Lokalne sieci optyczne

Lokalne sieci pasywne

wykorzystujące technologię WDM

Prezentacja zawiera kopie folii omawianych na wykładzie. Niniejsze
opracowanie chronione jest prawem autorskim. Wykorzystanie
niekomercyjne dozwolone pod warunkiem podania źródła.

© Sergiusz Patela 1998-2001

© Sergiusz Patela 1997-2001

Światłowodowe sieci LAN

2

Schemat pasywnej sieci WDM

Rzeczywiste topologie:
• gwiazda
• magistrala
• drzewo

Nadajniki

Odbiorniki

λ

1

λ

2

λ

N

λ

1

,

λ

2

,...,

λ

N

© Sergiusz Patela 1997-2001

Światłowodowe sieci LAN

3

Topologie rzeczywiste

Tx

Rx

Tx

Rx

Tx

Rx

Tx

Rx

Star

coupler

Tx

Rx

Tx

Rx

Tx

Rx

Tx

Rx

szyna (magistrala)

drzewo

gwiazda

Z punktu widzenia protokołu
wszystkie te topologie są równoważne
topologii „gwiazda pasywna”

© Sergiusz Patela 1997-2001

Światłowodowe sieci LAN

4

Klasyfikacja jednostopniowych (single hop) systemów sieci

światłowodowych wg. budowy interfejsu sieciowego

•

FT - FR, stały nadajnik - stały odbiornik (prosta budowa, niskie koszty)

•

TT - FR, strojony nadajnik - stały odbiornik

•

FT - TR, stały nadajnik - stały odbiornik

•

TT - TR, strojony nadajnik, strojony odbiornik (najbardziej uniwersalna, ale

występuje overhead związany z zarządzaniem długościami fali)

{F - fixed | T - tunable, T - transmitter | R - receiver}
CC - control-channel, informowanie o planowanym połączeniu

i

- indeks wskazuje na liczbę nadajników/odbiorników w węźle

Przykładowy opis węzła sieci:
•

FT

i

TT

j

- RF

i

TR

j

•

CC - FT

i

TT

j

- FR

m

TR

n

•

Indeks dużą literą

M

oznacza liczbę węzłów sieci (jeżeli jest ustalona)

© Sergiusz Patela 1997-2001

Światłowodowe sieci LAN

5

Przydzielanie kanałów/transmisji

(bez kanału kontrolnego)

•3 stacje
•2 kanały

Czas dzielimy na 3 sloty (przedziały) powtarzające się cyklicznie

Nr. kanału t

t+1

t+2

0

(1, 2) (1, 3) (2, 1)

1

(2, 3) (3, 1) (3, 2)

© Sergiusz Patela 1997-2001

Światłowodowe sieci LAN

6

Zestawienie systemów światłowodowych

i protokołów sieci LAN (1)

1. LAMBDANET - M. S. Goodman i in., „The LAMBDANET multiwavelength

network: Architecture, applications, and demonstrations” IEEE Journ. on Selected Areas

in Communicatrions, vol. 8, pp. 995-1004, 1990

2. Rainbow - N. R. Dono i in. „A wavelength division multiple access network for

computer communication” IEEE Journ. on Selected Areas in Communications, vol. 8, pp.

983-993

3. Fiber-Optic Crossconnect (FOX) - E. Arthurs i in. „Multiwavelength optical

crossconnect for parallel-processing computers” Electronic Letters, vol. 24, pp. 119-120,

1986

4. STARNET - T. K. Chiang i in. „”Implementation of STARNET: A WDM computer

connumications network”, IEEE Journ. on Selected Areas in Communications, vol. 14,

pp. 824-839, 1996

5. HYPASS - E. Arthurs i in. „Hypass: An optoelectronic hybrid packet-switching

system” IEEE Journ. on Selected Areas in Communications, vo. 6, pp. 1500-1510, Dec.

1988

© Sergiusz Patela 1997-2001

Światłowodowe sieci LAN

7

Zestawienie systemów światłowodowych

i protokołów sieci LAN (2)

6. Assignment protocols - I. Chlamtac i in. „Channel allocation protocols in frequency-

time controlled high speed networks, ” IEEE Transactions on Communications, vol. 36,

pp. 430-440, 1988

7. Two slotted ALOHA protocol - P. W. Dowd „Random access protocols for high

speed interprocessor communication based on and optical passive star topology,

IEEE/OSA Journ. of Lightwave Technology, vol 9, pp. 799-808

8. Partial Random Access Protocol - I. M. I. Habbab i in „Protocols for very high speed

optical fiber local area networks using a passive star topology” IEEE/OSA Journ. of

Lightwave Technol., vol. LT-5, pp. 1782-1794, 1987

9. AMTRAC - I. Chlamtac i in. „Towards alternative high speed network concepts: the

swift architecture” IEEE transactions on Communications, vo. 38, pp. 431-439, 1990

© Sergiusz Patela 1997-2001

Światłowodowe sieci LAN

8

LAMBDANET

Nazwa sieci: LAMBDANET
Firma: Bellcore
Typ sieci: FT - FR

M

M. S. Goodman i in., „The LAMBDANET multiwavelength network: Architecture, applications, and
demonstrations” IEEE Journ. on Selected Areas in Communicatrions, vol. 8, pp. 995-1004, 1990

• Każda stacja wyposażona jest w jeden laser o zdefiniowanej długości fali, i w

M odbiorników. Sygnał lasera jest rozprowadzany za pomocą gwiazdy
pasywnej do całej sieci (broadcast)

• Interfejs sieciowy wyposażony jest w M detektorów, siatkowy demultiplekser

rozdziela i filtruje długości fali.

Parametry zrealizowanej sieci:
• liczba węzłów - 18
• szybkość transmisji - 2 Gb/s
• zasięg - 57,5 km

Zalety - prostota
Wady - w każdym węźle M nadajników (odpowiednie układy optoelektroniki zintegrowanej
mogą rozwiązać ten problem)

© Sergiusz Patela 1997-2001

Światłowodowe sieci LAN

9

Lambdanet - schemat sieci

Węzeł 1

TX

Węzeł N

TX

λ

1

λ

1

λ

1

...N

λ

1

...N

Węzeł N

Węzeł 1

WDM

DEMUX

RX1

RX2

Star Coupler

© Sergiusz Patela 1997-2001

Światłowodowe sieci LAN

10

Rainbow

Nazwa sieci: Rainbow I (1990), Rainbow II (1996)
Firma: IBM
Typ sieci: FT - TR
Przeznaczenie: sieci MAN

Każda stacja wyposażona jest w jeden laser o zdefiniowanej długości fali, i M
odbiorników.
Parametry zrealizowanej sieci:
• liczba węzłów - 32 IBM PS/2
• szybkość transmisji - 200 Mb/s
• zasięg - 10 - 20 km

© Sergiusz Patela 1997-2001

Światłowodowe sieci LAN

11

FOX

Nazwa sieci: FOX (Fiber Optic Crossconnect), 1986
Typ sieci: TT - FR
Przeznaczenie: komputery z równoległym
przetwarzaniem danych

Siec wykorzystuje szybko przestrajane lasery jako źródła
(szybkość strojenia poniżej kilkudziesięciu nanosekund)

Konfiguracja: dwie gwiazdy pasywne, jedna dla sygnałów
przesyłanych od procesora do bloków pamięci, druga dla danych
płynących w kierunku przeciwnym.

© Sergiusz Patela 1997-2001

Światłowodowe sieci LAN

12

STARNET

Nazwa sieci: STARNET
Typ sieci:, FT - FR
Zastosowanie: WDM LAN
Uwagi: Zawiera dwie wirtualne podsieci

W każdym z węzłów znajduje się

jeden nadajnik

i

dwa detektory

(pracujące

na tej samej długości fali, ale z różnymi szybkościami)
Sieć STARNET zawiera dwie wirtualne podsieci:
• szybka (2,5 GB/s) sieć transmisji danych z przełączaniem pakietów
• Wolniejsza pakietowa podsieć kontrolna ( 125 MB/s kompatybilna z FDDI)
Każdy z węzłów wyposażony jest w nadajnik, który jednocześnie generuje
dane dla obu sieci. Wolny detektor w węźle jest dostrojony do nadajnika w
„poprzednim” węźle - w ten sposób tworzy się logiczna struktura pierścienia
(typu FDDI)

© Sergiusz Patela 1997-2001

Światłowodowe sieci LAN

13

Inne (zrealizowane) sieci WDM

• Thunder and Lighting - sieć ATM 30 GB/s. Komutacja
realizowana elektronicznie przy pomocy elektroniki GaAs HBT (7,5
GHz)

• HYPASS (rozszerzenie sieci FOX) do TT-TR co znacząco poprawia
przepustowość

• BHPASS
• STAR-TRACK
• PLL (passive phonics loop)
• broadcast video distribution

© Sergiusz Patela 1997-2001

Światłowodowe sieci LAN

14

Klasyfikacja sieci jednostopniowych

(single-hop) wg protokołu transmisji

• Pretransmision coordination networks

przydzielanie kanału (długości fali) przed zestawieniem
połączenia – wszystkie przykłady powyżej

• No-pretransmision cooordination networks

sieć pracuje bez konieczności wstępnego ustalania
kanału łączności - np.

Nr. kanału t

t+1

t+2

0

(1, 2) (1, 3) (2, 1)

1

(2, 3) (3, 1) (3, 2)

© Sergiusz Patela 1997-2001

Światłowodowe sieci LAN

15

Klasyfikacja sieci jednostopniowych

Światłowodowe sieci WDM

Jednostopniowe

Wielostopniowe

Topologia dowolna

Topologia liniowa
(próbuj i wstrzymuj)

Bez sygnalizacji
kontrolnej

Systemy wykonane

Propozycje

LAMBDANET

RAINBOW

FOX

HYPASS,
BHYPASS, STAR-
TRACK, PLL i inne

Z sygnalizacją
kontrolną

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

AMTRAC (TT-
FR)

Multichannel
Probabilistic
Scheduling
(TT-FR)

© Sergiusz Patela 1997-2001

Światłowodowe sieci LAN

16

Klasyfikacja sieci jednostopniowych (rozwinięcie)

LAMBDANET (linijka
detektorów: FT-FR

M

)

RAINBOW (kanałowe
przepytywanie
detektorów: FT-TR)

FOX (TT-FR)

HYPASS, BHYPASS,
STAR-TRACK, PLL i
inne

Systemy wykonane

Propozycje

Ustalony przydział
(TT-TR)

Częściowo
ustalony przydział
(TT-TR)

Protokoły dostępu
przypadkowego I
(TT-FR)

Protokoły dostępu
przypadkowego I
(TT-FR

x

)

Sieci PAC (TT-FR)

Sieci z sygnalizacją kontrolną

Częściowy dostęp
przypadkowy (CC-TT-TR)

Poprawiony dostęp
przypadkowy (CC-TT-TR)

Przepustowość dwumianowa,
niemono-toniczne opóżnienia

Rozszerzone ramkowane
ALOHA i ALOHA z
rezerwacją (CC-TT-TR)

RCA Protokół Unikania kolizji
detektorów (CC-TT-TR)

WDMA z czasem
dymanicznym (DTWDMA)
(CC-FT2-FRTR)

TDMA/N-Server (CC-TT-
FRTR)

© Sergiusz Patela 1997-2001

Światłowodowe sieci LAN

17

Klasyfikacja sieci jednostopniowych (rozwinięcie), wersja angielska

LAMBDANET (linijka
detektorów: FT-FR

M

)

RAINBOW (in-band
rceiver polling: FT-TR)

FOX (TT-FR)

HYPASS, BHYPASS,
STAR-TRACK, PLL i
inne

Systemy wykonane

Propozycje

Fixed Assignment
(TT-TR)

Partial Fixed
Assignment (TT-
TR)

Random Access
Protocols I (TT-FR)

Random Access
Protocols II (TT-
FR

x

)

Sieci PAC (TT-FR)

Sieci z sygnalizacją kontrolną

Partial Random Access (CC-
TT-TR)

Improved Random Access
(CC-TT-TR)

Przepustowość dwumianowa,
niemono-toniczne opóżnienia

Extended Slotted ALOHA and
Reservation ALOHA (CC-TT-
TR)

(RCA) Receiver Collision
Avoidance Protocol (CC-TT-
TR)

Dynamic Time-Wavelength
Division Multiple Access
(DTWDMA) (CC-FT2-FRTR)

TDMA/N-Server (CC-TT-
FRTR)