δρομολόγησης μηκών κύματος Δεν είναι εφικτό λόγω περιορισμών σε πόρους (μήκη κύματος, transceivers) όλοι οι κόμβοι να διασυνδεθούν με lightpaths Το συνολικό πρόβλημα είναι υπολογιστικά δυσχερές. Μπορεί να διασπαστεί σε υποπροβλήματα προκειμένου να είναι πιο εύκολη η αντιμετώπισή του: Σχεδιασμός Τοπολογίας: Επιλογή των ζευγών κόμβων που θα συνδεθούν με απ’ ευθείας lightpath Δρομολόγηση των lightpaths: Καθορισμός της φυσικής διαδρομής (ακολουθία συνδέσμων) που θα ακολουθήσουν τα lightpaths Ανάθεση μήκους κύματος σε κάθε lightpath Δρομολόγηση της κίνησης στα lightpaths: Εκτέλεση shortest-path αλγόριθμου στη γνωστή πλέον ιδεατή τοπολογία. ΠΑΔ

Βελτιστοποίηση Σχεδίασης Το πρόβλημα του σχεδιασμού της ιδεατής τοπολογίας μπορεί να διατυπωθεί σαν ένα πρόβλημα γραμμικού προγραμματισμού, με αντικείμενο τη βελτιστοποίηση της απόδοσης του δικτύου Βασικές μετρικές απόδοσης είναι ο μέσος αριθμός των “ιδεατών hops”που διατρέχει η κίνηση, καθώς και η μέγιστη χρησιμοποίηση lightpaths Στόχοι της διαδικασίας βελτιστοποίησης είναι: Eλαχιστοποίηση του μέσου αριθμού των ιδεατών hops (lightpaths) Που διατρέχει η κίνηση: Έτσι ελαχιστοποιούνται οι μετατροπές της στο ηλεκτρικό πεδίο Ελαχιστοποίηση της συμφόρησης: Στόχος είναι η κίνηση να ισομοιράζεται στα lightpaths, να μην προσφέρεται πολύ περισσότερη κίνηση σε κάποια από αυτά. Ελαχιστοποίηση της μέσης απ’ άκρη σ’ άκρη καθυστέρηση: Δίνει καλύτερη ποιότητα υπηρεσίας στους πελάτες. Περιλαμβάνει τόσο την καθυστέρηση διάδοσης στα lightpaths όσο και την καθυστέρηση της ηλεκτρονικής επεξεργασίας ΠΑΔ

Δρομολόγηση και Ανάθεση Μηκών Κύματος (RWA) Υπάρχουν δύο βασικοί περιορισμοί σχετικά με την εγκατάσταση lightpaths Περιορισμός Διακριτότητας: Δύο lightpaths που διατρέχουν κοινό σύνδεσμο δεν μπορούν να έχουν το ίδιο μήκος κύματος Περιορισμός Συνέχειας: Ένα lightpath πρέπει να έχει το ίδιο μήκος κύματος σε όλους τους συνδέσμους που διατρέχει Σκοπός του προβλήματος της δρομολόγησης και ανάθεσης μήκους κύματος είναι η επιλογή μονοπατιού και μήκους κύματος για τα lightpaths τέτοια ώστε να ικανοποιούνται οι παραπάνω περιορισμοί. Το πρόβλημα συμβολίζεται με τα αρχικά RWA, από αγγλική απόδοση Σημειώνεται ότι ο δεύτερος περιορισμός (περιορισμός συνέχειας) μπορεί να αρθεί, αν χρησιμοποιηθούν μετατροπείς μήκους κύματος ΠΑΔ

Στατικό RWA Θεωρούμε γνωστές εκ των προτέρων όλες τις αιτήσεις εγκατάστασης lightpaths, μεταξύ κόμβων πηγής-προορισμού του δικτύου Μετά την εκτέλεση του αλγόριθμου δεν έρχονται νέες αιτήσεις εγκατάστασης Αυτό το σενάριο αντιστοιχεί σε δίκτυα με αργά μεταβαλλόμενα χαρακτηριστικά κίνησης (π.χ. της τάξης των εβδομάδων ή μηνών) Κατά συνέπεια και τα lightpaths μεταβάλλονται με πολύ αργό ρυθμό Ζητούμενο είναι η ελαχιστοποίηση των απαιτούμενων μηκών κύματος για την ικανοποίηση όλων των αιτήσεων εγκατάστασης lightpaths. Το πρόβλημα στη γενική μορφή του είναι υπολογιστικά δυσχερές (NPComplete) και αντιμετωπίζεται με προσεγγιστικούς αλγόριθμους Tο πρόβλημα RWA μπορεί να αναχθεί στο πρόβλημα χρωματισμού γράφου Χρωματισμός όλων των κόμβων ενός γράφου με τον περιορισμό δύο οποιοδήποτε γειτονικοί κόμβοι να μην έχουν το ίδιο χρώμα Μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι αλγόριθμοι επίλυσης του προβλήματος χρωματισμού γράφου στο πρόβλημα RWA ΠΑΔ

Δυναμικό RWA Σε δίκτυα με συχνά μεταβαλλόμενη κίνηση η εγκατάσταση μόνιμων lightpaths οδηγεί σε μικρή χρησιμοποίηση, και άρα σε σπατάλη πόρων Η εγκατάσταση των lightpaths γίνεται δυναμικά, ανάλογα με την κίνηση. Σε τυχαίες χρονικές στιγμές γίνονται αιτήσεις εγκατάστασης lightpaths Τις αιτήσεις τις επεξεργάζεται σειριακά η μονάδα ελέγχου των κόμβων Η μονάδα ελέγχου διατηρεί πληροφορία κατάστασης για τη διαθεσιμότητα των μηκών κύματος στους σύνδεσμους του δικτύου. Για την εξυπηρέτηση μιας νέας αίτησης εγκατάστασης lightpath, τρέχει κάποιος δυναμικός RWA αλγόριθμος. Το δυναμικό RWA πρόβλημα μπορεί να διασπαστεί σε δύο υποπροβλήματα: Το πρόβλημα δρομολόγησης των lightpaths στη φυσική τοπολογία Το πρόβλημα ανάθεσης μήκους κύματος σε κάθε Lightpath ΠΑΔ

Αλγόριθμοι Ανάθεσης Μήκους Κύματος Στη συνέχεια θα δούμε ένα σύνολο αλγόριθμων για την ανάθεση μήκους κύματος σε lightpath. Θεωρούμε ότι το μονοπάτι του lightpath είναι γνωστό. Random: Επιλέγει τυχαία ένα από τα διαθέσιμα μήκη κύματος του μονοπατιού, και το αναθέτει στο lightpath. First Fit (FF): Σε κάθε μήκος κύματος ανατίθεται και ένας ακέραιος αριθμός σαν δείκτης. Από τα διαθέσιμα μήκη κύματος σε ένα μονοπάτι, επιλέγεται αυτό με τον μικρότερο δείκτη. Least Used/Spread: Μεταξύ των διαθέσιμων μηκών κύματος, επιλέγει αυτό με τη μικρότερη συχνότητα εμφάνισης στο δίκτυο. Απαιτεί καθολική γνώση του δικτύου, και γι’ αυτό εισάγει επικοινωνιακή επιβάρυνση. Most Used/Pack: Ο συμμετρικός του Least Used, με καλύτερη απόδοση Max Sum (MΣ): Επιλέγει το μήκος κύματος που μεγιστοποιεί την εναπομένουσα χωρητικότητα. Απαιτεί καθολική γνώση του δικτύου. Relative Capacity Loss (RCL): Βελτίωση του MΣ με συμμετρική λογική. Επιχειρεί να ελαχιστοποιήσει την απώλεια χωρητικότητας του δικτύου. ΠΑΔ

Αλγόριθμοι Ανάθεσης Μήκους Κύματος Ακολουθούν αλγόριθμοι που αντιμετωπίζουν συνολικά το πρόβλημα της δρομολόγησης και ανάθεσης μήκους κύματος. Fixed Shortest Path routing: Δρομολογεί κάθε lightpath μέσω της συντομότερης διαδρομής. Αποθηκεύει μόνο μία διαδρομή για κάθε ζεύγος κόμβων πηγής-προορισμού. Επιλέγει μήκος κύματος μέσω του First Fit ή Random αλγόριθμου K-Shortest path routing: Διατηρεί τα Κ πιο σύντομα μονοπάτια για κάθε ζεύγος κόμβων. Μια νέα αίτηση εγκατάστασης lightpaths εξυπηρετείται με το συντομότερο μονοπάτι από τα Κ που έχει διαθέσιμο μήκος κύματος. Least-Congested Path routing: Επιλέγει τη διαδρομή με τη μικρότερη συμφόρηση. Σαν συμφόρηση μιας διαδρομής ορίζουμε «τον ελάχιστο αριθμό διαθέσιμων μηκών κύματος μεταξύ των συνδέσμων της διαδρομής». Χρησιμοποιεί είτε σταθερή εναλλακτική δρομολόγηση, είτε προσαρμοστική δρομολόγηση. Least-Cost routing: Είναι γενίκευση όλων των παραπάνω αλγόριθμων. Επιλέγει το μήκος κύματος που ελαχιστοποιεί μια μετρική κόστους (π.χ. στον παραπάνω αλγόριθμο η μετρική κόστους είναι τα διαθέσιμα μήκη κύματος). Συνδυάζεται με σταθερή εναλλακτική δρομολόγηση, είτε με προσαρμοστική δρομολόγηση. ΠΑΔ

Δικαιοσύνη στο RWA Ένα βασικό χαρακτηριστικό δικαιοσύνης είναι όλοι οι χρήστες να απολαμβάνουν την ίδια ποιότητα υπηρεσίας Στα δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος αυτό μεταφράζεται σε ομοιόμορφη πιθανότητα απόρριψης των αιτήσεων εγκατάστασης lightpaths. Αυτό δε συμβαίνει στην πράξη, αφού τα μεγάλα σε μήκος lightpaths έχουν μεγαλύτερη πιθανότητα απόρριψης από τα μικρότερου μήκους Αυτό συμβαίνει λόγω του περιορισμού συνέχειας: Όσο περισσότεροι οι σύνδεσμοι που ζητάμε να έχουν το ίδιο μήκος κύματος διαθέσιμο, τόσο μικρότερη είναι η πιθανότητα να συμβαίνει αυτό Υπάρχουν δύο μέθοδοι για την αποκατάσταση της δικαιοσύνης Η χρήση μετατροπέων μήκους κύματος: Έτσι αίρεται ο περιορισμός συνέχειας, που είναι βασικός υπεύθυνος για την έλλειψη δικαιοσύνης Χρήση αναδρομολόγησης: Δρομολογώντας ήδη εγκατεστημένα lightpaths σε άλλα μονοπάτια μπορεί επίσης να αντιμετωπιστεί εν μέρει ο περιορισμός συνέχειας και άρα και η έλλειψη δικαιοσύνης ΠΑΔ