Von: Andreas Wurm
Der Bandbreitenbedarf steigt. Bei Debatten über die Gestaltung der Netze der Zukunft und bei Fragen zum Dienstangebot fallen in den Standardisierungsgremien Schlagworte wie Multimedia, Echtzeit-Videoconferencing und Hochgeschwindigkeits-Übertragungen. Unbestritten wird sich die Datenmenge vervielfachen, Sprachdaten sollten keinen nennenswerten Zuwachs mehr erreichen. Das Internet expandiert sowohl im Bezug auf die Teilnehmerzahl, als auch hinsichtlich des Bandbreitenbedarfs der Applikationen.
Die Fachleute sind sich nicht einig, mit welcher Technik der wachsende Bedarf an Bandbreite gedeckt werden kann: 10-Gigabit-Ethernet als Allheilmittel? Oder doch lieber Asynchronous Transfer Mode (ATM) mit Blick auf Quality of Service (QoS)? Mit ATM ließe sich die vorhandene Bandbreite wirtschaftlicher nutzen und somit die benötigte Bandbreite reduzieren. Eine andere Möglichkeit ist, auf die elektrooptische Wandlung der Signale zu verzichten, die wie ein Bremsklotz wirkt. Die Hersteller von Netzwerkhardware arbeiten bereits an optischen Komponenten.
Ein weiterer Ansatz ist die WDM-Technik (Wavelength Division Multiplexing) - ein Glasfaserkabel mehrfach für die Datenübertragung nutzen.
mte Wellenlängen konvertiert und dann durch den Mux gleichzeitig über die Glasfaser geschickt.
Die Idee bei WDM ist simpel: Am Anfang einer Übertragungsstrecke bündelt ein so genannter Multiplexer (Mux) ankommende Wellenlängen beziehungsweise Farben auf eine einzige Glasfaser. Am anderen Ende der Strecke teilt ein Demultiplexer (Demux) das eingehende Signal wieder in die einzelnen Farben auf und leitet sie zu ihrem Bestimmungsort weiter. So lässt sich die Kapazität bereits verlegter oder neu installierter Glasfaserinfrastruktur um ein Vielfaches steigern.
WDM ist eine typische Punkt-zu-Punkt-Übertragungstechnik und eignet sich dadurch besonders zum Einsatz in Fernnetzen und Backbones. Die einfachste Methode besteht darin, die Nutzinformationen in unterschiedlichen optischen Fenstern auf die Reise zu schicken. Durch die Entwicklungen in der Lasertechnik ist es heute sogar möglich, Datenpakete mit unterschiedlichen Wellenlängen eines einzigen optischen Fensters über eine Faser zu senden. Um ein Signal in eine WDM-Faser einzukoppeln, ist es nötig, dieses vorher auf die entsprechende Kanalwellenlänge umzusetzen. Dies erfolgt in speziellen Modulen vor dem eigentlichen Multiplexer. Liegt das Signal bereits optisch vor, muss ein Transponder es von optisch auf elektrisch und von elektrisch wieder auf optisch mit der richtigen Farbe transformieren.
Multiplexing fürs Edge
Das anschließende Multiplexen erfolgt rein optisch und passiv, also ohne Elektronik. Mehrere Hersteller, wie zum Beispiel Nortel Networks, bieten bereits Transponder an, die das optische Eingangssignal ohne eine elektrische Wandlung auf die richtige Wellenlänge umsetzen.
Es gibt zwei WDM-Varianten:
- Coarse Wavelength Divison Multiplexing (CWDM)
- Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM)
Der grundlegende Unterschied bei diesen beiden Multiplex-Arten ist die Anzahl der Wellenlängen auf einer einzigen Faser und deren Abstände zueinander. Coarse steht für Grob, Dense für Dicht. Eine grobe Kanalbündelung bedeutet, Farben auf Kanälen in weit auseinander liegenden Wellenlängen über eine Glasfaser zu verschicken. Da die Farben zirka 20 Nanometer voneinander getrennt sind, entfällt eine Temperaturstabilisierung der Laser, wie sie beim "engeren" DWDM nötig ist.
Adva Optical Networks bietet mit dem "FSP 500" ein CWDM-System mit vier Kanälen. Es unterstützt alle Übertragungsstandards von 1,5 MBit/s über OC-3/STM-1 bis hin zu OC-48/STM-16 sowie Giga-bit-Ethernet, Fast-Ethernet, FDDI (Fibre Distributet Data Interface) und ATM. Der modulare "Lambdadriver 800" von Optical Access unterstützt eine, zwei, vier oder acht verschiedene Farben. Auch hier sind Datenraten von 100 MBit/s bis zu 2,5 GBit/s pro Kanal möglich. Mit dem "Fomux 1500" von Pandatel ist eine protokollunabhängige Datenrate von bis zu 622 MBit/s möglich. Er kann maximal acht Kanäle verarbeiten. Die CWDM-Systeme sind auch als "Short Haul Optics" bekannt. Auf ihnen gebündelte Daten überbrücken eine Distanz von bis zu 70 Kilometer ohne Signalverstärkung.
Weil sich bei CWDM ungekühlte Laser verwenden lassen, ist diese Methode die kostengünstigere Variante. Bei acht Kanälen mit jeweils 2,5 GBit/s kommt eine Übertragungskapazität von 20 GBit/s zusammen. Die Hersteller sehen ihre Systeme als Verbindungsstück zwischen Enterprise Edge und dem Netz eines Serviceproviders. Vor die Systeme lassen sich Zeitmultiplexer (Time Division Multiplexing - TDM) schalten, welche Datenströme mit weniger Bandbreite bündeln und auf einen WDM-Highspeed-Kanal schicken, was die Auslastung der Übertragungsmedien erhöht. Bei TDM teilen sich auch alle beteiligten Kanäle ein Übertragungsmedium zwischen einem Mux und einem Demux. Jedoch erfolgt die Unterteilung zeitlich, das heißt, jeder Kanal bekommt ein Zeitfenster zugeteilt und sendet in einer festgelegten Reihenfolge.
Große Distanzen überwinden
Das DWDM-Verfahren verwendet präzise Filter und gekühlte Laser, wodurch sich in einem Abstand von weniger als zwei Nanometer Wellenlängen beziehungsweise Kanäle generieren lassen. Die Geräte arbeiten im dritten und vierten optischen Fenster. Die Anzahl der möglichen Farben, die Distanzen ohne Signalverstärkung und die mögliche Übertragungsrate pro Kanal steigen laufend. Vor ein paar Jahren fanden DWDM-Systeme mit 16 Wellenlängen zu je 2,5 GBit/s gerade den Weg aus den Testlabors.
Heute reden die Hersteller von mehreren hundert Kanälen pro Multiplexer, schicken mit ihrer Technik Daten über den Atlantik, ohne das Licht zu verstärken, und arbeiten an Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 40 GBit/s pro Farbe. Diese Produkte sind bekannt als "Long Haul"- und "Ultra Long Haul Optics". Nortel Networks zum Beispiel bietet mit dem "Optera Long Haul 4000" 112 Farben à 10 GBit/s und einer Entfernung von 4000 Kilometer zwischen Mux und Demux. Außerdem hat das Unternehmen mit dem "Optera Long Haul 5000" eine Plattform, die laut Hersteller 40 GBit/s pro Farbe unterstützen soll.
Die Firma Corvis bietet mit ihrem "Corewave LR" eine Übertragungskapazität von 320 Kanälen bei maximal jeweils 10 GBit/s und einer Strecke von 800 Kilometern. Wer das zusammenrechnet, kommt auf eine Gesamt-Übertragungskapazität zwischen Mux und Demux von 3,2 TBit/s. Da die Wellenlänge von Licht ausreichend Reserven nach oben bietet, und zwar bis zu 200 GHz bei 1,6 Nanometern Wellenlängendifferenz, sind sogar noch mehr Kanäle möglich. Den Corewave gibt es auch mit nur 160 Kanälen à maximal 10 GBit/s, dafür schafft das Signal aber 2000 Kilometer. Der "Wavestar OLS 1.6T" von Lucent bringt es immerhin auf 1000 Kilometer bei maximal 1,6 TBit/s mit 160 Kanälen.
WDM erfolgt immer über Duplexverbindungen. So lassen sich die Kanäle bei Bedarf für Multiplexing in beide Richtungen aufteilen. Wer solche Systeme einsetzt, muss dafür sorgen, dass sowohl Kabel als auch Steckverbindungen den Anforderungen an die hohen Übertragungsraten gewachsen sind.
Im Unterschied zu den herkömmlichen Zeitmultiplexern haben WDM-Systeme einen großen Vorteil: Die Bandbreite verringert sich nicht, wenn mehrere Kanäle an der Übertragung teilnehmen. Kommen bei WDM Farben hinzu, haben diese jeweils ihre eigene Wellenlänge und lassen sich zeitgleich mit den anderen übertragen.
Wie weiter oben schon beschrieben, ist die Wellenlängen-Multiplextechnik ein Punkt-zu-Punkt-Verfahren, also eine Methode, um große Distanzen zwischen einzelnen Knoten oder Ballungszentren zu überbrücken. Für die Zukunft macht es jedoch Sinn, diese Verbindungen auszuweiten. Experten sind der Meinung, dass eine ständig wachsende Verzweigung dieser Hochgeschwindigkeits-Links stattfinden muss, um eine ausreichend hohe Vernetzung der Datenhighways zu gewährleisten (siehe Seite 12).