Οπτικές Επικοινωνίες και Δίκτυα

Abstract

Στις ημέρες μας, οι οπτικές επικοινωνίες και τα δίκτυα υποστηρίζουν την εξάπλωση του Διαδικτύου σε κάθε πτυχή του. Δεν είναι υπερβολή να πούμε ότι τα δεδομένα κυκλοφορούν στη μορφή φωτός από άκρη σε άκρη σε όλο τον πλανήτη. Τα φωτόνια φτάνουν στα σπίτια μας με τις τεχνολογίες FTTH, στους ωκεανούς εκατοντάδες καλώδια οπτικών ινών διασυνδέουν ηπείρους με ταχύτητες Τbps, ενώ οι δορυφόροι επικοινωνούν μεταξύ τους με δέσμες φωτός. Aκόμα και στις cloud υποδομές των μεγάλων τεχνολογικών κολοσσών όπως είναι οι Google, Amazon, Microsoft κ.ά., η ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ servers πραγματοποιείται από οπτικές διασυνδέσεις, ενώ σύντομα φωτόνια θα διασυνδέουν τους επεξεργαστές εντός μιας μητρικής κάρτας. Το παρόν βιβλίο αποτυπώνει τις σύγχρονες εξελίξεις της επιστήμης και τεχνολογίας των οπτικών επικοινωνιών και δικτύων. Αρχικά παρουσιάζει την ιστορική τους εξέλιξη, εστιάζοντας στις σύγχρονες υπηρεσίες και τάσεις. Παρουσιάζει τη δομή της οπτικής ίνας, μελετώντας τη διάδοση σε αυτήν και την αντιμετώπιση των περιορισμών. Επίσης, παρουσιάζει τις τεχνολογίες οπτικών διατάξεων όπως συζευκτών, ενισχυτών, πομπών κ.ά. και μελετά σχήματα διαμόρφωσης και λήψης. Έμφαση δίνεται στις τεχνικές οπτικής πολυπλεξίας, εστιάζοντας στην WDM και στα λειτουργικά της στοιχεία, όπως στους πολυπλέκτες κ.ά. Καθώς η λειτουργία αμιγώς οπτικών δικτύων αποτελεί σύγχρονη πρόκληση, το παρόν βιβλίο μελετά την οπτική μεταγωγή, δρομολόγηση, ανάθεση και μετατροπή μήκους κύματος και δίνει τις αρχές λειτουργίας οπτικών διατάξεων όπως add/drop πολυπλέκτες, OXCs κ.ά. Επιπλέον, το σύγγραμμα παρουσιάζει αρχιτεκτονικές και πρωτόκολλα οπτικών δικτύων σε όλες τις κλίμακες δικτύωσης. Συγκεκριμένα, παρουσιάζει αρχιτεκτονικές τοπικών δικτύων broadcast-and-select, μελετώντας διάφορα πρωτόκολλα πολλαπλής πρόσβασης, σύγχρονης και ασύγχρονης μετάδοσης, και την απόδοσή τους. Επιπρόσθετα, παρουσιάζει τις βασικές τεχνολογίες οπτικών δικτύων πρόσβασης, όπως τα FTTx, PONs νέας γενιάς και συνδέσεις ελεύθερου χώρου. Τέλος, δίνει τις αρχές σχεδίασης οπτικών MANs, όπως του SONET/SDH, καθώς και την αρχιτεκτονική ΟΤΝ ως την επικρατούσα τεχνολογία οπτικών ΜΑΝs. Το βιβλίο αυτό ολοκληρώνεται δίνοντας τις αρχές λειτουργίας δικτύων OBS, μελετώντας τον μηχανισμό συναρμολόγησης ριπών και διάφορα πρωτόκολλα σηματοδοσίας.

Nowadays, optical communications and networks support the spread of the Internet in every aspect. It is no exaggeration to say that data travels in the form of light across the planet. Photons reach our homes using the FTTH technologies, across oceans hundreds of fiber links interconnect continents with data rates of Tbps, while satellites communicate with each other with beams of light. Even inside the cloud infrastructures of big technological giants such as Google, Amazon, Microsoft etc., the data exchange between servers is performed over fiber links, while soon photons will interconnect the processors inside a motherboard. This book captures state-of-the-art developments in the science and technology about optical communications and networks. First, it presents their historical development, focusing on state-of-the-art services and trends. It presents the structure of the optical fiber, studying the propagation in it. It also presents the technologies of optical devices such as couplers, amplifiers, transmitters etc. and studies modulation and detection schemes. Emphasis is placed on optical multiplexing techniques and especially on WDM and its functional components such as multiplexers etc. Since all-optical networking is a contemporary challenge, this book studies optical switching, routing, wavelength assignment and conversion, and gives the operating principles of optical devices such as add/drop multiplexers, OXCs etc. Moreover, this book presents architectures and protocols at all optical networking scales. In particular, it presents architectures of local area optical broadcast-and-select networks, studying various synchronous and asynchronous transmission protocols, multiple access protocols and their performance. Additionally, it presents the key technologies of optical access networks, such as FTTx, new generation PONs and free space links. Finally, it gives the design principles of optical MANs, such as SONET/SDH, as well as the ΟΤΝ architecture. This book concludes by describing the principles of OBS networks studying the burst assembly mechanism and various signaling protocols.