Propagazione in fibra ottica - diegm

Pianificazione e progetto di reti
geografiche
3
Tecnologie su portante ottica
Ing. David Licursi
1
Indice

Comunicazioni ottiche

Propagazione in fibra ottica

Giunzione e connettorizzazione

Architetture di accesso nella rete NGN

Rete in fibra ottica

Progettazione della rete in fibra ottica

Trasporto
Ing. David Licursi
2
Propagazione in fibra ottica
Le fibre ottiche

Le fibre ottiche sono costituite da un
nucleo centrale, circondato ad un
mantello esterno. L’indice di rifrazione
del nucleo è di poco superiore a quello
del mantello:

Durante la propagazione la radiazione
luminosa è sostanzialmente confinata
nel nucleo.

Prima approssimazione: il meccanismo
di confinamento è la riflessione interna
totale.

Analisi più accurata della propagazione:
teoria modale.
Ing. David Licursi
3
Propagazione in fibra ottica
Le fibre ottiche

Le fibre ottiche possono essere sia di
silice che di opportuni polimeri.

Le fibre di silice sono quelle di gran
lunga più utilizzate ed hanno qualità
ottiche marcatamente superiori.

Le fibre polimeriche (POF-plastic optical
fiber) sono di qualità inferiore (elevata
attenuazione), ma hanno costi di
produzione e di installazione inferiori.
Trovano impiego principalmente nei
cablaggi di edifici e nell’illuminotecnica.
Ing. David Licursi
4
Propagazione in fibra ottica
Indice di rifrazione

Le proprietà di una fibra ottica
solo determinate dalla sua
distribuzione
d’indice
di
rifrazione.

I diversi valori dell’indice di
rifrazione si ottengono mediante
“drogaggio” con opportuni
materiali.

Step index

Graded index
Ing. David Licursi
5
Propagazione in fibra ottica
Fasi di produzione delle fibre ottiche

Produzione della preforma. La preforma è una barra di vetro che riproduce in scala
ingrandita il profilo d’indice della fibra ottica. Le pre-forme hanno lunghezze di circa 1
metro e diametri da qualche centimetro a qualche decina di centimetri (per un peso
nell’ordine di qualche chilogrammo). Da una preforma si possono ottenere da 20 km
fino a 400 km di fibra ottica.

Filatura. In questa fase la preforma viene filata a caldo per produrre la fibra ottica.
L’operazione avviene su opportune torri di filatura alte qualche decina di metri.
Durante questa fase vengono applicati alla fibra anche i rivestimenti primario e
secondario. La fibra viene filata a velocità comprese tra qualche metro e qualche
decina di metri al secondo.

Messa in cavo. Dopo la filatura la fibra si presenta con un “filo” del diametro di circa
0.25 mm. Benché possa resistere alla trazione di 7 kg, la fibra “nuda” è assolutamente
inadeguata all’uso in campo. E’ necessario perciò proteggerla inserendola all’interno di
cavi più o meno robusti a seconda dell’uso cui sono destinati.
Ing. David Licursi
6
Propagazione in fibra ottica
Preforma: Chemical vapour deposition (CVD)

La deposizione chimica per fasi di vapore (CVD) è una tecnica molto utilizzata per
produrre materiali di altissima purezza. È già largamente impiegata, ad esempio, nella
produzione dei semiconduttori.

La principale reazione chimica che avviene nella CVD è:

nella quale i vapori di tetracloruro di silicio (composto liquido tra -70°C e 57.6°C)
vengono ossidati ad alta temperatura (1200÷1600°C), producendo cloro e silice.

La silice precipita sotto forma di particolato, accrescendo la preforma. La reazione è
irreversibile.

Uno dei pregi del CVD è che la silice ottenuta è più pura dei reagenti usati (la purezza
dei quali è già di per se considerevole, dato il loro ampio uso nell’industria dei
semiconduttori). Ciò è possibile sostanzialmente perché, a parità di pressione, il
tetracloruro di silicio evapora a temperature molto più basse dei contaminanti. La
concentrazione dei contaminanti è di poche decine di ppm.

L’indice di rifrazione della silice vetrosa è 1.4585.
Ing. David Licursi
7
Propagazione in fibra ottica
Preforma: Chemical vapour deposition (CVD)

Per realizzare i profili d’indice la silice viene contaminata in maniera controllata con
opportuni droganti, che hanno la proprietà di diminuire o aumentare l’indice di
rifrazione.

Il drogante più usato è il biossido di germanio, che viene introdotto nella silice
miscelando i vapori di SiCl4 con quelli di tetracloruro di germanio, e sfruttando la
reazione:
Ing. David Licursi
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Propagazione in fibra ottica
Filatura

La preforma viene filata in fibre su apposite torri di filatura, i
cui componenti principali sono:
1.

Dispositivo di supporto della preforma in grado di traslare
verticalmente.
2.
Fornace.
3.
Tubo di raffreddamento della fibra.
4.
Misuratore di diametro.
5.
Applicatore di resina acrilica.
6.
Reticolatore per polimerizzare la resina ed ottenere il
rivestimento primario. Seguono, non indicati in figura
un’altro applicatore ed un’altro reticolatore per il
rivestimento secondario.
7.
Spinner (opzionale).
8.
Bobina di raccolta.
La torre è alta da 5m a 25m, ed è montata su supporti
antivibrazione.
Ing. David Licursi
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Propagazione in fibra ottica
Filatura

Uno dei parametri più critici, indicativo della qualità della filatura, è il diametro della
fibra. Questo viene costantemente monitorato (eventualmente in più punti della
torre), al fine di garantirne un valore costante.

Il rivestimento primario ha le seguenti funzioni:


garantire l’adesione tra rivestimento e silice nella più ampia varietà di condizioni
ambientali;

avere, allo stesso tempo, bassa adesione, per facilitare l’asportazione del
rivestimento;

proteggere la fibra da pressioni laterali (durante cablaggio e posa) che
compromettono l’attenuazione.
Il rivestimento secondario ha le seguenti funzioni:

fornire protezione da agenti chimici esterni e impatti meccanici (es. sforzi da
taglio);

assicurare l’asportabilità meccanica;

agevolare le successive lavorazioni della fibra (avvolgimento, cablaggio, ecc.)
avendo basso coefficiente d’attrito.
Ing. David Licursi
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Propagazione in fibra ottica
Le fibre ottiche

Alla fine della torre la fibra viene avvolta su una bobina di
raccolta.

La velocità di rotazione di questa bobina determina la velocità
di filatura ed ha quindi influenza sul diametro della fibra.

L’intera torre è gestita da un sistema automatico che, a partire
dalla lettura del diametro, controlla la velocità di ingresso della
preforma e quella di filatura, al fine di garantire un diametro
quanto più possibile omogeneo (solitamente la tolleranza è
inferiore al micrometro).

A seconda del tipo di fibra che viene filato, la velocità di
filatura varia da pochi metri al secondo a qualche decina di
metri al secondo.
Ing. David Licursi
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Propagazione in fibra ottica
Messa in cavo delle fibre ottiche

Per quanto la fibra ottica resista a trazioni superiori rispettoad un filo di rame di pari
spessore, è comunque necessario proteggerla.

A tal scopo, la fibra viene circondata da diverse guaine o inserita in cavi con opportune
protezioni, a seconda della destinazione d’uso.

Dato che il comportamento meccanico della fibra ottica è abbastanza simile a quello
dei fili di rame, i processi di produzione dei cavi in fibra ottica sono affini a quelli già
noti ed usati per la produzione dei cavi in rame.

Fattori di danneggiamento:

Sollecitazioni a trazione: stress per la posa, vento per cavi aerei.

Piegatura: attenuazione del segnale o rottura della fibra.

Umidità: assorbimento ioni OH- o microfratture.

Danneggiamenti meccanici per roditori, termiti, transito mezzi pesanti,
imbarcazioni, animali marini.

Fulmini: per cavi contenenti conduttori per alimentare i ripetitori..
Ing. David Licursi
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Propagazione in fibra ottica
Cavi a fibre ottiche

Protezione
primaria:
Rivestimenti
acrilici + Rivestimento in plastica rigida
aderente alla fibra,diametro esterno di
0.9mm (standard). Questo tipo di
cavetto è usato soprattutto nella
realizzazione di dispositivi ottici e come
elemento di base di bretelle e cavetti.

Nastro (ribbon): Più che di una
protezione, si tratta di un particolare
arrangiamento. Le fibre rivestite di solo
acrilico possono essere accorpate per
formare i nastri. Da 2, 4, 8 e 12 fibre.
Consentono
la
giunzione
contemporanea di più fibre, riducendo
tempi e costi.
Ing. David Licursi
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Propagazione in fibra ottica
Cavi a fibre ottiche

Impiego in ambienti “sicuri”: l’unica protezione aggiunta alla fibra è il filato aramidico
(solitamente kevlar) che rende il cavo resistente alla trazione.

Il filato, infatti, è usato sia durante l’installazione del cavo(per tirarlo nella canaletta)
sia per il successivo ancoraggio dello stesso. Esternamente la struttura è rivestita con
una guaina in plastica.

La fibra è rivestita con protezione standard da 0.9 mm.
Ing. David Licursi
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Propagazione in fibra ottica
Cavi a fibre ottiche

Protezione aderente (tight): Le fibre
nude (ovvero coperte dal solo
rivestimento acrilico) sono “affogate” in
un opportuno dielettrico (spesso
gommasiliconica), che fornisce supporto
e protezione.

Protezione lasca (loose): Le fibre nude
sono invece alloggiate all’interno di
tubetti o discanalature, dette cave,
ricavate sui lati di un cilindro dielettrico.
Questa seconda tipologia di cavo è di
gran lunga la più usata, perché
garantisce un migliore isolamento
meccanico tra la fibra ed il cavo.
Ing. David Licursi
15
Propagazione in fibra ottica
Guide d’onda

Le fibre ottiche sono guide d’onda dielettriche a simmetria cilindrica
Ing. David Licursi
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Propagazione in fibra ottica
Il Decibel
Ing. David Licursi
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Propagazione in fibra ottica
Attenuazione



Le possibili perdite di energia luminosa nella fibra ottica sono dovute a 2 cause
fondamentali:

fenomeni di assorbimento (potenza ottica dissipata in calore)

fenomeni di diffusione (potenza ottica che viene “dirottata” su percorsi diversi)
Cause intrinseche: insite nella struttura fondamentale del materiale

Transizioni elettroniche: Transizioni energetiche a livello atomico dalla banda di
valenza a quella di conduzione causano assorbimento alle λ più basse.
L’attenuazione diminuisce esponenzialmente al crescere di λ.

Vibrazioni molecolari: Interazione fra i fotoni e le molecole della struttura
tetraedrica della silice. L’energia dei fotoni provoca un aumento delle vibrazioni e
quindi una perdita di energia sotto forma termica.
Cause estrinseche: per presenza di impurezze
Ing. David Licursi
18
Indice

Comunicazioni ottiche

Propagazione in fibra ottica

Giunzione e connettorizzazione

Architetture di accesso nella rete NGN

Rete in fibra ottica

Progettazione della rete in fibra ottica

Trasporto
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Giunzione e connettorizzazione
Segnali ottici
La giunzione tra 2 fibre può essere realizzata mediante:

Giunti a fusione (saldando tra loro le 2 estremità delle fibre, dopo opportuno
allineamento);

Giunti meccanici (bloccando le 2 fibre nella posizione di migliore accoppiamento
tramite un dispositivo di tipo meccanico);

Connettori meccanici (quando la giunzione tre le 2 fibre non è definitiva)
Ing. David Licursi
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Comunicazioni ottiche
Giunti a fusione

Le estremità delle 2 fibre da saldare, dopo
opportuno allineamento, vengono saldate
insieme ricreando idealmente l’assoluta
continuità della guida ottica.

La saldatura viene ottenuta riscaldando le fibre
tramite un arco elettrico.

Lo strumento utilizzato per effettuare saldature
si chiama: FUSION SPLICER
Ing. David Licursi
21
Giunzione e connettorizzazione
Giunti a fusione
Fasi per la realizzazione di un giunto a fusione:

il rivestimento primario (coating in acrilato) viene rimosso (tramite spelafibre)
lasciando scoperto il cladding della fibra; si esegue poi il taglio per clivaggio;

le 2 estremità sono montate e bloccate su opportuni “V-groove”;

le 2 estremità vengono allineate grossolanamente tramite un sistema di
microposizionatori, controllando la posizione reciproca delle fibre al microscopio;

segue la fase detta di prefusione, in cui le 2 estremità di fibra vengono sottoposte,
ancora ben separate, ad un arco elettrico, rimuovendo così eventuali difetti
superficiali;

dopo una fase accurata di allineamento, le fibre vengono spinte l’una contro l’altra con
una pressione adeguata e finalmente giuntate per fusione tramite un arco elettrico di
intensità e durata sufficienti. Il calore indotto dall’arco elettrico tra gli elettrodi fonde il
vetro e genera il giunto.
Ing. David Licursi
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Giunzione e connettorizzazione
Clivaggio delle fibre
Prima di effettuare qualsiasi operazione di giunzione o connettorizzazione, la fibra deve
essere opportunamente tagliata, in modo che la faccia della terminazione sia
perpendicolare all’asse della fibra (eccetto che nei casi particolari di giunti diagonali). La
tecnica di taglio utilizzata è il clivaggio (uguale a quello usato per tagliare il vetro comune).

La fibra è incisa con una lama diamantata; ciò distrugge la tensione superficiale locale
e fornisce al vetro un punto dove effettuare la rottura;

la fibra incisa è sottoposta ad un’azione combinata di trazione e flessione fino a
provocare una frattura trasversale che dà luogo ad una superficie liscia, piana e
perpendicolare all’asse.
Ing. David Licursi
23
Giunzione e connettorizzazione
Allineamento delle fibre

L’operazione di allineamento delle 2 fibre è estremamente critica.

Nel caso di fibre mono-modali è necessario allineare 2 nuclei con diametro di meno di
10 μm.

In presenza di possibili eccentricità nucleo-mantello ed ellitticità del nucleo dovute a
tolleranze di lavorazione, la possibilità di controllare solo la posizione reciproca dei 2
mantelli (allineamento geometrico) non è sufficiente a garantire un buon
accoppiamento tra le fibre.

Per ottenere un allineamento ottimale, riducendo le perdite del giunto, è necessario
ricorrere a procedure automatiche di ottimizzazione.

Inoltre durante la fusione lo stato di pressione tra le fibre viene rimosso e la tensione
superficiale è tale da causare un auto-allineamento della superficie esterna delle fibre
stesse. Questo effetto, che può consentire di recuperare piccoli disassamenti residui,
va però controllato con attenzione in quanto provoca l’allineamento delle parti esterne
delle fibre senza riguardo alla posizione effettiva dei nuclei.
Ing. David Licursi
24
Giunzione e connettorizzazione
Allineamento Light Injection Detection (LID)
Una fibra ottica sottoposta ad un raggio di curvatura molto severo perde verso l’esterno
parte della luce da essa guidata. Reciprocamente in corrispondenza della stessa curvatura
la luce può essere iniettata in fibra agevolmente. La tecnica LID sfrutta questi effetti per
ottimizzare l’allineamento.

Dalle 2 estremità delle fibre viene rimosso il rivestimento per alcuni cm, lasciando
scoperto il cladding. Le 2 estremità vengono piegate intorno a 2 mandrini.

La luce proveniente da un LED è focalizzata nella fibra piegata in modo da essere
iniettata nel core in un modo guidato.

Dal lato opposto, viene posizionato un detector che cattura la luce irradiata dalla fibra
piegata.

I microposizionatori muovono le 2 estremità delle fibre inseguendo il massimo di
potenza ricevuta dal detector (condizione di allineamento ottimo).
Ing. David Licursi
25
Giunzione e connettorizzazione
Allineamento Profile Allignement System (PAS)

Le 2 estremità vengono illuminate con luce infrarossa per determinare esattamente
nello spazio la posizione dei 2 nuclei.

Una sorgente di luce collimata illumina lateralmente la fibra, l’attraversamento di
regioni con diverso indice di rifrazione deforma la distribuzione di luce sul lato
opposto, la scansione punto-punto dell’immagine consente di determinare la
posizione del nucleo in un piano.

L’operazione è ripetuta nei 2 piani spaziali, consentendo di determinare l’esatta
posizione nello spazio.

L’allineamento continua anche durante la fase di fusione, per determinare le migliori
condizioni d’accoppiamento.
Ing. David Licursi
26
Giunzione e connettorizzazione
Perdite estrinseche nei giunti

Disallineamento longitudinale: si ha una perdita di potenza in quanto la luce emessa
da una fibra diffonde e (in base alla distanza di separazione) in parte non sarà più
contenuta nella NA di accettazione dell’altra fibra, non potendo così propagare in
modo guidato. Inoltre le 2 facce delle fibre costituiscono una cavità Fabry-Perot, con
conseguenti effetti interferometrici di filtraggio. In funzione della lunghezza d’onda e
della distanza tra le facce, l’attenuazione può variare tra 0 e 100%.

Disallineamento laterale: è la maggior causa di perdite, soprattutto per le fibre
monomodo. Un disallineamento di 1μm causa una perdita di 0.2dB. Un
disallineamento di 2.5μm causa una perdita di circa 1dB.

Terminazioni non-perpendicolari: non possibile portare a contatto le 2 fibre.

Disallineamento angolare: è molto critico per le fibre monomodo per via del
constrasto d’indice basso (bassa NA). Un errore di 1° causa una perdita di 0.2dB. Un
errore di 2° causa una perdita di circa 1dB.

Terminazioni irregolari: impediscono il contatto tra le fibre; inoltre la luce in uscita
diffonde.
Ing. David Licursi
27
Giunzione e connettorizzazione
Perdite estrinseche nei giunti

Errore di concentricità: insorge quando l’asse del core non è perfettamento centrato
rispetto alla fibra. L’allineamento tra i cladding delle fibre non garantisce quindi
l’allineamento dei core.

Ellitticità dei core: dipende dalla precisione del processo costruttivo. Ogni ellitticità
causa nella fibra un comportamento birifrangente (la fibra esibisce diversi RI rispetto
ai 2 assi). Ciò può esaltare effetti di PMD.

Diametro diverso dei core: si ha perdita di potenza passando da un core maggiore ad
uno minore (non viceversa). Situazione comune nel caso di fibre multimodo è
passaggio da fibre con core 62.5μm a core 50μm -> perdita di circa 3 dB.

Diametro diverso dei cladding: se l’allineamento viene fatto rispetto ai cladding, la
loro diversa dimensione non garantisce di poter allineare i core.

Apertura numerica: nelle fibre multimodo si ha perdita di potenza passando da fibre a
alta NA e bassa NA (non viceversa) poichè parte della luce entrerà nel cladding e verrà
persa. Inoltre diversa NA significa diversi indici di rifrazione: la luce propagando da una
fibra all’altra vedrà un salto d’indice, con il conseguente effetto di uno specchio semiriflettente. Parte della luce sarà retroriflessa.
Ing. David Licursi
28
Giunzione e connettorizzazione
Perdite di giunzione a fusione
Ing. David Licursi
29
Giunzione e connettorizzazione
Giunti meccanici
Sono utilizzati quando non si vuole effettuare una giunzione permanente tra 2 fibre, ma si
prevede la necessità di riaprire il giunto.

le fibre sono tagliate e pulite come nel caso di giunti a fusione;

le fibre sono allineate grossolanamente sfruttando le guide del giunto meccanico;

lo spazio vuoto lasciato tra le 2 estremità delle fibre non perfettamente a contatto è
riempito con una resina epossidica avente lo stesso indice di rifrazione del core delle
fibre (in modo che la luce non veda discontinuità durante la propagazione nel giunto);

le fibre sono bloccate meccanicamente in maniera non permanente.
Le perdite connesse ai giunti meccanici sono riconducibili alle perdite estrinseche ed alle
perdite intrinseche descritte precedentemente per i giunti a fusione.
Ing. David Licursi
30
Indice

Comunicazioni ottiche

Architetture di accesso nella rete NGN

FTTB/FTTCurb

FTTH

FTTCab

FTTx a supporto dei servizi mobili

Rete in fibra ottica

Progettazione della rete in fibra ottica

Trasporto
Ing. David Licursi
31
Architetture di accesso nella rete NGN
La rete accesso in rame oggi

Redazione

530.000 km cavo

110.000.000 km coppia

140.000 armadi

5.500.000 distributori/terminazioni
Ing. David Licursi
32
Architetture di accesso nella rete NGN
Tecnologie xDSL in rete di accesso
Ing. David Licursi
33
Architetture di accesso nella rete NGN
Evoluzione FTTx verso FTTH
Ing. David Licursi
34
Architetture di accesso nella rete NGN
Architetture di Accesso per NGN
Ing. David Licursi
35
Architetture di accesso nella rete NGN
Investimenti per il deployment NGN
Ing. David Licursi
36
Architetture di accesso nella rete NGN
Prestazioni
Ing. David Licursi
37
Indice

Comunicazioni ottiche

Architetture di accesso nella rete NGN

FTTB/FTTCurb

FTTH

FTTCab

FTTx a supporto dei servizi mobili

Rete in fibra ottica

Progettazione della rete in fibra ottica

Trasporto
Ing. David Licursi
38
FTTB/FTTCurb
Componenti di costo per la soluzione FTTB
Ing. David Licursi
39
FTTB/FTTCurb
Sintesi aspetti tecnici FTTB

Scenario Total Replacement

ONU/OLT collegate con GPON (fino a 32 ONU per OLT) con protezione a livello dello
Splitter Ottico

Fino a 48 linee VDSL2 per ONU (mediamente 14 utenti per cabinet)

VDSL2 con profili 17 MHz e 30 MHz (possibilità di bonding in futuro)

ONU-B equipaggiata solo con schede VDSL2 (no POTS splitter)
Alimentazione elettrica
locale


Riuso
del
rame
esistente
per
il
collegamento tra ONUbuilding cliente
Ing. David Licursi
40
FTTB/FTTCurb
Drop di utente FTTB
Ing. David Licursi
41
FTTB/FTTCurb
Componenti del sistema FTTB
Ing. David Licursi
42
FTTB/FTTCurb
Specifiche per ONU e OLT

Allocazione di VLAN per Service Provider per Classe di Servizio per porta GPON

Funzionalità avanzate di QoS

Policing/rate limiting per VLAN per CoS

Meccanismi di Security

Elevato numero di canali multicast (min. 1024)

Meccanismi di Admission Control

Tecnologia VDSL2
Ing. David Licursi
43
FTTB/FTTCurb
Cabinet FTTB/Curb
Ing. David Licursi
44
Indice

Comunicazioni ottiche

Architetture di accesso nella rete NGN

FTTB/FTTCurb

FTTH

FTTCab

FTTx a supporto dei servizi mobili

Rete in fibra ottica

Progettazione della rete in fibra ottica

Trasporto
Ing. David Licursi
45
FTTH
Architettura FTTH brownfield e greenfield
Ing. David Licursi
46
FTTH
Componenti di costo per FTTH
Ing. David Licursi
47
FTTH
Fattori abilitanti per FTTH in brownfield
Ing. David Licursi
48
Indice

Comunicazioni ottiche

Architetture di accesso nella rete NGN

FTTB/FTTCurb

FTTH

FTTCab

FTTx a supporto dei servizi mobili

Rete in fibra ottica

Progettazione della rete in fibra ottica

Trasporto
Ing. David Licursi
49
FTTCabinet
Architettura FTTCab
Ing. David Licursi
50
FTTCabinet
Componenti di costo per FTTCab
Ing. David Licursi
51
FTTCabinet
Armadio FTTCub

400m lunghezza loop in rame

Cabinet installato di fianco ad
armadio esistente e alimentazione
locale) contenente due diversi
VDSL2 DSLAMs (ECI, Alcatel, 96
linee ciascuno)

Sopralzo installato sopra l’armadio
POTS esistente (telealimentato da
centrale, ~ 1.9 km), contenente 2
Siemens pizza-box (totale 48 linee)
Ing. David Licursi
52
Indice

Comunicazioni ottiche

Architetture di accesso nella rete NGN

FTTB/FTTCurb

FTTH

FTTCab

FTTx a supporto dei servizi mobili

Rete in fibra ottica

Progettazione della rete in fibra ottica

Trasporto
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53
FTTx a supporto dei servizi mobili
FTTx per la rete mobile
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54
FTTx a supporto dei servizi mobili
Soluzione ROF per supporto rete mobile
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55
Indice

Comunicazioni ottiche

Architetture di accesso nella rete NGN

Rete in fibra ottica

Progettazione della rete in fibra ottica

Trasporto
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56
Rete in fibra ottica
I cavi
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57
Rete in fibra ottica
I cavi
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58
Rete in fibra ottica
Terminazioni presso sedi POP
Sono il complesso di materiali (telai, bretelle e connettori) necessari a connettere e
disconnettere gli apparati alle fibre dei cavi.
Ing. David Licursi
59
Rete in fibra ottica
Terminazioni presso sedi utente
Ing. David Licursi
60
Rete in fibra ottica
Terminazioni presso sedi utente (borchia)
Ing. David Licursi
61
Rete in fibra ottica
Terminazioni presso sedi utente (borchia)
Ing. David Licursi
62
Rete in fibra ottica
Terminazioni presso sedi utente (subtelaio)
Ing. David Licursi
63
Rete in fibra ottica
Terminazioni presso sedi utente (armadietto)
Ing. David Licursi
64
Rete in fibra ottica
Muffole
Le muffole di giunzione sono contenitori di moduli per le operazioni di giunzione tra fibre
di cavi diversi.

Giunto di linea: per la continuità tra pezzature di cavo

Giunto pot-head: per la continuità tra cavi da esterno e da interno

Giunto di estrazione: per l’estrazione di fibre da un cavo ad alta potenzialità e la
loro giunzione a cavi di piccola potenzialità
Ing. David Licursi
65
Indice

Comunicazioni ottiche

Architetture di accesso nella rete NGN

Rete in fibra ottica

Progettazione della rete in fibra ottica

Trasporto
Ing. David Licursi
66
Progettazione della rete in fibra ottica
Elementi della rete in fibra ottica

Telaio di terminazione: elemento che svolge le funzioni di terminazione del cavo,
sezionamento e numerazione delle fibre

Distributore ottico: elemento che svolge la funzione di estrazione di fibre da un cavo
di maggiore potenzialità e connessione delle stesse a cavi di minore potenzialità

Rete in cavo a fibre ottiche di distribuzione primaria: porzione della rete tra il telaio di
terminazione posto all’interno dell’edificio di Centrale e il distributore

Rete in cavo a fibre ottiche di distribuzione secondaria: porzione della rete tra il
distributore e il telaio di terminazione posto nella sede del Cliente
Ing. David Licursi
67
Progettazione della rete in fibra ottica
La progettazione del collegamento
Parametri fondamentali:
Attenuazione minima e massima ammesse (dB), funzione di

tipo di fibre

lunghezza del collegamento

tipo e numero di giunti

tipo e numero di connettori
Dispersione cromatica massima ammessa, funzione di

tipo di fibre

caratteristiche del terminale di linea ottico
Ing. David Licursi
68
Progettazione della rete in fibra ottica
Topologie di rete
Modalità fisica di connessione tra POP e sedi utente:

singola via, unico instradamento fisico

doppia via totale, doppio instradamento fisico fino alle sedi utente

doppia via parziale, doppio instradamento fisico fino al distributore ottico, unico
instradamento fisico dal distributore alla sede utente
Topologie di rete:

a stella, consente la sola connessione in singola via

ad anello, consente qualunque modalità fisica di connessione
Ing. David Licursi
69
Progettazione della rete in fibra ottica
Rete a stella
Ing. David Licursi
70
Progettazione della rete in fibra ottica
Rete ad anello
Ing. David Licursi
71
Indice

Comunicazioni ottiche

Architetture di accesso nella rete NGN

Rete in fibra ottica

Progettazione della rete in fibra ottica

Trasporto

Synchronous Digital Hierarchy (SDH)

Gigabit Ethernet (GbE) - 10 Gigabit Ethernet (10GbE)

Sistemi DWDM
Ing. David Licursi
72
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Svantaggi della PDH

Scarsa capacità disponibile nella trama per scopi di esercizio e manutenzione (in
pratica, gestione a livello di collegamento)

Approccio manuale per la gestione del sistema (es. per il reinstradamento dei flussi) e
la manutenzione della rete, con conseguente difficoltà di operare riconfigurazione e
protezione del traffico

Necessità di demultiplazione completa del segnale di linea fino al livello gerarchico del
tributario che si vuole estrarre (multiplazione asincrona)

Mancanza di uno standard mondiale comune, con difficoltà di interconnessione delle
reti di diversi operatori

Sistemi di linea proprietari, con conseguenti difficoltà di creare un effettivo ambiente
“multi-vendor”
Ing. David Licursi
73
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Vantaggi della SDH

Flessibilità di gestione dei flussi trasmissivi

Interfacce ottiche standard

Protezione automatica del traffico

Funzioni evolute di esercizio e manutenzione
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23 aprile 2010- David Licursi
74
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Multiplatore Add-Drop

Multiplatore Add-Drop (ADM): inserisce e preleva i tributari da un flusso aggregato.
La presenza di due interfacce di linea permette di introdurre l’ADM in una sezione di
multiplazione (collegamento trasmissivo)

In figura è mostrato un ADM in configurazione lineare di Add-Drop con protezione 1+1
Università degli Studi di Udine
23 aprile 2010- David Licursi
75
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
RED (Ripartitori Elettronici Digitali)

RED o Digital Cross Connect (DXC): permuta i flussi contenuti negli aggregati ad alta
velocità e gli eventuali tributari attestati localmente. Monitorizza la qualità dei flussi.
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23 aprile 2010- David Licursi
76
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Livelli gerarchici SDH e SONET
La multiplazione SDH definisce 6 livelli (ITU-T G.707) tutti basati su trame di durata 125 μs.

Le trame e i segnali dei vari livelli gerarchici SDH sono detti STM-N (Synchronous
Transport Module di livello N)

I segnali dei vari livelli gerarchici SONET sono detti STS-N (Synchronous Transport
Signal di livello N) o anche OC-N (Optical Carrier di livello N)
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23 aprile 2010- David Licursi
77
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Trama SDH
Università degli Studi di Udine
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78
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Trama SDH
La matrice è trasmessa per righe, da sinistra a destra

2430 byte (19440 bit) per trama STM-1 in 125 μs; ogni byte della trama rappresenta
un canale a 64 kbit/s
Section Overhead:

è diviso in Regenerator Section OverHead (RSOH) e Multiplexer Section OverHead
(MSOH)

svolge funzioni di allineamento di trama, monitoraggio delle prestazioni, trasporto di
informazioni di gestione
Puntatore AU indica dove leggere il carico pagante
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79
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Multiplazione e trasporto SDH

Gli schemi di multiplazione descrivono le modalità con cui i segnale cliente (tributari)
sono inseriti (mapped) e messi assieme nella trama SDH

La multiplazione in SDH è basata su regole complesse che combinano diversi
"mattoncini" (strutture numeriche) via via come scatole cinesi secondo lo schema di
multiplazione

Le strutture numeriche sono insiemi di byte aventi dimensione fissa e costruiti in
accordo a prefissati formati

Un punto essenziale è la definizione di una “rete logica” a livello di cammino
(trasporto dei contenitori virtuali) disaccoppiata dalla “rete fisica” (sezioni di
multiplazione)
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23 aprile 2010- David Licursi
80
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Multiplazione e trasporto SDH
Università degli Studi di Udine
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81
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
I Contenitori Virtuali

Tra le strutture numeriche, i Virtual Container (VC) sono il mattone di base e
l'elemento più innovativo rispetto al PDH

Virtual: sono strutture logiche, esistono solo all’interno di STM-N

Container: contengono informazione degli strati “clienti”

È possibile inserire in un VC i bit di un tributario (ad esempio un flusso PDH) o altre
strutture numeriche

I VC sono individualmente e indipendentemente accessibili attraverso un puntatore
associato
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82
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Regole di multiplazione

Le regole di multiplazione che combinano le strutture numeriche fino a formare una
trama STM-N sono descritte dagli standard

Sono definiti tre tipi di relazioni tra strutture numeriche:

mapping di un carico informativo (ad esempio segnale PDH) in un Container
(eventualmente con giustificazione per inserire un segnale con frequenza
variabile in un Container di dimensione fissa)

multiplazione sincrona di uno o più strutture numeriche in un'altra (per es.
interallacciamento byte a byte, aggiunta di byte) con relazione fissa di fase

allineamento di fase di una struttura dentro un'altra con codifica della relazione
di fase in un puntatore
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83
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Schema di multiplazione ETSI
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84
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Schema di multiplazione ITU-T
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85
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Strutture numeriche

C
Container
(Contenitore)

VC
Virtual Container
(Contenitore Virtuale)

TU
Tributary Unit
(Unità Tributaria)

TUG Tributary Unit Group
(Gruppo di Unità Tributarie)

AU
(Unità Amministrativa)

AUG Administrative Unit Group
(Gruppo di Unità Amministrative)

STM Synchronous Transport Module
(Modulo di Trasporto Sincrono)
Administrative Unit
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86
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Ruolo delle strutture numeriche

VC


TU/TUG


Usato per le connessioni dello strato di cammino (tra punti di accesso alla rete
SDH, per portare dati di utente)
Usato per adattare i livelli di ordine inferiore (Lower Order Path Layer) a quelli di
ordine superiore (Higher Order Path Layer)
AU/AUG

Usato per adattare i livelli di ordine elevato (Higher Order Path Layer) a quello di
sezione di multiplazione
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87
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Container C-i

Sono le strutture elementari che contengono le informazioni dell’utilizzatore (livello di
circuito) da trasportare fra i punti terminali di un percorso (es. flusso PDH)

Il Container permette il mapping: operazione di inserimento (bloccaggio) del flussi
tributari nel Container (di dimensione fissa)

flusso asincroni: giustificazione di bit

flussi sincroni: mapping sincrono a bit o a byte

Un Container comprende cifre di tributario, cifre di riempimento fisso, cifre di
opportunità di giustificazione (stuffing) e loro segnalazione, overhead di contenitore

Tributari PDH mappabili nello schema ITU-T:
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88
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Virtual container VC-i

Sono le strutture numeriche usate per le connessioni a livello di percorso; sono
pertanto assemblate/disassemblate solo all’ingresso/uscita della rete sincrona

I VC sono costituiti da una capacità utile, usata per il trasporto di un flusso cliente o di
TU(G), e da una capacità di servizio (Path OverHead, POH)

Esistono cinque tipi di VC


i VC-11, VC-12 ed il VC-2 sono detti di ordine inferiore (Lower Order, LO)

i VC-3 ed il VC-4 sono detti di ordine superiore (Higher Order, HO)
I VC di ordine inferiore VC-11, VC-12, VC-2 sono strutturati in accordo ad una
multitrama composta da 4 trame; Il VC di ordine superiore VC-4 e il VC-3 si
distribuiscono su 1 trama
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89
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Tributary unit TU-i

Sono le strutture numeriche impiegate per l’adattamento fra i diversi livelli di percorso

Sono costituite da una capacità utile trasportata (VC) e da una capacità di servizio
(puntatore e opportunità di giustificazione)

I TU sono le prime strutture numeriche nel processo di formazione della trama
predisposte per la multiplazione sincrona ad interallacciamento di ottetto
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23 aprile 2010- David Licursi
90
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Tributary Unit Group TUG-2 e TUG-3

I TUG sono stati introdotti per limitare le numerosissime combinazioni possibili per
assemblare VC inferiori in un VC superiore

Un TUG è costituito da una o più TU omogenee ovvero da più TUG di ordine inferiore,
interallacciati byte a byte. I TUG occupano posizioni fisse e predefinite all’interno della
capacità utile di trasporto del VC di ordine superiore

I TUG definiti sono i seguenti:


TUG-2 costituito da

1 TU-2

3 TU-12

4 TU-11 (solo schema ITU-T)
TUG-3 costituito da

7 TUG-2

1 TU-3
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91
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Administrative Unit AU-4 e AU-3

Le AU sono le strutture numeriche impiegate per l’adattamento del livello di percorso
superiore al livello di sezione di multiplazione

Le AU Sono costituite da


una capacità utile, per il trasporto da un VC di ordine superiore

una capacità di servizio, costituita dal puntatore e dai byte di opportunità di
giustificazione, che permette di sincronizzare il VC trasportato rispetto alla trama
della sezione di multiplazione (STM-N)
Esistono due tipi di AU:

AU-4

AU-3 (solo schema ITU-T)
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92
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Administrative Unit Group AUG

Svolge una funzione analoga a quella delle TUG

Un AUG può contenere:


un gruppo omogeneo di 3 AU-3 interallacciati byte a byte (solo ITU-T)

una AU-4 (che coincide con l'AUG)
Nello schema ETSI, AUG e AU-4 coincidono
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93
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Synchronous Tranport Module STM-N di rete

Sono le strutture numeriche che costituiscono il supporto per il livello di sezione della
rete SDH; esse rappresentano le trame dei diversi ordini gerarchici

Ogni STM è costituito da


una capacità utile di trasporto (AUG)

una capacità di servizio relativa alle sezioni, Section OverHead (SOH), con funzioni
di allineamento di trama, controllo del tasso di errore e di esercizio e
manutenzione
Il formato del STM-N contiene

N AUG interallacciati byte a byte

un SOH di struttura analoga a quella che si otterrebbe interallacciando byte a
byte N SOH di trame STM-1
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94
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Concatenazione

Le capacità base offerte dei cammini virtuali “nativi” SDH sono solo quattro (nello
schema ETSI), con un problema di quantizzazione e di limitazione superiore

Le capacità nette sono:


VC-12
2,176 Mbit/s

VC-2
6,784 Mbit/s

VC-3
48,384 Mbit/s

VC-4
149,760 Mbit/s
E’ stato definito il meccanismo della concatenazione, cioè una relazione logica tra VC
di uguale livello, per ottenere uno spettro più ampio di valori di capacità di un
cammino SDH

Concatenazione contigua

Concatenazione virtuale
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95
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Requisiti per la verifica delle prestazioni

Gli oggetti sottoposti a verifica sono i percorsi (trails) messi a disposizione da uno
strato servente ad uno cliente

Le prestazioni di un trail devono essere verificate (monitored) accuratamente mentre il
trail è in servizio

Anche le prestazioni dei collegamenti e delle connessioni di sotto rete (tandem
connection monitoring) che compongono un trail devono potere essere verificate
mentre il trail è in servizio, senza inficiare l’integrità del trail stesso

I parametri usati per la verifica prestazionale devono:

catturare fedelmente le eventuali degradazioni delle prestazioni effettive in modo
da favorire le azioni di manutenzione e gestione

essere significativi per il cliente
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23 aprile 2010- David Licursi
96
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Prestazioni


Le due classi fondamentali di parametri di qualità di una rete trasmissiva numerica
sono:

Le prestazioni di errore misurano il numero e le caratteristiche statistiche degli
errori introdotti nella consegna dell’informazione trasportata attraverso uno
strato servente

L’affidabilità misura e caratterizza gli intervalli di tempo durante i quali non è
disponibile il segnale numerico per il cliente
I due concetti convergono verso una visione integrata delle prestazioni trasmissive
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23 aprile 2010- David Licursi
97
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Sorgenti di errore

Distorsioni lineari (ampiezza e fase, inclusi i multipath delle tratte radio) e non lineari
(es. saturazione negli amplificatori, effetti non lineari nella propagazione in fibra
ottica)

Rumore nei ricevitori (termico, shot, impulsivo, interferenze)

Eco

Difetti e invecchiamento dei componenti (es. laser, resistenze di contatto)

Jitter e wander dei sincrosegnali

Gli errori in uno strato possono “propagarsi” nel passaggio verso lo strato cliente (es.
un errore nell’interpretazione della giustificazione porta a perdita di allineamento di
trama nel PDH)
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23 aprile 2010- David Licursi
98
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Affidabilità
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23 aprile 2010- David Licursi
99
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Grandezze fondamentali
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100
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Guasti e ripristini di una rete

Per una rete trasmissiva, il sistema è la rete e il servizio offerto è un trail di trasporto
con qualità specificata.

La distinzione tra prestazioni scadenti in termini di errori trasmissivi e indisponibilità
del sistema è arbitraria.

Di fatto, il sistema si può ritenere fuori servizio quando la qualità offerta cade al di
sotto di una determinata soglia; si può uscire da questo stato spontaneamente, per
mezzo di protocolli di rete o per intervento umano.

Gli eventi di errore sono caratterizzabili considerando intervalli τ (ad es. il tempo di
trasmissione di un byte, un secondo, un giorno) e definendo eventi di errore (periodi τ
con errori) e intervalli tra eventi di errore (insieme di periodi τ consecutivi non affetti
da errori)
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23 aprile 2010- David Licursi
101
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Modello matematico
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102
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Verifica di errore

Gli eventi di errore verificabili in SDH sono

perdita di allineamento di fase

rivelazione di errori binari sui blocchi sottoposti a controllo (trama, VC)

Allineamento di fase a livello di RS significa allineamento di trama; questo
allineamento è direttamente trasferito anche a livello di MS

Allineamento di fase a livello HVC/LVC significa, oltre all’allineamento di trama, anche
la corretta decodifica del puntatore

Gli indicatori della perdita di corretto allineamento sono gli allarmi LOF per RS, MS-AIS
per MS, LOP per tutti i VC
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23 aprile 2010- David Licursi
103
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Verifica di errore

Parametri di prestazioni di errore sono definiti nella Racc. ITU-T G.826 e sono valutati
solo durante i periodi di disponibilità

Errored Second (ES)



Intervallo di un secondo durante il quale si è verificato almeno un blocco errato
Severely Disturbed Period (SDP)

fuori servizio: periodo di 1 ms o di quattro blocchi consecutivi (il più lungo dei
due) in cui la densità di errore si mantiene non inferiore a 10–2 oppure c’è perdita
di segnale

in servizio: difetto di rete (in SDH: path AIS, LOP, path trace mismatch)
Severely Errored Second (SES)

Intervallo di un secondo durante il quale almeno il 30% dei blocchi è errato
oppure si è verificato un SDP
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23 aprile 2010- David Licursi
104
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Verifica di errore

Errored Second Ratio (ESR)


Severely Errored Second Ratio (SESR)


Rapporto tra gli ES e la durata di un intervallo di osservazione in cui si sono
verificati
Rapporto tra i SES e la durata di un intervallo di osservazione in cui si sono
verificati
Background Block Error Ratio (BBER)

Rapporto tra i BBE osservati in un dato intervallo di misura e la durata
dell’intervallo; un BBE è un blocco errato che non ha luogo durante un un blocco
errato isolato
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105
Synchronous Digital Hierarchy (SDH)
Obiettivi di prestazione secondo G.826

Un periodo di indisponibilità inizia con (e include) 10 SES consecutivi e termina con 10
non SES consecutivi (che fanno parte del periodo di disponibilità).

Un percorso bidirezionale è indisponibile se una o entrambe le direzioni di
trasmissione lo sono

Il periodo di indisponibilità è chiamato Unavailable Time (UT)

I limiti prestazionali dichiarati nella G.826 fanno riferimento ad un collegamento
internazionale ipotetico e possono essere considerati come una sorta di caso peggiore

La G.826 precisa anche le frazioni di limite prestazionale da allocare ad ogni porzione
di collegamento
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23 aprile 2010- David Licursi
106
Indice

Comunicazioni ottiche

Architetture di accesso nella rete NGN

Rete in fibra ottica

Progettazione della rete in fibra ottica

Trasporto

Synchronous Digital Hierarchy (SDH)

Gigabit Ethernet (GbE) - 10 Gigabit Ethernet (10GbE)

Sistemi DWDM
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107
Gigabit Ethernet (GbE)
Ethernet (IEEE 802.3)

Ethernet è il nome di un protocollo per reti locali, sviluppato nel 1973 a livello
sperimentale da Robert Metcalfe e David Boggs, suo assistente, alla Xerox PARC.

L'obiettivo originale dell'esperimento era ottenere una trasmissione affidabile a 3
Mb/s su cavo coassiale in condizioni di traffico contenuto, ma in grado di tollerare
bene occasionali picchi di carico.

Nel 1985 IEEE pubblicò la prima versione dello standard IEEE 802.3.
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23 aprile 2010- David Licursi
108
Gigabit Ethernet (GbE)
Fast Ethernet (IEEE 802.3u)

Fast Ethernet è l’evoluzione di Ethernet che per il trasporto del traffico alla velocità di
100 Mbps rispetto alla velocità originale Ethernet di 10 Mbps. Tra gli standard
ethernet a 100 megabit, 100baseTX è il più comune e supportato dalla grande
maggioranza dell'hardware prodotto.

100BASE-TX è la forma predominante di Fast Ethernet, fornendo Ethernet a 100 Mbps
e lavora su due coppie di cavi in Cat 5.

100BASE-FX è una versione della Fast Ethernet su fibra ottica. Usa due cavi di fibra,
uno per ricevere e uno per trasmettere in modo da non aver bisogno della modalità
half duplex, in quanto non ci sono collisioni dato che la rete è su una 10/100BASE-T. Il
traffico di rete usa completamente la banda di 100 Mb/s, su un segmento di fibra
multimodale full duplex fino a 2Km. Usando una fibra monomodale (100BASE-LX) si
può estendere la lunghezza del segmento fino a 60 Km in full-duplex.

100BASE-SX è una versione di Fast Ethernet su fibra ottica. Usa due cavi di fibra per
ricevere e trasmettere. È un'alternativa a basso costo rispetto a 100BASE-FX, perché
usa ottiche a bassa lunghezza d'onda che sono significativamente meno costose delle
ottiche ad alta lunghezza d'onda usate nelle 100BASE-FX. 100BASE-SX può operare a
distanze di 300m.
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109
Gigabit Ethernet (GbE)
Gigabit ethernet (IEEE 802.3z)

Il Gigabit Ethernet (standard IEEE 802.3z) è l'evoluzione a 1000Mbit/s del protocollo
Fast Ethernet (standard IEEE 802.3u) operante a 100 Mbit/s.

Per rendere possibile il Gigabit Ethernet si è reso necessario introdurre delle modifiche
al protocollo IEEE 802.3u:

Rimuovere la codifica 4B/5B (125Mbps), ed adottare la codifica 8B/10B nelle
varianti 1000BaseSX,1000BaseLX e 1000BaseCX (vedi IEEE 802.3) e la codifica
PAM ( Pulse amplitude modulation ) 5X5 (nella variante 1000BaseT).

Vengono usate le 4 coppie di fili UTP simultaneamente (nella variante 1000BaseT
a 500Mbps), 2 coppie di fili STP simultaneamente (nella variante 1000BaseCX a
500Mbps) e le fibre multimodali (varianti 1000BaseSX,1000BaseLX).

La trasmissione diviene full-duplex (500Mbps full-duplex).

Vengono usati 5 livelli per simbolo invece che 3 (1000Mbps full-duplex).

Viene usato un Forward Error Correction (FEC) per recuperare 6 dB.

Viene diminuito il Bit Time da 10 ns a 1 ns.

Viene diminuito l'Inter-packet gap da 0.96 μs a 96 ns.
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110
Gigabit Ethernet (GbE)
Gigabit ethernet (IEEE 802.3z)

Per rendere possibile il Gigabit Ethernet si è reso necessario introdurre delle modifiche
al protocollo IEEE 802.3u:

Viene aumentato lo Slot time da 5.12μs a 4096μs.

Viene introdotto il Frame bursting, e cioè, una stazione può trasmettere più
pacchetti in successione senza rilasciare il mezzo trasmissivo fino al burst-limit
che è di 65536 bit (8192 ottetti), il primo pacchetto va comunque esteso
mediante Carrier Extension, se troppo corto.

Viene introdotto il Carrier Extension, e cioè, l'estensione della dimensione del
pacchetto a 4096bit, con dati reali o creati appositamente.
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111
Gigabit Ethernet (GbE)
Gigabit ethernet (IEEE 802.3-2005)

La 10 gigabit Ethernet o 10GbE è il più recente (al 2007) ed il più veloce degli standard
Ethernet.

Definisce una versione di Ethernet ad un tasso di informazione di 10 Gb/s, dieci volte
più veloce della Gigabit Ethernet.

La 10GbE su fibra è descritta dallo standard IEEE 802.3-2005.

La 10 GbE su doppino è stata invece rilasciata nell'emendamento IEEE 802.3an.
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112
Indice

Comunicazioni ottiche

Architetture di accesso nella rete NGN

Rete in fibra ottica

Progettazione della rete in fibra ottica

Trasporto

Synchronous Digital Hierarchy (SDH)

Gigabit Ethernet (GbE) - 10 Gigabit Ethernet (10GbE)

Sistemi DWDM
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113
Sistemi DWDM
Dense Wavelength Division Multiplexing

DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) indica una tecnica di multiplazione
che permette di trasmettere contemporaneamente su una singola fibra ottica una
molteplicità di segnali generati da sorgenti laser diverse, accordate su differenti
lunghezze d’onda, indicate in genere come “lambda”.

Sebbene nell’acronimo DWDM si adotti il termine Wavelength (lunghezza d’onda)
piuttosto che Frequency (frequenza), il principio del Multiplexing (multiplazione) è lo
stesso della multiplazione a divisione di frequenza.

Nella sigla DWDM la lettera “D” che precede la sequenza di lettere “WDM” indica che
la differenza tra le lunghezze d’onda di canali adiacenti è inferiore ad 1 nm, cioè che la
multiplazione è di tipo “denso” (dal termine inglese Dense).
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114
Sistemi DWDM
Dense Wavelength Division Multiplexing

Le lunghezze d’onda che interessano le comunicazioni ottiche su fibra, sia su singolo
canale sia su multicanale, sono quelle comprese tra 0,6 e 1,8 m e sono collocate
quindi nella porzione dello spettro cosiddetto “infrarosso”.

In questo intervallo di lunghezze d’onda è possibile identificare tre regioni di lavoro,
denominate prima finestra (intorno a 0,8 m), seconda finestra (intorno a 1,35 m) e
terza finestra (intorno a 1,55 m).

A ciascuno di questi intervalli di frequenza corrisponde un minimo locale del valore di
attenuazione introdotto dalla fibra ottica.
Tipo di Banda
Descrizione
Range (nm)
O
Original
Da 1260 a 1360
E
Extended
Da 1360 a 1460
S
Short Wavelenght
Da 1460 a 1530
C
Conventional
Da 1530 a 1565
L
Long Wavelenght
Da 1565 a 1625
U
Ultralong Wavelenght
Da 1625 a 1675
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115
Sistemi DWDM
Dense Wavelength Division Multiplexing

Al giorno d’oggi avendo a disposizione degli amplificatori ottici con alte prestazioni in
terza finestra si sono molto sviluppati sistemi DWDM che operano proprio in questa
regione trasmissiva.

Sia lavorando in seconda finestra sia in terza finestra si ha a disposizione una banda
trasmissiva che è dell’ordine di 25.000 GHz. Ed è quindi all’interno di questa banda,
che avviene l’allocazione delle portanti dei diversi canali, seguendo i vincoli imposti
dalla normativa.
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Sistemi DWDM
Dense Wavelength Division Multiplexing
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Sistemi DWDM
Dense Wavelength Division Multiplexing

I sistemi DWDM progettati secondo lo schema di figura sono detti sistemi DWDM
monodirezionali in quanto i segnali che viaggiano lungo ciascuna delle due porzioni di
fibra ottica, che compongono il collegamento, si propagano in uno stesso verso, cioè
nel nostro caso da sinistra verso destra. È stata anche realizzata una classe di sistemi
DWDM bidirezionali dove, su ciascuna delle due porzioni di fibra che compongono il
collegamento, i segnali si propagano nei due versi opposti, consentendo così di
realizzare collegamenti bidirezionali su una singola fibra ottica.

Di solito un collegamento DWDM deve essere di norma bidirezionale e simmetrico, in
quanto esso deve permettere la trasmissione di flussi informativi in entrambi i versi.
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Sistemi DWDM
Dense Wavelength Division Multiplexing
Si osserva la presenza dei seguenti elementi:

N Sorgenti Laser

Un Multiplexer (MUX) (Accoppiatore Passivo N:1 )

Un Amplificatore di Lancio

Un Amplificatore di Linea (OLA)

Un Pre-amplificatore

Un Demultiplexer (DEMUX) (Splitter Passivo)

N Filtri
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Sistemi DWDM
Dense Wavelength Division Multiplexing

Il Multiplexer svolge la funzione di accoppiare (cioè di convogliare) gli N segnali
generati dai laser verso un’unica fibra di uscita. Per permettere ai dispositivi posti in
ricezione di filtrare in frequenza e quindi di separare i diversi segnali, le lunghezze
d’onda delle N Sorgenti Laser devono necessariamente essere diverse.

Per poter recuperare l’attenuazione introdotta dal multiplexer e lanciare in fibra una
potenza sufficientemente elevata, il segnale all’uscita di esso deve attraversare un
amplificatore ottico detto Amplificatore di Lancio o di potenza (Booster). Quindi il
segnale all’uscita del booster è predisposto per essere lanciato nella fibra.

Qualora la distanza tra i due terminali sia troppo elevata, sarà necessario introdurre
lungo il percorso uno o più Amplificatori Ottici di Linea chiamati anche OLA (Optical
Line Amplifier), i quali hanno il compito di recuperare l’attenuazione introdotta dalla
tratta in fibra che li precede.
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Sistemi DWDM
Dense Wavelength Division Multiplexing

Prima di raggiungere il Demultiplexer, il segnale a multilunghezza d’onda subisce
un’ulteriore amplificazione ad opera del Pre-amplificatore ottico, il quale ha il compito
di riportare il livello dei segnali a dei valori tali per cui le successive operazioni di
divisione (operata dal demultiplexer) e filtraggio (operato dai filtri ottici) non portino
la potenza di ciascun segnale sotto la sensibilità minima dei ricevitori posti a valle dei
filtri ottici.

Anche non considerando l’attenuazione introdotta dalla fibra ottica, la presenza
dell’accoppiatore, dello splitter e dei filtri, rende necessaria l’amplificazione ottica per
l’utilizzo della DWDM nelle effettive condizioni d’impiego, e cioè per distanze tra i due
terminali superiori a qualche decina di chilometri.

In assenza di amplificazione ottica, infatti, l’attenuazione introdotta dai componenti
passivi (detta perdita d’inserzione) ridurrebbe il livello di potenza di ciascun segnale a
livelli insufficienti per una corretta ricezione. L’utilizzo di accoppiatori, splitter e filtri a
bassissima perdita d’inserzione rende comunque possibile l’uso della DWDM senza
amplificazione ottica in applicazioni di trasporto in ambito locale o metropolitano dove
le distanze da superare sono dell’ordine della decina di chilometri.
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Sistemi DWDM
Vantaggi

Incremento della Capacità (> 1 Tbit/s) e quindi della Connettività dei rami della Rete

Aumento del prodotto Capacità-Distanza

Creazione di percorsi alternativi per la Protezione e Re-instradamento dei segnali

Introduzione di canali di servizio per la Supervisione ed il Controllo

Trasparenza della Rete al trasporto di segnali aventi diversi formati e velocità

Ottimizzazione dell’uso dell’Amplificazione Ottica (dato che si riesce ad avere
un’amplificazione simultanea di diversi canali)

Instradamento in Lunghezza d’Onda ( -routing )

Cross-Connessione Ottica (OXC) ed Add/Drop locale di Canali Ottici (OADM)
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Sistemi DWDM
Schema di un tipico collegamento DWDM

A causa dell’accumulo del rumore ottico, della dispersione (cromatica e di
polarizzazione) e degli effetti non lineari è spesso necessario effettuare una
rigenerazione completa di ciascuno dei segnali numerici.
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Sistemi DWDM
Struttura di un rigeneratore DWDM
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Sistemi DWDM
Progettazione dei collegamenti


La procedura di progetto si basa sul rispetto di tre vincoli:

garantire un rapporto segnale rumore ottico al ricevitore sempre superiore ad un
valore minimo specificato dal costruttore;

garantire che la dispersione cromatica totale e la dispersione di polarizzazione
totale accumulata sia inferiore al valore massimo tollerato dai ricevitori;

mantenere, con una certa tolleranza, le distorsioni e l'interferenza introdotte
dalle non linearità al di sotto dei valori dichiarati dal costruttore.
Il rispetto dei tre vincoli deve essere verificato per il massimo ritmo binario che si
prevede di utilizzare su quel collegamento (ad esempio oggi si progetta a 10 Gbit/s)
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Sistemi DWDM
Progettazione dei collegamenti

La progettazione di un collegamento DWDM corrisponde alla determinazione di tutte
le configurazioni fattibili (che rispettano i tre vincoli su OSNR, dispersione e non
linearità) e alla scelta di una di esse in base a predefiniti criteri di convenienza.
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Sistemi DWDM
Progettazione dei collegamenti


Effetti lineari:

l'attenuazione;

la dispersione cromatica;

la dispersione di polarizzazione (PMD);

l’accumulo del rumore generato dagli amplificatori ottici (ASE, Amplified
Spontaneous Emission).
Effetti non lineari:

La retrodiffusione stimolata di Brillouin (SBS)

La diffusione stimolata di Raman (SRS)

L’automodulazione di fase (SPM)

La modulazione di fase incrociata (XPM)

La miscelazione a quattro onde (FWM)
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Sistemi DWDM
Calcolo dell’attenuazione
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Sistemi DWDM
Calcolo dell’OSNR (Optical Signal to Noise Ratio)
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129
Sistemi DWDM
Dispersione cromatica e sua compensazione
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Sistemi DWDM
La limitazione degli effetti del FWM
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Sistemi DWDM
Progettazione apparato
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Sistemi DWDM
Progettazione apparato: terminale LT

Nel caso in cui il collegamento realizzato con il sistema DWDM necessiti di una
rigenerazione del segnale, devono essere previsti uno o più siti di rigenerazione
elettrica. Presso tali siti il segnale ottico viene demultiplato otticamente mediante un
apparato LT, rigenerato elettricamente mediante Unità Transponder o rigeneratori SDH
e nuovamente multiplato otticamente con un altro apparato LT.

Nel caso in cui per la rigenerazione si utilizzino le Unità Transponder, il sub-telaio del
multiplatore ottico LT ne può ospitare un massimo di 4; quindi se il numero delle
lunghezze d'onda LTe.
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Sistemi DWDM
Progettazione apparato: terminale LT

L’apparato LT è costituito da un sub-telaio realizzato in meccanica N3 (H=850mm,
W=450mm, D=248mm) organizzato in tre aree: la prima in basso ("Lower Unit Side" in
Figura) è riservata alle Unità Transponder (presenti solo nel caso in cui l’LT venga
utilizzato nei siti di rigenerazione intermedia e non si adottino per la rigenerazione i
rigeneratori SDH) ed alle Unità Booster/Unità Preamplificatore singolo stadio e
Preamplificatore (sempre presenti), la parte mediana ("Upper Unit Side" in Figura) è
riservata alle parti comuni (Unità di Controllo, Unità End Of Shelf, Unità Ausiliaria,
Unità OSC), mentre la terza area in alto ("Connection Unit Side" in Figura) è riservata
alle Unità di Connessione.

Il modulo di espansione LTe è costituito da un subtelaio realizzato in meccanica N3
(H=500mm, W=450mm, D=248mm) organizzato in due aree: la prima, in basso,
riservata alle Unità Transponder ed alle Unità parti comuni, la seconda, in alto,
riservata alle Unità di Connessione.
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Sistemi DWDM
Struttura del terminale DWDM LT
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Sistemi DWDM
Struttura dell’espansione LTe
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Sistemi DWDM
Progettazione apparato: amplificatore LA

L'apparato LA è un amplificatore ottico di linea (OLA: Optical Line Amplifier) per
sistemi DWDM.

In particolare l'amplificatore ottico LA usato per svolgere la funzione di amplificazione
ottica nel sistema DWDM integrato costituito dal multiplatore ottico LT e
dall'eventuale modulo di espansione LTe.

Il terminale è equipaggiato con un interfaccia F per l'accesso da un terminale locale e
con un interfaccia Q per la gestione da remoto.

L'apparato LA è equipaggiato con un canale di supervisione ottica OSC (Optical
Supervisory Channel) "fuori banda" a 1510 nm per il trasporto delle informazioni
relative alla gestione del sistema.

L’apparato è costituito da un subtelaio realizzato in meccanica N3 (H=500mm,
W=450mm, D=248mm) organizzato in due aree: la prima in basso è riservata alle Unità
Booster, Preamplificatore ed alle parti comuni, la seconda parte è riservata alle Unità
di Connessione.
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Sistemi DWDM
Struttura dell’apparato LA
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