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 nelcaso 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, edi 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 diingresso 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 trasmissiviStandard internazionali SONET/SDH, Fiber Channel, Gigabit Ethernet.

2a generazione: reti “tutto ottiche”,Instradamento e commutazione realizzati (almeno parzialmente)nel dominio ottico Standard internazionaliITU 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 cross-connect

Reti ottiche di seconda generazione

I componenti ottici base per queste future retiottiche 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 corsoRichiedono ancora un significativo sviluppo in terminidi componentistica ottica, nuove tecniche di gestione,etc prima di poter essere effettivamenteimplementate.Nella successiva (e ultima) parte di questo corso siparlerà tuttavia solo degli standard internazionaliper 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 questocorso, altre applicazioni delle fibre fuori dall’ambitotelecomunicazionistico:SensoriApplicazioni medicheIlluminazione, 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 localiInterconnessioni tra grandi apparatiAll’interno di centrali per TLC, ma anche tra supercalcolatoriAccesso verso l’utente finale (“Last mile”).

Esistono moltissimi standard in questo settoreEthernetHippi, 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:LEDFibre multimodo.

e da 500 m a 1 KmLED o laser modulati direttamenteFibre 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 elevataFondamentale 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:SDHGigabit EthernetFiber ChannelStandard propietari.

A livello tecnologico, i componenti ottici tipicamente utilizzati sono:Laser modulati direttamenteFibre 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 piùutilizzate

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 piùavanzati a disposizione

Laser DFB e modulatori esterniMultiplazione WDMFibre ottiche singolo modo di vario tipo (652-3-5)Collegamenti con amplificazione otticaCompensazione della dispersioneFiltraggio ottico.

Applicazioni: distanze superiori a 40 km

Nelle prossime sezioni, si presenterannobrevemente gli standard oggi più comuni, cioè:

EthernetSDH

soprattutto per quanto riguarda il livello fisico, cioèper gli argomenti più attinenti a questo corsoLa parte di questi standard relativa alle funzionalità direte esula da questo corso.