Optische Netze basierend auf Glasfasern stellen in Zeiten der Wissens- und Informationsgesellschaft immer höhere Übertragungskapazitäten bereit. Multimediale Anwendungen wie Videokonferenzen, Telemedizin und Teleteaching stellen WissenschafterInnen vor große Herausforderungen. Sie verlangen die höchste Qualität bei der Datenübertragung. ElektrotechnikerInnen der Technischen Universität Wien forschen an der automatischen Steuerung von Netzen mittels optoelektronischer Systeme, um die Nutzung dieser zu verbessern.

Gegenwärtig basiert die Übertragungstechnologie in optischen Netzen auf dem Konzept des “optical circuit switching”, beziehungsweise der optischen Leitungsvermittlung. Slavisa Aleksic, Universitätsassistent am Institut für Breitbandkommunikation der TU Wien beschreibt diese “circuits” als statische Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, die in Europa zumeist auf der Basis von Ringen organisiert werden. “Unser Ziel ist es, die optischen Netze dynamischer zu gestalten. Entscheidend ist, welche Protokolle für die jeweilige Übertragungstechnologie verwendet werden. Beispielsweise können im heutigen Internet temporäre Überlastsituationen (Peaks) dazu führen, dass Teile des Netzes ausfallen (Datenstau). Um dies zu vermeiden, soll die Nutzung der vorhandenen Kapazitäten zwischen Netzknoten dynamischer werden”, erklärt Aleksic. Bei den neuen Netztechnologien unterscheidet man zwischen optischer Paketvermittlung und optischer Burstvermittlung (“optical packet switching” und “optical burst switching”).

Im ersten System werden Daten in Form von optischen Paketen übertragen. Anhand einer bestimmten jedem Paket zugeordneten Information (Zieladresse/Routenbezeichnung) ist festzustellen, wohin das Paket weitergeleitet werden soll. Dadurch wird die Route des Pakets durch das Netz bestimmt. “Diese Variante eignet sich hervorragend für die heutigen Datennetze, weil die am meisten beachteten Applikationen auf dem Internetprotokoll (IP) basieren. Die Übertragung der Daten in kleinen Paketen ermöglicht eine feine Granularität und dadurch eine dynamische und viel effizientere Nutzung der vorhandenen Netzkapazitäten”, sagt Aleksic. Er und seine KollegInnen arbeiten daran, dass ein paketorientiertes optisches Weiterleiten von Paketen mit Schaltzeiten von wenigen Pico-Sekunden möglich wird. Die zweite erwähnte Möglichkeit Daten in optischen Netzen zu übertragen ist das “optical burst switching”. Es liegt zwischen “optical circuit switching” und “optical packet switching”, was die benötigten Schaltgeschwindigkeiten anbelangt. Bursts können einige Megabytes an Nutzdaten auf einmal übertragen. Wenn viele Daten (z.B. viele IP Pakete) in einem Block von der gleichen Sendestation zur gleichen Empfangsstation gesendet werden, ohne dabei wiederholt jedes Paket einzeln zu öffnen, dann ist von “burst switching” die Rede.

Derzeit ist eine Datenübertragungskapazität von mehr als 10 Terrabit pro Sekunde über eine einzelne Glasfaser möglich. Somit könnten enorme Kapazitäten von mehreren Petabit pro Sekunde (Milliarden Megabit pro Sekunde oder 1015 Bit pro Sekunde) in einem optischen Kabel, das aus mehr als 100 Glasfasern bestehen kann, erreicht werden. Diese Datenmengen schnell und effizient durch die Netzknoten zu leiten ohne die Dynamik einzuschränken, bedarf neuer Konzepte (Protokolle) und Lösungen (Komponenten), die es zu erforschen gilt. Im Rahmen eines Network of Excellence zum Thema “Building the Future Optical Network in Europe” (BONE) beteiligten sich PartnerInnen aus insgesamt 17 Europäischen Ländern, darunter die TU Wien, an der Weiterentwicklung der optischen Netze.