Sistemi in fibra ottica. Tecnologia dei sistemi in fibra ottica. Sistemi in fibra ottica. Sistemi in fibra ottica. Tecnologia delle fibre ottiche

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Feliciano Contini
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Adelmo De Santis Tecnologia dei sistemi in fibra ottica 8 Novembre 2013 Metodo «preforma» Processo MCVD Modified Chemical Vapor Deposition Estrusione a caldo. Processo a doppio crogiuolo.

1 Adelmo De Santis Tecnologia dei sistemi in fibra ottica 8 Novembre 2013 Metodo «preforma» Processo MCVD Modified Chemical Vapor Deposition Estrusione a caldo. Processo a doppio crogiuolo. 125μm n 1 n 2 n Fibre ottiche MonoModali: Si propaga un solo fascio luminoso Fibre ottiche MultiModali: 8-10μm si propagano diversi fasci contemporaneamente; sono caratterizzati da angoli differenti. n 1 n 2 n 125μm Fibre ottiche MonoModali: Ha una dispersione totale che si annulla a circa 1300 nm. Ha un minimo di attenuazione a 1550 nm. Dispersion-Shifted Fiber (modifica del livello di drogaggio) Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber (NZDSF) Sono state create per ridurre il problema del mescolamento dei colori nei sistemi WDM; μm 1

125μm n 1 n 2 n Fibre ottiche MonoModali: Si propaga un solo fascio luminoso Fibre ottiche MultiModali: 8-10μm si propagano diversi fasci contemporaneamente; sono caratterizzati da

Le single-mode sono preferibili: Per le prestazioni che offrono per la economicità di realizzazione Rivestimento: LOOSE fibra inserita in un rivestimento rigido immersa in

2 Diverso comportamento alla dispersione modale. Le fibre monomodali hanno maggiori problemi nell uso pratico: Problemi di allineamento nelle giunzioni; Problemi di allineamento nelle connessioni. Le single-mode sono preferibili: Per le prestazioni che offrono per la economicità di realizzazione Rivestimento: LOOSE fibra inserita in un rivestimento rigido immersa in una gelatina; TIGHT fibra fissata rigidamente al rivestimento secondario. Codici di colore (TIA/EIA-598): Tipologie di fibre come Tight da cable standard ISO/IEC Loose 11801: cable Multi-mode OM1 ( 50 o 62.5 / 125) OM2 ( 50 o 62.5 / 125) OM3 ( 50 / 125) Single-mode OS1 ( 8-10 / 125) Organizzazione delle fibre: Silicon Photonics 2

Optical PCB Conoscere le apparecchiature per la Fibra Ottica Emettitore Laser Diodo laser Ulm Photonics: ULM850-05-TN-HIP6SM 6mW a 850nm Larghezza di banda:

Emettitore Laser Laser VCSEL Emissione superficiale dal chip; Ottime caratteristiche del fascio emesso; Lunghezza cavità: 3 lambda; Uso di specchi realizzati

3 Optical PCB Conoscere le apparecchiature per la Fibra Ottica Emettitore Laser Diodo laser Ulm Photonics: ULM TN-HIP6SM 6mW a 850nm Larghezza di banda: 3GHz; VCSEL: Vertical Cavity Surface-Emitting Laser. Emettitore Laser Laser VCSEL Emissione superficiale dal chip; Ottime caratteristiche del fascio emesso; Lunghezza cavità: 3 lambda; Uso di specchi realizzati con Distributed Bragg Reflectors. Sistemi in fibra professionali e commerciali Trasmettitore Ottico Sistemi in fibra professionali e commerciali Trasmettitore Ottico Realizzato nel 1988; Pannello su backplane; Lasco del connettore per auto-centraggio; Laser di alta potenza. 3

4 Sistemi in fibra professionali e commerciali Ricevitore Ottico Sistemi in fibra professionali e commerciali Ricevitore Ottico Realizzato nel 1988; Pannello su backplane; Accessori per sistemi in fibra ottica Connessione per fibra ottica Connessioni in fibra ottica Accessori per sistemi in fibra ottica Connessione per fibra ottica Accessori per sistemi in fibra ottica Connessione per fibra ottica Connessione SMA: Sviluppata e prodotta da Amphenol primo connettore standardizzato; Due versioni SMA-905 e SMA-906 Ferrula in acciaio o in ceramica; Insertion Loss 0.8 db 2 db 4

sistemi in fibra ottica Connessione per fibra ottica Accessori per sistemi in fibra ottica Connessione per fibra ottica Connessione SMA:

5 Accessori per sistemi in fibra ottica Connessione per fibra ottica Connessione LC: Utilizzato nel networking; Accessori per sistemi in fibra ottica Connessione per fibra ottica Per ogni tipologia di connessione possiamo ricavare: Uno standard di riferimento ( TIA-604-xx ); Un codice di colore ( TIA/EIA-568): Beige: multi-mode Blu : single-mode Verde: connessioni APC Accessori per sistemi in fibra ottica Accoppiatori per fibra ottica Accessori per sistemi in fibra ottica Accoppiatori per fibra ottica Canstar PC3-S-50 -> FCI (1997); Molto difficoltoso reperire informazioni; Tecnologia FBT: Fused Biconically Tapered. Accessori per sistemi in fibra ottica Accoppiatori per fibra ottica Branching Units: 1500 mm lunghezza 300 mm diametro 800 kg Le fibre ottiche nelle telecomunicazioni 5

fibra ottica Accoppiatori per fibra ottica Accessori per sistemi in fibra ottica Accoppiatori per fibra ottica Canstar PC3-S-50 -> FCI (1997); Molto difficoltoso reperire informazioni; Tecnologia

Networking Access Layer Le porte in fibra sono realizzate con moduli SFP.

6 Networking Access Layer Si utilizzano switch di layer 2 o 3 con elevata densità di porte. Le connessioni in fibra ottica si usano per uplink verso il distribution layer. Networking Access Layer Le porte in fibra sono realizzate con moduli SFP. Networking Access Layer Networking Distribution/Core Layer Networking Distribution/Core Layer La configurazione del dispositivo è determinata dal numero e dal tipo di cassetti o moduli SFP installati. Le fibre ottiche nelle telecomunicazioni La rete 6

Evoluzione verso -X Afferisce e interconnette altre NREN (National Research & Education Network ) -X

7 Gruppo Armonizzazione Reti per la Ricerca Ente che si occupa della connettività dati dei centri di ricerca; Fornisce accesso ad internet e interconnessione ad alta velocità; Rete -G (Gigabit) Evoluzione verso -X Afferisce e interconnette altre NREN (National Research & Education Network ) -X Università Politecnica delle Marche: POP rete : Connessione con Bologna ad 1Gbps Connessione con Roma a 155Mbps 7

8 Pop presso il Ce.S.M.I. Si ringrazia il personale del Ce.S.M.I. per le foto che seguono. Permutatore Ottico Armadio di centro stella. Connessioni MTRJ Switch Enterasys Matrix N3 Cassetto fibre ottiche Telecom dalla centrale Cassetto fibre ottiche Telecom dalla centrale 8

POP @Univpm Connessioni MTRJ Switch Enterasys Matrix N3 POP @Univpm POP

9 Router Juniper Connessione sedi periferiche (es: Urbino) Router Juniper Connessione con Bologna 1 Gbps A monte del router? Centrale Telefonica di Ateneo A monte del router? Centrale Telefonica di Ateneo Armadio Telecom Italia Schema Anello con centrale Montagnola A monte del router? Centrale Telefonica di Ateneo A monte del router? Centrale Telefonica di Ateneo Arrivo delle fibre ottiche. Ingresso nel router Marconi. 2.5 Gbps SDH STM-16 9

Centrale Telefonica di Ateneo Armadio Telecom Italia Schema Anello con centrale Montagnola A monte del router?

10 A monte del router? Centrale Telefonica di Ateneo A monte del router? Centrale Telefonica di Ateneo Uscita verso le sedi periferiche Uscita verso router Flussi a bit rate minore: 2 Mbit 34 Mbit A monte del router? A monte del router? Centrale Telefonica di Ateneo Centrale Telefonica di Ateneo Permutatore telefonico e dati Connessioni elettriche dati Tecnologie per la trasmissione in fibra ottica Le trasmissioni in fibra ottica possono essere: Singolo segnale Multi segnale con multiplazione a lunghezza d onda. Nel caso DWDM la scelta del colore dipende da: Finestre di attenuazione della fibra ottica; Laser e fotorilevatori utilizzati; Amplificatori utilizzati nella tratta; Larghezza di banda necessaria agli utenti. 10

11 db / km Multiplexer Demultiplexer 1500 THz 750THz 450THz 200 nm 400nm 750nm l = c / f Per aumentare l efficienza di utilizzo della connessione in fibra ottica si utilizza: WDM WaveLenght Division Multiplexing UV Visibile Attenuazione nella fibra ottica IR 1260 nm xwdm O E S C L U 850 nm 1310 nm 1550 nm 1675 nm Spetto del segnale ottico in ingresso l 1 l 2 l 3 l 1, l 2, l 3, l 4 Spetto del segnale ottico in uscita l 1 l 2 l 3 l 4 1 l 4 I multiplatori / demultiplatori ottici sono componenti passivi: Le griglie di frequenza per il WDM sono definite da raccomandazioni ITU: G CWDM ( 20 nm di spaziatura ) G DWDM ( > 0.4 nm di spaziatura) Filtri di Fabry-Perot Reticoli di Bragg Filtri acusto-ottici -- Interferometri Notevoli problemi legati alla trasmissione in fibra ottica: attenuazione; accumulo di rumore generato da amplificatori ottici; effetti non lineari della fibra: dispersione cromatica; dispersione di polarizzazione; miscelazione a quattro onde; diffusione stimolata di Raman; retrodiffusione di Brillouin; Le 3R Reamplifing Reshaping - Retiming Segnale trasmesso Segnale attenuato Segnale 1R - Amplificazione Segnale 2R - Reshaping Segnale 3R - Retiming 11

del segnale ottico in uscita l 1 l 2 l 3 l 4 1 l 4 I multiplatori / demultiplatori ottici sono componenti passivi: Le griglie di frequenza per il WDM sono definite da raccomandazioni ITU: G.694.

O E O O E O O E O O E O Alcuni componenti utilizzati nelle CORE-NETWORKS: OADM Optical Add Drop Multiplexer ROADM Reconfigurable Add Drop Multiplexer Consentono un vero e proprio instradamento della

WSS Wavelenght Selective Switch utilizzano una tecnologia MEMS per selezionare la porta di uscita di un colore Possono essere: 1xN un colore in ingresso verso una delle N porte in uscita Nx1 ogni

12 O E O O E O O E O O E O Alcuni componenti utilizzati nelle CORE-NETWORKS: OADM Optical Add Drop Multiplexer ROADM Reconfigurable Add Drop Multiplexer Consentono un vero e proprio instradamento della lambda. WSS Wavelenght Selective Switch utilizzano una tecnologia MEMS per selezionare la porta di uscita di un colore Possono essere: 1xN un colore in ingresso verso una delle N porte in uscita Nx1 ogni colore in ingresso da una delle N porte verso l uscita XC patch Fixed OADM ROADM con 3R Domanda che giro effettuano i pacchetti TCP/IP per raggiungere gli USA? Sistemi di trasmissione dati in ambiente sottomarino traceroute to ( ), 30 hops max, 40 byte packets 1 gw.univpm.it ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms 4 ru-unian-rc-an.an.garr.net ( ) ms ms ms 5 rc-an-rt1-bo1.bo1.garr.net ( ) ms ms ms 6 rt1-bo1-rt1-mi1-l2.mi1.garr.net ( ) ms ms ms 7 so ar2.lin1.gblx.net ( ) ms ms ms 8 te6-4-10ge.ar7.ams2.gblx.net ( ) ms ms ms 9 KPN-TELECOM-BV.tengigabitethernet4-3.ar7.ams2.kpn.net ( ) ms ms ms I collegamenti intercontinentali sono sempre stati realizzati in cavo: i primi cavi sono stati posati attorno al 1848 con notevoli problemi; erano utilizzati per la trasmissione in codice Morse a bassa velocità; si utilizzavano galvanometri a candela per ricevere i segnali; frequenti i malfunzionamenti Attualmente i cavi posati sono in fibra ottica: aziende che effettuano esclusivamente la progettazione e la posa di cavi; utilizzo di navi speciali; possibilità di recupero ed intervento in loco sul cavo. Regioni del mondo per la gestione dei cavi ( da ) 12

Regione del mediterraneo. SEA-ME-WE 4 Seg. S2, S3, S4 1.

complessivi consente interfacciamento DWA STM-16 STM-4 4 coppie di fibre con 47 x

13 Regione del mediterraneo. SEA-ME-WE 4 Seg. S2, S3, S Tbit/s SAT-3 / WASC / SAFE 40 landing points TAT-14 ( Trans Atlantic ) 3,2 Tbit/s complessivi consente interfacciamento DWA STM-16 STM-4 4 coppie di fibre con 47 x 10Gbps DWDM Componenti per cavi sottomarini Componenti per cavi sottomarini Repeater Optical Submarine Amplifier 13

14 Navi dedicate, problemi: Capacità di trasporto del cavo ( anche 6000 t); Posizionamento accurato; Mantenimento della posizione in fase di calata. Utilizzo di ROV Sistemi di trasmissione dati in ambiente ipogeo Scavo in trincea Scavo in trincea ( quick trencing) 14

15 Muffole e giunzioni Muffole e giunzioni Muffole e giunzioni Loss Tester OTDR Fiber Scope 15

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