Προηγμένες Αρχιτεκτονικές Δικτύων ΠΑΔ 1. 2 Στόχοι Στόχοι του μαθήματος :  Η κατανόηση των σύγχρονων εξελίξεων στις αρχιτεκτονικές σύγχρονων δικτύων 

Παρουσίαση με θέμα: "Προηγμένες Αρχιτεκτονικές Δικτύων ΠΑΔ 1. 2 Στόχοι Στόχοι του μαθήματος :  Η κατανόηση των σύγχρονων εξελίξεων στις αρχιτεκτονικές σύγχρονων δικτύων "— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Προηγμένες Αρχιτεκτονικές Δικτύων ΠΑΔ 1

2 2 Στόχοι Στόχοι του μαθήματος :  Η κατανόηση των σύγχρονων εξελίξεων στις αρχιτεκτονικές σύγχρονων δικτύων  Καταγραφή του State of the art στα δίκτυα π ρόσβασης, στα μητρο π ολιτικά, στα δίκτυα ευρείας π εριοχής, στα δίκτυα κέντρων δεδομένων  Προβολή των τεχνολογιών π ου θα ε π ικρατήσουν στο μέλλον με έμφαση στις τεχνολογίες π ου βασίζονται σε φωτονικές τεχνολογίες  Πρακτική εξάσκηση σε ό, τι αφορά τη σχεδίαση και μελέτη δικτύων με τη χρήση σύγχρονων εξομοιωτών (GNS3, NS3)  Πρακτική εξάσκηση σε Matlab σε ό, τι αφορά software defined transceivers.

3 ΠΑΔ 3 Ύλη π ου αισιοδοξούμε να διδάξουμε Ευρυζωνικά δίκτυα  Δίνουμε έμφαση στις τεχνολογίες ο π τικών δικτύων (core, metro and access)  Transport τεχνολογίες : SONET, OTN Τεχνολογία MPLS  Εμβάθυνση σε ζητήματα π οιότητας υ π ηρεσίας και VPN (π ρακτική εξάσκηση σε GNS3) Νέες τάσεις  Software Defined Networking  Data Center Networks

4 ΠΑΔ 4 Αξιολόγηση και συγγράμματα Αξιολόγηση  80%: Γρα π τή εξέταση στο τέλος  20%: Ασκήσεις π ου δίνονται κατά τη διάρκεια του εξαμήνου Συγγράμματα  Εικονίζονται στην π ρώτη διαφάνεια

5 ΠΑΔ 2-5 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”

6 ΠΑΔ 2-6 Που βρίσκεται;  Πρακτικά παντού Core Networks Metro Submarine Networks Metro Ring Metro ring Regional DWDM Metro Ring Metro Ring Access Multireach DWDM Key words:  Χωρητικότητα  Απόσταση  ικανότητα επαναδιαμόρφωσης  Πράσινη τεχνολογία Data Centers

7 ΠΑΔ 2-7 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)

8 ΠΑΔ 2-8 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)

9 ΠΑΔ 2-9 Οπτική ίνα Πολύτροπη vs Μονότροπη Πολυπυρηνική οπτική ίνα Πλαστική οπτική ίνα

10 ΠΑΔ 2-10 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

11 ΠΑΔ 2-11 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) 1550 nm, 0.2 dB/km 1310 nm, 0.34 dB/km 850 nm, 3 dB/km Περιοχή μηκών κύματος που προτιμάται για μεγάλες αποστάσεις

12 Μήκη κύματος (τι είναι;;) Το μήκος που καλύπτει στον ελεύθερο χώρο ένα σήμα συχνότητας f  φως  Υ π εριώδες (UV)  ορατό  Υ π έρυθρο (IR)  Μήκη για ο π τικές ε π ικοινωνίες  850 nm π ολύτρο π η  1310 nm μονότρο π η  1550 nm μονότρο π η  ειδικά μήκη κύματος  980, 1480, 1625 nm (e.g. Pump Lasers) UV IR Visible 850 nm 980 nm 1,310 nm 1,480 nm 1,550 nm 1,625 nm 125 GHz/nm Wavelength:  (nanometres) Frequency:   (Terahertz) c = 

13 ΠΑΔ 2-13 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.

14 ΠΑΔ 2-14 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.

15 ΠΑΔ 2-15 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.

16 ΠΑΔ 2-16 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.

17 ΠΑΔ 2-17 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).

18 ΠΑΔ 2-18 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.

19 ΠΑΔ 2-19 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.

20 ΠΑΔ 2-20 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.

21 ΠΑΔ 2-21 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

22 ΠΑΔ 2-22 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.

23 ΠΑΔ 2-23 Βασικές Τεχνικές πολυπλεξίας  Ερώτηση: Πως μπορούμε να στείλουμε ένα 1Tb/s σε μία οπτική ίνα;  Απάντηση 1 η : 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.

24 ΠΑΔ 2-24 Βασικές Τεχνικές πολυπλεξίας  Απάντηση 2 η : 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

25 ΠΑΔ 2-25 WDM υλοποιήσεις  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  nm  1260 1360 1460 1530 1625 1675 1530.33 nm 1553.86 nm 0.80 nm 195.9 THz 193.0 THz C-band

26 ΠΑΔ 2-26 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.

27 ΠΑΔ 2-27 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

28 ΠΑΔ 2-28 Αξιολόγηση συστήματος  Βασικές μετρικές αξιολόγησης είναι  Το διάγραμμα οφθαλμού  Το διάγραμμα αστερισμού  Το Bit error rate σε συνάρτηση με τη ληφθείσα ισχύ.

29 ΠΑΔ 2-29 Τεχνικές αύξησης της χωρητικότητας  H αύξηση της χωρητικότητας περνάει από την αύξηση του ρυθμού ανά μήκος κύματος 199020002010 2.5 Gb/s10 Gb/s 40 Gb/s 100 Gb/s Per-channel bit rate Year Trend #1 : greater capacity  exponential growth, driven today by video traffic Total amplifier bandwidth Power Power 50 GHz 100 GHz Power 50 GHz 10Gbit/s 40/100Gbit/s 19861990199419982002 2006 10 100 1 10 100 System capacity Gb/s Tb/s 2010 Multi-channel WDM channels Single channel Research records 2.5 dB/year 0.5 dB/year

30 ΠΑΔ 2-30 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

31 ΠΑΔ 2-31 Βαθμοί ελευθερίας  Φασματική απόδοση και χωρητικότητα Polarization Frequency Time Quadrature Amplitude /Phase modulation Physical dimensions for modulation and multiplexing PolSK Pol. multiplexing Pol. interleaving Mod Mux PPM ETDM OTDM Mod Mux FSK, MSK WDM OFDM CoWDM Space Mod Mux Separate fibers Multiple modes QPSK8-PSK16-QAM Code oCDMA Mux ETDM: Electronic time-division multiplexing OTDM: Optical time-division multiplexing PolSK: Polarization shift keying QPSK: Quadrature phase shift keying WDM: Wavelength-division multiplexing OFDM: Orthogonal frequency-division multiplexing CoWDM: Coherent WDM oCDMA: Optical Cade division multiple access

32 ΠΑΔ 2-32 WDM – ελαστικό πλέγμα 1Tb/s 4 x 300+ Gb/s CP-16QAM over 200GHz Υψηλή φασματική απόδοση 100 Gb/s 1 x 120+ Gb/s DP-QPSK over 50GHz Χαμηλή φασματική απόδοση ΣήμεραΜέλλον Ελαστική απόδοση φάσματος

33 ΠΑΔ 2-33 WDM – ελαστικό πλέγμα … 1569.59 1568.771531.52 1531.12 1530.33, nm 1569.181568.36 1530.72 Παραδοσιακά δίκτυα : 50 GHz, σταθερό πλέγμα 40G 10G 100G 50GHz Spectral occupancy 1T … 50GHz 200GHz 1569.59 1568.77 1531.12 1530.33, nm 1569.181568.36 1530.72 1531.52 100G 400G 1T 200G 100GHz Spectral occupancy 50GHz Μελλοντικά δίκτυα: 50-200 GHz, ελαστικό πλέγμα

34 ΠΑΔ 2-34 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.

35 ΠΑΔ 2-35 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.

36 ΠΑΔ 2-36 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)

37 ΠΑΔ 2-37 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

38 ΠΑΔ 2-38 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)

39 ΠΑΔ 2-39 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

40 ΠΑΔ 2-40 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).

41 ΠΑΔ 2-41 SONET/SDH – Ειδικά 2  Η Ιεραρχία της πολυπλεξίας

42 ΠΑΔ 2-42 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).

43 ΠΑΔ 2-43 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)

44 ΠΑΔ 2-44 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

45 ΠΑΔ 2-45 SONET/SDH – Ειδικά 6  Στοίβα πρωτοκόλλων

46 ΠΑΔ 2-46 SONET/SDH – Ειδικά 7  Section και line overheads

47 ΠΑΔ 2-47 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

48 ΠΑΔ 2-48 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.

49 ΠΑΔ 2-49 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.

50 ΠΑΔ 2-50 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

51 ΠΑΔ 2-51 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.

52 ΠΑΔ 2-52 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

53 ΠΑΔ 2-53 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.

54 Η μεγάλη εικόνα Application Layer ΠΔΤ 2-54

55 ΠΑΔ 2-55 SONET/SDH – Ειδικά 16 Αυτοθεραπεύομενα δίκτυα SONET/SDH Οι SONET/SDH δακτύλιοι έχουν προσεκτικά δομηθεί ώστε να είναι διαθέσιμοι 99.999% του χρόνου (6 λεπτά το χρόνο εκτός λειτουργίας ) 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.

56 ΠΑΔ 2-56 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).

57 ΠΑΔ 2-57 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.

58 ΠΑΔ 2-58 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.

59 ΠΑΔ 2-59 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.

60 ΠΑΔ 2-60 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.

61 ΠΑΔ 2-61 Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Θέματα – Δρομολόγηση μήκους κύματος – Σχήματα προστασίας – G.709 – Αρχιτεκτονικές control plane

62 ΠΑΔ 2-62 Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Ανάγκη δρομολόγησης μήκους κύματος 1. Η πιο ενεργοβόρα και ακριβή διαδικασία είναι η Ο/Ε/Ο μετατροπή. 2. 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. 3. 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.

63 ΠΑΔ 2-63 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

64 ΠΑΔ 2-64 Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Banyan Crossover Switch με τη χρήση 3 dB couplers

65 ΠΑΔ 2-65 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.

66 ΠΑΔ 2-66 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.

67 ΠΑΔ 2-67 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).

68 ΠΑΔ 2-68 Επαναδιαμορφώσιμοι Οπτικοί πολυπλέκτες προσθήκης απομάστευσης (Reconfigurable Optical add-drop multiplexers) DROPs ADDs ROADM Module OPMOPM 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.

69 ΠΑΔ 2-69 Reconfigurable OADMs-ROADMs Fixed Port ROADM FOADM Πολλαπλές πόρτες - WSS ROADM με αχρωμάτιστες πόρτες (όχι προκαθορισμένα φίλτρα) Fully Flexible Multi-degree ROADM Per Optical Switch Multi-port Mux/Demux OPM Drops OPMOPM WSS με σταθερά φίλτρα αλλά πολλαπλές πόρτες Fixed drops OPM Per Optical Switch Multi-port Mux/Demux OPM Fixed Adds Δευτέρου βαθμού ROADM (Μία είσοδος, μία έξοδος) OPM Splitter / Drop filter s Add Filters/ Combiner OPMOPM WB Module OEO Regen (Point-to- point DWDM)

70 ΠΑΔ 2-70 Reconfigurable OADMs-ROADMs Ε π ιλεκτικό switch στο μήκος κύματος (wavelength selective switch, WSS) ROADM:  Χρησιμο π οιεί ένα α π λό στοιχείο για να π ολυ π λέξει και α π ο π ολυ π λέξει όλες τα express και add/drop μήκη κύματος  Περιέχει ένα ο π τικό μεταγωγέα (built-in Optical Switch) π ου μ π ορεί να κατευθύνει ένα ή π ερισσότερα μήκη κύματος α π ό και π ρος ο π οιαδή π οτε π όρτα  Παρέχει αυτόματη εξίσωση όλων των καναλιών σε όλα τα μήκη κύματος  Συνήθως π αρέχει Optical Power Monitoring σε όλα τα μήκη κύματος  Μ π ορεί να ρυθμιστεί ώστε οι π όρτες να είναι διαφανείς στο μήκος κύματος (truly colorless ports) για lasers π ου είναι συντονιζόμενα στο μήκος κύματος & δυναμική διαχείριση του μήκους κύματος  Παρέχει τη δυνατότητα για λειτουργία mesh δικτύων ( φυσικά είναι συμβατό με ring το π ολογίες ) MP-WSS Flexible Drops Flexible Adds WSS       OPMOPM

71 ΠΑΔ 2-71 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.

72 ΠΑΔ 2-72 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

73 ΠΑΔ 2-73 Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος 3D MEMs – switches:

74 ΠΑΔ 2-74 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)

75 ΠΑΔ 2-75 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.

76 ΠΑΔ 2-76 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).

77 ΠΑΔ 2-77 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.

78 ΠΑΔ 2-78 Οπτικά δίκτυα δρομολόγησης μήκους κύματος Παράδειγμα δημιουργίας οπτικών μονοπατιών και χρήσης μετατροπής μήκους κύματος

79 ΠΑΔ 3-79 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

80 ΠΑΔ 3-80 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.

81 ΠΑΔ 3-81 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)

82 ΠΑΔ 3-82 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.

83 ΠΑΔ 3-83 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.

84 ΠΑΔ 3-84 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.

85 ΠΑΔ 3-85 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).

86 ΠΑΔ 3-86 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.

87 ΠΑΔ 3-87 Πριν το OTN

88 ΠΑΔ 3-88 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)

89 ΠΑΔ 3-89 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

90 ΠΑΔ 3-90 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.

91 ΠΑΔ 3-91 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

92 ΠΑΔ 3-92 ΟΤΝ container

93 ΠΑΔ 3-93 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.

94 ΠΑΔ 3-94 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.

95 ΠΑΔ 3-95 ΟΤΝ και network monitoring Από σε άκρο παρακολούθηση της σύνδεσης, πάνω από διαφορετικούς παρόχους αλλά και ανά πάροχο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ταυτόχρονα.

96 ΠΑΔ 3-96 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.

97 ΠΑΔ 3-97 ΟΤN rates Στο SONET/SDH, το frame επαναλαμβάνεται κάθε 125 µsec. Υψηλότεροι ρυθμοί επιτυγχάνονται μεταδίδοντας μεγαλύτερα frames κάθε 125 µsec.

98 ΠΑΔ 3-98 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

99 ΠΑΔ 3-99 ΟΤN ιεραρχία

100 ΠΑΔ 3-100 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.

101 ΠΑΔ 3-101 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)

102 ΠΑΔ 3-102 ΟΤΝ δίκτυο Μπορεί να λειτουργήσει σαν ένα δίκτυο overlay σε ένα υπάρχον δίκτυο ή σαν ένα δίκτυο που αντικαθιστά ένα υπάρχον.