ip 기반 optical networking

’’9999 하계단기계속교육강좌하계단기계속교육강좌

뉴미디어통신공동연구소뉴미디어통신공동연구소

IPIP 기반 기반 Optical NetworkingOptical Networking

김재근

[email protected]교환••전송기술연구소

한국전자통신연구원

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‘‘9999 하계단기계속교육강좌하계단기계속교육강좌 : : 광대역정보통신광대역정보통신강사 : 김재근 , ETRI

목차목차

통신 페러다임의 변화 IP 와 광통신의 결합 IP 기반 전광 네트워킹 Optical Internet WDM 장비 개발 동향

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인터넷 관련 통계 데이터인터넷 관련 통계 데이터 (1)(1)

인터넷 트래픽의 75% 가 WWW 레벨 2 도메인 수 : 3M (NW July 1998) 호스트 수 : 43.2M (NW January 1999) IP 국가 : 206 (NW July 1998) Web Sites : 3M (Jan 1999) Web Pages : 700M Worldwide ISPs : 8000 ( 미국만 4700 이상 ) 인터넷 트래픽 증가 율 : 년간 100 - 1000%

통신페러다임의 변화

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인터넷 관련 통계 데이터인터넷 관련 통계 데이터 (2)(2)

현 인터넷 사용자 수 : 165M (NAU May 1999) US/CANADA : 90.65M EUROPE: 40.09M ASIA/Pacific : 26.9M LATIN AMERICA : 5.29M AFRICA : 1.14M Middle EAST : 0.88M

2000 년 말 인터넷 이용자 : 300M - 1000M 인터넷 상거래 규모 (Source: Forrester Research)

1999 년 : 80 억불 2002 년 3270 억불 2003 년 : 18,000 - 32,000 억불 ( 전세계 경제의 약 10%)


5


데이타 와 음성 트래픽의 증가 추이데이타 와 음성 트래픽의 증가 추이

1995 2000 2005

100

200

300

RelatIve Load

[ 참고 :Lightwave, Apr. 1998]

0

Data

Voice

Voice 의 25 배

Voice 의 5 배

인터넷 트래픽의 폭발적인 증가 ( 북미 ) 매 6 개월마다 2 배씩 증가 : 1998 년에 이미 음성을 추월 2001 년에 인터넷 트래픽 양은 35Tb/s 로 예상 (OLDY’98) 망사업자들은 2001 년에 인터넷만을 위해서 2.5Gb/s 급 ATM, SONET 도입계획


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Vint Cerf’s InversionVint Cerf’s Inversion

Future

Look !

Today: you go through a Circuit switch to get to a packet switch.

Tomorrow: you’ll go through apacket switch to get to a circuit switch.


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통신 패러다임의 변화통신 패러다임의 변화

기존망 서비스 기본 서비스 : 전화 부가 서비스 : IP 서비스별 전용망 STM/ATM/PTM 전용망

통신이용요금 전화 / 데이터 위주의 종량제

전송로의 구성 단일파장 광전송로 전기적인 신호 다중 다양한 광신호 존재

PDH 계위 SDH 계위 Private Network

IPIP 기반 서비스기반 서비스IP/ATMIP/ATM 통합 체계통합 체계

정보위주의 정량제정보위주의 정량제(( 전화무료전화무료 ))

완전 광통신망완전 광통신망

전송로비용의

서비스의

전송망의


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전송망의 진화 방향전송망의 진화 방향 통신망 사업자와 데이터망 사업자간 경쟁구도 형성

데이타망 : 초고속 IP 기반 광전송방식 마련에 열중 IP Packet Over Fiber, 광기반의 초고속 Ethernet 등 IP Telephony 중점 개발

기존 SDH 전송로를 이용한 IP 데이터의 효과적인 수용에 열중 IP Over SDH, IP over ATM 등 기존 공중망에 IP 를 수용하기 위한 정합 방식 중점 개발

궁극적으로 “ IP Over …. Over WDM over Fiber” 로 귀착

Telephony 와 데이터의 통합 전송망으로 진화 Circuit 및 Datagram 기반 서비스를 동일 망에 동시 제공으로 전개

IP 와 ATM 간 경쟁 발전 기존 전화망 : ATM/SDH 장비에 IP 데이터 수용 기존 데이타망 : 라우터 / 스위칭 장비에 SDH 프래임 /WDM 적용 미래 전송망 : 음성과 데이터에 투명한 전광 전송망을 지향

IP Telephony WDM based Transparency

IP 와 광통신의 결합

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Vocie,Video, data, multimedia...Vocie,Video, data, multimedia...

IPIP

SDH/SonetSDH/Sonet

WDM(or Fiber)WDM(or Fiber)

Applicationslayer

switching/routing layer

Transport layer

Optical layer

WDMWDM 기반 기반 IP IP 네트워킹 구조네트워킹 구조

HDLC /HDLC /Simple DataLinkATMATM

IPoS

Open optical interfaceOpen optical interface

IPoW

IPoA

Gigabit Ethernet/Fiber Channel

Gigabit Ethernet/Fiber Channel


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SDH/ATM Network(B-ISDN 망 )

VP/VCATM층

데이타링크층

IP

All Optical Network(WDM 망 )

광경로층

WDM전송매체층

Optical Channel layer

Optical multiplex section layer

Optical regenerator section layer

Physical medialayer

SDH경로층

전송층

Virtual Container

STM-N

RegenerationPhysical media layer

WDMWDM 기반 전송망 계층구조기반 전송망 계층구조IP 망

HDLC /Ethernet/SDL

(SDH-Based) G.Ethernet, Fiber Channel

정 보 정 보

RegenerationPhysical media layer

(IP over WDM)

(IP over SDH)

(IP over ATM)

(WDM)


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IPIP 기반 광 네트워킹 신호 기반 광 네트워킹 신호 (1)(1)

Optical SDH/SONET(IP over SDH) 특징

전화서비스 기반으로 강력한 생존성 유지 능력 기존 망으로부터 IP 망으로의 점진적인 진화 유도 가능 기존 SDH 전송망 관리 , 유지보수 체계를 그대로 활용

IP 망과의 차이 IP 망은 고유의 흐름제어 , 버퍼링 , 리라우팅 등으로 자체 분산된 생존성 보유 대칭성의 SDH 전송로를 이용 , 비대칭성의 IP 데이터 전달에는 한계 존재

Optical ATM(IP over ATM) 특징

IP 를 포함하여 다양한 서비스의 통합 전달에 유리 IP 의 QoS 통신 및 VPN 구성에 유리

IP 망과의 차이 패킷 SAR, Queing 지연 , 링크계층복잡도 , 루팅망구조에서 ATM 이 유리 그러나 40Gb/s 급 Wired speed 로 IP 라우팅되는 현 기술 상황에서는

• ATM 은 과도한 SVC 설정 시간 동안 데이터의 버퍼링 요구• TCP 세션 맵핑 및 작은 SVC 대역의 잦은 호제어 부담

--> 결과적으로 인터넷 백본망은 IP over ATM 이 테라비트 라우터에 비해서 복잡도 , Throughput 에서 뒤진다면 대용량 백본망에서 생존이 어려움


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IPIP 기반 광 네트워킹 신호 기반 광 네트워킹 신호 (2)(2) Optical WDM (IP over WDM)

특징 물리 링크의 Point to Point 대용량 트래픽 연결 전달 IP 계층과 물리계층간 정합부 기능의 단순화 (SDL, HDLC Like 등 ) 비대칭성의 IP 정보를 효율적으로 전달 전송망 장애시 별도의 망복구 기능 불필요

단점 IP 라우팅에 의한 광파장 선택 접속으로 IP 라우터의 부하 과중 기존 전화망과의 친화 / 수용성 부족

Long houl WDM 시스템의 전송 프래임 형태 광증폭중계의 제한성 : 200-300Km 마다 전기적 재생중계 소요 SONET/SDH 프래임

기존 SDH 망과의 완전한 호환성 : 망 OAM, Signalling 등 라우터 접속시 SDH 로의 SAR 수행은 Throughput 및 성능저하 원인 새로운 “ Fast IP”, “Slim SDH” 정의 중 : 프래임 크기를 패킷크기로 정합

표준 LAN 프래임 : Gigabit Ethernet(GE) / Frame Relay(FR) 기존 LAN 과의 호환성 : 컴퓨터간에 별도의 정합 (SAR, 스터핑등 ) 기능 불필요 IP 망에서 GE 인터페이스는 저가인 반면에 SDH 종속신호부는 고가 새로운 GE 프래임 정의 중 : 오버헤드 ( 현 25%) 를 줄인 SDH 유사 동기식 코딩


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IPoSIPoS 프로토콜 구조프로토콜 구조 PPP Encapsulation

PPP in HDLC-like Framing

SONET/SDH Frame

IP PacketProtocol

InformationCntlFlag Adrs FlagCRC

Pad

Overhead

VC-4c PayloadVC-4c Payload

PPPPPP

HDLC-likeHDLC-like

STM-NSTM-N

1~2 bytes 0~1500bytes

7E FF 03 2~4bytes 7E

Protocol0~3: Network Layer Protocol4~7: Low Volume Traaic8~B: Network Control ProtocolC~F: Link Layer Protocol


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SDL(Simple Data Link) SDL(Simple Data Link) 구조구조

Lucent Technology 사에서 제안한 프로토콜 표준화 기구 ( IETF, Bellcore, T1X1, OIF) 에서 국제표준으로 추진 중 IP over SDH 의 문제점 해결

나쁜 BER 환경에 대한 적응성 가변 패킷 길이 확장성

IP over SDH, IP over Fiber 에 잘 적응 CRC-16 기반 프래임 사용

Packet………..Packet Length CRC-16 Packet……..

Packet Length

SDL 프래임


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Fast-IPFast-IP 의 특징의 특징

FAST(Framed ATM over SDH/SONET Transport) - IP ATM Forum 에 의해 1999 년 말까지 규격화 작업 예정 IP 기반 서비스를 지원하도록 ATM 성능 개선 차원에서 작업

DiffServ(Differentiated Services) 정보를 ATM 신호에 맵핑 Guaranteed Frame Rate Service 를 포함하여 TM v4.1 규격

기 증명된 IP 대비 ATM 의 이점을 유지 QoS 보장 VC 단위의 보안성과 트래픽 고립 망관리 및 트래픽관리 Bandwidth on Demand

프로토콜 내용 ATM 헤더의 4 바이트만으로 64K 바이트 데이터까지 전송 허락

기존 ATM 전송과 완전한 backward compatibility 유지 여러 응용을 위해 보다 큰 효율성 제공


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OIFOIF(Optical Interworking Forum)(Optical Interworking Forum) 의 연구방향의 연구방향

Optical Interworking 을 위한 Open Forum 장치공급자 , 장치사용자 , 서비스사업자 등으로 구성된 국제민간 표준단체 여타 국제표준기관 / 단체 (ITU-T, ANSI, ATM Forum 등 ) 와 표준화 협력

임무 광연동망 (Optical internetworks) 의 구조 모델 데이터망과 광통신장치간 인터페이스 망보호 및 복구 광연동망의 OAM&P 시스템 레벨 물리접속 규격

초기 임무 SONET/SDH 프래임을 통한 IP 전달 (POS: Pack over SDH)

155M, 622M, 2.5G, 10Gb/s 의 POS 규격 국사내 응용을 위한 저가격의 10Gb/s 접속 규격

SONET/SDH 기반 물리계층 규격 현재 망과의 상호 호환성 IETF 와 협력을 통한 패킷의 맵핑


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IP/Fiber MappingIP/Fiber Mapping 방식별 비교방식별 비교

IPv4/v6

ATM

SDH

PPP

HDLC Like Ethernet

SDH SDH

ATM

Fiber(WDM)

(IPoA over SDH)현재 운용중ATM SignallingCell Tax분산 OAM&P

(PPP over SDH)현재 운용중PTP 운용BER 에 취약패킷 확장형

(IPoS)고정프래임고정 길이PTMP 운용기존망활용

(IPoW)고정프래임고정길이PTP 운용최대전송효율

(IPoA)ATM SignalingCell Tax통일된 OAM&P

SDL


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광 네트워킹 모델광 네트워킹 모델 (Premises Interface)(Premises Interface)

Data Equipment

Optical BandwidthManagement

DWDMTransmission

백본망 노드

To WAN(Wide Area Network)

용량에 따른 효율적인Premises Interfaces

고속 Premises Interfaces 의수는 WAN 의 수 이상이 존재

광네트워킹

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전광 네트워킹 개념전광 네트워킹 개념기존망 미래 전광망

전기적인 전달노드

Network is closed

광전달노드

Network is open

Multihop Connection(Node-by-Node

Electrical processing)

Direct PhotonicConnection

(Photonic Transport)

Storeand

forward

Non-Storage

Active NodePassive Node(Wavelength

Routing

Network-oriented User-orientedNetwork with Enhanced flexibility

광네트워킹

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광통신 기반 미래망의 변화광통신 기반 미래망의 변화

IP

ATMSDH

PDHSDH

ATM

BackboneIP Router

PhotonicTransport Router

PhotonicTransport Router

CoreCoreNetworkNetwork

EdgeEdgeNetworkNetwork

기존망 미래 전광망

Simple & high Quality Network- Large Throughput- Minimum Delay- Optical Layer Restoration- Carrying Different Signal Formats

광네트워킹

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WDM WDM 네트워킹 요소네트워킹 요소

단일모드 광섬유 의 Spectral Window 1550nm 대 : EDFA 증폭에 의한 장거리 전송 1310nm 대 : 전기적 중계전송 (Metropolitan, Campus 망 ) 850nm 대 : 전기적 중계전송 (Metropolitan, Campus 망 )

1550nm 파장대의 광섬유 DSF(Dispersion Shifted Fiber) NDSF(No Dispersion - ; SMF) NZDSF(Non-Zero DSF)

Laser 극히 좁은 파장대에서 안정된 동작을 하는 고성능 레이져 매우 높은 온도 안정성을 갖는 레이져 외부변조기를 이용한 신호변조 광 필터를 이용한 Out band 간섭 신호 제거

광증폭기 EDFA: C-band(1530-1560nm), L-band(1570-1600nm) Tellulite / Flouride: 광대역성이나 온 . 습도 및 광섬유 접속에

문제 존재

광네트워킹

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WDM WDM 네트워킹 망 요소네트워킹 망 요소 OADM

OXC

광중계기

DeMUX MUXAdd/Drop

SW

WDM WDM

Ramdas

DeMUX MUXOptical

SW

WDM WDM

Add-DropRamdas

광 / 전변환

( 전치증폭 )

전 / 광변환

( 전력증폭 )

3R( 전기신호 )

WDM WDM

( ) 은 광증폭중계기

광네트워킹

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광네트워킹 형상광네트워킹 형상 (2000(2000 년대 초년대 초 ))

OADM

OADM

OXC OXC

OpticalOpticalNetworkingNetworking

Add-drop Routing

Switching

IPoS

IPoW

GE/FC

ATM

STM/SDH

ATM/SDH

IPoS

IPOA

Any TypeOptical

IPoW: IP over WDM IPoS: IP over SDH IPoA: IP over ATM G.E.: Gigabit Ethernet FC: Fiber Channel

: Open Optical Interface

현재 광신호현재 광신호

SDH MUX

Router

Access Network

ATM SW

LeasedLine

미래광신호미래광신호

TerabitRouter

MPLS SW

OpticalPacket SW

Access Network

광네트워킹

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전현적인 광 인터넷전현적인 광 인터넷 (Optical Internet)(Optical Internet) 의 구성의 구성 (( 예예 1)1) 광 인터넷이란 ?

고성능 네트웍 라우터에 접속된 광섬유 상의 임의의 광파장에 네트웍 링크 계층이 전용으로 연결되는 인터넷 광 인터넷의 기본 구조 ( 예 )

고밀도 WDM 을 이용 , 고성능 라우터에 개별 파장으로 직접 접속 인터넷 트래픽과 밀접한 정합을 통해 직접 트래픽 엔지니어링 가능 인터넷 트래픽의 비대칭성과 기존 전화망 트래픽의 신뢰도 고려

Optical Internet

WDM WDM

Working Line

Protection Line3 x STM-N TX2 x STM-N RX

비대칭형 파장할당할당파장 가변

우선순위가 낮은 트래픽 광섬유절단시 데이터 버퍼링 , 패킷 손실

전통적인 SDH 장치 전통적인 SDH 장치 ( 전화 )

기존 전화 트래픽우선순위가 높으며1:1 절체 가능토록 구성

라우터 ( 인터넷 )

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전형적인 광인터넷 전형적인 광인터넷 (Optical Internet)(Optical Internet) 노드노드 (( 예예 ))

DCS

Rege-nerator

WorkingFiber

WorkingFiber

ProtectionFiber

ProtectionFiber

WDMMUX

WDMMUX

Router

To Local GigaPOPTo Local GigaPOP(ATM, SDH, WDM)

To Local GigaPOPTo Local GigaPOP(ATM, SDH, WDM)

Transponder

통신망 사업자의 전통적인 SDH 서비스를 지원하면서 2 개의 라우터를 적용하여

라우터 A: 보호 광링크상의 “ By pass”, “Cut thru” 용 단방향 데이타링크 종단

라우터 B: 전통적인 “ Hop by hop” 라우팅 및 자국 가입자 서비스 제공

비대칭파장통과루트

기존전화망루트

Optical Internet

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광인터넷광인터넷 (Optical Internet) (Optical Internet) 구성구성 (( 예 예 2)2)

Layer 1SDH-ADM

Layer 2IPoS

Layer 3Router

Packet over SDH

Layer 1SDH-ADM

Layer 2EoS

Layer 3Router

Ethernet over SDHEthernet over SDH

Packet over SDH 물리적인 메쉬연결 PTP 연결 높은 상호 연결 이상적인 high-fill low-me

sh 연결 다수 라우터간 접속 다수 링크간 트래픽분산

Ethernet over SDH 비연결성 네트워킹 분산 공유 통신 이더넷 인터페이스 망자원 공유를기반으로

하는 트래픽 고유 full-mesh 연결 대역확장 및 공유

Optical Internet

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광인터넷광인터넷 (Optical Internet) (Optical Internet) 구성구성 (( 예 예 3)3)

OXC

OXC OXC

OXC

IP over WDM

OADM

IP over ATM

OADM

OADMADM

ADMOXC

OADM

OADM

IP over SDH

WDMRing

SDHRing

Regeional Network

National Network

PSTN Network

GigaPOP Router

HDWDM Ring

DWDM Mesh

Gigabit EthernetSwitch

To Commercial Internet(ISP)

OXC

Optical Internet

IP or ATM Switch

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역할역할 : OXC: OXC(Optical Cross-Connect)(Optical Cross-Connect)

유연하고 단순화된 테라급 전달망 구성 지향 백본망은 2010 년에 수십 개 노드에 총 162T 급 트래픽 예상 Optical dynamic routing 을 통한 유연성 높은 전송망 구성

파장 단위의 유연한 전송대역 할당 및 전송망 재배치 파장 단위의 점대 다지점 전송 (Optical full Mesh) 망 장애시 파장단위의 자동우회로 (Optical SHM) 구성

광 링크 종류에 무관한 투명한 접속 및 전달로 구성 PDH, SDH, ATM 기반의 기존 광 링크 수용 IPoW, IPoS, IPoA, Gigabit Ethernet 등 IP 망 광 링크 수용 User/Private 망 등의 광 링크 수용

Photonic Network 의 One Point 종합관리 지향 파장 단위의 전용선 관리 전광전송망의 통합운용관리

기존 전기적 DXC 장치의 대역처리 한계 극복 전송대역 급증에 부응할 수 있는 OXC 도입

Optical Internet

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역할역할 : OADM: OADM(Optical Add-Drop Mux)(Optical Add-Drop Mux)

2000 년대 초반 수백 Giga~ 수 Tera 급 지역 전송망의 핵심장치 지역내 백본망의 총 트래픽은 ‘ 05 년에 2T, ‘10 년에 16.2Tb/s 급 예상 지역내 노드당 총 전송양은 ‘ 05 년에 200G, ‘10 년에 1.5Tb/s 급 구축 예상 지역간 노드당 총전송양은 ‘ 05 년에 3.2T, ‘10 년에 24.5Tb/s 급 구축 예상 전송로는 지역내 30 개 노드 , 지역간 20 개 노드를 상호 연결 예상

지역내 : 10 노드단위의 자기치유 링 (3 Mnlti-ring) 구조 지역간 : 5 노드 단위의 메쉬망 (4 Multi-mesh) 구조

이때 전송링크의 전송 속도는 안전율 3, 액세스율 0.5 가정 하에서 지역내 : ‘05 년에 200G x 10 = 2 Tb/s 급 링형 전송로 필요 지역간 : ‘10 년에 24.5T / 5 = 4.9Tb/s 점대점 전송로 필요

다양한 Intra/Inter - Backbone Network 구성 점대점 전송로 : WDM 단국 점대 다지점 전송로 : WDM-ring, WDM-linear, SDH-ring

초고속 , 고 신뢰도 , 저가의 백본 간선망 구축 저렴성 , 투명성 , 유연성 높은 Optical multi-drop 망 망장애시 실뢰성 높은 실시간 복구망 (Optical SHR)

Optical Internet

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WDM WDM 시스템 개발 현황시스템 개발 현황 (‘99.6.(‘99.6. 현재현재 ))

OADM Lucent: OLS-400G, 10G 40 채널 , 2.5G 80 채널급 , Wavewrapper 채용 , ‘99 말

상용 Corvis: 400G-DWDM, 2.5G 160 채널 , 10G 40 채널 , 3,200Km 광증폭중계 능력 Hitachi: AMN-6100, 10G 32 채널 (320G 급 ), 상용 Pirelli: WaveMux: SMF, DSF, LSF, LEAF, TrueWave+ 상에서 500Km 전송시험 Pirelli & AT&T Labs: 40G 4 채널 (160G 급 )의 75Km SMF 전송 데모 , 10G 32 채널

(320G) 의 375Km 전송시험 중 Nortel: 160G-DWDM, 10G 160 채널 (1.6Tb/s 급 ), 2000 년 상용화 Bell Labs: WaveStar-40G, 40G 40 채널 (1.6T 급 ), TrueWave RS OF, 분산

라만증폭 , Prototype 단계 Ciena: 2T-WDM, 10G 200 채널 (2.5G, 622M 혼용 가능 ), 2000 년 개발

OXC Alcatel: 1650 OXC, Optical Gateway Manager, 파장전용선관리 , 2000 년 개발 전광파장변환기 적용 4x4 OXC 실험모델 데모단계 (Supercomm’99) Nortel: OPTera Connect DX, 9212 STS-1(500G), OPTera Connect HDX: 10G - 40G Wavelength 서비스 , 2000 년 개발 Tellium: Aurora-512 OXC, 2.5G x 512 채널 (1.28Tb/s 급 ), 현장시험 ASARTE & TI: 72 x 72 OXC 상용 , MEMS(Micro Electromechanical System)

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