Reti di accesso ottiche di nuova generazione (NGAN)

Reti di accesso ottiche di
nuova generazione (NGAN)
Introduzione alle architetture e strategie
Stefano Bregni
Politecnico di Milano
Dip. di Elettronica e Informazione
P.za Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano
E-mail: [email protected]
Stefano Bregni
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Giornata di studio IEEE LEOS / COMSOC - Roma 29 aprile 2009
Sommario
Attuale rete di accesso in Italia
Architetture di distribuzione della rete in fibra ottica
Tecniche di accesso per la rete in fibra ottica
Sintesi e confronto tra architetture di accesso
Strategie di evoluzione verso la NGAN
Reti di accesso ottiche di nuova generazione
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Stefano Bregni
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Requisiti di banda
FTTH
FTTB VDSL2
FTTCab VDSL2
ADSL/2+
Web surfing
Video communication
SDTV VoD
Peer-to-peer, File sharing
1.y
1.y
SDTV Live
Gaming, Distance learning
Web Hosting
Telemedicine
HDTV VoD
Remote Storage
Next Generation 3D TV
100
50
20
10
5
5
Upstream
Mbit/s
10
20
50
100
Downstream
Sorgente: S. Nocentini, Telecom Italia
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Accessi a larga banda in Italia
Valori in migliaia di accessi - Variazioni %
8.524
6.780
+18.7%
+25.7%
8.0%
10.120
342
324
5.6%
300
9.778
8.200
6.480
19.2%
26.5%
2005
2006
xDSL
2007
Fibra ottica
Sorgente: Assinform / NetConsulting, da De Bortoli, Griffa (Telecom Italia)
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Attuale rete di accesso in rame in Italia
Rete primaria: connette i permutatori in centrale (MDF) ai permutatori
(SDF) negli armadi stradali (cabinet)
Rete secondaria: connette i SDF ai box di distribuzione agli edifici
(chiostrina)
530.000 km di cavo per un totale di 110.000.000 km di doppini
628
10.313
SGU
SL
Utenti
MDF
Rame
Fibra
140.000
Armadio
Rame
SDF
1,5 mln
DF (Box)
Interno
Utenti
3,9 mln
DF (Box)
Esterno
pressurizzazione
Rete di giunzione
Rete di distribuzione primaria
Rete di distribuzione secondaria
200 – 3000 metri
100 – 700 metri
Telecom Italia (2008)
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Distribuzione della lunghezza dei doppini
La distribuzione cumulativa della lunghezza del collegamento di
utente in rame è diversa nei vari paesi
La rete italiana è più corta di quella degli altri paesi
In Italia è possibile scegliere tra
più soluzioni tecnologiche per
la trasmissione sui doppini
di accesso
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Tecnologie di trasmissione su doppino
Tecnologie Digital Subscriber Line (xDSL)
Asymmetrical (ADSL / ADSL2 / ADSL2+)
High-speed (HDSL / SHDSL)
100
Rate Adaptive (RADSL)
90
Very high-speed (VDSL/VDSL2) 80
Le prestazioni dipendono da
ADSL2+ (2MHz)
VDSL2 (12MHz)
70
Mbit/s
qualità dei doppini
(difficile da garantire
nella rete esistente)
distanza tra la centrale e
l’abitazione dell’utente
ADSL (1MHz)
VDSL2 (30MHz)
60
50
40
30
20
10
0
100
250
500
750
1000 1250 1500 1750 2000
metri
Sorgente: Telecom Italia (grafico indicativo non rappresentativo della situazione della rete)
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Velocità teoriche di trasmissione xDSL
ADSL (ITU-T G.992.1): 6.144 Mbit/s down, 640 kbit/s up (B=1.1 MHz)
ADSL2 (ITU-T G.992.3): 8 Mbit/s down, 800 kbit/s up
ADSL2+ (ITU-T G.992.5): 16 Mbit/s down, 800 kbit/s up (B=2.2 MHz)
VDSL (ITU-T G.993.1): 52 Mbit/s da dividere down+up
(es. 26+26 Mbit/s)
VDSL2 (ITU-T G.993.2) : 100 Mbit/s da dividere down+up
(es. 50+50 Mbit/s) (B=30 MHz)
Banda Ultra Larga (>30 Mbit/s)
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Altre infrastrutture di accesso in Italia
Reti di accesso ottiche
Telecom Italia
Fastweb
altre reti di accesso ottiche realizzate da Comuni, Province e Regioni
Altre infrastrutture utilizzabili per telecomunicazioni
aziende di servizi pubblici (utilities) come illuminazione, gas, energia
elettrica, fogne, teleriscaldamento, ecc.
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Sommario
Attuale rete di accesso in Italia
Architetture di distribuzione della rete in fibra
ottica
Tecniche di accesso per la rete in fibra ottica
Sintesi e confronto tra architetture di accesso
Strategie di evoluzione verso la NGAN
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Architetture di distribuzione della rete in fibra
Si distinguono per la profondità di penetrazione dei segmenti in fibra
ottica verso la sede del cliente
Fiber to the Exchange (FTTE)
Fiber to the Cabinet (FTTC)
Fiber to the Building (FTTB)
Fiber to the Home (FTTH)
Sono state citate molte altre varianti
FTTCurb, FTTNode, FTTPremises, FTTOffice, FTTDormitory, FTTFarm,
ecc.
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Architetture di distribuzione FTTx
Central Office
fibra
fibra
VDSL2
FTTB
rame
ONU
FTTC
xDSL
FTTE
Primary Network Cabinet Secondary Network
(200-3000m)
(100-700m)
Banda Larga
NGN
rame
ADSL2+
œ 3-20 Mb/s
› <1 Mb/s
Exchange
centrale
rame
VDSL2
œ 25-50 Mb/s
› 2-10 Mb/s
Cabinet
armadio
fibra
VDSL2
rame œ 50-100 Mb/s
› 25-40 Mb/s
FTTH
fibra
Building
fibra
fibra
Optical
0.1-1 Gb/s
Building
edificio
Home
casa
Banda Ultra Larga
NGAN
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Fiber to the Exchange (FTTE)
Esempio: il collegamento in fibra degli SL alle SGU della rete di TI
non tutti gli SL
principale fattore abilitante della rete a larga banda di prima generazione
Riutilizzo completo della rete di accesso in rame con
ADSL/ADSL2/ADSL2+
ADSL2+: teoricamente fino a 24 Mbit/s down e 3.5 Mbit/s up
le prestazioni reali dipendono molto dalla distanza dell’utente dallo SL e
dalla qualità dei doppini
Schemi standard di unbundling sulla sezione in rame
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Fiber to the Cabinet (FTTC)
Componenti attivi situati nell’armadio stradale (cabinet) per la
conversione E/O ed O/E
Sezione in rame:
VDSL: teoricamente fino a 52 Mbit/s down+up
VDSL2: teoricamente fino a 100 Mbit/s down+up
Poco spazio disponibile all’interno dei cabinet
per gli operatori alternativi si deve ricorrere ad armadi multipli o a
colocazione in cabinet più grandi (alimentazione e ventilazione)
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Fiber to the Building (FTTB)
Connessione diretta in fibra tra SL ed edificio utente senza cabinet
Sezione in rame molto breve (<100 m)
si raggiungono le migliori prestazioni di VDSL2
fino a 100 Mbit/s down+up
Se si utilizzano spazi chiusi dentro gli edifici, maggiore spazio per gli
operatori alternativi
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Fiber to the Home (FTTH)
La fibra è portata fino all’abitazione dell’utente
Permette la maggiore disponibilità di banda all’utente finale e la
maggiore espandibilità futura
Alti costi di investimento
Tutti i collegamenti in edificio (orizzontali e verticali) sono in fibra ottica
A seconda della tecnologia ottica utilizzata, è possibile offrire
connessioni simmetriche che vanno da 100 Mbit/s a 1 Gbit/s
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Sommario
Attuale rete di accesso in Italia
Architetture di distribuzione della rete in fibra ottica
Tecniche di accesso per la rete in fibra ottica
Sintesi e confronto tra architetture di accesso
Strategie di evoluzione verso la NGAN
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Elementi della rete in fibra ottica FTTx
Optical Line Termination (OLT)
elemento nello SL che si interfaccia con la rete di accesso è collegato
con le ONU/ONT
Optical Network Unit (ONU)
elemento ottico dislocato nelle vicinanze dell’utente
– FTTC: ONU nell’armadio stradale (cabinet)
– FTTB: ONU alla base o in prossimità del palazzo
più ONU sono connesse ad un solo OLT
si interfaccia con la ONT dell’utente
Optical Network Termination (ONT)
interfaccia di rete ottica presso l’utente
FTTH: collegata direttamente all’OLT
Optical Distribution Frame (ODF)
permutatore ottico che sostituisce il permutatore (MDF)
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Tecniche di accesso per la rete in fibra ottica
Point-to-Point (P2P)
tratte di fibra con topologia a stella con trasmissione punto-punto
Ethernet
mezzo e banda dedicati
Active Remote
un nodo attivo remoto (switch) permette la diramazione attiva Ethernet
la banda tra nodo e SL è condivisa
Passive Optical Network (PON )
diramazione passiva delle fibre (splitting) con topologia ad albero
il mezzo ottico è condiviso
EPON (Ethernet): accesso multiplo Ethernet (IEEE)
GPON (Gigabit-capable PON): accesso multiplo TDMA (ITU)
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Point-to-Point (P2P)
Fibre dedicate per ogni cliente con topologia a stella
Trasmissione punto-punto Ethernet (10-100-1000 Mb/s)
Tecnologia usata da Fastweb (Italia) e NTT (Giappone)
Vantaggi e svantaggi
si presta a incrementi di banda per singolo utente (future-proof)
lunga distanza
costi superiori e necessità di attestare migliaia di fibre in centrale
SL
Nodo
attivo
fibra
Dual homing
o anello di
fibra
SL
fibra
fibra
fibra
Switch Ethernet 1xN
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fibra
Nodo
attivo
fibra
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Schemi di rete P2P
Piano
Borchia
SGU o SL
ODF
Rete
Metropolitana
In Fibra
Casa
ONT
Piano
Verticale
SGU o SL
Armadio
OLT
Orizzontale
Casa
Rete
Metropolitana
In Fibra
O
D
F
Rete di accesso
ottica primaria
SDF
DF
Box
ODF
Locale
chiuso
Rete di distribuzione
secondaria in rame
OLT
O
D
F
Rete di accesso
ottica primaria
Rete di accesso
ottica secondaria
ODF
Locale
chiuso
Adduzione
ODF
ONU
FTTC P2P
FTTH P2P
Casa
Piano
Rete
Metropolitana
In Fibra
Borchia
ONU
SGU o SL
DF
OLT
O
D
F
Rete di accesso
ottica primaria
Rete di accesso
ottica secondaria
ODF
Locale
chiuso
Adduzione
ODF
FTTB P2P
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Active Remote
Un nodo attivo remoto (switch GbE) permette la diramazione attiva
Collegamenti in fibra tra switch e utenti (ONU/ONT): dedicati
Collegamenti in fibra tra SL e switch: condivisi
Architettura non molto considerata per ora in pratica
Utenti Residenziali
GbE
If
Wireless Backhaul
GbE
If
Stadio di
Linea
Dispositivo
Remoto
Attivo
Utenti Business
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Passive Optical Network (PON )
Una sola fibra per collegare più utenti
splitter ottici passivi (1:16 - 1:32) che riducono i margini del power budget
mezzo ottico condiviso
– downstream: broadcast
– upstream: protocolli di accesso multiplo TDMA (GPON) o Ethernet (EPON)
Vantaggi e svantaggi
minori costi di investimento di P2P
non ci sono apparati attivi remoti (minori costi di esercizio)
banda allocata dinamicamente
Accesso Multiplo
fino a 60 km con rapporto di divisione 1:64
Fibra
incrementi di banda per tutti gli utenti insieme
problemi di power budget
unbundling difficile
Splitter
Fibra
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ottico
Fibra
Fibra
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Architetture PON: luoghi di splitting
CO
CO
OLT
fibra
fibra
fibra
fibra
Splitter
OLT
Splitter
Splitter
fibra
CO A
fibra
fibra
OLT
fibra
fibra
fibra
CO B
fibra
Splitter
fibra
fibra
fibra
OLT
Distribution
Cabinet
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Esempio: architettura FTTH PON
Orizzontale
ODF
Rete
Metropolitana
In Fibra
ONT
Verticale
Splitter
1:n
Splitter
1:n
Piano
ODF
SGU o SL
OLT
Casa
O
D
F
Rete Ottica Primaria
Rete Ottica Secondaria
Splitter
1:n
ODF
Locale
chiuso
Adduzione
ODF
Rete Primaria
(+ Rete di Giunzione)
in fibra
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Sommario
Attuale rete di accesso in Italia
Architetture di distribuzione della rete in fibra ottica
Tecniche di accesso per la rete in fibra ottica
Sintesi e confronto tra architetture di accesso
Strategie di evoluzione verso la NGAN
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Sintesi delle architetture NGAN
GPON è utilizzata molto più comunemente di EPON
Sei possibili configurazioni FTTC/B/H con GPON/P2P
FTTC e FFTB sono utilizzate con VDSL2
La configurazione FTTC/GPON è utilizzata raramente
Tecnologie di accesso
Architetture di
distribuzione
GPON
P2P
FTTC
FTTB
FTTH
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Confronto tra GPON e P2P
FTTH/P2P costa 10%-15% più di FTTH/GPON (stime WIK, A.Mason)
stima probabilmente ottimistica per P2P
GPON offre un canale broadcast a costo marginale (su una terza λ)
Infrastrutture
GPON:
1 fibra per utente
(2 λ per TX/RX)
P2P:
1 o 2 fibre per utente
GPON riduce
il numero di fibre
fino a 1/64
(1/32×1/2)
Sorgente: studio Alcatel per
France Telecom (2007)
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Sommario
Attuale rete di accesso in Italia
Architetture di distribuzione della rete in fibra ottica
Tecniche di accesso per la rete in fibra ottica
Sintesi e confronto tra architetture di accesso
Strategie di evoluzione verso la NGAN
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Strategie di evoluzione verso la NGAN
Vari aspetti da considerare
dimensione e tempi degli investimenti necessari e dei ritorni economici
costi diversi per raggiungere varie coperture geografiche
concorrenza e cooperazione tra operatori (condivisione infrastrutture)
Strategie di sviluppo della rete
procedere direttamente a FTTH o in più passi (FTTCÎFTTBÎFTTH)?
sostituzione totale (total replacement) o coesistenza temporanea tra le
infrastrutture (overlay)?
quale copertura geografica raggiungere? quale percentuale di
popolazione? (problema del digital divide)
Strategie di evoluzione dei servizi
emulazione o sostituzione con servizi alternativi
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Migrazione verso l’obiettivo FTTH
Un’architettura obiettivo interamente in fibra FTTH costa da 3 a 5 volte
una soluzione intermedia FTTC
FTTH P2P costa almeno 10%-15% più di FTTH GPON
probabilmente molto di più
I costi delle opere civili e del cablaggio di edificio sono le principali
barriere alla replicazione delle infrastrutture FTTB/FTTH da parte di
operatori alternativi
Rimedi di accesso e
prodotti all’ingrosso
per abbassare i livelli
critici di ingresso al
mercato e favorire
la concorrenza
Costi NGAN UK stimati da Analysys Mason per BSG (2008)
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Sostituzione totale o
coesistenza tra le infrastrutture?
Total replacement
sostituzione totale della rete di accesso
gli utenti sono fatti migrare tutti insieme sulla nuova rete di accesso
indipendentemente dai servizi che utilizzano
necessario emulare i servizi tradizionali (es. VoIP)
annulla i costi di esercizio della rete vecchia (difficile stimare il risparmio)
– KPN (Olanda): total replacement della rete con FTTC nel 2009-10
Overlay
sostituzione graduale e coesistenza delle infrastrutture
la migrazione dei clienti avviene solo quando sottoscrivono i nuovi
servizi a larga/larghissima banda
investimenti graduali, ma nessun risparmio sui costi di esercizio
Anche soluzioni intermedie
overlay iniziale e quindi total replacement
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Stefano Bregni
Giornata di studio IEEE LEOS / COMSOC - Roma 29 aprile 2009
Problema della copertura geografica
il costo per linea
è costante fino al 60% di
copertura della
popolazione
si impenna per raggiungere
le aree più disagiate
Costi totali per l’installazione di
FTTC/VDSL, FTTH/GPON, FTTH/P2P
stimati da Analysys Mason per BSG (2008)
rispetto alla copertura della popolazione UK
Reti di accesso ottiche di nuova generazione
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Stefano Bregni
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Digital divide: banda ultralarga per tutti?
E’ dubbio che per un privato sia economicamente conveniente coprire
più di 2/3 della popolazione di un Paese come l’Italia
stessi obiettivi di copertura dell’originale piano NGN2 di Telecom Italia
Digital divide: problema di copertura delle aree più svantaggiate
strategia sociale: privati affiancati da un intervento pubblico per
raggiungere le aree estreme
la necessità di un aiuto pubblico è comunemente accettata
la discussione è aperta sulle modalità
Giappone: finanziamento pubblico per la copertura
delle aree rurali (Fiber To The Farm)
Reti di accesso ottiche di nuova generazione
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Stefano Bregni
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