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완전 광통신망으로의 진화

김재근 kimjg@etri.re.kr 교환 • 전송기술연구소 한국전자통신연구원. 완전 광통신망으로의 진화. 목차. 광통신기술 개요 광통신기술의 발전 정보통신서비스의 고속화 통신망의 광화. 광통신기술개요. 광통신 원리. PSTN 을 위한 광통신은 ?. 음성 (analog). 음성 (analog). 전기신호 (analog). 광신호 (digital). 전기신호 (analog). A/D 변환. 광 / 전변환. 전 / 광변환. D/A 변환. 광통신 이용 파장. 8. 10 m.

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완전 광통신망으로의 진화

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  1. 김재근 kimjg@etri.re.kr 교환•전송기술연구소 한국전자통신연구원 완전 광통신망으로의 진화

  2. 목차 • 광통신기술 개요 • 광통신기술의 발전 • 정보통신서비스의 고속화 • 통신망의 광화

  3. 광통신기술개요 광통신 원리 PSTN을 위한 광통신은 ? 음성 (analog) 음성 (analog) 전기신호 (analog) 광신호 (digital) 전기신호 (analog) A/D변환 광/전변환 전/광변환 D/A변환

  4. 광통신 이용 파장 8 10 m 광통신기술개요 sub- 음파 Gamma 선 Cosmic Rays 라디오파 적외선 가시광선 자외선 X - 선 -14 파 장 10 m 800nm 1550nm 1300nm 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200nm 가 시 광 운용 파장 대역

  5. 광섬유의 구조 m 10 m m 125 m 코아 클래딩 m 50 m m 400 m m 250 m 코아 클래딩 1 차코팅 완충층 광섬유 2 차코팅 광섬유 1 차코팅 완충층 2 차코팅 광통신기술개요

  6. 900 1100 1300 1500 1700 광통신기술개요 단일모드광섬유(SMF)의 전송대역 2.0 1.5 손실(dB/km) 1.0 150 채널 100 채널 15THz 14 THz 0.5 0 파장(nm)

  7. 광통신기술개요 WDM(Wavelength Division Multiplex)의 원리 송신측: 서로 다른 빛의 파장에 정보를 실고 이를 묶어(파장다중) 전송 수신측: 파장다중화된 채널을 각각의 빛별로 분리하여 원 신호를 재생 • 전기적인 다중 한계 이상의 전송용량에 주로 적용 • 전송용량: 광채널의 속도 X 다중 파장 수 • 채널속도: 전기적인 다중의 한계(약 40Gb/s) 속도 이내 • 다중파장 수는 전송가능 파장대역 및 파장간 간격 등 고밀도화에 따라 가변 • 전송가능 용량 영역: 수십 Tera 급 / Fiber

  8. 광통신기술개요 OTDM(Optical Time Division Multiplex)의 원리 데이터#1 기준신호 C o u p l e r 변조기 펄스 광원 (Mode Locked) Delay MUX DMUX 광펄스 수신기 Opt.- PLL Clock Recovery 데이터#1 광채널#1 Delay 광채널#2 MUX Delay 광채널#3 Delay 광채널#4

  9. 광통신기술개요 OCDM(Optical Code Division Multiplex)의 원리 A(w) Mask BER ASK Data LED NxN Star Coupler ASK Data PD1 A(w) LPF Coupler PD2 A(w)

  10. 광통신기술개요 광증폭 기술 광원구동 광검출 신호 재생 재생형 중계기 증폭, 리타이밍, 신호처리 광/전 변환 전/광 변환 광증폭 중계기 광증폭

  11. 광원 광통신기술발전 광전송기술의 발전 800nm LD 1,310/1500nm LD Mode Locked LD 광섬유(선로) 비영분산천이(NZ-DSF) 0.16dB/km at 1,550nm 다중모드(MMF) 20dB/km 단일모드(SMF) 0. 2dB/km at 1,310nm 분산보상(DCF), Er첨가 (EDF) 중계기술 전기적 재생중계 전광 증폭 중계 다중화기술 ETDM WDM/OTDM/CDM

  12. 광케이블가격 감소추이 광통신기술발전 2000 1840 광케이블 미터당 가격(원) 1500 500 322 52 100 년도 1980 1996 1986 (자료 : IREST, Bulletin No.59,10/1991, 외)

  13. 광통신기술발전 광전송장치 가격 감소추이(64K 채널기준) <만원> 4 3.7 3 2 1.5 1 0.5 0.38 0.15 0 155M/TDM 622M/TDM 2.5G/TDM 10G/TDM 160G/WDM 광전송기술을 능가하는 새로운 전송매체가 등장하지 않은 한 관전송이 대세

  14. 정보서비스와 통신 망고속화 응답시간 10 s 64K 100K 1M 10M 100Mb/s Information EX Teleworking 1Gb/s 1 s 100ms Telelearning Entertainment POTS 10 ms Videoconference (Low Quality) Videoconference (HighQuality) 1 ms 100B 1K 10K 100K 1M 10M 100M 1G 정보 Contents (bits)

  15. 통신망의 고속화 추세 망고속화 Desktop processing > 300MHz > 700MHz 30MHz Enterprise 수십 Gb/s Ethernent Gb/s Ethernet 100Mb/s Ethernet Access 사업자: 2Mb/s fibre/copper 주거: 64K 모뎀/ ISDN 수 Gb/s FTTB 155Mb/s FTTB 수 Mb/s xDSL 100 Mb/s PON Routing/switching ATM, IP Mb/s interfaces 2.5Gb/s interfaces 10Gb/s interfaces Transport SDH, WDM TDM WDM 2.5Gb/s 40Gb/s 10Gb/s 2.5G x 8 40G x 64 10G x 16

  16. 트래픽 증가 추이(음성 대 IP: 일본) 망고속화 총 트래픽양 25T 음성(total) 데이타 20T 15T 10T 음성(고정) 5T 음성(이동) 2001년 1998 1999 1997 1996 2000 [참고: Merill Lynch, Mar. 1998]

  17. 장기 트래픽 예측 (북미) 망고속화 네트워크 용량 100T Internet: 100%/Yr 10T Data: 30%/Yr 1T Voice: 5%/Yr 100G 10G 2002 2004 2000 1998 2008 [참고: OIDA]

  18. 2010년의 트래픽 예측 (일본) 망고속화 Global Network 50 Node/Japan 250 Links 60M Subscribers Total Traffic: 340Tbps TX Capacity: 5Tbps Node Capacity: 6.8Tbps Total Traffic: 13.5Tbps TX Capacity: 200Gbps Node Ccapacity: 270Gbps Trunk Network 50 Node, 250 Links 50 Network/Japan 1.2 M Subscribers Total Traffic: 540Gbps TX Capacity: 40Gbps Node Ccapacity: 108Gbps Intra-City Network 10 Node, 50 Links 50 Network/Region 24K Subscribers Total Traffic: 720Mbps Subs. Traffic: 100Mbps TX Capacity Double Star: 1.2Gbps Single Star: 2.5Gbps Access Network 150 Coupler/Node 2.4K Subscribers 100M/가입자 접속기준 Access Ratio: 0.5 [참고:IEICE Tr Electron, Aug. 1998]

  19. 트래픽용량 예측(보편적서비스보급 측면): 국내예 보편적 서비스 시기 기준으로 예측 2000년: ISDN기반 (128K급), 2002년: UADSL기반 (2M 급) 2005년: VDSL기반 (10M - 50M 급), 2010년: ATM-PON기반(100M 급) 망고속화 네트워크용량 링크용량 최상위교환국 트래픽 총용량 162T 10T 2010년도 가입자수 : 30M 최상위 교환/라우팅국: 20국 링크속도: 최상위국간기준 100T 4.9T 20 T 1T 10T 7T 1T 링크용량 640G 1T 100G 360G 160G 180G 40G 100G 10G 20G 10G 64K 128K 2M 10M 50M 100M 보편적인 서비스속도 1998 2010 2006 2003 2001

  20. 트래픽 예측 유도식 가정: 2010년의 가입자 수 : 3000만, 액세스율: 0.15, 버스트율: 0.5, 안전지수: 3 Traffic in Access Line(32 Subs) 가입자당 속도 x 가입자수 x 액세스율 x 버스트율 x Safety ratio PON트래픽: 100M x 32 x 0.3 x 0.5 x 3 = 1.44Gb/s Intra-City Network(48k Subs) 액세스라인의 트래픽 x 액세스노드 당 라인 수 x 액세스 율 x 노드 수 예: 1.44G x 150 x 0.5 x 10 = 1.08Tb/s Short Distance Network(1.2M Subs) 시내망 트래픽 x 액세스율 x 노드 수 예: 1.08T x 0.5 x 30 = 16.2Tb/s Backbone Network(30M Subs) 단거리망 트래픽 x 액세스 율 x 노드 수 총트래픽: 16.2T x 0.5 x 20 = 162 Tb/s 링크속도: 단거리망 트래픽 x 액세스 율 / 노드 당 링크수 x Safety ratio 전송링크속도: 16.2T x 0.5 / 5 x 3 = 4.9 Tb/s 망고속화 4.9Tb/s #20 #1 총괄국 (16.2T) 30노드 단국 10노드 액세스노드 150링크 1.2M Subscribers 32분기 30 M Subscribers(2010년)

  21. 선로 트래픽증가 예측과 실제 기하급수적으로 증가 예측치보다 항상 고성장 10년예측/계획이 4-7년 내 고갈 망고속화 1,000 1995 예측 Line Capacity (Gbit/s) 실제치 예측치 100 1987 예측 1983 예측 10 1980 예측 1 1978 예측 1970 1980 1990 2000 2010 [참고 : Lucent Seminar자료]

  22. 망노드 및 링크의 고속화 망고속화 1,000 100 10 1 0.1 0.01 400 Gbit/s WDM & TDM System capacity(Gbit/s) 100 Gbit/s 10 Gbit/s TDM only 2.5Gbit/s ATM switches IP routers Ethernet 1985 1990 1995 2000 2005

  23. 광전송속도의 발전 1Tb/s전송: 2.5G x 128Ch, 10G x 100ch, 40G x 25Ch 5Tb/s전송: 40G x 128ch 10Tb/s 이상전송: OTDM x WDM 통신망의 광화 광채널수 5.2Tb/s 1.28T WDM 128 100 1Tb/s 10Tb/s 100Gb/s 10Gb/s ETDM 10 OTDM/CDM 2.5G 40G 10G 1T 100G 1 0.1 10G 100G 1Tb/s 1G

  24. 100G 10G 1G 100M 광전송속도의 진전 상황 통신망의 광화 광다중화 초고속화 전송속도 (b/s) ITU-T 표준체계 (SDH) (년도) '80 '85 '90 2,000 '95

  25. 통신망의 완전 광화 통신망의 광화 - 새로운 천년을 향한 광 네트워킹 - Optical Networking • Network Capacity Expansion (DWDM, Broadband Services) • Self - healing: Network Reliability Improvement • Integrated Transport Manage- ment System • Migration to the Next Generation Photonic Network SDH PDH

  26. 전광통신망이란? 통신망의 광화 • 전광통신망이란 ? • 이론적으로 전송대역이 무한대인 광섬유를 매체로 하여 사용자정보를 값싸고 안전하게 초고속.장거리 전달할 수 있는 광통신 기술을 이용하여, • 기존의 전기적 신호처리(다중, 스위칭 등) + 광전송과는 달리 광/전변환 없이 광학적 라우팅과 광전송을 통합하여 광신호 단위의 초고속 네트워킹을 실현하는 통신망임. • 트래픽의 급증에 따른 전기적 신호처리의 한계 존재로 네트워크 용량 및 전송 속도가 1Tb/s이상일 때 필연적으로 요구되는 망임 • 기존망과의 비교 Multiplexing Multiplexing Add -drop Add -drop 전기/광 변환기 Optical Tx/Rx Cross- connect Cross- connect Switching Switching Electrical Processing Optical Processing

  27. 전광네트워킹 진화단계 통신망의 광화 Today Technical functionality Wavelength translation, Wavelength routed networks Optical Cross- Connects WDM rings, programmable OADMs Fixed OADMs Point-to-point WDM End to end wavelength service Bandwidth- on-demand networks Capacity increase Time OADM : Optical Add-Drop Multiplexer

  28. 광전송기술 로드맵(일본) 통신망의 광화 40G 10G 100G 1T Global Net. ETDM ETDM OTDM OTDM 3R중계기 광MUX/DEMUX 8-16Ch Trunk Net. 32-64Ch WDM 128Ch >256Ch 20-30nm 100nm 60nm 광증폭 도파로통합 다파장 LD 파장제어 LD 다파장 LD 40G SW 5T SW 160G SW 1T SW Regional Net. 500x500 광 WD/SD-XC 광 SD-XC 광100x100스위치 광32 x 32스위치 광메모리 광 DSP Access Net. 100M to the home ATM-PDS G-PDS TDM-PON ONU:$200/1.5M $200/10M $200/50M $200/100M PLC - ONU PIC - ONU OEIC - ONU Gbit to the office 1997 2000 2005 2010

  29. 네트워크 기반구조 로드맵(EU) 통신망의 광화 1997 2000 2005 2010 10G 40G 100G 1T 40G 400G 640G 1.2T 5.2T (16ch) (64ch) (64ch) (128ch) (128ch) Line Rate Fiber Capacity (WDM CH수) 점대점 WDM 망 구조 Small Flexible WDM Mesh Large Flexible WDM Mesh OADM WDM Ring System Small OXC Large, Full Flexible integrated OXC OMUX OADM Optical AMP Wavelength Converter Integrated Optical Switch Optical Signal Processing (OTDM) Component Selectable/Tunnable LD Optical 3R

  30. 광전송기술 로드맵(한국) 통신망의 광화 SystemTarget Trunk /Line /Fiber Access /Office /Subs. 10G 40G 100G 1Tb/s 20G 160G 1.2T 5.2T 수십Tb/s 155Mb/s 622Mb/s 2.5Gb/s 10Gb/s 40Tb/s 128Kb/s 2Mb/s 10Mb/s 50Mb/s 100Mb/s ALL OPTICAL NETWORK Trunk Network TDM/OTDM WDM Optical-XC Optical-SW 광링크 10G TDM 40G TDM 100G OTDM 1T OTDM 8ch 16ch 128ch(10G) 128ch(40G) OTDM+WDM 128x128 OXC 500x500 OXC E/O Hybrid All Optical WD All-Optical WD/Pkt 16nm(Silica) 32nm(Silica)64nm(Silica) 100nm(Tellurite) Access Network Network Tply Access Method ONU FTTB/SS FTTC/PDS FTTH/TDMA FTTH-T/WDMA Hybrid IDSL(128K) xDS(2M -50M) PON-TDMA PON-T/WDMA Hybrid ONU PIC-ONU OEIC-ONU Component 중계기 광변조기 광원 광전IC 광스위치소자 Electronic 3R E/O 3R Optical 3R 변조기통합LD 초고속변조기 초단펄스발생기 파장제어LD 다파장LD 도파로통합다파장LD Tunable LD 파장변환기 파장표준 LD PLC Photonic IC Opto-Electronic IC ~1ms, 8x8 <1ns, 16x16 <1ns, 64x64 1997 2000 2005 2010 2015

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