Indice Parte prima Evoluzione della struttura di rete e driver economici Parte seconda Segnalazione Parte terza ADSL Nuova architettura di rete APT
Parte prima Evoluzione della struttura di rete e driver economici 2
Prima struttura generale della rete telefonica nazionale (analogica) CN CC (3 Centri Intercontinentali) (5 Centri Internazionali) 2 CN 21 Centri Compartimentali 232 Centri Distretto 1.399 Centri Settore 1.794 Reti Urbane 10.400 circa Centrali Urbane CD CS CU La struttura era tale in funzione delle caratteristiche degli impianti di commutazione e di trasmissione. Nelle centrali veniva riamplificato il segnale che era attenuato lungo i collegamenti. Col progredire della tecnica numerica sia nella commutazione che nella trasmissione la struttura della rete è stata completamente modificata a partire dalla prima metà degli anni 80. 3
Implicazioni Rete di distribuzione: linee dedicate per cliente in rame, attenuazione elettrica del segnale, gran numero di centrali locali, costi elevatissimi Commutazione: impianti elettromeccanici, pesanti, costi di esercizio elevati, senza memoria Trasmissione: analogica FDM, passo di amplificazione limitato dal rumore, numerosi CD, cavi coassiali, costi elevati Affidabilità e gestione del traffico: dimensionamento a trabocco e non gestibile in tempo reale 4
Seconda struttura generale della rete telefonica nazionale per fonia a commutazione di circuito SGT SGU A SL SL SL Dalla metà degli anni 90 la rete è organizzata su due livelli individuati dagli Stadi di Gruppo Urbani e dagli Stadi di Gruppo di Transito. Sugli SGU sono attestati i clienti attraverso gli Stadi di Linea ed i circuiti trasmissivi con gli SGT, su questi ultimi vi sono solo collegamenti con gli SGU o con gli altri SGT. Per ragioni di affidabilità poi, ogni SGU è collegato a due SGT (es. SGU A); gli SGT sono collegati fra loro a maglia completa. L insieme degli SGU collegati al proprio SGT di riferimento costituisce ai fini dell interconnessione con altri operatori un area gateway per la raccolta e terminazione del traffico. Dal punto di vista tariffario la rete è distinta in distretti. 5
Implicazioni Rete di distribuzione: sempre linee dedicate per cliente in rame, ma grazie alla remotizzazione delle interfacce d utente è stato possibile almeno ridurre alcuni costi infrastrutturali Commutazione: impianti elettronici, costi ridotti, ampliamento dell offerta di servizi, telegestione SW Trasmissione: numerica, rigenerazione anzichè amplificazione, cavi in fibra ottica ad elevatissima capacità, costi unitari ridotti, possibilità di strutture autoriconfigurantesi (anelli, maglie) Affidabilità e gestione del traffico: migliorata relativamente al tasso di guasto unitario, rischio teorico di down di sistema di cx, possibilità di reinstradare automaticamente 6
Struttura della rete di distribuzione in rame A R M BOX SGU DSLAM ADSL A U P U A R M BOX A R M BOX BOX BOX BOX 7
Rete trasmissiva (punto-punto asincrona) Dal punto di vista fisico e logico i collegamenti tra le centrali coincidevano non essendoci la possibilità di gestire in modo automatico il traffico e quindi la struttura di rete era una struttura punto-punto. Era realizzata dal punto di vista trasmissivo attraverso collegamenti asincroni tra i vari nodi. SGT SGT Rete nazionale SGT SGU SGU Reti Regionali SGU SGU SL Reti Locali 8
Rete trasmissiva asincrona Detta anche plesiocrona. E la normale rete trasmissiva, il clock è estratto dal flusso ricevuto. La multiplazione è effettuata con la tecnica del pulse-stuffing che consente, mediante l aggiunta di bit di giustificazione e di controllo, la trasmissione di flussi tributari mantenendone inalterato il relativo orologio di temporizzazione, pur essendo quest ultimo originato da una sorgente diversa. Nella rete asincrona, si hanno le seguenti gerarchie: 2,4 Kb/s - 4,8 Kb/s - 9,6 Kb/s - 14,4 Kb/s - 19,2 Kb/s - 64 Kb/s n x 64 Kb/s - 2 Mb/s - 8 Mb/s - 34 Mb/s - 140 Mb/s - 565 Mb/s 2,5 Gb/s - 10 Gb/s. Per usi fonici la gerarchia utilizzata parte da 64 Kb/s. 9
Rete trasmissiva asincrona vantaggi E ottimizzata per i collegamenti punto-punto completamente terminati agli estremi, senza cioè transiti. svantaggi Complessità della struttura di trama: demux/mux dei flussi di ordine superiore anche per estrarre un singolo tributario. Diversità di trame per diversi ordini gerarchici. Scarsa capacità trasmissiva ausiliaria, sia per l utente che per il gestore: richiede l utilizzo di reti ausiliarie per la gestione. Non adatte a strutture di rete complesse come quelle magliate dove si richiedono parecchi trattamenti sui singoli tributari. 10
Rete trasmissiva (ad anelli, sincrona) SGT Rete nazionale SGT SGT SGU SGU Reti Regionali SGU SGU SL Reti Locali La rete nazionale comprende tutti i sistemi trasmissivi tra nodi sedi di SGT; quella regionale i sistemi inter-sgu ed SGU-SGT. Le reti locali comprendono tutti i sistemi trasmissivi originati e terminati su di una stessa area di commutazione cioè su di un SGU. Questo schema si riferisce alla rete sincrona in cui i circuiti vengono realizzati su anelli SDH. Il backbone TI è composto da 6 anelli logici tra 16 nodi Nazionali realizzati a 4 fibre NZDF (Non Zero Dispersion Fiber), la velocità è di nx2,5 Gbit/s e nx10 Gbit/s in DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). 11
Rete trasmissiva sincrona Detta anche Synchronous Digital Hierarchy è dotata di un sistema di sincronizzazione comune a tutta la rete, naturalmente prevede anche una struttura di trama tale da consentire alla rete di operare correttamente anche in presenza di flussi da trasportare con orologi non agganciati al clock principale (come nel caso di flussi PDH), od in presenza di distorsioni di fase dovuti ad esempio a ritardi di propagazione, jitter, ecc. Supera i principali limiti della rete asincrona, consente infatti: flessibilità di gestione dei flussi trasmissivi in quanto si ha, grazie al sincronismo la piena visibilità sui flussi tributari; facilitazione nel drop-insert consente una disponibilità notevole di canali ausiliari; per l E&M non vi sono sistemi sovrapposti nella normativa sono comprese le standardizzazioni delle interfacce ottiche consentendo così al gestore di operare in ambiente multivendor è progettata per garantire una protezione del traffico in quanto nasce per essere utilizzata in configurazioni ad anello e gli apparati stessi sono in grado di dare informazioni sull integrità di linea. Ha restoration time dell ordine dei 50 ms. velocità di cifra: 155 Mb/s, 622 Mb/s, 2,4 Gb/s, 10 Gb/s (quest ultima fino a 40 λ in DWDM) 12
Rete trasmissiva sincrona Il sincronismo è trasmesso da due reti gerarchiche indipendenti integrate negli anelli e basate su orologi nazionali al rubidio. Gli apparati fondamentali della rete SDH sono gli Add-Drop Multiplexer che sono gli aggregatori/disaggregatori dei flussi trasmissivi. In rete esistono ADM-1 (fino a 155 Mb/s), ADM-4 (fino a 622 Mb/s), ADM 16 (fino a 2,5 Gb/s). A titolo d esempio la struttura di una trama a 155 Mb/s è la seguente: 9 colonne 261 colonne 9 righe over payload head Risulta: (270x9) x 8 (bit) x 8000 = 155,52 Mb/s 125 µs 13
Topologie: Anelli e Maglie SGT Maglie Consentono una maggiore efficienza nell utilizzo delle risorse, sono scalabili. Devono consentire però dei restoration time comparabili agli anelli Anelli La struttura ad anello non è scalabile: una volta saturato l anello occorre costruirne un altro utilizzando altre fibre in quanto viene sempre sfruttata la massima velocità possibile. Gli anelli hanno quindi uno svantaggio intrinseco per un gestore: non consentono di massimizzare l utilizzo delle risorse e quindi sono meno efficienti di una struttura a maglia dove posso condividere fra più servizi le risorse di protezione. SGT SGT SGU SGU SGU 14
Protocolli: ATM E una particolare modalità di trasmissione asincrona di pacchetti di lunghezza fissa detti celle, Asynchronous Transfer Mode. E utilizzata per trasmissioni dati ad alta ed altissima velocità (fino a 2,5 Gb/s). Le connessioni sono di tipo virtuale: non c è un allocazione permanente di banda trasmissiva alla connessione, l allocazione avviene nei tempi e nelle quantità relativi all effettiva presenza di celle da trasportare. Carico: Celle ATM Vagoni: Virtual Channels Treno: Virtual Path Binari: Anello SDH 15
SDH ed ATM Di fatto sono due tecnologie complementari e costituiscono due fattori molto importanti per l evoluzione della rete trasmissiva. L SDH è la tecnica più adeguata per realizzare lo strato trasmissivo della rete, mentre l ATM consentendo di migliorare la flessibilità d impiego della capacità trasmissiva, specie in presenza di sorgenti ad elevata variabilità di throughput, è una tecnologia adeguata per le funzioni di multiplazione e commutazione. La banda nei sistemi SDH può essere facilmente concatenata in n x 155 Mb/s realizzando quindi con ATM un sistema estremamente flessibile fra i due livelli, ciascuno dotato di propri meccanismi di controllo e gestione I meccanismi e le topologie di rete SDH garantiscono i livelli di disponibilità dei collegamenti necessari per i servizi multimediali a larga banda. La sincronizzazione dell SDH può essere utilizzata per risolvere molti dei problemi di sincronizzazione degli apparati ATM. 16
Servizi offerti su piattaforma ATM Tipicamente vengono offerti in ATM tutti quei servizi (scalabili da 64 kbit/s a 155 Mbit/s che richiedono un elevato rapporto tra velocità di picco e velocità media quali: Servizi VPN (Virtual Private Network) MAN WAN per collegamenti any to any aperti anche al traffico da/verso Internet. Fast Internet Fast Ethernet 17
Protocolli: struttura della pila IP ATM SDH DWDM applicativo, Dati best effort instradamento, efficienza, QoS protezione, gestione, Real Time Trasporto, capacità trasmissiva DWDM e SDH sono supporti per servizi real time come la voce, per i dati serve uno strato cuscinetto che sia in grado di garantire una certa qualità e la gestione del traffico, che il protocollo IP da solo non è in grado di dare. In questo caso l IP è un protocollo aggiunto, un add-on 18
Parte seconda Rete di segnalazione (Rete Intelligente) 19
Rete di segnalazione La segnalazione è l insieme dei comandi elettrici e/o logici che permettono lato cliente di effettuare/ricevere una chiamata e/o usufruire dei vari servizi e lato rete di operare. Nelle centrali elettromeccaniche la selezione si consumava via via che si instradava una chiamata tra i vari nodi della rete. La segnalazione del telefono era operata a impulsi elettrici, secondo un codice decadico. Le centrali numeriche consentono di mantenere memoria della selezione e dell identificativo del cliente, consentendo di erogare servizi di tutti i tipi. Per far questo si è costruita una rete apposita a pacchetto integrata nella rete telefonica che gestisce, tramite appositi centri, il loro funzionamento. La segnalazione del telefono è a toni MF o a pacchetto nel VoIP. 20
Esempi di servizi basati sulla Rete Intelligente Numero Verde (800...) Reti Private Virtuali (RPV) Servizi a tariffa Premio (144..,166..,709..) Addebito Ripartito (analogo al numero verde, ma con tassazione in parte a carico del chiamante, 848..) Numerazione Universale (analogo al N.V., ma con tassazione a carico del chiamante) Chiamate di massa e Televoting (0369,0769,0878...) Mantenimento del numero nel caso di cambio di operatore Giochi Servizi 4* Videotelefonia Instradamento dinamico dei servizi da operatore 21
Architettura di massima della Rete Intelligente Gestore S T P STP STP STP STP S M S SCP C.L. STP SCP SMS C.L. PSTN CCITT #7 Signal Transfer Point (tutti gli SGU) Service Control Point Cliente Service Mngt System autorizzato Centrale Locale Public Switching Tel. Net. PSTN 22
Parte terza ADSL Evoluzione della struttura di rete APT 23
ADSL ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line Larga banda su doppino in rame L interfaccia telefonica è gestita in modo tradizionale Incontro tra il mondo delle telecomunicazioni tradizionali, telecomunicazioni a larga banda, servizi on line introdotti da Internet Integrazione di tutti i servizi di comunicazione basati su protocollo IP 24
ADSL: MODELLO FUNZIONALE NT ATU-C Doppino telefonico STM-1 DSL AM ADSL LT POTS Splitter POTS splitter Modem ADSL ATU-R interf. CENTRALE TELEFONICA Ethernet USB Cp CENTRALE CLIENTE 25
ADSL: PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO IN LINEA DB ADSL 2+ ADSL 2 POTS UPSTREAM DOWNSTREAM KHZ 4 20 138 200 1100 2200 1 16 256 MODULAZIONE QAM CON 256 PORTANTI E MAX 1024 QAM PER PORTANTE CHE VARIA IN MANIERA DINAMICA 26
Nuova architettura di rete a Larga Banda E sempre più richiesta una larghezza di banda maggiore per servizi di tipo multimediale e basati su protocolli IP (APT). Con l ADSL 2+ si arriva a max 24Mb/s e 1,2Mb/s upload. La richiesta proviene dalla parte più evoluta della clientela di massa E necessaria anche bidirezionalità ad elevata velocità Naturalmente i nuovi servizi devono consentire l utilizzo di quelli già esistenti La nuova struttura di rete deve quindi consentire fino alla sede del cliente tutte queste prestazioni, pertanto si è dovuto agire contemporaneamente su: commutazione rete trasmissiva rete di distribuzione filosofia di gestione In sostanza si sta modificando completamente la rete attuale per permetterle di passare da una rete concepita per la trasmissione di segnali fonici e dati ad una basata sulla trasmissione integrata di voce, dati ed immagini anche in mobilità basata a finale sul protocollo IP. 27
Evoluzione della pila protocollare IP ATM SDH DWDM VoIP grande ridondanza funzionale duplicazione di funzioni (es. routing) Quindi: costi elevati, maggior complessità, minor flessibilità Questi sono i punti di partenza per l evoluzione in corso per la rete che assume l IP come paradigma di funzionamento. Lo sviluppo tecnologico ha portato alla disponibilità di router veloci Gb/s Tb/s: non serve l ATM per i nodi di commutazione. 28
Evoluzione della pila protocollare - GMPLS Multi Protocol Label Switching: è il protocollo che consente di fare il labeling e cioè i circuiti virtuali, quindi si può fare a meno dell ATM. ATM IP/MPLS Dati best effort QoS instradamento, efficienza, QoS SDH protezione, gestione, Real Time DWDM Trasporto, capacità trasmissiva Esiste un label swiching path che consente ai router di gestire velocemente l instradamento per ogni pacchetto IP in arrivo. Semplificazione della pila e delle apparecchiature. Il protocollo è evoluto nel Generalized MPLS che viene utilizzato dalle reti ASON per eliminare sia la parte ATM che direttamente lo strato SDH introducendo direttamente a livello ottico le funzioni dell SDH. 29
Evoluzione della pila protocollare GMPLS Evoluzione della stratificazione - ASON Gli strati diventano due, la rete ottica prende il nome di Optical Packet Backbone IP/GMPLS DWDM La rete a questo punto deve garantire comunque almeno tutte le Funzioni precedentemente svolte e con la medesima affidabilità. Devono quindi essere svolte dallo strato ottico funzioni svolte dagli strati superiori quali ad esempio protezione ed instradamento. La soluzione viene dalle Automatically Switched Optical Network. 30
Rete trasmissiva - Automatically Switched Optical Network: trasparenza Si sono rese disponibili nuove tecnologie per le reti ottiche che consentono di offrire nuovi servizi diminuendo i costi per bit. Si è introdotto il concetto di trasparenza cioè la rete di trasporto deve essere indipendente dal tipo di segnale numerico trasportato quale trama e clock. L esigenza di trasparenza deriva dalla necessità di fornire servizi di tipo WAN (Gbit Ethernet, fiber channel) alle grandi utenze affari sia per servizi di canale ottico wholesale a clienti in possesso di una rete SDH propria senza alterarne il contenuto e senza creare reti sovrapposte. 31
Rete trasmissiva - Automatically Switched Optical Network: intelligenza ai nodi Si è riusciti a trasferire nei nodi SDH una maggior intelligenza consentendo così di velocizzare i processi di gestione della rete e la prestazione di fast restoration. Quest ultima consente di tornare a realizzare strutture topologiche più efficienti e cioè a maglia mantenendo livelli elevatissimi di protezione. Si sta quindi introducendo la soluzione ASON in cui ogni nodo per favorire scalabilità e semplificare e velocizzare i processi di attivazione e disattivazione di ciascuna connessione è dotato di un Optical Connection Controller in grado di colloquiare con gli altri OCC e col sistema di gestione centralizzato. Le funzioni usufruibili da una rete ASON sono: attivazione end to end automatica, reti virtuali ottiche, la possibilità di fornire differenti qualità di servizio (in termini di affidabilità). 32
Rete trasmissiva - Automatically Switched Optical Network: apparati integrati Si introducono in rete gli ODXC (Optical Digital Cross Connect) che consentono di : permutare sia flussi SDH sia canali ottici gestire protezioni SDH classiche gestire protezioni a livello di canale ottico in modalità fast restoration DWDM OCh nativi ADM SDH DWDM DWDM OCh nativi ODXC DWDM SDH OCh: Optical Channel 33
Rete Trasmissiva - Automatically Switched Optical Network: architettura a tre piani Control plane OCC Management plane NMS UNI Signalling OCC OCC OCC NMI-A NMI-T Client Data (IP, ATM, ecc.) CCI Switch Switch Switch Transport plane UNI: User Network Interface (signalling) OCC: Optical Connection Controller CCI: Connection Control Interface NMS: Network Mngt System NMI-A: Network Mngt Interface for ASON control plane NMI-T: Network Mngt Interface for Transport plane 34
La Rete di commutazione (attuale) Livello di transito Funzioni di transito svolte dai BBN 24 POPs BBN V NGN V Commutazione locale 628 SGU Nodi di accesso 10.400 (*) SL Clienti (*) di cui circa 6.000 Stadi di Linea collegati in Fibra Ottica 35
Struttura in costruzione Stadio di linea PSTN Class 5 switch Accesso integrato Rete di accesso in rame Mux xds L GW IP Soft switch Rete di segnalazione 36
Rete di distribuzione: tecnologie xdsl, evoluzione e limiti La velocità massima disponibile su accesso in rame dipende dalla lunghezza del doppino. Km 37
Rete di distribuzione: architetture di accesso FTTx 38
Rete di distribuzione: evoluzione accesso banda larga - NGN2 IAD (*) TX AGW AGW FTTCa b Outdoor ONU VDSL G.PON Secondaria rame IAD (*) IAD (*) Colonna montante Intercettazion e entrata coppie alta densita abitativa PON OLT Rame per ULL VDSL GPON Fibra Splitter ottico Distributore rete in rame Punto Fibra FTTCurb Outdoor ONU VDSL G.PON AGW AGW FTTB AGW 39
Sistemi di gestione della rete- modello di rifermento Sistemi di Gestione dei Servizi Sistemi di Gestione di Rete 40
Advanced Personal Telephony (VoIP, Home TV) imss UDB UTENTE ALICE Home TV IP DSLAM ADSL POTS (CLI RTG) SGU IAD DECT WiFi STB TV (CLI- SUPPLEMENTARE) (CLI- PRINCIPALE) 41
APT (fisso) Piattaforma di Servizio UDB Cl.5 imss Cl.4 imss HTTP ISUP/ISUP - IVS SIPv2 MGCP MG Trasporto IP Network V BBN PSTN SGU Accesso Terminale ADSL DSLAM UMA IAD PBX 42
Nuova architettura della rete (*) Anche mobile [4G] LAN PABX (*)? RETE CELL. Accesso integrato UMTS- HSxPA DVB-H UMA WiMax WiBro BTS Hot Spot NODO xdsl SL NODI ACCESSO MSC POP EDGE SGU NODI SERVIZI INTELLIGENZA DI RETE BACKBONE ATM IP/GMPLS BACKBONE ITZ OLO ISP ASP 43