Hightech im Unterseekabel oder was optische Prozessoren heute leisten 400 Gigabit pro Sekunde über eine einzelne Glasfaser

Redakteur: Daniel Feldmaier

Alle großen Städte dieser Welt sind durch Glasfasernetze miteinander verbunden. Optische Prozessoren von Ciena ermöglichen 100-Gigabit-Übertragungen in terrestrischen Netzwerken und kommen in Untersee-Kabeln über extrem lange Distanzen zum Einsatz. Aber auch Konkurrenten wie Level 3 und Global Crossing arbeiten mit Hochdruck an ihren optischen Netzen und versuchen dabei, physikalische Grenzen zu überwinden.

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Alle paar Jahre erreicht die Netzwerkbranche eine neue Geschwindigkeits-Stufe. Gut für Fachhändler, denn alte Netzwerk-Technik, inklusive Switches und Kabel, müssen bei Technologiesprüngen ersetzt werden. Mittlerweile sind 40-Gigabit-Netzwerke schon wieder überholt, und die 100-Gigabit-Glasfaseranbindung bildet die aktuelle Technologiespitze. Doch diese stellt Betreiber und Hardware-Hersteller vor ungeahnte Schwierigkeiten. Denn die Übertragung von Lichtwellen lässt sich nicht beliebig beschleunigen. Es kommt zu Interferenzen, extremer Hitze und Datenverlusten. Auch der außerordentlich hohe Energieverbrauch von 100-Gigabit-Netzen ist ein Problem.

Insgesamt sechs große Betreiber, sogenannte „Tier 1 Internet Provider“, haben den weltweiten Glasfasernetzwerk-Kuchen unter sich aufgeteilt und hunderttausende Kilometer Glasfaserkabel auf allen Kontinenten und durch die Meere verlegt. Telekommunikationsunternehmen in aller Welt nutzen diese – wenn nicht gerade ein Unterseebeben ein Kabel beschädigt oder ein Bagger an Land versehentlich zusticht.

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Glasfaser Wellenmultiplexer von Ciena. (Archiv: Vogel Business Media)

In den meisten Glasfaser-Netzen ist mittlerweile das Wellenlängen-Multiplexverfahren Standard. Das Licht wird dabei in viele verschiedene Frequenzen (Farben) zerlegt. Auf jeder Frequenz können parallel zu anderen Frequenzen Daten transportiert werden, wodurch gewaltige Datenmengen gleichzeitig in jeder einzelnen Faser eines Glasfaserkabels übertragen werden. So liegt die maximale Übertragungsgeschwindigkeit des 15.000 Kilometer langen TAT-14 –Unterseekabels bei 1.280 Gigabit pro Sekunde. Es enthält acht Glasfaser und wird durch 16-fach-Wellenmultiplex betrieben. Zwischen Europa und Südafrika wird bis Mitte 2012 ein weiteres Internet-Seekabel verlegt, es soll 5,12 Terabit pro Sekunde übertragen und 17.000 Kilometer lang sein.

Der nächste Technologiesprung

„In den letzten 20 Jahren haben wir gesehen, wie optische Technologien das grundlegende Netzwerkdesign verändert haben. Heute stehen wir kurz vor der nächsten bahnbrechenden technologischen Innovation – der kohärenten Ära optischer Netzwerke“, so Rick Dodd, Senior Vice President Global Marketing von Ciena.

Die Entwicklung kohärenter Optiken hat zu einer erheblichen Steigerung der optischen Leistung geführt. Hinter der kohärenten Optik verbirgt sich eine Technologie, durch die sich eine Lichtwelle auch über lange Strecken nicht verändert. Dadurch sind derzeit störungsfreie, verstärkerlose Übertragung mit einer Datenraten von 12,5 Gigabyte pro Sekunde (100G) über eine Distanz von vielen hundert Kilometer möglich.

Was die Konkurrenz im Glasfaser-Geschäft macht und mehr zur Hightech in Unterseekabeln lesen Sie auf der nächsten Seite.

Bis zu 8,8 Terabyte pro Sekunde

Mit einer mehr als zehnjährigen Forschungs- und Entwicklungsarbeit in der Nutzung von Silizium-Elektronik für optische Übertragungen ist Ciena mittlerweile bei den kohärenten optischen Wavelogic-Prozessoren Pionier in diesem Segment. Erst im Jahr 2005 gelang es Ciena die Verbreiterung optischer Impulse, in einer optischen Faser zu verhindern. Diese sogenannte elektronische Dispersionskompensation hat das physikalische Problem bei hohen Frequenzen behoben. Der erste kohärente Prozessor wurde 2008 vorgestellt. Ciena spricht hier von einer „spektralen Effizienz für bis zu 8,8 Terabyte pro Sekunde pro einzelnem Faserpaar.“ Ciena betreibt nach eigenen Angaben über 5.565.000 implementierte kohärente Glasfaser-Kilometer.

Die Wavelogic-Prozessoren von Ciena sollen optische Beeinträchtigungen mindern und existierende Glasfaserinfrastrukturen kosteneffizient nutzen. „Die Tatsache, dass kohärente Technologie für die Terabit-Ebene notwendig ist, ist am Markt weitreichend akzeptiert. Nun müssen wir uns auf die automatisierte Energieverbrauchssteuerung und eine bessere Ausnutzung der Bandbreite konzentrieren“, so Rick Dodd.

Um Effizienz und Reichweite weiter zu verbessern, werden künftige Versionen der Wavelogic-Prozessoren eine Soft-Decision-Forward-Error-Correction (FEC) enthalten. Die FEC-Technologie verringert Stromverbrauch und Latenzzeit.

Das Geschäft mit der Glasfaser

Level 3 Communications, Netzbetreiber und ein wichtiger Kunde von Ciena ist ebenfalls Spezialist auf dem Gebiet optischer Netzinfrastrukturen und betreibt ein großes IP-Glasfasernetzwerk mit einer Gesamtlänge von über 130.000 Kilometer, welches von Telekommunikationsunternehmen angemietet wird. Level 3 überträgt dabei mehr als sechs Milliarden Sprach-Minuten (VoIP) pro Monat und ist an 85 Prozent aller Unterseekabel angeschlossen. Das Unternehmen betreibt derzeit in Deutschland fünf Großrechenzentren und Metro-Netze, das heißt innerstädtische Glasfasernetze, an den Standorten Berlin, Düsseldorf, Hamburg, Frankfurt und München. Das US-Unternehmen Level 3 nutzt unter anderem Technologien des Unternehmens Broadwing. Dieses entwickelte vor zehn Jahren die volloptischen Netzwerklösungen Corwave XL (terrestrisch) und XF (Unterwasser) und hieß damals noch Corvis. Nach zahlreichen Zukäufen änderte Corvis im Jahr 2004 seinen Namen in Broadwing und wurde 2006 von Level 3 Communications aufgekauft.

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Seekabelverlegung von einer gigantischen Kabelrolle aus. (Archiv: Vogel Business Media)

Auch die übrigen Netzbetreiber aus der Glasfaser-Branche wie JDSU, Corning und Global Crossing entwickeln unaufhörlich neue Technologien: So meldet der US-amerikanische Netzbetreiber JDSU im März 2010 die erste öffentliche Vorführung von Dual-Rate-Optik (100GE und OTU-4) in einem CFP (Formfaktor für optische Transceiver zur Ermöglichung von 40Gbps- und 100Gbps-Applikationen, inklusive High Speed Ethernet der nächsten Generation 40GbE und 100GbE). In einem Langzeittest wurden Daten vielfach abwechselnd über Ethernet- und Glasfaser-Netzwerke übermittelt – fehlerfrei. Ziel von JDSU war es, zu beweisen, dass vorhandene Glasfasernetze für eine vergleichsweise kostengünstige 100G-Übertragung genutzt werden können, wenn die Dual-Rate-Optik eingesetzt wird. JDSU, Kunde von Cienna und zugleich Anbieter von Mess-und Testgeräten für optische Hochgeschwindigkeitsnetze, hob besonders den niedrigen Stromverbrauch bei seinem Testlauf hervor.

Lesen sie auf der nächsten Seite wer Daten mit 100 Gigabit pro Sekunde über 250 Kilometer ohne Verstärkung schickt und mit welcher Geschwindigkeit Daten durch ein 20.000 Kilometer langes Untersee-Glasfaserkabel rasen.

100G über 250 Kilometer ohne Verstärkung

Zusammen mit Ciena zeigte Corning Incorporated am 7. März dieses Jahres ein Langestrecken-Glasfasersystem. Die 100-Gigabit-Demonstration erfolgte mit normal im Handel erhältlichen Bauteilen über eine Strecke von 250 Kilometer. Diese Lösung ist für Netzbetreiber interessant, die ihre Verstärker-Anzahl reduzieren wollen, was mit einer erheblichen Einsparung bei den Stromversorgungskosten einhergeht. Im vergangenen Jahr wurde bei einem Versuchsaufbau über 1.500 Kilometer noch alle 125 Kilometer ein Verstärker benötigt. „Wir freuen uns, zusammen mit dem Ciena-Team die 100G-Reichweite verdoppelt zu haben. Und das unter Einsatz von gewöhnlichen Produkten“, sagte Barry Linchuck, Director Marketing bei Corning.

Unterseekabel-Spezialist

Karte der afrikanischen Tiefseekabel. (Archiv: Vogel Business Media)

Global Crossing ist ein typischer Unterseekabel-Netzbetreiber. So gehört dem Unternehmen auch das berühmte Unterseekabel AC-1. Global Crossing ist seit einigen Jahren dabei seine Untersee-Glasfaserkabel-Systeme auf Grund des steigenden Datenaufkommens stark auszubauen. John Legere, CEO von Global Crossing: „Diese Investitionen tätigen wir als Reaktion auf die anhaltende Nachfrage nach Global-Crossing-Services wie Video over IP, Social Media und Content Delivery Networks.“

Global Crossing betreibt die Netzwerke MAC (Mid-Atlantic Crossing), PAC (Pan American Crossing)und SAC (South American Crossing). Das unterseeischen MAC-System umfasst rund 7.500 Kilometer Glasfaserkabel und bietet volle Konnektivität zwischen Nordamerika, Lateinamerika und Europa. Die Übertragungsrate liegt bei 920 Gigabit pro Sekunde. Das PAC-Seekabel-Netzwerk umfasst mehr als 10.000 Kilometer und besteht aus einer Ringstruktur, die auch bei einer Durchtrennung voll funktionsfähig bleibt. Das SAC-System ist rund 20.000 Kilometer lang und ist ein Vier-Faser-Paar-System das derzeit 3.75 Terabit pro Sekunde transportiert.

Übertragungsraten von Terabit-Netzwerken sind bereits heute Realität und wenn das Moore’sche Gesetz weiterhin Bestand hat, ist es nur eine Frage der Zeit bis wir die nächste Geschwindigkeitsstufe erreichen. Streaming-Video und Cloud Computing werden in Zukunft das Petabit-Netzwerk notwendig machen.

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