Sistemi in fibra ottica

Sistemi in fibra ottica
Adelmo De Santis
15 Ottobre 2014
Tecnologia dei sistemi in fibra ottica
Sistemi in fibra ottica
Tecnologia delle fibre ottiche – Aspetti pratici.
• Le fibre monomodali hanno maggiori problemi nell’uso pratico:
• Problemi di allineamento nelle giunzioni;
• Problemi di allineamento nelle connessioni.
Sistemi in fibra ottica
Tecnologia delle fibre ottiche – Aspetti pratici.
• Rivestimento:
• LOOSE – fibra inserita in un rivestimento rigido immersa in una gelatina;
• TIGHT – fibra fissata rigidamente al rivestimento secondario.
• Tipologie di fibre come
da cable
standard
Tight
Loose cable
ISO/IEC 11801:
• Multi-mode
•OM1 ( 50 o 62.5 / 125)
•OM2 ( 50 o 62.5 / 125)
•OM3 ( 50 / 125)
•OM4 ( 50 / 125)
• Single-mode
•OS2 ( 9 / 125)
Sistemi in fibra ottica
Tecnologia delle fibre ottiche – Aspetti pratici.
• Codici di colore (TIA/EIA-598):
Sistemi in fibra ottica
Tecnologia delle fibre ottiche – Aspetti pratici.
• Organizzazione delle fibre:
Sistemi in fibra ottica
Fibre Standardizzate
• Fibre Single Mode e Multi Mode per installazioni locali, metropolitane, aeree
sottomarine e long-haul.
• Tipi di fibre:
• ITU-T G.651 : fibra MMF core 50um;
• ITU-T G.652: fibra monomodale standard SMF;
• ITU-T G.652.C: fibra low water peak;
• ITU-T G.653: fibra dispersion-shifted (DSF);
• ITU-T G.654: fibra a basse perdite;
• ITU-T G.655: fibra non-zero dispersion-shifted (NZDSF);
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Fibre Standardizzate – G.651
• Fibra MMF 50/125
• Profilo d’indice graduale;
• Attenuazione 0.8 dB/km a 1310 nm;
• Può operare anche a 850nm;
• Connessioni low-cost a breve distanza.
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Fibre Standardizzate – G.652
• Fibra SMF standard (Corning SMF-28);
• Profilo Step-index;
• Diametro core 8.6-9.5 µm;
• Fibra più comunemente installata;
• Dispersione nulla a 1310nm;
• Può lavorare a 1550 nm non ottimizzata;
• Dispersione a 1550nm: 17 ps/(nm km);
• Compensazione della dispersione ad alti bitrate;
• Attenuazione 0.2 dB/km
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Fibre Standardizzate – G.652
• Curva di attenuazione e dispersione cromatica :
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Fibre Standardizzate – G.652.C
• Fibra SMF;
• Alta attenuazione a 1380 nm – dispersione bassa;
• Eliminazione del picco di assorbimento di OHLow Water Peak Nondispersion-Shifted Fiber)
• Ottimizzate per WDM tra 1285 e 1625 nm;
• Eccellenti caratteristiche per link non troppo lunghi,non amplificati;
• Non completamente adatte alla trasmissione a 1550nm;
• Attenuazione 0.2dB/km
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Fibre Standardizzate – G.653
• Fibra standard SMF con dispersione nulla a 1310nm ed alta in III finestra;
• Dispersion shifted fiber (DSF):
• Dispersione nulla a 1550nm, attenuazione minima;
• Ottimizzate per il range 1500-1600nm;
• Non adatte a sistemi WDM (Sviluppo delle fibre NZDSF G.655);
• Installate molto raramente (molto usate in Giappone)
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Fibre Standardizzate – G.653
Sistemi in fibra ottica
Fibre Standardizzate – G.654
• Loss-Minimized Fiber;
• Ottimizzata per il range 1500-1600nm;
• Perdite molto basse a 1550nm;
• Nucleo di silice ultra-pura;
• Attenuazione circa 0.22dB/km
• Dispersione cromatica elevata a 1550nm
• Ottima per collegamenti long-haul sottomarini.
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Fibre Standardizzate – G.655
• Nonzero Dispersion Shifted Fiber
(NZDSF – Corning LEAF: Large Effective Area Fiber);
• Aiuta a mitigare gli effetti non lineari;
• Il punto di dispersione nulla è lontano da 1550nm;
• Scelta preferita per i sistemi DWDM;
• Fibra NZD+ ed NZD- (zero dispersione poco prima e poco dopo 1550nm);
• Dispersione a 1550nm D=4.5ps/(nm km)
• Attenuazione 0.2dB/km
• Fibre NZDSF commerciali: D tra ±1 e ±6 ps /(nm km) a 1550 nm.
Importante avere un basso valore di S, riduzione della differenza tra dispersione
accumulata da canali diversi, compensazione mediante un unico dispositivo.
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Fibre Standardizzate – G.655
Sistemi in fibra ottica
Fibre Standardizzate – Principali parametri delle fibre rispondenti a G.655
Sistemi in fibra ottica
Fibre Standardizzate – Confronto curve di dispersione
Sistemi in fibra ottica
Fibre Standardizzate – Confronto curve di dispersione
Prove di laboratorio – Emissione LED
Sistemi in fibra ottica
Emettitore a LED
• Componenti piuttosto LENTI;
• Spettro molto ampio;
• Luce poco focalizzata
• Elevata perdita di accoppiamento
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Emettitore a LED – Ricevitore Ottico
• Integra un trigger di Schmitt
• Uscita TTL
• Sensibilità -28dBm
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Emettitore a LED – Ricevitore Ottico
• Esempio applicativo:
• Tensione di alimentazione: 5V
• Uscita non sensibile alle variazioni di intensità del segnale ottico;
• Effetto soglia.
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Emettitore a LED – Trasmettitore Ottico
• Tensione di pilotaggio circa 1.8 V
• Banda passante molto limitata;
• Realizzazione semplicissima.
Prove di laboratorio – Emissione LASER
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Emettitore Laser
• Superano i limiti tecnologici dei LED;
• Consentono la realizzazione di DWDM;
• Disponibilità di numerose tipologie di laser.
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Emettitore Laser
• Modulo Rx/Tx ottico:
• Ingresso elettrico -> Uscita ottica;
• Ingresso ottico -> Uscita elettrica;
• Autocostruito da R. Micucci, tesista.
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Emettitore Laser – Modulo Rx / Tx Ottico
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Emettitore Laser
• Segnale NRZ -> NRZ unipolare;
• Realizzato con TL081
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Emettitore Laser
• Driver Philips NE5300 con ingresso
TTL;
• Lavora ad alta velocità.
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Emettitore Laser
• FCI-H125G-010;
• Integra un amplificatore a basso rumore;
• Larghezza di banda elevata;
• Uscita senza trigger, segnale proporzionale al livello ottico.
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Emettitore Laser
• Diodo laser
• Ulm Photonics: ULM850-05-TN-HIP6SM
• 6mW a 850nm
• Larghezza di banda: 3GHz;
• VCSEL: Vertical Cavity Surface-Emitting Laser.
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Emettitore Laser
• Laser VCSEL
• Emissione superficiale dal chip;
• Ottime caratteristiche del fascio emesso;
• Lunghezza cavità: 3 lambda;
• Uso di specchi realizzati con Distributed Bragg Reflectors.
Conoscere le apparecchiature per la Fibra Ottica
Sistemi in fibra ottica
Sistemi in fibra professionali e commerciali – Trasmettitore Ottico
• Realizzato nel 1988;
• Pannello su backplane;
• Lasco del connettore per auto-centraggio;
• Laser di alta potenza.
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Sistemi in fibra professionali e commerciali – Trasmettitore Ottico
Sistemi in fibra ottica
Sistemi in fibra professionali e commerciali – Ricevitore Ottico
• Realizzato nel 1988;
• Pannello su backplane;
Sistemi in fibra ottica
Sistemi in fibra professionali e commerciali – Ricevitore Ottico
Connessioni in fibra ottica
Sistemi in fibra ottica
Accessori per sistemi in fibra ottica – Connessione per fibra ottica
Sistemi in fibra ottica
Accessori per sistemi in fibra ottica – Connessione per fibra ottica
• Connessione SMA:
• Sviluppata e prodotta da Amphenol – primo connettore standardizzato;
• Due versioni SMA-905 e SMA-906
• Ferrula in acciaio o in ceramica;
• Insertion Loss 0.8 dB – 2 dB
Sistemi in fibra ottica
Accessori per sistemi in fibra ottica – Connessione per fibra ottica
Sistemi in fibra ottica
Accessori per sistemi in fibra ottica – Connessione per fibra ottica
• Connessione LC:
• Utilizzato nel networking;
Sistemi in fibra ottica
Accessori per sistemi in fibra ottica – Connessione per fibra ottica
•Per ogni tipologia di connessione possiamo ricavare:
• Uno standard di riferimento ( TIA-604-xx );
• Un codice di colore ( TIA/EIA-568):
• Beige: multi-mode
• Blu : single-mode
• Verde: connessioni APC
Sistemi in fibra ottica
Accessori per sistemi in fibra ottica – Accoppiatori per fibra ottica
• Canstar PC3-S-50 -> FCI (1997);
• Molto difficoltoso reperire informazioni;
• Tecnologia FBT: Fused Biconically Tapered.
Sistemi in fibra ottica
Accessori per sistemi in fibra ottica – Accoppiatori per fibra ottica
Sistemi in fibra ottica
Accessori per sistemi in fibra ottica – Accoppiatori per fibra ottica
• Branching Units:
• 1500 mm lunghezza – 300 mm diametro – 800 kg
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Giunzione di due fibre ottiche.
• Fujijura FSM 17s – Fusion Splicer (prezzo > 7000$)
Le fibre ottiche nelle telecomunicazioni
Sistemi in fibra ottica
Networking – Access Layer
•Si utilizzano switch di layer 2 o 3 con elevata densità di porte.
•Le connessioni in fibra ottica si usano per uplink verso il distribution layer.
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Networking – Access Layer
• Le porte in fibra sono realizzate con moduli SFP.
Le fibre ottiche nelle telecomunicazioni
La rete GARR
Sistemi in fibra ottica
GARR
• Gruppo Armonizzazione Reti per la Ricerca
• Ente che si occupa della connettività dati dei centri di ricerca;
• Fornisce accesso ad internet e interconnessione ad alta velocità;
• Rete GARR-G (Gigabit) – Evoluzione verso GARR-X
• Afferisce e interconnette altre NREN (National Research & Education Network )
Sistemi in fibra ottica
GARR
Sistemi in fibra ottica
GARR
Sistemi in fibra ottica
GARR
Sistemi in fibra ottica
GARR-X
Sistemi in fibra ottica
GARR
•Università Politecnica delle Marche: POP rete GARR:
• Connessione con Bologna ad 1Gbps
• Connessione con Roma a 155Mbps
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GARR
• Pop presso il Ce.S.M.I.
• Si ringrazia il personale del Ce.S.M.I.
per le foto che seguono.
Armadio di centro stella.
Sistemi in fibra ottica
GARR
Permutatore Ottico
Sistemi in fibra ottica
GARR
Connessioni MTRJ – Switch Enterasys Matrix N3
Sistemi in fibra ottica
GARR – POP GARR@Univpm
Sistemi in fibra ottica
GARR – POP GARR@Univpm
Cassetto fibre ottiche Telecom dalla centrale
Sistemi in fibra ottica
GARR – POP GARR@Univpm
Cassetto fibre ottiche Telecom dalla centrale
Sistemi in fibra ottica
GARR – POP GARR@Univpm
Router Juniper – Connessione sedi periferiche (es: Urbino)
Sistemi in fibra ottica
GARR – POP GARR@Univpm
Router Juniper – Connessione con Bologna 1 Gbps
Sistemi in fibra ottica
A monte del router? –
Centrale Telefonica di Ateneo
Armadio Telecom Italia
Sistemi in fibra ottica
A monte del router? – Centrale Telefonica di Ateneo
Schema Anello con centrale Montagnola
Sistemi in fibra ottica
A monte del router? –
Centrale Telefonica di Ateneo
Arrivo delle fibre ottiche.
Sistemi in fibra ottica
A monte del router? –
Centrale Telefonica di Ateneo
Ingresso nel router Marconi.
2.5 Gbps – SDH – STM-16
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A monte del router? –
Centrale Telefonica di Ateneo
Uscita verso le sedi periferiche
Uscita verso router GARR
Sistemi in fibra ottica
A monte del router? –
Centrale Telefonica di Ateneo
Flussi a bit rate minore:
2 Mbit – 34 Mbit
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A monte del router? –
Centrale Telefonica di Ateneo
Permutatore telefonico e dati
Sistemi in fibra ottica
A monte del router? – Centrale Telefonica di Ateneo
Connessioni elettriche dati
Sistemi di trasmissione dati sottomarini
Sistemi in fibra ottica
Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini
• Domanda… che “giro” effettuano i pacchetti TCP/IP per raggiungere gli USA?
traceroute to www.cisco.com (88.221.32.170), 30 hops max, 40 byte packets
1 gw.univpm.it (193.205.128.1) 0.515 ms 0.695 ms 0.743 ms
2 193.205.131.42 (193.205.131.42) 0.213 ms 0.213 ms 0.203 ms
3 193.205.131.33 (193.205.131.33) 0.340 ms 0.363 ms 0.363 ms
4 ru-unian-rc-an.an.garr.net (193.206.140.193) 0.585 ms 0.651 ms 0.708 ms
5 rc-an-rt1-bo1.bo1.garr.net (193.206.134.241) 7.466 ms 7.465 ms 7.488 ms
6 rt1-bo1-rt1-mi1-l2.mi1.garr.net (193.206.134.21) 8.075 ms 8.070 ms 8.113 ms
7 so-5-0-0.ar2.LIN1.gblx.net (67.17.210.157) 8.394 ms 8.403 ms 8.506 ms
8 te6-4-10GE.ar7.AMS2.gblx.net (67.16.141.118) 29.434 ms 29.174 ms 29.056 ms
9 KPN-TELECOM-BV.tengigabitethernet4-3.ar7.ams2.kpn.net (207.138.112.130) 31.298 ms 31.297 ms 31.291 ms
Sistemi in fibra ottica
Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini
• I collegamenti intercontinentali sono sempre stati realizzati in cavo:
• i primi cavi sono stati posati attorno al 1848 con notevoli problemi;
• erano utilizzati per la trasmissione in codice Morse a bassa velocità;
• si utilizzavano galvanometri a candela per ricevere i segnali;
• frequenti i malfunzionamenti
• Attualmente i cavi posati sono in fibra ottica:
• aziende che effettuano esclusivamente la progettazione e la posa di cavi;
• utilizzo di navi speciali;
• possibilità di recupero ed intervento in loco sul cavo.
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Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini
• Regioni del mondo per la gestione dei cavi ( da http://www.icpc.org )
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Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini
• Regione del mediterraneo.
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Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini
• SEA-ME-WE 4 – Seg. S2, S3, S4
• 1.28 Tbit/s
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Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini
• SAT-3 / WASC / SAFE
• 40 landing points
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Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini
• TAT-14 ( Trans Atlantic )
• 3,2 Tbit/s complessivi
• consente interfacciamento DWA – STM-16 – STM-4
• 4 coppie di fibre con 47 x 10Gbps DWDM
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Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini
• Componenti per cavi sottomarini
Repeater
•Optical Submarine Amplifier
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Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini
• Componenti per cavi sottomarini
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Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini
• Navi dedicate, problemi:
• Capacità di trasporto del cavo ( anche 6000 t);
• Posizionamento accurato;
• Mantenimento della posizione in fase di calata.
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Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini
• Utilizzo di ROV