Photonische Schaltkreise für mehr Bandbreite

Zu den schnelleren Zugangstechniken zählt in Deutschland der massive Ausbau des VDSL-Netzes sowie in Amerika und Asien das Verlegen von Glasfaserleitungen bis in die Haushalte (Fiber to the Home, FTTH). Neue Funkübertragungsapplikationen inklusive LTE und Wimax machen zudem auch im mobilen Bereich immer höhere Bandbreiten verfügbar. Zahlreiche Studien über die Wachstumsraten von IP-Netzwerken gehen davon aus, dass jährlich mit einer Verdoppelung des Internet-Traffics zu rechnen ist und dies eine verlässliche Größe der Wachstumsrate darstellt.

Das Wachstum der Core-Kapazität in IP-Netzwerken stellt in Zukunft erhebliche Anforderungen an die Skalierbarkeit der optischen Netzwerkinfrastruktur. Die Zunahme der Bandbreite in den IP-Netzwerken macht es notwendig, die Verbindungen von Router zu Router direkt skalieren zu können, um große Datenverkehrsmengen besser handhaben und effiziente Multiplexing- und Datenverarbeitungstechniken auf den Datenstrom anwenden zu können. Dies soll sicherstellen, dass auch die für IP-Datenverkehr typischen Burst-Traffics – etwa die tageszeitabhängigen Nutzungsspitzen von Diensten – zuverlässig übertragen werden.

Peer-to-Peer-Router-Verbindungen, die zunächst aus einer oder mehreren ‘Digital-Signal-Level-3’-Verbindung von je 50 MBit/s (DS-3) in den frühen 1990er-Jahren bestanden, skalieren auf STM-1s (Übertragungsgeschwindigkeiten bis zu 155,52 MBit/s) und weiter bis zu STM-16-Bandbreiten (2,5 GBit(s) in den späten 1990er-Jahren. Seitdem erfolgte eine weitere Steigerung auf eine oder mehrere 10-GBit/s-Strecken. Heute führen Internet-Service-Provider die nächste Generation von IP-Core-Routern ein, die Schnittstellen mit 40 GBit/s verwenden. Zudem planen sie bereits den Einsatz von superschnellen Ethernet-Interfaces mit 100 bis 160 GBit/s.

Die gesamte IP-Netzwerkkapazität wächst und die Einführung von IP-Schnittstellen mit sehr hoher Bandbreite stellt die Betreiber, die nach Möglichkeit zum Skalieren ihres optischen Transportnetzwerks suchen, vor immense Herausforderungen: Ihre Glasfasern werden voraussichtlich eine Kapazität von jeweils bis zu 10 TBit/s bereitstellen müssen, ihre Serviceschnittstellen zwischen den Routern bis zu 100 GBit/s. Doch existierende Hochleistungs-WDM-Transportsysteme (Wavelength Division Multiplexing) skalieren nicht effizient genug, um die genannten Anforderungen zu erfüllen.

Bei der Skalierung ist es wichtig, viele unterschiedliche Kriterien einzubeziehen, etwa Systemgröße und Port-Dichte, Stromverbrauch, Zahl der Schaltkreiskomponenten, Umfang der Glasfaserverkabelung innerhalb und zwischen einzelnen Baugruppen, die spektrale Effizienz und die Möglichkeit, schnellere Leitungsdatenraten über die bestehende Glasfaserinfrastruktur zu übertragen.