Optische Netze: Fiber, WDM, ROADM, QKD Schulung

Der Kurs beginnt mit einem Einblick in die Photonik, indem die Eigenschaften und die Parameter des Lichtes, des Multiplexen und der Modulation erklärt werden. Du lernst die modernen Glasfasern (Multi Core, Hollow Core, Photonic Crystal) kennen sowie optische Komponenten wie Stecker, SFPs, EDFAs, Raman-Verstärker und VOAs; OTDR-Messungen werden erklärt.

Die optische Übertragung wird am Beispiel des Ethernets, Fibre Channel, OTN und WDM besprochen, die Unterschiede zw. CWDM und DWDM herausgearbeitet und der Peta Bit/s-Bereich beleuchtet. Das Optical Switching mit CDCG ROADMs schließt daran an.

Mit dem Einblick in das Netzdesign lernst du Aufbau, Betrieb und die Protection optischer Netze kennen. Er beinhaltet zudem Berechnungen der Dämpfung, Dispersion, Pegel, Laufzeit, optischen Budget, Span Loss, Mindestdämpfung und FWM.

Der Blick auf die aktuelle Forschung im Peta Bit/s Bereich, die Quantenkommunikation und die Quantenkryptographie (QKD) rundet den Kurs ab.

Photonik – Es werde Licht!

• Tera Bit/s Datenströme

  • Das Wachsen der Datenströme

• Photonik – Wissenswertes zu Licht

  • Verhalten des Lichtes: Reflexion

  • Brechung

  • Beugung

  • Interferenz

  • Wellenlänge

  • Frequenz

  • Amplitude

  • Phase

  • Polarisationsebene

  • Polarisationsmoden- Multiplexen (Pol-Mux)

• Lichtausbreitung

• LASER – genial und einzigartig

  • Funktionsweise des LASERs

  • LASER – warum sind sie monochromatisch?

  • Emissionsspektren von LED und LASER Dioden

• Modulation

  • Amplituden-Modulation

  • NRZ vs. PAM4

  • Phasen-Modulation

  • QAM Modulation

  • So arbeitet ein Modulator

  • Modulator für QPSK

• Dämpfung

  • Was beeinflusst die Dämpfung?

  • Streckenplanung

• Optische Fenster einer Glasfaser

• Dispersion

  • Arten der Dispersion

  • Polarisationsmodendispersion (PMD)

LASER, Stecker, Verstärker, OTDR

• LASER als Pluggable Interfaces

  • Überblick: SFP, SFP+, OSFP, QSFP, QSFP28, QSFP-DD

  • 100 GE Varianten mit QSFP

  • 400 G Varianten mit QSFP

  • 400 G Varianten nach IEEE 802.3bs (SMF)

  • 800G Varianten mit OSFP und QSFP

  • SFP+: CWDM, duplex

  • SFP: GPON, simplex

  • QSFP: 400GBASE-FR4

  • Durchstimmbare LASER

  • XFP: DWDM tunable LASER

• Optische Stecker und Schnittstellen

  • Was ist wichtig?

  • Glasfaserstecker

  • PC-, APC- und HLR-Bauweise

• Optische Verstärker – The Power Of Light

  • Raman Verstärker (DRA - Distributed Raman Amplifier)

• OTDR-Rückstreumessungen

  • Ghost – Doppelreflexion

  • OTDR – Gainer und Loser

  • Ursache eines Gainers

  • Ursache eines Losers

• Layer 1 Fehler erkennen und beheben

  • Fehler beheben: Port, Stecker, Schliff

  • Fehler beheben: LASER Module

  • Fehler beheben: Glasfaser

  • Fehler beheben: Dämpfung

  • Fehler beheben: Bitrate

  • Fehler beheben: 100 GE

  • Beispiel: 100GBASE-LR4 vs 100GBASE-SR10

Die Welt der Glasfasern

• Glasfasern – Die Nervenfasern der modernen Welt

• Glasfasern für Fibre Channel

  • OM4 – Der Klassiker der Rechenzentren

  • OM5 – Die Breitband Multi Mode Faser

  • Multi Mode Fiber, G.651.1

• Uni- oder Bidirektional über eine Faser?

• Fiber to the Home, Building, Curb

• Passive Optical Networks (PON)

  • E-PON, G-PON, XGS-PON, NG-PON2

  • Funktionsweise

  • Shared Medium

  • Kollisionen auf Glasfasern?

  • PON mit max. Up Stream

  • PON mit CWDM

  • Fasern bei GPON

• Glasfasertypen des Metro- und WAN-Bereiches

• Übersicht der Mono Mode-Glasfasertypen

  • G.652 Single Mode Fiber

  • G.653 Dispersion-Shifted Fiber (DSF)

  • G.654 Cut-off Shifted Single Mode Fiber

  • G.655 Non-Zero Dispersion Shifted Fiber

  • G.656 NZ-DSF für Breitbandübertragung

  • Dispersion Compensation Fiber (DCF)

  • Resumé: Wer setzt welche Faser ein?

• Netzoptimierung mit Glasfasern

  • Funktionsweise der Dispersionskorrektur

• Multi Core Fibers (MFC): Space Division Multiplexing (SDM)

  • Multi Core Fibers mit solid core

• Polymerfasern – Eine preiswerte Alternative?

Optische Übertragung in WAN, Metro und Rechenzentren

• Ethernet bis 800 GBit/s

  • 10 GE Schnittstellen

  • 40 und 100 Gigabit Ethernet

  • 100GBASE-LR4: Ethernet über WDM

  • 100 GE Varianten mit QSFP

  • 200 GE und 400 GE

  • 800G Varianten mit OSFP und QSFP

• SDH mit 10 und 40 GBit/s

  • Bitraten der SDH

  • Taktquellen – Es kann nur einen geben

  • Netzschutzmechanismen

• WDM – Eine universale Plattform

  • Der Aufbau eines WDM-Muxes

  • „Colored“ Interfaces

  • „Grey“ Interfaces: Transponder nötig

  • 400 G Muxponder für DCI

  • 800 G Muxponder für WAN

• DWDM – Dense Wavelength Division Multiplexing

  • DWDM – Dense WDM, fast unbegrenzte Übertragung

  • Aufbau einer WDM-Strecke

  • Wichtige Vorteile

  • DWDM Kanalabstände

  • Fixed Grid Spacing

  • Flexible Grid Spacing

  • Super Channels

  • Super Channels und Kanalabstand

• CWDM – Coarse WDM, der preiswerte Einstieg

  • CWDM Kanalabstand

  • CWDM – Vorteile und Nachteile

  • CWDM und DWDM kombiniert

  • WDM und transparente optische Netze

  • Einblick in die Messtechnik

  • Licht und Schatten – Nachteile von WDM

• Shortwave CWDM

  • Ein Blick auf SWDM

  • 100G 4WDM-10 (MSA)

• Fibre Channel über DWDM

  • Speichervirtualisierung

  • Speichersystem-basierte Virtualisierung

  • Virtualization Appliances

  • Mechanismen zur Flusskontrolle

  • Buffer-to-Buffer Credit

  • End-to-End Credit

  • Buffer-to-Buffer Credits auf Langstreckenverbindungen

  • Port-Typen im SAN

  • Routing im SAN

• WDM für GPON

  • GPON und Wellenlängenbereiche

  • Optisches Budget auf der Leitung

• Optische Technik in Kabelnetzen

Optical Switching – Eine Welle geht ihren Weg

• Optical Switching – Warum?

• Optische Add/Drop Multiplexer (OADM)

  • 4D ROADM

  • Colorless ROADM

  • Frei konfigurierbare OADM

• Technologien des Optical Switchings

  • Thin Filters – starres Schalten

  • Optical Multiplexen

  • 1 x 8 WSS mit Flüssigkristallen

  • MEMS – Im Spiegel der Technik

  • 2D-MEMS

  • 3D-MEMS – Die 3. Dimension

  • Thermo-optische Switches

• Einsatz von OADM

  • Optische Cross Connects

  • Schematischer Aufbau optischer Cross Connects

  • Einsatzmöglichkeiten

Optische Netze – Wellenlängen weltweit

• Netzdesign

  • Beispiel: verteilter Verkehr

  • Anbindung an die Zentrale

  • Beispiel: Verkehr zur Zentrale

• Optische Netze im Einsatz

  • DWDM-Netze

• Terabit-Netze

  • Transparente optische Netze – Wavelength Path Routing

  • Die Zukunft – Virtual Wavelength Path Routing

  • MPLS und optische Netze

  • Terastream

• Alone in the dark? – Optische Schutzkonzepte

  • Equipment Protection

  • Rein optische Schutzmechanismen

• Optischer Schutz von Ringen

  • Dedicated Protection

  • Shared Protection

  • Unidirektionale und bidirektionale Ringe

  • MS Shared Protection

OTN – Optical Transport Network, G.709

• OTN im Überblick

• Die Struktur von OTN

  • Der OTN – Rahmenaufbau

  • Forward Error Correction (FEC) mit RS (255,239)

  • Containergrößen

  • ODUflex

  • ODUflex im Einsatz

  • Beyond 100G: Das B100G Frame Format

  • Flexible OTN (FlexO) Mapping

  • OTN-Varianten für 400 G

  • OTUk Overhead

  • ODU-Overhead

  • Beispiele für TCM

  • OPU-Overhead

  • Mapping von CBR-Signalen

• OTN Multiplexbildung

  • Ethernet Multiplexing

  • OPU2-Zeitschlitze

  • OPU3-Zeitschlitze

• Alarme und Fehlerquellen

  • Fehlermeldungen

  • Fehlerkaskaden

  • TroubleShooting – Beispiel: LOS

• OTN im 5G Mobilfunk

  • 5G Anwendungen

  • Weitere 5G Use Cases

  • OTN im 5G RAN

  • OTN im Fronthaul und Midhaul des 5G RAN

  • Synchronisation im 5G Radio Access Network (RAN)

  • G.8271.1: Full Timing Support (FTS)

Future World – die Welt von morgen

• 10 TBit/s auf einer Wellenlänge

• Solitonen – Der Stein der Weisen?

  • Solitonen und der Terabit-Bereich

• Optische Fenster total

• Peta Bit/s mit Mode Multiplexing

  • 110 x 110 MIMO – der heilige Gral?

• Space-Division Multiplexing – Multi Core Fiber

  • 22,9 PBit/s mit 38-Core Fiber und 3 Moden

  • Multi Core Fiber (MCF) für Transozeannetze

  • 4-Core Fiber Submarine

• Hollow Core und Photonic Crystal Fiber

• Optical Switching im Peta Bit/s Bereich

  • Switching zwischen Multi Core Fibers (MCF) und Moden

  • Protection Switching bei PBit/s

Quantencomputer und Quanteninformation

• Wundersame Quantenphysik

  • Das Informationspaket Photon

  • Polarisation – ein Überblick

  • Superposition – Beides zugleich

  • Qubit veranschaulicht als Bloch-Kugel

  • Verschränkung der Photonen

  • Verschränkung – aber wie?

  • Verschränkung für Kommunikation nutzen

  • Sicherheit auf Physikalischer Ebene

  • Auslesen hinterlässt Spuren

  • Warum funktioniert keine man-in-the-middle attack?

• Quantum Key Distribution – QKD

  • QKD im Handel

  • Quantenteleportation

  • Mythen und Legenden

• Quantencomputer

  • Quantum Bits

  • Funktionsweise des Quantencomputers

  • Boolesche Verknüpfungen mit Licht

  • Funktionsweise einer Ionenfalle

  • Beispiel einer Penning Falle

  • Quantum Error Correction (QEC)

  • Kandidaten für die Umsetzung

Übungen zu WDM & OTDR

• Dispersion und Bitfehlerrate (BER)

  • Streckenlänge und Dispersion

  • CWDM: Dispersion und SMF Typ

  • CWDM: Wellenlängendrift durch Temperatur

• OTDR – Reichweite und Auflösung

• Streckenplanung – Dämpfungsbudget

  • Dispersion

  • Dispersionskompensation

  • Four Wave Mixing (FWM)

Zielgruppe der Optische Netze Schulung sind diejenigen, die optische Technik fundiert, kompakt und praxisnah lernen wollen und einen deep dive nicht scheuen. Zusätzlich zur aktuellen Technik erhalten Sie Einblick in die aktuelle   Forschung und die Themen Quantenkommunikation, Quantenkryptographie (QKD) und Quantencomputer.

Vorkenntnisse im Bereich der optischen Technik erleichtern das Verständnis, sind jedoch nicht zwingend erforderlich.