Lo sviluppo della rete di accesso

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1 Modena, 19 maggio 2009 Università di Modena e Reggio Emilia, Facoltà di Ingegneria S.p.A.

2 Obiettivo dell intervento Fornire una panoramica sullo stato dell arte delle tecnologie utilizzate in rete di accesso Presentare i trend di sviluppo, con particolare riferimento alla rete di Telecom Italia (NGN2) 1

3 Agenda Cos è la rete di accesso? Reti di accesso tradizionali Collegamenti su cavo ( wired ) Le tecnologie xdsl Le soluzioni su fibra ottica Collegamenti radio ( wireless ) Mobile wireless Fixed wireless Next Generation Networks (NGNs) 2

4 Cos è la rete di accesso? La rete di accesso è la parte di una rete di telecomunicazioni (apparati & collegamenti) che raggiunge gli utilizzatori finali. Si distingue dalla rete di dorsale (o backbone), che interconnette le sedi (PoP) di un fornitore di servizi di telecomunicazioni o le sedi principali di una grande azienda multisede Rete di accesso: Molti collegamenti (anche milioni) Bassa velocità (~ Mbit/s) Brevi distanze (< 50 km) Frequenti riconfigurazioni Rete di dorsale Pochi collegamenti Alta Velocità (~ Gbit/s) Lunghe distanze (> 100 km) Limitate riconfigurazioni 3

5 Caratteristiche della rete di accesso E la componente di maggior valore economico di una rete di telecomunicazioni In Telecom Italia, la rete di accesso impegna la maggior parte dei tecnici e rappresenta oltre il 30% delle spese la maggior parte dei guasti riguarda la rete di accesso E inoltre Le caratteristiche della rete di accesso determinano (vincolano) i contenuti che possono essere trasmessi tra gli elementi terminali i della rete 4

6 Il Ruolo della rete di accesso Internet Utilizzatore Rete di accesso Rete di trasporto Telefonia Televisione 5

7 La convergenza dei servizi di telecomunicazioni La convergenza, cioè l unificazione del trasporto di differenti servizi di telecomunicazioni (voce, dati, video = Triple Play) grazie al protocollo IP è una realtà consolidata: Rapidissimo sviluppo della telefonia su IP (VoIP) La questione non è più come avverrà, ma quando Nel 2002 si è avuto il sorpasso del traffico dati sul traffico telefonico Dal 2004 la rete telefonica a lunga distanza di Telecom Italia è trasportata su IP (uno dei primi esempi mondiali di NGN1) Il ruolo centrale delle tecnologie in rete di accesso Larghezza di banda adeguata Economicità e velocità di deployment Copertura del territorio/mercato potenziale NGN1 NGN1 = = IP IP in in rete rete di di trasporto trasporto NGN2 NGN2 = = IP IP in in rete rete di di accesso accesso 6

8 Un esempio: il Quadruple Play di Telecom Italia Quadruple Play = Triple Play (voce, dati/internet, video) + mobile Integrazione di due distinte tecnologie in rete di accesso: rete fissa e rete mobile La soluzione si basa sul modello UMA (Unlicensed Mobile Access), estensione del GSM/GPRS/EDGE, tramite un tunneling dei protocolli attraverso una rete IP e un accesso radio unlicensed (es. WiFi, Bluetooth) Principali caratteristiche: Il terminale è riconosciuto in ambedue i casi mediante lo stesso numero telefonico Il roaming da UMA a GSM e l handover da GSM a UMA è realizzato in modo trasparente all utilizzatore 7

9 Architettura del Quadruple Play 8

10 Architettura della rete di accesso in esercizio: la rete fissa La figura mostra la struttura della rete telefonica tradizionale E importante tenerla presente perché su di essa si pianifica la struttura e l evoluzione della rete di accesso 9

11 Una tassonomia delle tecnologie impiegate nella rete d accesso Sistemi in rame ADSL, ADSL2, ADSL2+ S/HDSL VDSL, VDSL2 Sistemi in fibra ottica Sistemi SDH Sistemi DWDM Metro Ethernet PON/GPON Sistemi radio (wireless) Ponti radio SDH Fixed wireless (WiFi, WiMAX) Mobile wireless (GPRS, EDGE, UMTS, HSDPA) 10

12 Rete di accesso passiva in rame armadi centrale Sedi ad alta densità di linee Rete primaria Rete secondaria 11

13 Rete di accesso attiva in rame armadi centrale Sedi ad alta densità di linee UCR/MUX Rete primaria Rete secondaria 12

14 Accesso su cavi in rame Oggi ADSL Da 640 kbit/s a 4 Mbit/s downstream (ricezione) Da 256 a 512 kbit/s upstream (trasmissione) HDSL / SHDSL N x 2 Mbit/s (simmetrici trasmissione e ricezione) N = 1,, 4 ADSL2+: fino a 20 Mbit/s in funzione della lunghezza del cavo Prossimo passo VDSL2: fino a Mbit/s in funzione della lunghezza del cavo 13

15 La Rivoluzione dell Accesso: il caso ADSL 1992: rilascio degli standard ADSL 1994: prime sperimentazioni in Telecom Italia 1998: lancio servizio commerciale ADSL in Italia (rivolto a grandi aziende e Operatori/ISP) 2009: 6 città coperte (Milano, Torino, Brescia, Padova, Bologna, Roma) 35 centrali attive accessi potenziali comuni su (pari al 95,7% della popolazione) di cui con una copertura superiore al 70% centrali attive su (al 31/12/2008) 6,8M accessi attivi 14

16 Evoluzione copertura broadband

17 Superare il Digital Divide: l evoluzione della copertura NGN1 Telecom Italia ha avviato dal 2006 il proprio Piano Anti Digital Divide, venendo incontro anche alle esigenze dei piccoli comuni localizzati nelle aree più svantaggiate. Questa estensione costituisce un volano pro-concorrenziale che consente, in virtù della regolamentazione vigente a livello wholesale, anche agli altri operatori di ampliare il proprio mercato potenziale Fine 2006: Copertura ADSL Fine 2007: Copertura ADSL Fine 2008: Copertura ADSL Risultano coperte dal servizio ADSL centrali, corrispondenti all 89,4% della popolazione telefonica Risultano coperte dal servizio ADSL circa centrali, corrispondenti al 94 % della popolazione telefonica Nota: coperture al lordo delle linee tecnicamente non servibili in ADSL a causa delle caratteristiche locali della rete di accesso (presenza di apparati, eccessiva distanza dalla centrale, ecc). Risulteranno coperte dal servizio ADSL circa centrali, corrispondenti al 98% della popolazione telefonica Da 92% a 100% Da 83% a 92% Da 78% a 83% Da 73% a 78% Da 52% a 73% 16

18 Copertura per Centrale vs. per Comune Comune A Centrale 1 Centrale 2 Comune B Centrale 3 Una centrale telefonica distribuisce spesso i suoi accessi su due o più Comuni; pertanto non esiste una corrispondenza univoca tra centrali e Comuni Pur in presenza di alto livello di copertura ADSL o CVP della clientela, il numero dei Comuni con copertura non elevata risulta essere relativamente consistente Inoltre un elevato numero di Comuni presenta dimensioni piccole o piccolissime 17

19 Tecnologie xdsl: prestazioni e distanze Mbit/s 50 Tecnologie e performance VDSL2 TOMORROW ADSL2+ TODAY 20 ADSL SHDSL YESTERDAY 8 Average Local Loop Length for TI km 18

20 ADSL 2+ Caratteristiche: Capacità downstream fino a 20 Mbit/s su distanze corte; 8-10 Mbit/s a 1700 m Capacità upstream come quella dell ADSL (~1 Mb/s) Impatti: Infrastruttura: nessun impatto (FTTE) Terminali: il parco delle CPE attualmente in uso non è ADSL2+ ready Standard: Raccomandazione ITU-T G approvata nel 2004 Sono in corso dei minor enhancement 19

21 Architettura di rete per l ADSL Router di accesso... ATM25/ Ethernet ATM25/ Ethernet ATU-R Sede cliente Sede cliente ATU-R DOPPINO ATU-C. ATU-C Mb/s ottico Centrale locale DOPPINO Mux ADSL ATU-C. ATU-C Centrale locale 1 12 Mux ADSL ADM16c ADM16c 155 Mb/s ottico 2.5 Gb/s ottico ADM16c DOPPINO ATU-C. ATU-C 155 Mb/s ottico BPX Verso la Reti di Servizio 1 12 Centrale sede nodo BPX Porta a 155 Mb/s ottica 20

22 VDSL2 Caratteristiche: Elevate bande su loop molto corti grazie a estensioni dello spettro (138kHz 30MHz) FTTCab: Mbit/s (500-50m); FTTB: Mbit/s (<100m) Interoperabilità: Ad oggi soluzioni proprietarie; full interoperability raggiungibile nel corso del triennio Roadmap e Maturità tecnologica Primi chipset commerciali previsti in 1Q06-2Q06 Impatti: Terminali: il parco delle CPE attualmente in uso non è VDSL2 ready Standard ITU-T G (Feb-2006) Trasporto nativo di frame Ethernet (EFM 802.3ah) in modo più efficiente rispetto all inclapsulamento inb trame hdlc Gestione del PSD (Densità Spettrale di potenza) per facilitare la coesistenza di più sistemi VDSL2 sullo stesso cavo/armadio Bonding di più coppie VDSL2 21

23 VDSL2: problematiche tecnologiche Estensione della banda trasmissiva fino a 30 MHz Protezione dai disturbi sulla rete di cablaggio domestico Protezione dai disturbi impulsivi e non stazionari Introduzione di algoritmi di gestione del livello di potenza trasmesso al fine di rispettare criteri di compatibilità spettrale con I sistemi xdsl preesistenti (es. ADSL2+ da CO) Interoperabilità multi- vendor Band Plan 998E17 DS1 US1 DS2 US Band Plan 998E30 US3 DS Band Plan a standard MHz DS1 US1 DS2 US2 US3 DS3 US4 DS MHz 22

24 Architettura della rete di accesso per la fornitura di IP HDTV Il deployment del piano IPTV prevede l utilizzo della tecnologia ADSL2+, con profili rate adaptive 20 4 M in downstream. Per offrire un servizio HDTV (1 canale MPEG-4) è necessario garantire al cliente broadband un bitrate di circa Mbit/s (fixed rate) in downstream. Tali bitrate sono offribili solo ad una percentuale di clienti mediamente più vicini alla centrale di afferenza. Per offrire tale servizio anche ai clienti più distanti, la soluzione tecnico-architetturale consiste nell avvicinare il DSLAM ai clienti, mediante l inserimento in prossimità dei cabinet della rete secondaria di mini-dslam in tecnologia VDSL2. Sede cliente vicino Sede cliente lontano trasporto xwdm IF GbE IP-DSLAM ADSL2+ Centrale IPTV fibra ADSL 2+ su rame IF GbE Cabinet mini- DSLAM VDSL2 CPE ADSL Fail Message On-Line Network Menu GuideCh Up Select Power NLC n3 Ch Dn STB PC VDSL 2 su rame CPE VDSL Fail Message On-Line Network Menu GuideCh Up Select Power NLC n3 Ch Dn STB PC 23

25 Rete di accesso passiva in fibra ottica Stella f.o. Centrale MPX 1 Sede d utente MPX 1 Anello f.o. SAF/ADM/WDM Sede d utente 24

26 Accesso su cavi in fibra Gli accessi in fibra ottica, grazie ai progressi delle tecnologie xdsl, sono indirizzati ad applicazioni ad alta capacità (per clientela professionale): Soluzioni SDH tradizionali Collegamenti DWDM Servizi Metro Ethernet 25

27 Accessi DWDM DWDM Core Network Disponibilità di canali DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) protetti su rete metropolitana o a lunga distanza con capacità di 2,5 o 10 Gbit/s Canale protetto: reinstradato automaticamente in caso di guasto grazie alla presenza di OXC (Optical Cross-Connect) Varietà di protocolli e interfacce verso l utilizzatore (SDH, ATM, Gigabit Ethernet, ESCON, ) 26

28 La rete DWDM di Telecom Italia 27

29 MAN Gigabit Ethernet Nodi di dorsale Nodo di accesso 1 Gbit/s 2 x 1 Gbit/s (IEEE 802.3z) Terminazione standard Terminazione ad alta affidabilità 28

30 PON e GPON 29

31 Accesso radio (wireless) Fixed/Nomadic Wireless WiFi, WiMAX Il terminale si connette alla rete (in presenza di copertura radio) quando è fermo ; viceversa, quando il terminale è in movimento il collegamento non è assicurato. Mobile Wireless GPRS, EDGE, HSDPA Il terminale deve connettersi a larga banda alla rete anche in condizione di mobilità veicolare. 30

32 Wi-Fi in rete di accesso pubblica Wi-Fi (standard: IEEE ) è un complesso di standard per la realizzazione di Radio LAN (WLAN) Hot-Spot: sito dotato di copertura radio Wi-Fi mediante il quale terminali compatibili possono collegarsi a Internet VPN aziendali Servizi a valore aggiunto non disponibili su Internet (walled garden) L Italia è al terzo posto (dopo UK e USA) per numero di Hot Spot Wi-FI (1212). L Emilia-Romagna è la terza regione dopo Lombardia e Lazio ( 31

33 Architettura di uno Hot-Spot Centro Servizi ISP VPN SSG ISP Notebook Walled Garden ASP Multiservice Network Video Content Music Servizi a valore aggiunto 32

34 Mobile Wireless: tecnologie e servizi Su rete GSM: GPRS (General Packet Radio Service): servizio di trasmissione a commutazione di pacchetto. Non è propriamente una tecnologia ad alta velocità (velocità massima teorica: 53,6 kbit/s downlink e 13,4 kbit/s uplink) EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) è una evoluzione del GPRS relativo esclusivamente alla tratta radio dove, grazie ad una tecnica di modulazione del segnale più sofisticata (8-PSK invece di GMSK), l EDGE consente, in media, di triplicare la velocità di trasmissione rispetto al GPRS Su rete UMTS UMTS (Rel. 4) velocità massima teorica: 2 Mbit/s ridotta a 384 kbit/s per non soffocare la cella HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) è una evoluzione di UMTS (Rel. 5) per il miglioramento delle prestazioni in downlink fino a 14 Mbit/s (teorici: previsti in rete Telecom 3,6 Mbit/s) 33

35 Nuove soluzioni per l accesso mobile: le femtocelle Sono progettate per fornire la radiocopertura di un area indoor di dimensioni limitate (un appartamento o un ufficio) Il collegamento alla rete radiomobile avviene via cavo, utilizzando tipicamente una connessione xdsl 34

36 Vantaggi delle femtocelle Incremento della capacità di rete Riduzione traffico sulle macrocelle Miglioramento della copertura indoor Miglioramento del throughput percepito dall utilizzatore Non occorre un terminale dual-mode (UMTS + WiFi) 35

37 La Next Generation Network (NGN2) di Telecom Italia T.I., come tutti gli altri operatori di TLC nel mondo, ha deciso di evolvere verso una rete All IP, in grado di supportare i servizi attuali e soprattutto di fornire le capability per i servizi futuri. Questo percorso è iniziato nel 2000: Pan European Backbone (PEB) per il traffico voce internazionale e il traffico dati: ; Optical Transport Network (OTN) & Optical Packet Backbone (OPB): ; BBN per migrare tutta la fonia di transito su backbone IP (Class 4 replacement): ; Piattaforma di controllo SIP per supportare i servizi VoIP (Alice Voce) e IP Centrex: ; Optical Packet Metro (OPM):

38 NGN2: motivazioni Sviluppo servizi Mass Market fisso: servizi multimediali (Triple Play), abilitati dalla larga diffusione di profili ultra broadband, con velocità di picco downstream a 50/100 Mbit/s Aziende/Pubblica Amministrazione: distribuzione applicazioni informatiche Mobile: evoluzione verso il broadband mobile (>10 Mbit/s) Ottimizzazione delle infrastrutture Progressiva obsolescenza della rete di commutazione tradizionale, che richiede un replacement nel medio-lungo termine; Progressiva saturazione della rete di accesso in rame, al crescere della penetrazione dei servizi broadband; Minori costi operativi 37

39 NGN2: scenari di diffusione Il percorso verso la NGN prevede in generale due metodologie di diffusione : Overlay: affiancamento alle reti tradizionali di una nuova rete di accesso ultra-broadband per offrire servizi IP evoluti solo ai clienti che ne fanno richiesta Total replacement: realizzazione di una nuova rete di accesso ultrabroadband sulla quale migrare la totalità dei clienti di una centrale (sia BB che NB) e sostituzione delle reti di accesso tradizionali (servizi tradizionali simulati/implementati su IP) 38

40 Il progetto NGN2 di Telecom Italia 39

41 Le scelte tecnologiche e le prospettive di sviluppo della NGN2 Access Metro FTTE Fibre Loop Copper Loop BackBone POP CO FTTCab Cabinet FTTB FTTH 40

42 Le soluzioni architetturali per l accesso NGN2 Central Office Primary Network Cabinet Secondary Network Building ( m) ( m) FTTE xdsl ADSL Mbps <1 Mbps FTTCab ONU VDSL2 VDSL2 17M M 2-10 M FTTB VDSL2 30M M M FTTH Optical Gbps 41

43 Le sfide per la riduzione dei costi operativi Da migliaia di centrali, a decine di migliaia di cabinet, a centinaia di migliaia di building Apparati attivi distribuiti sul territorio Requisiti di alta affidabilità degli apparati Requisiti di elevata automazione nei processi di fornitura e configurazione del servizio (Zero Touch provisioning and configuration) Requisiti di basso consumo energetico degli apparati Requisiti di elevata scalabilità dei sistemi OSS ~10k ~100k >1M Central Office Street Cabinet Box 42

44 La soluzione ROF per il supporto dell evoluzione della rete mobile nell architettura NGN2 Backhauling su f.o. (FTTB) per maggiore capacità trasmissiva (es. per HSDPA) microcella Apparato Macrocellulare ONU Sede SL Punti di Apparato Microcellulare diramazione rete secondaria in Modulo RF rame remotizzato cella Sedi SGU (aree urbane) ONU 35 mq T.I. GbE Pool di BANDA BASE delle stazioni che hanno il modulo RF remotizzato su ROF. ONU ONU microcella Soluzione ROF: utilizzo fibra per remotizzazione modulo RF delle stazioni radio micro/macro microcella Copertura indoor AGW 43

45 Riferimenti 44