Reti “tutto”

Classificazione dei sistemi in
fibra ottica
Reti ottiche
Le fibre ottiche sono oggi il mezzo trasmissivo più utilizzato per
distanze superiori a qualche chilometro e velocità di trasmissione
superiori alle centinaia di Mbit/s.
Almeno fino ad oggi, la fibra, ed in generale i componenti ottici,
vengono utilizzati solo come mezzo per trasmissione punto-punto.
Le funzionalità di rete (connessione, instradamento, gestione, etc)
sono invece implementati con apparati elettronici.
In sostanza, in una rete ottica (oggi) si utilizzano:
tecnologie ottiche per il “trasporto di bit” sui link punto-punto;
apparato elettronici per la gestione dei “nodi”.
Interazione tra ottica ed elettronica
Collegamenti puntopunto bidirezionali in fibra ottica
Interazione tra ottica ed elettronica
A livello trasmissivo, la situazione tipica è la seguente.
Multiplazione DWDM
L’architettura non cambia in modo sostanziale nel
caso di utilizzo di tecnologia DWDM.
Semplicemente, ciascuna fibra di ingresso
viene Demultiplexata otticamante, e le N
fibre in uscita inviate ai convertitori
optoelettronici
Reti “tutto”-ottiche
Negli ultimi anni, si stanno sviluppando i primi esempi di reti
cosidette “tutto-ottiche” (All-Optical Networks)
L’ambito di applicazione è quello delle grandi reti di trasporto a
lunga distanza.
Le reti tutto-ottiche non utilizzano il dominio fotonico solo per
migliorare le caratteristiche del mezzo trasmissivo, ma realizzano
in ottica parte delle funzioni di commutazione, instradamento, e
di controllo
Sono tipicamente proposte per applicazioni DWDM.
Reti “tutto”-ottiche
Motivazioni delle reti tutto-ottiche:
Si vuole evitare il “collo di bottiglia elettronico”;
La complessità, dimensioni e costo degli attuali apparati per le reti
di trasposto sono molto elevate:
Sono già disponibili nodi/router con decine di porte di
ingresso a 10 Gb/s;
In un nodo con varie fibre di ingresso/uscita, gran parte del
“traffico” è semplicemente in transito, e non deve essere ricevuto
localmente
Il traffico in transito può, in linea di principio, essere lasciato in
formato ottico.
Un esempio
A titolo di esempio: nelle centrali dei grandi gestori di
telecomunicazioni, sono tipiche situazioni con:
Collegamento bidirezionali verso 4 altre direzioni Supponiamo che
ogni cavo contenga 8 fibre (4 per direzione).
Inoltre, supponiamo che ciascuna fibra porti 40 canali WDM,
ciascuno a 10 Gbit/s.
Nell’ipotesi che tutte i canali siano “accesi”, il traffico entrante
nel nodo è pari a 4 cavi X 4 fibre per cavo “in ingresso” X 40
canali WDM X 10 Gbit/s.
Risultato: traffico complessivo in ingresso pari a:
6400 Gbit/s = 6.4 Tbit/s
commento
Con le soluzioni “tradizionali”, l’elettronica del nodo deve “gestire”
6.4 Tbit/s
Su questo traffico, deve svolgere funzionalità digitali complesse
(commutazione, instradamento, framing, etc).
Le (future) reti “tutto ottiche” cercheranno di “alleggerire” la
complessità elettronica, aggiungendo funzionalità ottiche.
Definizioni relative alle reti ottiche
1a generazione: soluzione attuale, fibre usate solo come
mezzi trasmissivi
Standard internazionali
SONET/SDH, Fiber Channel, Gigabit Ethernet.
2a generazione: reti “tutto ottiche”,
Instradamento e commutazione realizzati (almeno parzialmente)
nel dominio ottico
Standard internazionali
ITU G.872 OTN, ITU G.ASON.
Reti ottiche di seconda
generazione
Reti ottiche di seconda generazione
Approccio basato su “wavelength routing”
Reti ottiche di seconda generazione
L’elemento base di queste architetture: Optical crossconnect
Reti ottiche di seconda generazione
I componenti ottici base per queste future reti
ottiche sono:
Switch ottici (Saranno richieste matrici di switch ottici
(MEMS?))
Filtri ottici per DWDM (Saranno richiesti filtri “tunabili”,
cioè filtri con funzione di trasferimento variabile da
comando esterno)
Sorgenti ottiche tunabili (Saranno richiesti laser con
frequenza centrale variabile da comando esterno)
commenti
Le reti di seconda generazione sono (probabilmente) la
tecnologia del futuro, e per questo motivo ne
accenniamo in questo punto del corso
Richiedono ancora un significativo sviluppo in termini
di componentistica ottica, nuove tecniche di gestione,
etc prima di poter essere effettivamente
implementate.
Nella successiva (e ultima) parte di questo corso si
parlerà tuttavia solo degli standard internazionali
per le attuali reti “di prima generazione”.
Classificazione sistemi ottici
Classificazione delle applicazioni
Le tecnologie ottiche sono oggi consolidate in moltissimi
ambiti di applicazione.
Concentrandoci sulle applicazioni per TLC, tenteremo
nelle prossime slide una classificazione delle
applicazioni.
Tralasceremo, come in tutto il resto di questo
corso, altre applicazioni delle fibre fuori dall’ambito
telecomunicazionistico:
Sensori
Applicazioni mediche
Illuminazione, etc.
Applicazioni: distanza fino ad 1 km
Le fibre sono sempre più utilizzate anche per collegamenti
relativamente brevi (da pochi metri fino a 1 Km)
Reti locali
Interconnessioni tra grandi apparati
All’interno di centrali per TLC, ma anche tra supercalcolatori
Accesso verso l’utente finale (“Last mile”).
Esistono moltissimi standard in questo settore
Ethernet
Hippi, Escon, FDDI, Fiber Channel.
Applicazioni: distanza fino ad 1 km
In questo ambito, vista la concorrenza di soluzioni in rame e/o
wireless a bassissimo costo, i componenti ottici utilizzati devono
essere altrettanto a basso costo.
fino a 100-500 m, tipicamente si usano:
LED
Fibre multimodo.
e da 500 m a 1 Km
LED o laser modulati direttamente
Fibre singolo modo SMF.
Applicazioni: distanza fino ad 1 km
Per bit rate da 1 Gbit/s e oltre, le soluzioni in rame hanno
significativi problemi, e si stanno adottando sempre più soluzioni
in fibra ottica (quali Gigabit Ethernet).
Nell’ambito delle distanze fino ad 1 km, la fibra, rispetto alle soluzioni in rame o
wireless presenta i seguenti importanti vantaggi:
Immunità ai disturbi elettromagnetici
Fondamentale in molte situazioni, ad esempio LAN all’interno di impianti di
distribuzione;
Banda potenzialmente molto elevata
Fondamentale la possibilità di “upgrade” del bit rate senza dover sostituire i
cavi (soprattutto per le reti di accesso).
Applicazioni: distanze fino a 30-40 km
Gli standard più comuni sono:
SDH
Gigabit Ethernet
Fiber Channel
Standard propietari.
A livello tecnologico, i componenti ottici tipicamente utilizzati
sono:
Laser modulati direttamente
Fibre ottiche singolo modo standard (SMF ITU-G.652)
Collegamenti senza amplificazione ottica.
Applicazioni: distanze superiori a 40 km
Si tratta dei grandi collegamenti tra centrali telefoniche di gestori
nazionali e internazionali.
Le distanze da coprire variano da qualche decina di Km, fino alle
migliaia di km (collegamenti transoceanici).
I bit rates per canale sono molto elevati, tipicamente superiori a
155 Mbit/s, fino a 10 Gbit/s.
In questo ambito, le fibre sono di gran lunga la tecnologia più
utilizzate
Solo in casi particolari (quali nuove installazioni o particolari
condizioni geografiche) si utilizzano collegamenti via etere.
Applicazioni: distanze superiori a 40 km
SDH è praticamente l’unico standard utilizzato.
I componenti utilizzati in questo ambito sono tipicamente i più
avanzati a disposizione
Laser DFB e modulatori esterni
Multiplazione WDM
Fibre ottiche singolo modo di vario tipo (652-3-5)
Collegamenti con amplificazione ottica
Compensazione della dispersione
Filtraggio ottico.
Applicazioni: distanze superiori a 40 km
Nelle prossime sezioni, si presenteranno
brevemente gli standard oggi più comuni, cioè:
Ethernet
SDH
soprattutto per quanto riguarda il livello fisico, cioè
per gli argomenti più attinenti a questo corso
La parte di questi standard relativa alle funzionalità di
rete esula da questo corso.