Auf ins nächste Jahrzehnt: Film- und Musik-Streaming mit programmierbaren Mehrkernglasfasern
Das Datenverkehrsvolumen in den Glasfasernetzen der Welt wächst jährlich um mehr als 40 %, da datenintensive Dienste wie Audio- und Video-Streaming immer beliebter werden. Damit die Netze der Zukunft den stetig wachsenden Datenverkehr und außerdem neue Anwendungen bewältigen können, die das Ganze von den vernetzten Autos bis hin zu mobilem HD-Video und dem Internet der Dinge noch weiter ankurbeln werden, brauchen bis Mitte der 2020er Jahre jene Technologien, mit denen die optischen Langstrecken-Netzwerke betrieben werden, ein größeres Upgrade. Einige der zentralen Grundlagen dafür wurden nun von den Ingenieuren im Rahmen von SAFARI, einem Kooperationsprojekt zwischen der EU und Japan, gelegt. Auf EU-Seite wurde das Vorhaben vom Projektkoordinator Toshio Morioka von der Technischen Universität Dänemark geleitet, während Projektkoordinator Dr. Yutaka Miyamoto von NTT Corporation, Tokio, die japanische Seite anführte. Photonen als Torpedos Die Hauptmetrik, die bei lasergestützten optischen Transportnetzen (Optical Transport Network, OTN) stark der Verbesserung bedarf, ist der Datendurchsatz, d. h. die Anzahl von Datenbits pro Sekunde, die sie in den Laserstrahlen verschlüsselt übertragen können. Heute arbeiten die einzelnen Glasfasern mit mehreren zehn Terabit pro Sekunde - aber das wird nicht reichen. „Um die in der Zukunft auf uns zu kommenden enormen Kapazitätsanforderungen erfüllen zu können, werden Transportnetze mit viel höherer Kapazität und einer auf Petabit pro Sekunde skalierbaren Fasergeschwindigkeit gebraucht“, erklärt Morioka. Um das zu erreichen, haben die Innovatoren von SAFARI an etlichen Fronten sowohl hinsichtlich der Gesamtnetzwerksteuerung als auch der lichtübertragenden Komponenten Neues entwickelt, damit Bausteine für zukünftige OTN gebaut werden können, die deren Geschwindigkeiten von heute 10^13 (dutzende Terabit) auf 10^15 (Petabit) erhöhen können. Die erste Neuerung von SAFARI war die Entwicklung von superdichten Mehrkernglasfaserkabeln mit innenliegenden 30, 32 oder 37 lichtleitenden Kernen anstelle des heute üblichen Einzelkerns. Diese weltrekordverdächtige Anzahl an Kernen konnte Morioka zufolge erschaffen werden, indem man einen Weg fand, um das Licht daran zu hindern, von einem Kern zum anderen hindurchzudringen und Signalstörungen zu verursachen, die sich negativ auf die Bandbreite auswirken würden. Er betonte: „Die Fasern weisen einen sehr hohen Grad der Unterdrückung des Übersprechens auf.“ Im Inneren der Matrix Sind große Strecken von 1000 km Länge und mehr zurückzulegen, verliert das sich in dieser komplexen Matrix aus Kernen fortbewegende Licht an Energie und muss in regelmäßigen Abständen verstärkt werden. Um das auf energieeffiziente Weise zu realisieren, entwickelte das Projektteam optische Mehrkernfaserverstärker auf Grundlage von Erbium und Ytterbium, die direkt in die neue Mehrkernfaser eingespleißt werden können, wodurch eine verlustkompensierte Übertragung über große Entfernungen möglich wird. „Wir haben Rekorde bezüglich der Kernanzahl gebrochen und konnten den Stromverbrauch optischer Inline-Verstärker senken und somit die Energieeffizienz zukünftiger OTN steigern“, sagt Morioka. Es geht jedoch nicht nur um die Hohlleiter: Die Übertragungsmedien der Telekommunikationsbranche müssen außerdem in der Lage sein, bei gleichbleibender Qualität zusätzliche Netzwerkressourcen dynamisch zuzuweisen und zu optimieren, um die Nachfrage zu bedienen, etwa wenn eine ganze Nation auf einmal das Finale von „Game Of Thrones“ im Videostreaming sehen möchte. So entwickelte NTT programmierbare optische Hardware, die den Aufbau äußerst flexibler, skalierbarer und adaptiver OTN gestattet. Programmierbares Licht Man konzipierte und baute einen SAFARI-Prüfstand, der neuartige Optik beinhaltet, die das Hinzufügen, Blockieren, Weiterleiten oder Umlenken von Lichtstrahlen, gesteuert von Software, in einem Glasfasernetz ermöglichen. Dieses programmierbare Netzwerk „kann von einer zentralen Institution in Reaktion auf die tatsächlichen Verkehrsanforderungen adaptiv gesteuert und verwaltet werden“, erklärt Morioka. Die Programmierbarkeit des OTN wurde gleichermaßen in Experimenten überprüft, um sicherzustellen, dass es für die Anforderungen der Mehrkern-Glasfaserübertragung in den Netzwerken der Zukunft geeignet ist. Da SAFARI nicht vor Mitte der 2020er zum Einsatz kommen soll, ist keine sofortige Kommerzialisierung der Technologie geplant. Aber dank dieses erfolgreichen Forschungsprojekts werden der europäische ebenso wie der japanische Telekommunikationssektor zu gegebener Zeit bereit sein. Morioka bekräftigt abschließend: „ SAFARI hat weltweit tonangebende Technik, weltrekordverdächtige und weltweit erstmals gezeigte Netzwerkdemonstratoren und Systemexperimente, gemeinsames geistiges Eigentum sowie Partnerschaften ergeben, die man auch in Zukunft lange fortsetzen wird.“
Schlüsselbegriffe
SAFARI, optischer Transport, optische Übertragung, skalierbare Netzwerke, bandbreitenintensive Anwendungen, programmierbare Optik, dichte Mehrkernfaser, Amazon, Spotify, Netflix, Streaming