Optical networking Architecture in Access and Long-Haul Environment 2001. 02. 14. 교환.전송기술연구소 광통신연구부 이종현: 042-860-6150, Jlee@etri.re.kr 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

목차 광통신기술 개요 국간전송 기술 가입자 전송 기술 전송망 장애 복구 기술 광인터넷 기술 결론 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

통신망 모델(계층구조) 개요 통신망구성의 3대요소 : 전송, 교환, 단말 통신망 구성: 액세스계, 전달계, 서비스계 서비스계 통신망구성의 3대요소 : 전송, 교환, 단말 통신망 구성: 액세스계, 전달계, 서비스계 서비스계 전달계 액세스계 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

전송방식의 분류 전송방식 전달형태 다중방식 개요 PTM: Packet Transfer Mode Statistical Multiplex PTM Packet Multiplex 비동기식전송 Deterministic Multiplex ATM Asynchronous Multiplex 동기식전송 Time Division Multiplex STM Synchronous Multiplex Wavelength Division Multiplex PTM: Packet Transfer Mode ATM: Asynchronous Transfer Mode STM: Synchronous Optical Time Division Multiplex 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

다중화 방식(I) 전기적 시분할 다중화(ETDM) 광 시분할 다중화(OTDM) 개요 전기적 다중화 장치 송신기 (전/광변환) 광신호 전기신호 전기신호 광 시분할 다중화(OTDM) 광펄스 발생기 분 배 / 변 조 기 결 합 기 광신호 지 연 광신호 기 전기신호 광신호 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

개요 다중화 방식(II) 파장분할 다중화(WDM) 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

트래픽 용량에 따른 광전송기술 개요 1.28T 5.2Tb/s 1Tb/s 10Tb/s 10Gb/s 100Gb/s ETDM 1Tb/s전송: 2.5G x 128Ch, 10G x 100ch, 40G x 25Ch 5Tb/s전송: 40G x 128ch 10Tb/s 이상전송: OTDM x WDM 광채널수 1.28T 5.2Tb/s 128 100 1Tb/s 10Tb/s 10Gb/s 100Gb/s 10 ETDM OTDM 2.5G 10G 40G 100G 1T 1 0.1 1G 10G 100G 1Tb/s 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

단일모드 광섬유의 전송대역 개요 손실(dB/km) 파장(nm) 200THz 대역폭 활용가능(20Tbps 대역폭에 해당) 100 채널 150 채널 파장(nm) 1.5 1.0 0.5 900 1100 1300 1500 1700 14 THz 15 THz 손실(dB/km) 1270~1350 nm 1480~1600 nm 1600 200THz 대역폭 활용가능(20Tbps 대역폭에 해당) 하나의 광섬유에 128 채널을 WDM으로 수용 가능 하나의 파장으로 40Gbps까지 전달 가능 : 2.5Gbps/10Gbps(상용화) 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

Optical Fibers Conventional SMF (SMF) Dispersion Shifted Fiber (DSF) 개요 Optical Fibers Conventional SMF (SMF) Dispersion Shifted Fiber (DSF) Non-Zero Dispersion Shifted Fiber (NZ-DSF) SMF DSF NZ-DSF 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

전송용량의 한계 개요 Terabit Transmissions 200 GHz 30 nm 2.5 Gb/s 100 GHz 80 nm 광섬유는 약 300nm(1300nm ~ 1600nm) 정도의 파장대역에 걸쳐 전송 가능. (전송대역폭: 약 40 THz) 현재의 전송대역은 약 60nm ~ 80nm이며, 스펙트럼 효율은 0.1 bit/Hz ~ 0.2bit/Hz 정도. 스펙트럼 효율을 1 bit/Hz로 향상시키는 경우 전송용량의 기술적 한계는 약 40 THz 정도로 예측. Terabit Transmissions Decrease Extend Increase Channel Spacing Spectral Range Channel Bit rate 200 GHz 30 nm 2.5 Gb/s 100 GHz 80 nm 10 Gb/s 50 GHz 120 nm 40 Gb/s 25 GHz ? 150 nm ? > 40 Gb/s ? 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

광전송 기술의 발전방향 Long Haul 전광 WDM SDH PDH PCM Analog 광소자 디지털 전자 소자 기계 소자 2000년대 중반 이후 전광 광소자 OXC Optical Internet ‘00년초-’2000중반 WDM 디지털 HANbit GO 160 640 G WDM 1.28 T WDM 전자 소자 90년대 SDH ‘80-’90년대초 PDH HANbit GO 10 2.5G SDH SMOT-1(155M) SMOT-4(622M) BDCS 565 M 90 M 45 M ‘80년대초 PCM 기계 소자 아날로그 Analog PCM 64 SMF: Single Mode Fiber NZ-DSF: None Zero Dispersion Shift Fiber 소자 광섬유 나선 동축 선로 SMF NZ-DSF 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

광통신 시스템 형상 Long Haul OADM OXC 광중계기 WDM WDM Add/Drop SW DeMUX MUX Ramdas WDM WDM Optical SW DeMUX MUX Add-Drop Ramdas WDM 광/전 변환 (전치증폭) 3R (전기 신호) 전/광 변환 (전력증폭) WDM ( )은 광증폭중계기 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

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

Key Technologies in WDM Long Haul Key Technologies in WDM Broadband Optical Amplifier (OA) - Low noise - Wide band gain flatness, control - C- band, L- band, L+ band Optical Fiber - Chromatic dispersion - SBS, FWM, XPM, SPM Opt. MUX Opt. DMUX Optical Fiber Optical Fiber Transponder 1 l1 ADM l1 Transponder 1 Transponder 2 l2 l2 Transponder 2 Transponder 3 l3 l3 Transponder 3 Transponder 4 l4 l4 Transponder 4 OA OA OA OA Transponder n ln ln Drop Add Transponder n l Control & Monitor High Sensitivity in Receiver Dispersion compensation Opt. MUX / DMUX - Cross talk - Center wavelength - Bandwidth - Insertion loss - Polarization dependent loss - Loss equalization Multi Wavelength - Stabilization - Allocation - Conversion Add / Drop Mux (ADM) - channel add/drop - Optical switching - Power equalization 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

Long-haul WDM 상용화 현황 Long Haul 회사명 Lucent Alcatel Siemens Ciena Nortel Fujitsu NEC Hitachi Ericsson Pirelli 제품명 Wavestar OLS400G Optinex 1640OADM TransXpress Infinity MultiWave Sentry4000 OPTera FlashWave 320G SpectraWave 32 AMN6100 ERION Networker OMDS1632 전송용량 400/200G 400G 100/240G 80G 채널수/ 종속신호 40/10G 80/2.5G 32/10G 40/ 2.5G 96/2.5G 32/2.5G 전송거리 640km 640/360km 600km 450/240km 500km 비 고 - linear, 2-f ring, 8span/25dB - automatic fault det. & recov. - tributary: 10M~100G - 7span/25dB, 3span/33dB - 5span/25dB, 2span/33dB - bidirectional - 4-f ring - linear, 2-f ring, 4-f ring, adm - 5span - 4-f BLSR - 6span 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

국내 광통신장치 국산화 현황 Long Haul ETRI 주도의 국산화 내용 단위:억원 장치명 개발기간 총연구비 기술이전업체 직접적인 개발효과 국내 전송시스템 산업의 완전한 자립화 기반 확보 장치명 개발기간 총연구비 기술이전업체 10G ‘93-’98 175 삼성, 한화정보통신 2.5G ‘89-’94 42.66 대우,대한,삼성 622M ‘92-’94 2.50 성미,중앙 155M ‘89-’92 25.20 대우,대한,성미,중앙 565M ‘87-’89 15.72 대우,대한,삼성 LG 90M ‘83-’86 6.47 대우,대한,삼성,LG 45M -’83 - 대우,삼성,LG 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

국내 광통신기술 현황 및 수준 Long Haul ETRI에 PDH/SDH 전송 관련 체계적인 기술축적 45M 및 90M, 565M PDH 광전송시스템 155M, 622M, 2.5G SDH 광전송시스템 10G급 SDH광전송시스템의 개발 및 상용시험 완료 (’00.6.) 총 연구개발비: 175억원 년간 국내시장: 2000억원 ‘00년 하반기부터 사업 계획(KT) ---> 국내 SDH 전송기술은 세계적인 수준임 새로운 WDM전송시스템의 연구개발 Lucent사 개발 2.5G x 8채널(20G급) 시스템의 ‘99년 개통(KT) 10G x 16채널 (160G급)시스템의 국내 개발 완료(HAN/B, ETRI주관) 연구개발 완료 : 2000년 (현재 한국통신 개발제품 확인 시험 완료) 10G x 64채널 (640Gb/s 급) 광링크기술 개발 완료(MIC정책, ETRI주관) 10Gx80채널 (800Gb/s급) 2002년 상용화 예정(광인터넷 기술개발 사업) ---> 수Tb/s급 WDM시스템기술 광인터넷 기술개발 사업으로 추진 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

광가입자망 구성 방식 AON(Active Optical Network) PON(Passive Optical Network) Access 광가입자망 구성 방식 AON(Active Optical Network) Active 소자(Amplifier 등)를 사용하여 광가입자망을 구성하는 방식 PON(Passive Optical Network) Passive 소자 (Splitters 등) 를 사용하여 광가입자망을 구성하는 방식 AON과 PON의 비교  Cost effective solution : PON 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

가입자망 주요 고려사항… Access 경제적 가입자 선로 시설 설치, 유지, 관리, 보수, 확장성, Life Cycle 다중화 기능 가입자 선로 설치, 유지 비용 감소 효과 집선 기능 서비스 특성을 고려한 대역폭 공유/할당 경쟁적 환경의 다양한 서비스 접속 제공 가입자 접속, 서비스 제공자 접속 기능 Access Loop Unbundling 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

가입자망 진화 방향 Access 대상 시장 현재 향후 대형 사업자 건물 SDH 기반 FTTB 서비스 WDM Access Network 중소형 사업자 지역/건물 광섬유, 전화선을 통한 E1/FE1 전용선 ATM-PON vs Optical Ethernet-LAN 대형 아파트 단지 (Remote) ADSL-DSLAM, T-LAN, HPNA 1.0 신축 지역을 중심으로 ATM-PON/VDSL 일반 주택 지역, 농어촌 전화선 음성대역 모뎀 ATM-PON/xDSL 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

가입자망 구성도 Access …... Home/Office Central Office ISP/ VSP ATM PSTN/ Splitter 광케이블 ISP/ VSP PSTN/ ISDN OLT (20Gbps) - 벽면형 ONU 지상설치형 ONU 사무실설치형 ONU ONU 동선 ( VDSL) STB 가입자당 1.5M-26M(대칭), ~52Mbps(비대칭) 데스크탑 6 M-155M <-->155 Mbs ATM-PON 하향 622 Mbps ( l =1.5  m) 상향 155 =1.3  m) STM-N/ VB5.2 Central Office ATM E1/V5 Home/Office 최대 1:n) 1:m) …... OLT : Optical Line Termination ONU : Optical Network Unit STB : Set-top Box, VSP: Voice Service Provider 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

155Mb/s dual/single fiber Access 상용 ATM-PON 시스템 기능/규격 항목 현재 제공 기능/규격 향후 추가 기능/규격 PON 전송 속도 155Mb/s dual/single fiber 622Mb/s, 1.2 Gb/s OLT 용량 5 ~ 15Gb/s - PON Transport ATM-PON WDM Network Interface STM-1/-4 TDM, ATM Gigabit Ethernet, PoS Subscriber Unit T1/E1, 10/100 BaseT, ATM UNI upto 155Mb/s DS0 서비스 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

광가입자 시스템의 개발 동향 - 국내 한국통신(가입자망 연구소) ETRI 산업체 Access FLC 장치 개발후 서비스 중 내부 연구결과를 바탕으로 ATM-PON 시스템의 상세기술요구사항 작성을 위한 “일반주거용 광가입자전송장치 기술협의회” 구성 단계 ETRI 사업명 : “저가형광가입자장비기술개발” (국책과제) 연구기간 : 1999년 ~ 2001년 총연구비/연구인력 : 79억원(정부출연금)/66MY 최종목표 : 동선전화망 구축비용 수준으로 저가형 초고속 광가입자망 구축을 위한 핵심 장치의 실용화 개발 공동연구업체 : 한국통신, 삼우통신공업, 두일전자, NDS 산업체 삼성전자, 네오웨이브 등 … 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

PON 기술 발전전망 Access WDM 기술과의 접목 : 대용량의 대역폭 할당 가능 WDM/TDMA Hybrid형 PON 및 WDM PON으로 발전 고분기율 실현 표준(G.983.1) : 1:32/1:64 SuperPON : 1:2048 전송속도의 고속화 표준(G.983.1) : 하향 155/622Mb/s, 상향 155Mb/s SuperPON : 하향 2.5Gb/s, 상향 311Mb/s 효율적인 MAC 프로토콜 구현 효율적인 대역폭 할당 및 다양한 QOS 지원 저가의 버스트 모드 광송수신기 개발 155Mb/s 및 622Mb/s Outside Plant 관련 엔지니어링 기술 향상 Fiber 구축비용 감소 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

보호/복구의 개념 전송망 보호복구 보호(protection) - 운용 경로에 대해 미리 보호 경로를 사전 계획(preplanning)해 두었다가 고장이 발생하면 지정된 보호 경로를 따라 운용 경로를 우회하는 방식 복구(restoration) - 보호 경로를 미리 지정해 두지 않고 고장이 발생한 시점의 트래픽 분포에 따라 남아있는 예비 용량을 이용하여 보호 경로를 확보하고 장애가 발생한 트래픽을 우회하는 방식 * 때로는 복구(restoration)가 보호를 포괄한 개념으로 사용하기도 한다. 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

Techniques for survivability in optical networks 전송망 보호복구 보호/복구 방식 Techniques for survivability in optical networks Predesigned protection Dynamic restoration Automatic protection switching Dual homing Self-healing ring Mesh protection 1+1APS 1:1APS 1:N APS Unidirectional Bidirectional Link protection Path protection Line Path switch selection (USHR/L) (USHR/P) BSHR/4 BSHR/2 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

SONET/SDH에서의 보호(라인보호) 전송망 보호복구 SONET/SDH에서의 보호(라인보호) 1+1 라인 보호 수신단에서 운용 경로에 문제가 발생했을 경우 보호 절체를 행하여 보호 경로를 통해 데이터를 수신 1:N 라인 보호 N개의 운용 경로가 1개의 보호 경로를 공유하는 형태로 정상 상태에서는 보호 경로를 통해서 잔여 트래픽 전송 가능 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

SONET/SDH에서의 보호(링보호,SHR) 전송망 보호복구 SONET/SDH에서의 보호(링보호,SHR) 전용 USHR(Dedicated Unidirectional Self-healing ring) 1+1의 링모양 확장 형태임 공유양방향SHR(BSHR/2F) (Shared Bidirectional Self-healing ring/2Fiber) 고장이 발생할 경우 운용 경로에 할당된 트래픽은 복구 경로로 신호가 복사되어 전달 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

SONET/SDH에서의 보호(링보호) 전송망 보호복구 4개의 fiber를 사용하는 공유 양방향 SHR(BSHR/4F) 앞의 경우와는 달리 fiber의 용량을 반으로 나눌 필요가 없이 두 개의 fiber를 운용 경로에, 나머지 두 개를 보호 경로에 할당하면 된다 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

전송망 보호복구 매쉬 망 보호-(1)링크 보호 링크가 끊어졌을 때 끊어진 링크와 연결된 양쪽 노드 사이의 예비 경로를 확보하는 기법 장점: 설계 알고리즘의 복잡도가 낮고 복구에 걸리는 시간이 짧음 단점: 경로 보호에 비해 많은 보호 용량을 필요로 한다 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

전송망 보호복구 매쉬 망 보호-(2)경로 보호 끊어진 링크에 대해 끊어진 링크를 지나는 운용 경로의 시작점과 끝점을 새로운 경로로 연결하는 기법 장점: 링크 보호보다 훨씬 적은 용량으로 원하는 수준의 복구 기능을 보장 단점 :알고리즘의 복잡도가 링크 보호에 비해 상당히 높고 고장이 났을 경우 트래픽의 시작 노드까지 장애 발생 신호가 전달된 후에야 트래픽을 우회할 수 있기 때문에 복구 시간이 길어짐 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

WDM 보호/복구시 고려사항 전송망 보호복구 고려사항 무중계 전송거리(링 크키, 노드수, 노드간 간격등) Wavelength Conversion 기능(O/E/O, All Optical) Optical Signal Perpormance (Power, Frequency, OSNR) 망 구축 비용(2Fiber/4Fiber, UPSR/BLSR, Ring/Mesh) 에러 검출 능력의 제약 excessive bit rate와 같은 에러는 광신호 상태에서 에러를 검출하는 것이 불가능하므로 광/전 변환을 해야만 검출이 가능하다. 즉, 장애 감시(fault monitoring) 능력이 전기 신호에 비해 떨어진다. 작게는 광채널 단위, 크게는 수십 개의 채널이 다중화된 광신호 단위로 복구를 해야 하기 때문에 granularity가 떨어진다. SONET/SDH와 같은 상위 계층의 복구 기능과의 연동이 제대로 이루어지지 않고 보호/복구 기능이 이중으로 설정될 경우 race condition이 발생할 수 있다. 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

ITU-T에서 정한 보호 구조 전송망 보호복구 1. 1+1 광채널 서브넷보호(1+1 OCh SNCP) 송신단에서 광채널 신호를 복사하여 하나는 운용 광채널, 다른 하나는 보호 광채널로 보낸다. 고장이 발생하면 보호 광채널을 통하여 신호를 받는다. 2. 광채널 공유 보호링(OCh shared protection ring) 1:1 보호 경로를 각각의 광채널에 할당한다. 보호 광채널 경로는 정상 상태에서 잔여 트래픽을 보내는 데에 사용한다. 고장이 발생했을 경우 해당 광채널을 반대 방향 경로로 미리 할당된 파장을 따라 단대단으로 연결한다. 3. 광다중구간 공유 보호링(OMS shared protection ring) 총 payload를 절반으로 나누어 운용 용량과 보호 용량으로 운용한다. 2 fiber OTM-N ring의 경우 N/2 광전송단위(Optical Transport Unit, OTU) 가 운용 전송 용량으로, N/2 OTU가 보호 전송 용량으로 정의된다. 4-fiber OTM-N ring의 경우 운용 OTU와 보호 OTU가 각각 N이 된다. 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

통신 패러다임의 변화 IP기반 기본서비스 IP/ATM통합 체계 정보위주의 정량제 (전화무료) 완전 광통신망 Optical Internet 통신 패러다임의 변화 기존망 서비스 전화: 기본 서비스 IP: 부가 서비스 서비스별 전용망 전달정보의 형태 STM/ATM/PTM 전용망 회선/ATM/패킷 교환 통신이용요금 전화/데이터 위주의 종량제 전송로의 구성 점대점 간 광전송로 단일 파장 광신호 이용 전기적인 신호 다중/스위칭 다양한 광신호 존재 PDH계위 SDH계위 Private Network 서비스의 IP통합화 IP기반 기본서비스 IP/ATM통합 체계 정보위주의 정량제 (전화무료) 완전 광통신망 전송로비용의 COST”0” 전송망의 광파장네트워킹 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

PDH : Plesiochronous Digital Hierarchy Optical Internet 광인터넷을 통한 정보인프라 확충 기간망은 WDM기반 광전송 시스템 (WDM ADM), 광회선분배 시스템 (OXC : Optical Cross-Connect System) 및 수 Tera-bps급 Packet Routing 기술을 활용 IP ATM SDH PDH Backbone IP Router (Terabit Router) WDM based Core Network 기존망 광인터넷 기간망 OXC PDH : Plesiochronous Digital Hierarchy 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

Optical Internet WDM기반 광대역 네트워킹 구조 교환.전송기술연구소(광통신연구부) OPTICOMM 2000

Traditional Approaches Optical Internet Traditional Approaches 교환.전송기술연구소(광통신연구부) OPTICOMM 2000

Network Models: Peer Model Optical Internet Network Models: Peer Model 교환.전송기술연구소(광통신연구부) OPTICOMM 2000

향후 중점추진 연구개발 기술 Optical Cross Connect 시스템 기술 테라급 WDM 광전송 기술 개발 Optical Internet 향후 중점추진 연구개발 기술 Optical Cross Connect 시스템 기술 테라급 WDM 광전송 기술 개발 40G ETDM 전송 기술 개발 ATM-PON 기술 개발 Hybrid WDM/TDMA-PON 기술 WDM-PON 기술 개발 Tbps급 Router 기술 OSR(Optical Switch Router) 기반 기술 연구 Optical Packet Switching 기반 기술 10Gbps Ethernet 기술 개발 핵심 광소자 및 부품기술 등 교환.전송기술연구소(광통신연구부)

결 론 2001년은 광인터넷 기술개발의 원년 매년 Rolling Plan을 통한 연구개발계획 수정보완 결 론 2001년은 광인터넷 기술개발의 원년 매년 Rolling Plan을 통한 연구개발계획 수정보완 산학연 공동으로 핵심역량을 집결 광인터넷 포럼을 통한 표준화 활동 활성화 시스템 경쟁력 강화를 위한 핵심부품 국산화 적극 추진 교환.전송기술연구소(광통신연구부)