Classificazione dei sistemi in fibra ottica

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1 Classificazione dei sistemi in fibra ottica

2 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.

3 Interazione tra ottica ed elettronica Collegamenti puntopunto bidirezionali in fibra ottica

4 Interazione tra ottica ed elettronica A livello trasmissivo, la situazione tipica è la seguente.

5 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

6 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.

7 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.

8 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

9 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.

10 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.

11 Reti ottiche di seconda generazione

12 Reti ottiche di seconda generazione Approccio basato su wavelength routing

13 Reti ottiche di seconda generazione L elemento base di queste architetture: Optical crossconnect

14 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)

15 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.

16 Classificazione sistemi ottici

17 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.

18 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.

19 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 m, tipicamente si usano: LED Fibre multimodo. e da 500 m a 1 Km LED o laser modulati direttamente Fibre singolo modo SMF.

20 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).

21 Applicazioni: distanze fino a 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.

22 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.

23 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 ( ) Collegamenti con amplificazione ottica Compensazione della dispersione Filtraggio ottico.

24 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.