NGN le reti per i servizi multimediali del futuro, dalle tecnologie di accesso al Data Center. Alberto Vetuli

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1 NGN le reti per i servizi multimediali del futuro, dalle tecnologie di accesso al Data Center Alberto Vetuli

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3 AZIENDE SANITARIE AO - ASL TELEMEDICINA PRIVATE CLOUD SCENARIO DI SERVIZI E RETI IN ITALIA PUBBLICA MMINISTRAZIONE ENTE CENTRALE ENTE LOCALE FINANZE GIUSTIZIA-PREVIDENZA PRIVATE CLOUD PUBBLICA SICUREZZA PROTEZIONE CIVILE CONTROLLO TERRITORIO PRIVATE CLOUD BANCHE ASSICURAZIONI VIRTUAL DATA CENTER UNIVERSITA SCUOLA CULTURA U N I V E R S I T Y UNIVERSITA MANIFATTURA INDUSTRIA VIRTUAL DATA CENTER SERVIZI AL CITTADINO TELEMETRIA VIDEOSORVEGLIANZA PUBLIC CLOUD IP MULTIMEDIA SUBSYSTEM SISTEMA PUBBLICO DI CONNETTIVITA FISSO (FTTH xpon) NGN RETE IP V4 - V6 MOBILE 4G PUBLIC CLOUD PUBLIC CLOUD BIG INTERNET CITTADINO TELELAVORO TELEMEDICINA STUDENTI TELEDIDATTICA MEDICI OPERATORI SANITARI STUDI PROFESSIONALI IN RETE DISTRETTI INDUSTRALI ARTIGIANALI PICCOLE MEDIE IMPRESE PICCOLI COMUNI ED ENTI LOCALI

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5 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 ( 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

6 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.

7 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 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

8 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.

9 I SERVIZI EROGATI ATTRAVERSO LA NGN VoIP IPTV P2P File Sharing P2P Videoconference Video Sharing WEB 2.0

10 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 m LTE Advanced Rel.10

11 LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN: Livello fisico

12 Esempio di struttura FTTH: Livello fisico High-end Residence High-end Residence House OLT (Optical Line Terminal)

13 LA NGAN COME RETE DI ACCESSO DELLA NGN Scenario di Broadband Optical Access

14 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

15 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 G.984.2)

16 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 ( 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)

17 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

18 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) ELEMENTO PASSIVO 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

19 LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN: Protocolli di accesso Passive Optical Network (PON) ONU ONU ONU Splitter in cascata ONU OLT ONU ONU ONU ONU ONU SCENARIO TIPICO DI AREA RESIDENZIALE SERVITA DA ACCESSO IN FIBRA DI TIPO xpon

20 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: nm nella direzione Upstream; 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.

21 LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN: Lunghezze d onda ottiche e capacità trasmissiva nelle GPON OMCI Mgmt Protocol G.652 Single Mode Fiber

22 LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN Gigabit Passive Optical Network (GPON G.984x) Downstream 2.488Gbps Downlink GPON Encapsulation Method particolarmente performante

23 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

24 LA RETE DI ACCESSO DELLA NGN: Lunghezze d onda ottiche e capacità trasmissiva nelle 10GPON

25 GPON OLT GPON SPLITTER GPON ONT

26 LA NGAN COME RETE DI ACCESSO DELLA NGN Scenario evoluto di Broadband Optical Access con WDM PON

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28 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 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; Tiscali 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 abitanti (50 % della popolazione italiana) con un investimento di 8,5 miliardi di Euro.

29 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 n Aggregazione reti e-m Aggregazione reti LTE LTE Advanced

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31 Scenario Fisso Mobile con IP Multimedia Subsystem (IMS) BS ASN GW ISC INTERFACE VISITED NETWORK SIP PROXY BS enodeb WiMAX A GW HSS I-BCF LTE enodeb A GW I-CSCF S-CSCF APPLICATION SERVER DSLAM BAS ADSL- VDSL2 OLT P-CSCF IP Multimedia Subsystem APPLICATION SERVER GPON EPON OLT RETE IP CIRCUIT SWITCHING NETWORKS 10EPON OLT SIP PROXY SIP GATEWAY PSTN

32 NGN come base per i servizi multimediali

33 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.

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