NGN
le reti per i servizi multimediali del futuro, dalle
tecnologie di accesso al Data Center
Alberto Vetuli
SCENARIO DI SERVIZI E RETI IN ITALIA
AZIENDE
SANITARIE
AO - ASL
PUBBLICA MMINISTRAZIONE
ENTE CENTRALE ENTE LOCALE
FINANZE–GIUSTIZIA-PREVIDENZA
PUBBLICA SICUREZZA
PROTEZIONE CIVILE
CONTROLLO TERRITORIO
BANCHE
ASSICURAZIONI
UNIVERSITA’
SCUOLA
CULTURA
MANIFATTURA
INDUSTRIA
UNIVERSITY
UNIVERSITA’
TELEMEDICINA
PRIVATE
CLOUD
PRIVATE
CLOUD
VIRTUAL
DATA
CENTER
PRIVATE
CLOUD
VIRTUAL
DATA
CENTER
SERVIZI AL CITTADINO
TELEMETRIA
VIDEOSORVEGLIANZA
PUBLIC
CLOUD
SISTEMA
PUBBLICO
DI
CONNETTIVITA’
NGN
RETE IP V4 - V6
PUBLIC
CLOUD
PUBLIC
CLOUD
IP MULTIMEDIA
SUBSYSTEM
CITTADINO
TELELAVORO
TELEMEDICINA
FISSO
(FTTH – xPON)
STUDENTI
TELEDIDATTICA
MEDICI
OPERATORI
SANITARI
MOBILE
4G
DISTRETTI
STUDI
PROFESSIONALI INDUSTRALI
ARTIGIANALI
IN RETE
BIG
INTERNET
PICCOLE MEDIE PICCOLI COMUNI
IMPRESE
ED ENTI LOCALI
NEXT GENERATION NETWORKS
DEFINIZIONE DELLE Next Generation Networks
Le NGN:
sono reti intelligenti che aderiscono al paradigma di Internet, pertanto
operano a commutazione di pacchetto e sono basate sul protocollo IP.
consentono lo sviluppo di servizi in modo indipendente dal
livello di trasporto (transport layer) sottostante;
sono dotate di meccanismi di prioritizzazione del traffico per regolare
la qualità del servizio (QoS);
sono in grado di trasportare qualsiasi contenuto (voce, dati, video) a
elevatissima velocità e qualità (20 - 100 Mb/s - megabit per secondo)
con utenze privilegiate fino ad 1 Gbps.
un solo collegamento per Internet TV fonia e servizi a larga banda;
richiedono un aggiornamento tecnologico della rete di accesso intesa
come ultimo miglio verso l’utente finale (NGAN).
prevedono che l’utenza sia fissa e mobile
CARATTERISTICHE DELLA NGN
Netta separazione della fornitura del servizio dalle funzioni di trasporto e di controllo;
Disponibilità di interfacce aperte per lo sviluppo di nuovi servizi;
Varietà di schemi di identificazione;
Supporto P2S, P2P, IPTV, VoIP, VideoSharing, Web 2.0;
Caratteristiche unificate per lo stesso servizio come percepito dall’utente;
Servizi convergenti tra fisso e mobile;
Supporto di tecnologie multiple per l’ultimo miglio;
Servizi/applicazioni e meccanismi basati su “service building blocks”
(inclusi i servizi in tempo reale, a getto continuo, non in tempo reale e multimediali);
Potenzialità a larga banda con QoS “end-to-end”;
Interoperabilità con reti tradizionali attraverso interfacce aperte;
Servizi multimediali basati sui protocolli SIP e IP Multimedia Subsystem;
Accesso senza limitazioni da parte degli utenti a fornitori di servizio;
Osservanza di tutti i requisiti regolatori, quali quelli riguardanti le comunicazioni di
emergenza, la sicurezza, la confidenzialità, l’intercettazione legale.
LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN PARTE I
la famiglia di tecnologie xDsl (Digital subscriber line) sta mostrando i propri limiti;
lo standard Adsl2+ permette in downstream di andare non oltre i 20 Mb/s di banda;
con tecnologie come Vdsl (Very high speed Dsl) o Vdsl2 (G.993.2) si possono
raggiungere 30-100 Mb/s e oltre, ma con forti limitazioni di distanza;
I collegamenti Vdsl2 possono scalare ad Adsl2+
i collegamenti in rame, a differenza delle fibre ottiche, subiscono interferenze
elettromagnetiche nel passaggio tra i cavi;
la crescente domanda di banda per servizi multimediali indica che la soluzione in
fibra appare quella più strategica per gli sviluppi socio-economici del paese.
REQUISITI DI BANDA DELLA HDTV
VIDEO
Compressione
Banda Richiesta
HDTV
MPEG4
10 Mbps
3D HDTV
MPEG4
14 Mbps
PERCHE’ L’UTILIZZO DELLA FIBRA SULLA NGN
La tecnologia ottica è quella più adatta rete di accesso a banda ultralarga;
Caratteristiche vantaggiose della fibra
— enorme banda disponibile per canale (lunghezza d’onda);
— Wavelength Division Multiplexing (WDM) per accoppiare più λ sulla stessa fibra;
— bassissime perdite: 0.2 dB/km (un fattore 0.95 per chilometro);
— resistenza meccanica, durabilità, ridottissime dimensioni e peso, disponibilità di
cavi ottici fino a 720 fibre;
— sviluppo delle tecniche di stesura e messa in opera (mini – micro trincea);
— immunità alle interferenze elettromagnetiche esterne;
— trasparenza alla modulazione: segnali analogici e digitali sulla stessa fibra;
— non richiedono manutenzione (al contrario dei cavi in rame);
— sviluppo sistemi fotonici;
— elevate prestazioni al rumore (tipico Bit Error Rate 10-12);
— rapida evoluzione tecnologica, affidabilità crescente, costi in diminuzione;
— disponibilità di componenti passivi per splitting, coupling e routing;
— connettori affidabili e a costi contenuti;
— sorgenti (laser) e sensori (fotodiodi): maturità tecnologica;
— facile integrazione con la componentistica elettronica.
I SERVIZI EROGATI ATTRAVERSO LA NGN
VoIP
IPTV
P2P File Sharing
P2P Videoconference
Video Sharing
WEB 2.0
LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN PARTE II
la rete di accesso attuale si basa prevalentemente sul doppino in rame;
la NGAN richiede prevalentemente l’uso della fibra ottica;
sono richiesti ingenti investimenti per la posa della fibra;
necessità di eseguire notevoli opere pubbliche per:
— coordinare gli scavi
— sfruttare i cavidotti esistenti
— lavori di cablaggio
le sigle ricorrenti sono:
— FTTH (Fiber To The Home)
— FTTB (Fiber To The Building)
— FTTC (FIber To The Cabinet)
— FTTN (Fiber To The Neighbourhood)
NOTA: la lettera in rosso indica
fino a che punto si spinge la
fibra ottica verso l’utente.
per le reti mobili la NGMN coincide con l’avvento delle reti 4G interamente
basate su IP:
— Throughput aggregato BS = 1 Gbps
— Utenza mobile fino a 100 Mbps)
le tecnologie candidate a rispondere ai requisiti delle reti 4G sono:
— WiMAX 802.16m
— LTE Advanced Rel.10
LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN: Livello fisico
Esempio di struttura FTTH: Livello fisico
High-end
High-end
Residence
Residence
House
OLT (Optical Line Terminal)
LA NGAN COME RETE DI ACCESSO DELLA NGN
Scenario di Broadband Optical Access
LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN: Protocolli di accesso
Passive Optical Network (PON)
OLT
ONT (Optical Network Terminal)
ODF (Optical Distribution Frame)
Esempio di architettura FTTH-PON
LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN: Protocolli di accesso
Point-to-Point (P2P)
tratte di fibra con topologia a stella con trasmissione punto-punto Ethernet
mezzo e banda dedicati al singolo utente
Active Remote (or Active Ethernet)
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
il fattore di splitting può assumere valori di 1/8, 1/16, 1/32, 1/64 con un max di 1/128
EPON (Ethernet IEEE): accesso multiplo Ethernet (1st Mile Eth IEEE 802.3ah)
GPON (Gigabit-capable PON): accesso multiplo TDMA (ITU G.983.5 - G.984.2)
LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN: Protocolli di accesso
Point-to-Point (P2P)
Singola fibra o coppia di 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
— può essere usata una sola fibra che opera nelle due bande di 1550 (DL) e 1310 (UL)
LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN: Protocolli di accesso
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
LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN: Protocolli di accesso
Passive Optical Network (PON)
Una sola fibra per collegare più utenti;
Splitter ottici passivi
— rapporto di concentrazione (1:16 - 1:32)
— 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
— fino a 60 km con rapporto di divisione 1:64
— incrementi di banda per tutti gli utenti insieme
— problemi di power budgetunbundling difficile
ELEMENTO
PASSIVO
LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN: Protocolli di accesso
Passive Optical Network (PON)
ONU
ONU
ONU
Splitter in cascata
OLT
ONU
ONU
ONU
ONU
ONU
ONU
SCENARIO TIPICO DI AREA RESIDENZIALE SERVITA DA ACCESSO IN FIBRA DI TIPO xPON
LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN:
Lunghezze d’onda ottiche nelle Passive Optical Network (PON)
Le soluzioni PON si combinano con le tecniche WDM sfruttando le due
finestre di trasmissione ottica:
— 1260-1360 nm nella direzione Upstream;
— 1480-1500 nm nella direzione Downstream
Nella direzione Upstream si ricorre alle funzioni di “Ranging” per compensare
la differenza di percorso del segnale ottico da ogni ONT all’OLT di riferimento.
Nella direzione Downstream è possibile impiegare la Enhancement Band da
1540 a 1565 nm per un possibile utilizzo di TV multicast.
LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN:
Lunghezze d’onda ottiche e capacità trasmissiva nelle GPON
OMCI Mgmt Protocol
G.652 Single Mode Fiber
LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN
Gigabit Passive Optical Network (GPON – G.984x) Downstream
2.488Gbps Downlink
GPON Encapsulation Method particolarmente performante
LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN
Gigabit Passive Optical Network (GPON – G.984x) Upstream
1.244Gbps Uplink
ACCESSO BASATO SU:
TDMA e DBA (Dynamic Bandwidth Assignement)
GPON Encapsulation Method particolarmente performante
LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN:
Lunghezze d’onda ottiche e capacità trasmissiva nelle 10GPON
GPON OLT
GPON SPLITTER
GPON ONT
LA NGAN COME RETE DI ACCESSO DELLA NGN
Scenario evoluto di Broadband Optical Access con WDM PON
Sperimentazione ”Fibra per l’Italia” di Fastweb, Vodaphone e Wind
Rete in Fibra ottica aperta a tutti gli Operatori;
La centrale di Collina Fleming connetterà:
— 7400 abitazioni in 525 edifici
— aziende
— edifici pubblici
Tiscali
Tecnologia FTTH;
Topologia point-to-point con 180 Km. di fibra stesi;
Da Luglio 2010 la navigazione su Internet sarà a 100 Mbps
Per le imprese sarà resa disponibile la velocità di 1 Gbps;
FASE 1: Piano di copertura delle 15 maggiori città italiane entro i prossimi 5 anni
(10 milioni di abitanti) con un investimento di 2,5 miliardi di Euro
FASE 2: Piano di copertura di ulteriori città con più di 20000 abitanti
(50 % della popolazione italiana) con un investimento di 8,5 miliardi di Euro.
LA NGAN COME RETE DI ACCESSO DELLA NGN
Le reti mobili
Le reti mobili facenti parte della NGN
sono le reti di 4° generazione;
Il Backahuling delle nuove reti 4G ad
accesso radio è un driver sostanzioso
– Aggregazione reti 802.11n
– Aggregazione reti 802.16e-m
– Aggregazione reti LTE – LTE Advanced
Scenario Fisso Mobile con IP Multimedia Subsystem (IMS)
BS
ISC INTERFACE VISITED NETWORK
ASN GW
SIP PROXY
BS
WiMAX
eNodeB
HSS
I-BCF
A GW
LTE
eNodeB
DSLAM
A
GW
S-CSCF
I-CSCF
APPLICATION
SERVER
BAS
IP
Multimedia
Subsystem
P-CSCF
ADSL- VDSL2
APPLICATION
SERVER
OLT
GPON
OLT
RETE
IP
CIRCUIT
SWITCHING
NETWORKS
EPON
OLT
SIP PROXY
SIP GATEWAY
PSTN
10EPON
NGN come base per i servizi multimediali
CONCLUSIONI
per le NGN sono necessari enormi investimenti (10-15 miliardi di Euro);
sono indispensabili per assicurare lo sviluppo socio-economico;
la banda di partenza è di 20 Mbps garantiti per l’utenza;
classi diversificate per utenza residenziale, professionale, PMI;
portare la fibra ottica è un investimento per il futuro;
la fibra ottica è indispensabile anche per il backhauling delle reti mobili;
nuove applicazioni (telemedicina, telelavoro, teledidattica, etc.);
gli sviluppi tecnologici sono orientati verso GPON – EPON – 10EPON;
il futuro a breve termine delle NGN è orientato verso le reti fotoniche;
dopo la tecnologia 10EPON si sperimentano le WDM PON
la sperimentazione “Fibra per l’Italia” è un buon punto di partenza.
e’ necessario un censimento delle fibre stese da Aziende e PAL-PAC.
