Il livello fisico. Topologia generica di rete a commutazione di circuito

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1 Novembre 2004 Reti e Sistemi Telematici Il livello fisico Gruppo Reti TLC giancarlo.pirani@telecomitalia.it GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 1 Topologia generica di rete a commutazione di circuito A B C Y D X W Z E G F GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 2 Titolo della presentazione 1

2 Gerarchia della rete telefonica Nord America Europa Regional Center Quaternary Center Classe 1 Sectional Center Ternary Center Classe 2 Primary Center Secondary Center Classe 3 Toll Center Primary Center Classe 4 End Office Local Exchange Classe 5 A B GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 3 Schema di un nodo di accesso Da altri nodi Verso altri nodi Selettore di linea Selettore di gruppo Selettore di linea GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 4 Titolo della presentazione 2

3 Interfacciamento di circuiti a due fili e a quattro fili Forchetta Segnale d eco GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 5 Struttura delle rete telefonica in Italia SGT CN SGU SL GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 6 Titolo della presentazione 3

4 Gerarchia della rete italiana CN Centro Nazionale Rete di trasporto nazione SGT regione o provincia SGU Stadio di gruppo urbano provincia o grande comune Stadio di linea SL comune Digital Loop Carrier DLC piccola località GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 7 La numerazione Il piano di numerazione definisce le modalità di assegnazione dei numeri di utente sulla base della dislocazione geografica degli utenti stessi: Il prefisso telefonico in Italia identifica il distretto di destinazione della chiamata (per esempio 02 per Milano, 06 per Roma, 081 per Napoli). All'interno di ognuna di queste aree, utenti appartenenti ad aree più piccole sono ancora identificati da una o più cifre comuni, che seguono quelle iniziali di distretto, seguite da altre cifre (individuali). Secondo la numerazione non uniforme, adottata in Europa, secondo lo standard ITU-T E.164, la "lunghezza" del numero di utente dipende dalla localizzazione dell'apparecchio: Il numero di utente (National Significant Number, NSN) è costituito da un numero massimo di cifre uguale a 15 diminuito del numero di cifre dell'identificativo di nazione. Esso è generalmente costituito da due campi: il prefisso (National Destination Code, NDC) il numero di utente (Subscriber Number, SN) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 8 Titolo della presentazione 4

5 L evoluzione della rete per la fonia (1) Ieri Oggi Transito 66 Centrali di transito Meshed Transito 24 POPs V IP V Commutaz. 628 Centrali locali Tandem Meshed Commutaz. 628 Centrali locali Tandem Meshed Accesso Stadi di linea RCU MUX Accesso Stadi di linea RCU MUX Customers Customers GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 9 L evoluzione della rete per la fonia (2) Oggi Domani Transito 24 POPs V IP V Commutaz. V IP V V Commutaz. 628 Centrali locali Tandem Meshed Accesso Stadi di linea RCU MUX MSAM DSLAM IAD Clienti Clienti GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 10 Titolo della presentazione 5

6 Lo spettro elettromagnetico e la sua utilizzazione nelle TLC GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 11 Doppino - Twisted Pair (a) Category 3 UTP (10 MHz). (b) Category 5 UTP (16 MHz). GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 12 Titolo della presentazione 6

7 Cavo coassiale Anima di rame Isolante Calza conduttrice Guaina di protezione in plastica GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 13 Fibra ottica Confine aria/silice Aria Riflessione totale Silice Sorgente di luce (a) Tre esempi di un raggio luminoso che all interno di una fibra di silice colpisce la superficie di separazione tra aria e silice con diversi angoli. (b) Luce intrappolata a causa della riflessione totale. GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 14 Titolo della presentazione 7

8 Trasmissione della luce su una fibra Attenuazione della luce attraverso la fibra nella regione dell infrarosso GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 15 Cavi di fibre (a) Vista laterale di una singola fibra. (b) Vista frontale di una guaina con tre fibre. Core (vetro) Protezione Rivestimento Cladding (vetro) RIvestimento (plastica) Core Cladding GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 16 Titolo della presentazione 8

9 Cavi di fibre (2) Confronto tra laser a semiconduttore e LED come sorgenti luminose Velocità di trasmissione Tipo di fibra Distanza Tempo di vita Sensibilità alla temperatura Costo LED Bassa Multimodale Breve Lungo Minore Basso costo Laser a semiconduttore Alta Multimodale o mono-modo Lunga Breve Significativa Costoso GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 17 Reti in fibra ottica Un anello in fibra ottica con ripetitori attivi. Computer Da/al computer Filo di rame Direzione di propagazione della luce Fibra ottica Interfaccia Fibra ottica Ricevitore ottico (fotodiodo) Rigeneratore del segnale (elettrico) Trasmettitore ottico (LED) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 18 Titolo della presentazione 9

10 Reti in fibra ottica (2) Una connessione a stella passiva in una rete in fibra ottica. Trasmettitore Ricevitore Interfacce per i computer Ogni fibra di ingresso illumina tutta la stella Ogni fibra di uscita vede la luce prodotta da tutte le fibre di ingresso GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 19 Il Local Loop : Modem, ADSL e Wireless L utilizzazione di trasmissione sia analogica che digitale per una comunicazione computer-to-computer. La conversione è fatta dai modem e dai codec. GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 20 Titolo della presentazione 10

11 Modem (a) Segnale binario (b) Modulazione di ampiezza (c) Modulazione di frequenza (d) Modulazione di fase GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 21 Modem (2) (a) QPSK. (b) QAM-16. (c) QAM-64. GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 22 Titolo della presentazione 11

12 Modem (3) (a) (a) V.32 per 9600 bps. (b) V32 bis per bps. (b) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 23 Digital Subscriber Line (DSL) Larghezza di banda in funzione della distanza su doppini di categoria 3 UTP per DSL. GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 24 Titolo della presentazione 12

13 Digital Subscriber Line (2) Operazioni di un ADSL che usa la modulazione discreta multitono (DMT) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 25 Digital Subscriber Line (3) Commutaz. voce A typical ADSL equipment configuration. Codec Splitter Linea telefonica Splitter Verso l ISP DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer Network Interface Device Modem ADSL Ethernet Centrale telefonica locale Apparati utente GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 26 Titolo della presentazione 13

14 Wireless Local Loop Architecture of an LMDS system. GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 27 Multiplazione con accesso centralizzato A A B B C C D D GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 28 Titolo della presentazione 14

15 Multiplazione a divisione di frequenza Fattore di attenuazione (a) Larghezze di banda originali. (b) Larghezze di banda traslate in frequenza (b) Il canale multiplato GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 29 Wavelength Division Multiplexing Wavelength division multiplexing. Fibra a lunga distanza condivisa GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 30 Titolo della presentazione 15

16 Multiplazione TDM (Time Division Multiplexing) Multiplazione a divisione di tempo Multiplazione PAM Multiplazione PCM Multiplazione Numerica PDH SDH GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 31 Modalità di interallacciamento dei tributari (a) (b) (c) GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 32 Titolo della presentazione 16

17 Multiplazione PAM GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 33 Multiplazione PCM GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 34 Titolo della presentazione 17

18 Struttura di trama PCM GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 35 Struttura di multitrama PCM GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 36 Titolo della presentazione 18

19 Multiplazione secondo la gerarchia PDH europea GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 37 Principio della giustificazione di bit La tecnica della giustificazione di bit si basa sul principio di adottare per ogni tributario nell'apparato di multiplazione una frequenza di lettura della memoria tampone strettamente superiore alla frequenza effettiva di scrittura, tenendo cioè conto della massima tolleranza prevista per l orologio relativo. Risulta evidente che in questo modo la memoria tampone, qualunque sia il suo stato, è soggetta inevitabilmente a svuotamento. Per evitare the ciò accada, la tecnica della giustificazione di bit prevede the si attivi quando necessario una procedura di inibizione dell'operazione di lettura, lasciando di proposito vuota una specifica posizione nella trama riservata al tributario. Questa situazione deve essere opportunamente segnalata al demultiplatore, affinché questo tenga conto dell'assenza di un bit significativo nella posizione in questione. Inibire la lettura implica consentire the il livello di riempimento della memoria tampone tomi a salire poiché il flusso numerico del tributario viene comunque ricevuto. La Figura mostra un esempio dei cronosegnali di scrittura (tributario entrante) e di lettura (ingresso multiplatore) della memoria tampone con operazione di giustificazione. GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 38 Titolo della presentazione 19

20 Principali parametri della gerarchia PDH europea GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 39 Gerarchia PDH in Europa, USA, GIappone GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 40 Titolo della presentazione 20

21 Caratteristiche del PDH Aspetti critici del PDH Gestione e riconfigurazione di rete di tipo manuale Capacità minima riservata a funzione di controllo e gestione Definizione di standard regionali che consentono anche soluzioni di tipo proprietario Demultiplazione completa richiesta per l accesso al singolo tributario GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 41 Capacità dei sistemi trasmissivi secondo la gerarchia SDH GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 42 Titolo della presentazione 21

22 Trasporto di tributari attraverso apparati SDH Transmission Layer MPX DXC R R MPX Tributari..... STM-n.. STM-n STM-n STM-n Tributari Sezione Rigenerazione Sezione Rigenerazione Sezione Rigenerazione Sezione Multiplexing Sezione Multiplexing Path Layer Connection GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 43 Struttura della trama STM colonne 9 byte 261 byte RSOH 9 righe AU-PTR P O H STM-1 payload MSOH 125 µs RSOH = Regeneration Section OverHead MSOH = Multiplex Section OverHead AU-PTR = Administrative Unit Pointer 270 x 9 x x 10-6 = 155,120 Mbit/s POH = Path OverHead GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 44 Titolo della presentazione 22

23 Giustificazione nella trama SDH AU-PTR AU-PTR AU-PTR 9 GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 45 Schema ITU di multiplazione SDH GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 46 Titolo della presentazione 23

24 Struttura della trama STM-n 270 colonne 9 x N byte 261 x N byte 9 righe 5 byte 4 byte 1 RSOH AU-PTR MSOH P O H STM-N payload 125 µs GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 47 Apparati SDH Rigeneratore (R) STM - N STM - N Multiplatore (TM) tributari PDH/SDH STM - N Add-Drop Multiplexer () STM - N STM - N tributari PDH/SDH Dicital Cross-Connect (DXC) tributari PDH/SDH tributari PDH/SDH GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 48 Titolo della presentazione 24

25 Configurazione tipica ad anello con GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 49 SGT Rete lunga distanza Architettura generale della rete di trasmissione DXC 4/4 STM 16/64 Rete giunzione DXC 4/3/1 Anello STM 4/16 SGU Rete accesso ISDN Anello STM 1/4 PBX PBX PBX GIANCARLO PIRANI TELECOM ITALIA LAB IL LIVELLO FISICO - 50 Titolo della presentazione 25