Pianificazione e progetto di reti geografiche - DPIA Udineweb.diegm.uniud.it/.../1_3_Tecnologie_su_portante_ottica.pdf · Pianificazione e progetto di reti geografiche 3 Tecnologie

Pianificazione e progetto di reti geografiche

3

Tecnologie su portante ottica

1 Ing. David Licursi

Indice

Comunicazioni ottiche

Propagazione in fibra ottica

Giunzione e connettorizzazione

Architetture di accesso nella rete NGN

Rete in fibra ottica

Progettazione della rete in fibra ottica

Trasporto


Propagazione in fibra ottica Le fibre ottiche

Le fibre ottiche sono costituite da un nucleo centrale, circondato ad un mantello esterno. L’indice di rifrazione del nucleo è di poco superiore a quello del mantello:

Durante la propagazione la radiazione luminosa è sostanzialmente confinata nel nucleo.

Prima approssimazione: il meccanismo di confinamento è la riflessione interna totale.

Analisi più accurata della propagazione: teoria modale.



Le fibre ottiche possono essere sia di silice che di opportuni polimeri.

Le fibre di silice sono quelle di gran lunga più utilizzate ed hanno qualità ottiche marcatamente superiori.

Le fibre polimeriche (POF-plastic optical fiber) sono di qualità inferiore (elevata attenuazione), ma hanno costi di produzione e di installazione inferiori. Trovano impiego principalmente nei cablaggi di edifici e nell’illuminotecnica.


Propagazione in fibra ottica Indice di rifrazione

Le proprietà di una fibra ottica solo determinate dalla sua distribuzione d’indice di rifrazione.

I diversi valori dell’indice di rifrazione si ottengono mediante “drogaggio” con opportuni materiali.

Step index

Graded index


Propagazione in fibra ottica Fasi di produzione delle fibre ottiche

Produzione della preforma. La preforma è una barra di vetro che riproduce in scala ingrandita il profilo d’indice della fibra ottica. Le pre-forme hanno lunghezze di circa 1 metro e diametri da qualche centimetro a qualche decina di centimetri (per un peso nell’ordine di qualche chilogrammo). Da una preforma si possono ottenere da 20 km fino a 400 km di fibra ottica.

Filatura. In questa fase la preforma viene filata a caldo per produrre la fibra ottica. L’operazione avviene su opportune torri di filatura alte qualche decina di metri. Durante questa fase vengono applicati alla fibra anche i rivestimenti primario e secondario. La fibra viene filata a velocità comprese tra qualche metro e qualche decina di metri al secondo.

Messa in cavo. Dopo la filatura la fibra si presenta con un “filo” del diametro di circa 0.25 mm. Benché possa resistere alla trazione di 7 kg, la fibra “nuda” è assolutamente inadeguata all’uso in campo. E’ necessario perciò proteggerla inserendola all’interno di cavi più o meno robusti a seconda dell’uso cui sono destinati.


Propagazione in fibra ottica Preforma: Chemical vapour deposition (CVD)

La deposizione chimica per fasi di vapore (CVD) è una tecnica molto utilizzata per produrre materiali di altissima purezza. È già largamente impiegata, ad esempio, nella produzione dei semiconduttori.

La principale reazione chimica che avviene nella CVD è:

nella quale i vapori di tetracloruro di silicio (composto liquido tra -70°C e 57.6°C) vengono ossidati ad alta temperatura (1200÷1600°C), producendo cloro e silice.

La silice precipita sotto forma di particolato, accrescendo la preforma. La reazione è irreversibile.

Uno dei pregi del CVD è che la silice ottenuta è più pura dei reagenti usati (la purezza dei quali è già di per se considerevole, dato il loro ampio uso nell’industria dei semiconduttori). Ciò è possibile sostanzialmente perché, a parità di pressione, il tetracloruro di silicio evapora a temperature molto più basse dei contaminanti. La concentrazione dei contaminanti è di poche decine di ppm.

L’indice di rifrazione della silice vetrosa è 1.4585.


Propagazione in fibra ottica Preforma: Chemical vapour deposition (CVD)

Per realizzare i profili d’indice la silice viene contaminata in maniera controllata con opportuni droganti, che hanno la proprietà di diminuire o aumentare l’indice di rifrazione.

Il drogante più usato è il biossido di germanio, che viene introdotto nella silice miscelando i vapori di SiCl4 con quelli di tetracloruro di germanio, e sfruttando la reazione:


Propagazione in fibra ottica Filatura

La preforma viene filata in fibre su apposite torri di filatura, i cui componenti principali sono:

1. Dispositivo di supporto della preforma in grado di traslare verticalmente.

2. Fornace.

3. Tubo di raffreddamento della fibra.

4. Misuratore di diametro.

5. Applicatore di resina acrilica.

6. Reticolatore per polimerizzare la resina ed ottenere il rivestimento primario. Seguono, non indicati in figura un’altro applicatore ed un’altro reticolatore per il rivestimento secondario.

7. Spinner (opzionale).

8. Bobina di raccolta.

La torre è alta da 5m a 25m, ed è montata su supporti antivibrazione.


Propagazione in fibra ottica Filatura

Uno dei parametri più critici, indicativo della qualità della filatura, è il diametro della fibra. Questo viene costantemente monitorato (eventualmente in più punti della torre), al fine di garantirne un valore costante.

Il rivestimento primario ha le seguenti funzioni:

garantire l’adesione tra rivestimento e silice nella più ampia varietà di condizioni ambientali;

avere, allo stesso tempo, bassa adesione, per facilitare l’asportazione del rivestimento;

proteggere la fibra da pressioni laterali (durante cablaggio e posa) che compromettono l’attenuazione.

Il rivestimento secondario ha le seguenti funzioni:

fornire protezione da agenti chimici esterni e impatti meccanici (es. sforzi da taglio);

assicurare l’asportabilità meccanica;

agevolare le successive lavorazioni della fibra (avvolgimento, cablaggio, ecc.) avendo basso coefficiente d’attrito.



Alla fine della torre la fibra viene avvolta su una bobina di raccolta.

La velocità di rotazione di questa bobina determina la velocità di filatura ed ha quindi influenza sul diametro della fibra.

L’intera torre è gestita da un sistema automatico che, a partire dalla lettura del diametro, controlla la velocità di ingresso della preforma e quella di filatura, al fine di garantire un diametro quanto più possibile omogeneo (solitamente la tolleranza è inferiore al micrometro).

A seconda del tipo di fibra che viene filato, la velocità di filatura varia da pochi metri al secondo a qualche decina di metri al secondo.


Propagazione in fibra ottica Messa in cavo delle fibre ottiche

Per quanto la fibra ottica resista a trazioni superiori rispettoad un filo di rame di pari spessore, è comunque necessario proteggerla.

A tal scopo, la fibra viene circondata da diverse guaine o inserita in cavi con opportune protezioni, a seconda della destinazione d’uso.

Dato che il comportamento meccanico della fibra ottica è abbastanza simile a quello dei fili di rame, i processi di produzione dei cavi in fibra ottica sono affini a quelli già noti ed usati per la produzione dei cavi in rame.

Fattori di danneggiamento:

Sollecitazioni a trazione: stress per la posa, vento per cavi aerei.

Piegatura: attenuazione del segnale o rottura della fibra.

Umidità: assorbimento ioni OH- o microfratture.

Danneggiamenti meccanici per roditori, termiti, transito mezzi pesanti, imbarcazioni, animali marini.

Fulmini: per cavi contenenti conduttori per alimentare i ripetitori..


Propagazione in fibra ottica Cavi a fibre ottiche

Protezione primaria: Rivestimenti acrilici + Rivestimento in plastica rigida aderente alla fibra,diametro esterno di 0.9mm (standard). Questo tipo di cavetto è usato soprattutto nella realizzazione di dispositivi ottici e come elemento di base di bretelle e cavetti.

Nastro (ribbon): Più che di una protezione, si tratta di un particolare arrangiamento. Le fibre rivestite di solo acrilico possono essere accorpate per formare i nastri. Da 2, 4, 8 e 12 fibre. Consentono la giunzione contemporanea di più fibre, riducendo tempi e costi.



Impiego in ambienti “sicuri”: l’unica protezione aggiunta alla fibra è il filato aramidico (solitamente kevlar) che rende il cavo resistente alla trazione.

Il filato, infatti, è usato sia durante l’installazione del cavo(per tirarlo nella canaletta) sia per il successivo ancoraggio dello stesso. Esternamente la struttura è rivestita con una guaina in plastica.

La fibra è rivestita con protezione standard da 0.9 mm.



Protezione aderente (tight): Le fibre nude (ovvero coperte dal solo rivestimento acrilico) sono “affogate” in un opportuno dielettrico (spesso gommasiliconica), che fornisce supporto e protezione.

Protezione lasca (loose): Le fibre nude sono invece alloggiate all’interno di tubetti o discanalature, dette cave, ricavate sui lati di un cilindro dielettrico. Questa seconda tipologia di cavo è di gran lunga la più usata, perché garantisce un migliore isolamento meccanico tra la fibra ed il cavo.


Propagazione in fibra ottica Guide d’onda

Le fibre ottiche sono guide d’onda dielettriche a simmetria cilindrica


Propagazione in fibra ottica Il Decibel


Propagazione in fibra ottica Attenuazione

Le possibili perdite di energia luminosa nella fibra ottica sono dovute a 2 cause fondamentali:

fenomeni di assorbimento (potenza ottica dissipata in calore)

fenomeni di diffusione (potenza ottica che viene “dirottata” su percorsi diversi)

Cause intrinseche: insite nella struttura fondamentale del materiale

Transizioni elettroniche: Transizioni energetiche a livello atomico dalla banda di valenza a quella di conduzione causano assorbimento alle λ più basse. L’attenuazione diminuisce esponenzialmente al crescere di λ.

Vibrazioni molecolari: Interazione fra i fotoni e le molecole della struttura tetraedrica della silice. L’energia dei fotoni provoca un aumento delle vibrazioni e quindi una perdita di energia sotto forma termica.

Cause estrinseche: per presenza di impurezze


Indice


Propagazione in fibra ottica

Giunzione e connettorizzazione




Trasporto


Giunzione e connettorizzazione Segnali ottici

La giunzione tra 2 fibre può essere realizzata mediante:

Giunti a fusione (saldando tra loro le 2 estremità delle fibre, dopo opportuno allineamento);

Giunti meccanici (bloccando le 2 fibre nella posizione di migliore accoppiamento tramite un dispositivo di tipo meccanico);

Connettori meccanici (quando la giunzione tre le 2 fibre non è definitiva)


Comunicazioni ottiche Giunti a fusione

Le estremità delle 2 fibre da saldare, dopo opportuno allineamento, vengono saldate insieme ricreando idealmente l’assoluta continuità della guida ottica.

La saldatura viene ottenuta riscaldando le fibre tramite un arco elettrico.

Lo strumento utilizzato per effettuare saldature si chiama: FUSION SPLICER


Giunzione e connettorizzazione Giunti a fusione

Fasi per la realizzazione di un giunto a fusione:

il rivestimento primario (coating in acrilato) viene rimosso (tramite spelafibre) lasciando scoperto il cladding della fibra; si esegue poi il taglio per clivaggio;

le 2 estremità sono montate e bloccate su opportuni “V-groove”;

le 2 estremità vengono allineate grossolanamente tramite un sistema di microposizionatori, controllando la posizione reciproca delle fibre al microscopio;

segue la fase detta di prefusione, in cui le 2 estremità di fibra vengono sottoposte, ancora ben separate, ad un arco elettrico, rimuovendo così eventuali difetti superficiali;

dopo una fase accurata di allineamento, le fibre vengono spinte l’una contro l’altra con una pressione adeguata e finalmente giuntate per fusione tramite un arco elettrico di intensità e durata sufficienti. Il calore indotto dall’arco elettrico tra gli elettrodi fonde il vetro e genera il giunto.


Giunzione e connettorizzazione Clivaggio delle fibre

Prima di effettuare qualsiasi operazione di giunzione o connettorizzazione, la fibra deve essere opportunamente tagliata, in modo che la faccia della terminazione sia perpendicolare all’asse della fibra (eccetto che nei casi particolari di giunti diagonali). La tecnica di taglio utilizzata è il clivaggio (uguale a quello usato per tagliare il vetro comune).

La fibra è incisa con una lama diamantata; ciò distrugge la tensione superficiale locale e fornisce al vetro un punto dove effettuare la rottura;

la fibra incisa è sottoposta ad un’azione combinata di trazione e flessione fino a provocare una frattura trasversale che dà luogo ad una superficie liscia, piana e perpendicolare all’asse.


Giunzione e connettorizzazione Allineamento delle fibre

L’operazione di allineamento delle 2 fibre è estremamente critica.

Nel caso di fibre mono-modali è necessario allineare 2 nuclei con diametro di meno di 10 μm.

In presenza di possibili eccentricità nucleo-mantello ed ellitticità del nucleo dovute a tolleranze di lavorazione, la possibilità di controllare solo la posizione reciproca dei 2 mantelli (allineamento geometrico) non è sufficiente a garantire un buon accoppiamento tra le fibre.

Per ottenere un allineamento ottimale, riducendo le perdite del giunto, è necessario ricorrere a procedure automatiche di ottimizzazione.

Inoltre durante la fusione lo stato di pressione tra le fibre viene rimosso e la tensione superficiale è tale da causare un auto-allineamento della superficie esterna delle fibre stesse. Questo effetto, che può consentire di recuperare piccoli disassamenti residui, va però controllato con attenzione in quanto provoca l’allineamento delle parti esterne delle fibre senza riguardo alla posizione effettiva dei nuclei.


Giunzione e connettorizzazione Allineamento Light Injection Detection (LID) Una fibra ottica sottoposta ad un raggio di curvatura molto severo perde verso l’esterno parte della luce da essa guidata. Reciprocamente in corrispondenza della stessa curvatura la luce può essere iniettata in fibra agevolmente. La tecnica LID sfrutta questi effetti per ottimizzare l’allineamento.

Dalle 2 estremità delle fibre viene rimosso il rivestimento per alcuni cm, lasciando scoperto il cladding. Le 2 estremità vengono piegate intorno a 2 mandrini.

La luce proveniente da un LED è focalizzata nella fibra piegata in modo da essere iniettata nel core in un modo guidato.

Dal lato opposto, viene posizionato un detector che cattura la luce irradiata dalla fibra piegata.

I microposizionatori muovono le 2 estremità delle fibre inseguendo il massimo di potenza ricevuta dal detector (condizione di allineamento ottimo).


Giunzione e connettorizzazione Allineamento Profile Allignement System (PAS)

Le 2 estremità vengono illuminate con luce infrarossa per determinare esattamente nello spazio la posizione dei 2 nuclei.

Una sorgente di luce collimata illumina lateralmente la fibra, l’attraversamento di regioni con diverso indice di rifrazione deforma la distribuzione di luce sul lato opposto, la scansione punto-punto dell’immagine consente di determinare la posizione del nucleo in un piano.

L’operazione è ripetuta nei 2 piani spaziali, consentendo di determinare l’esatta posizione nello spazio.

L’allineamento continua anche durante la fase di fusione, per determinare le migliori condizioni d’accoppiamento.


Giunzione e connettorizzazione Perdite estrinseche nei giunti

Disallineamento longitudinale: si ha una perdita di potenza in quanto la luce emessa da una fibra diffonde e (in base alla distanza di separazione) in parte non sarà più contenuta nella NA di accettazione dell’altra fibra, non potendo così propagare in modo guidato. Inoltre le 2 facce delle fibre costituiscono una cavità Fabry-Perot, con conseguenti effetti interferometrici di filtraggio. In funzione della lunghezza d’onda e della distanza tra le facce, l’attenuazione può variare tra 0 e 100%.

Disallineamento laterale: è la maggior causa di perdite, soprattutto per le fibre monomodo. Un disallineamento di 1μm causa una perdita di 0.2dB. Un disallineamento di 2.5μm causa una perdita di circa 1dB.

Terminazioni non-perpendicolari: non possibile portare a contatto le 2 fibre.

Disallineamento angolare: è molto critico per le fibre monomodo per via del constrasto d’indice basso (bassa NA). Un errore di 1° causa una perdita di 0.2dB. Un errore di 2° causa una perdita di circa 1dB.

Terminazioni irregolari: impediscono il contatto tra le fibre; inoltre la luce in uscita diffonde.


Giunzione e connettorizzazione Perdite estrinseche nei giunti

Errore di concentricità: insorge quando l’asse del core non è perfettamento centrato rispetto alla fibra. L’allineamento tra i cladding delle fibre non garantisce quindi l’allineamento dei core.

Ellitticità dei core: dipende dalla precisione del processo costruttivo. Ogni ellitticità causa nella fibra un comportamento birifrangente (la fibra esibisce diversi RI rispetto ai 2 assi). Ciò può esaltare effetti di PMD.

Diametro diverso dei core: si ha perdita di potenza passando da un core maggiore ad uno minore (non viceversa). Situazione comune nel caso di fibre multimodo è passaggio da fibre con core 62.5μm a core 50μm -> perdita di circa 3 dB.

Diametro diverso dei cladding: se l’allineamento viene fatto rispetto ai cladding, la loro diversa dimensione non garantisce di poter allineare i core.

Apertura numerica: nelle fibre multimodo si ha perdita di potenza passando da fibre a alta NA e bassa NA (non viceversa) poichè parte della luce entrerà nel cladding e verrà persa. Inoltre diversa NA significa diversi indici di rifrazione: la luce propagando da una fibra all’altra vedrà un salto d’indice, con il conseguente effetto di uno specchio semi-riflettente. Parte della luce sarà retroriflessa.


Giunzione e connettorizzazione Perdite di giunzione a fusione


Giunzione e connettorizzazione Giunti meccanici

Sono utilizzati quando non si vuole effettuare una giunzione permanente tra 2 fibre, ma si prevede la necessità di riaprire il giunto.

le fibre sono tagliate e pulite come nel caso di giunti a fusione;

le fibre sono allineate grossolanamente sfruttando le guide del giunto meccanico;

lo spazio vuoto lasciato tra le 2 estremità delle fibre non perfettamente a contatto è riempito con una resina epossidica avente lo stesso indice di rifrazione del core delle fibre (in modo che la luce non veda discontinuità durante la propagazione nel giunto);

le fibre sono bloccate meccanicamente in maniera non permanente.

Le perdite connesse ai giunti meccanici sono riconducibili alle perdite estrinseche ed alle perdite intrinseche descritte precedentemente per i giunti a fusione.


Indice



FTTB/FTTCurb

FTTH

FTTCab

FTTx a supporto dei servizi mobili



Trasporto


Architetture di accesso nella rete NGN La rete accesso in rame oggi

Redazione

530.000 km cavo

110.000.000 km coppia

140.000 armadi

5.500.000 distributori/terminazioni


Architetture di accesso nella rete NGN Tecnologie xDSL in rete di accesso


Architetture di accesso nella rete NGN Evoluzione FTTx verso FTTH


Architetture di accesso nella rete NGN Architetture di Accesso per NGN


Architetture di accesso nella rete NGN Investimenti per il deployment NGN


Architetture di accesso nella rete NGN Prestazioni


Indice



FTTB/FTTCurb

FTTH

FTTCab




Trasporto


FTTB/FTTCurb Componenti di costo per la soluzione FTTB


FTTB/FTTCurb Sintesi aspetti tecnici FTTB

Scenario Total Replacement

ONU/OLT collegate con GPON (fino a 32 ONU per OLT) con protezione a livello dello Splitter Ottico

Fino a 48 linee VDSL2 per ONU (mediamente 14 utenti per cabinet)

VDSL2 con profili 17 MHz e 30 MHz (possibilità di bonding in futuro)

ONU-B equipaggiata solo con schede VDSL2 (no POTS splitter)

Alimentazione elettrica locale

Riuso del rame esistente per il collegamento tra ONU-building cliente


FTTB/FTTCurb Drop di utente FTTB


FTTB/FTTCurb Componenti del sistema FTTB


FTTB/FTTCurb Specifiche per ONU e OLT

Allocazione di VLAN per Service Provider per Classe di Servizio per porta GPON

Funzionalità avanzate di QoS

Policing/rate limiting per VLAN per CoS

Meccanismi di Security

Elevato numero di canali multicast (min. 1024)

Meccanismi di Admission Control

Tecnologia VDSL2


FTTB/FTTCurb Cabinet FTTB/Curb


Indice



FTTB/FTTCurb

FTTH

FTTCab




Trasporto


FTTH Architettura FTTH brownfield e greenfield


FTTH Componenti di costo per FTTH


FTTH Fattori abilitanti per FTTH in brownfield


Indice



FTTB/FTTCurb

FTTH

FTTCab




Trasporto


FTTCabinet Architettura FTTCab


FTTCabinet Componenti di costo per FTTCab


FTTCabinet Armadio FTTCub

400m lunghezza loop in rame

Cabinet installato di fianco ad armadio esistente e alimentazione locale) contenente due diversi VDSL2 DSLAMs (ECI, Alcatel, 96 linee ciascuno)

Sopralzo installato sopra l’armadio POTS esistente (telealimentato da centrale, ~ 1.9 km), contenente 2 Siemens pizza-box (totale 48 linee)


Indice



FTTB/FTTCurb

FTTH

FTTCab




Trasporto


FTTx a supporto dei servizi mobili FTTx per la rete mobile


FTTx a supporto dei servizi mobili Soluzione ROF per supporto rete mobile


Indice





Trasporto


Rete in fibra ottica I cavi


Rete in fibra ottica I cavi


Rete in fibra ottica Terminazioni presso sedi POP

Sono il complesso di materiali (telai, bretelle e connettori) necessari a connettere e disconnettere gli apparati alle fibre dei cavi.


Rete in fibra ottica Terminazioni presso sedi utente


Rete in fibra ottica Terminazioni presso sedi utente (borchia)


Rete in fibra ottica Terminazioni presso sedi utente (borchia)


Rete in fibra ottica Terminazioni presso sedi utente (subtelaio)


Rete in fibra ottica Terminazioni presso sedi utente (armadietto)


Rete in fibra ottica Muffole

Le muffole di giunzione sono contenitori di moduli per le operazioni di giunzione tra fibre di cavi diversi.

Giunto di linea: per la continuità tra pezzature di cavo

Giunto pot-head: per la continuità tra cavi da esterno e da interno

Giunto di estrazione: per l’estrazione di fibre da un cavo ad alta potenzialità e la loro giunzione a cavi di piccola potenzialità


Indice





Trasporto


Progettazione della rete in fibra ottica Elementi della rete in fibra ottica

Telaio di terminazione: elemento che svolge le funzioni di terminazione del cavo, sezionamento e numerazione delle fibre

Distributore ottico: elemento che svolge la funzione di estrazione di fibre da un cavo di maggiore potenzialità e connessione delle stesse a cavi di minore potenzialità

Rete in cavo a fibre ottiche di distribuzione primaria: porzione della rete tra il telaio di terminazione posto all’interno dell’edificio di Centrale e il distributore

Rete in cavo a fibre ottiche di distribuzione secondaria: porzione della rete tra il distributore e il telaio di terminazione posto nella sede del Cliente


Progettazione della rete in fibra ottica La progettazione del collegamento

Parametri fondamentali:

Attenuazione minima e massima ammesse (dB), funzione di

tipo di fibre

lunghezza del collegamento

tipo e numero di giunti

tipo e numero di connettori

Dispersione cromatica massima ammessa, funzione di

tipo di fibre

caratteristiche del terminale di linea ottico


Progettazione della rete in fibra ottica Topologie di rete

Modalità fisica di connessione tra POP e sedi utente:

singola via, unico instradamento fisico

doppia via totale, doppio instradamento fisico fino alle sedi utente

doppia via parziale, doppio instradamento fisico fino al distributore ottico, unico instradamento fisico dal distributore alla sede utente

Topologie di rete:

a stella, consente la sola connessione in singola via

ad anello, consente qualunque modalità fisica di connessione


Progettazione della rete in fibra ottica Rete a stella


Progettazione della rete in fibra ottica Rete ad anello


Indice





Trasporto

Synchronous Digital Hierarchy (SDH)

Gigabit Ethernet (GbE) - 10 Gigabit Ethernet (10GbE)

Sistemi DWDM


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Svantaggi della PDH

Scarsa capacità disponibile nella trama per scopi di esercizio e manutenzione (in pratica, gestione a livello di collegamento)

Approccio manuale per la gestione del sistema (es. per il reinstradamento dei flussi) e la manutenzione della rete, con conseguente difficoltà di operare riconfigurazione e protezione del traffico

Necessità di demultiplazione completa del segnale di linea fino al livello gerarchico del tributario che si vuole estrarre (multiplazione asincrona)

Mancanza di uno standard mondiale comune, con difficoltà di interconnessione delle reti di diversi operatori

Sistemi di linea proprietari, con conseguenti difficoltà di creare un effettivo ambiente “multi-vendor”


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Vantaggi della SDH

Flessibilità di gestione dei flussi trasmissivi

Interfacce ottiche standard

Protezione automatica del traffico

Funzioni evolute di esercizio e manutenzione

74 Università degli Studi di Udine 23 aprile 2010- David Licursi

Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Multiplatore Add-Drop

Multiplatore Add-Drop (ADM): inserisce e preleva i tributari da un flusso aggregato. La presenza di due interfacce di linea permette di introdurre l’ADM in una sezione di multiplazione (collegamento trasmissivo)

In figura è mostrato un ADM in configurazione lineare di Add-Drop con protezione 1+1


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) RED (Ripartitori Elettronici Digitali)

RED o Digital Cross Connect (DXC): permuta i flussi contenuti negli aggregati ad alta velocità e gli eventuali tributari attestati localmente. Monitorizza la qualità dei flussi.


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Livelli gerarchici SDH e SONET

La multiplazione SDH definisce 6 livelli (ITU-T G.707) tutti basati su trame di durata 125 μs.

Le trame e i segnali dei vari livelli gerarchici SDH sono detti STM-N (Synchronous Transport Module di livello N)

I segnali dei vari livelli gerarchici SONET sono detti STS-N (Synchronous Transport Signal di livello N) o anche OC-N (Optical Carrier di livello N)


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Trama SDH


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Trama SDH

La matrice è trasmessa per righe, da sinistra a destra

2430 byte (19440 bit) per trama STM-1 in 125 μs; ogni byte della trama rappresenta un canale a 64 kbit/s

Section Overhead:

è diviso in Regenerator Section OverHead (RSOH) e Multiplexer Section OverHead (MSOH)

svolge funzioni di allineamento di trama, monitoraggio delle prestazioni, trasporto di informazioni di gestione

Puntatore AU indica dove leggere il carico pagante


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Multiplazione e trasporto SDH

Gli schemi di multiplazione descrivono le modalità con cui i segnale cliente (tributari) sono inseriti (mapped) e messi assieme nella trama SDH

La multiplazione in SDH è basata su regole complesse che combinano diversi "mattoncini" (strutture numeriche) via via come scatole cinesi secondo lo schema di multiplazione

Le strutture numeriche sono insiemi di byte aventi dimensione fissa e costruiti in accordo a prefissati formati

Un punto essenziale è la definizione di una “rete logica” a livello di cammino (trasporto dei contenitori virtuali) disaccoppiata dalla “rete fisica” (sezioni di multiplazione)


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Multiplazione e trasporto SDH


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) I Contenitori Virtuali

Tra le strutture numeriche, i Virtual Container (VC) sono il mattone di base e l'elemento più innovativo rispetto al PDH

Virtual: sono strutture logiche, esistono solo all’interno di STM-N

Container: contengono informazione degli strati “clienti”

È possibile inserire in un VC i bit di un tributario (ad esempio un flusso PDH) o altre strutture numeriche

I VC sono individualmente e indipendentemente accessibili attraverso un puntatore associato


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Regole di multiplazione

Le regole di multiplazione che combinano le strutture numeriche fino a formare una trama STM-N sono descritte dagli standard

Sono definiti tre tipi di relazioni tra strutture numeriche:

mapping di un carico informativo (ad esempio segnale PDH) in un Container (eventualmente con giustificazione per inserire un segnale con frequenza variabile in un Container di dimensione fissa)

multiplazione sincrona di uno o più strutture numeriche in un'altra (per es. interallacciamento byte a byte, aggiunta di byte) con relazione fissa di fase

allineamento di fase di una struttura dentro un'altra con codifica della relazione di fase in un puntatore


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Schema di multiplazione ETSI


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Schema di multiplazione ITU-T


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Strutture numeriche

C Container (Contenitore)

VC Virtual Container (Contenitore Virtuale)

TU Tributary Unit (Unità Tributaria)

TUG Tributary Unit Group (Gruppo di Unità Tributarie)

AU Administrative Unit (Unità Amministrativa)

AUG Administrative Unit Group (Gruppo di Unità Amministrative)

STM Synchronous Transport Module (Modulo di Trasporto Sincrono)


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Ruolo delle strutture numeriche

VC

Usato per le connessioni dello strato di cammino (tra punti di accesso alla rete SDH, per portare dati di utente)

TU/TUG

Usato per adattare i livelli di ordine inferiore (Lower Order Path Layer) a quelli di ordine superiore (Higher Order Path Layer)

AU/AUG

Usato per adattare i livelli di ordine elevato (Higher Order Path Layer) a quello di sezione di multiplazione


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Container C-i

Sono le strutture elementari che contengono le informazioni dell’utilizzatore (livello di circuito) da trasportare fra i punti terminali di un percorso (es. flusso PDH)

Il Container permette il mapping: operazione di inserimento (bloccaggio) del flussi tributari nel Container (di dimensione fissa)

flusso asincroni: giustificazione di bit

flussi sincroni: mapping sincrono a bit o a byte

Un Container comprende cifre di tributario, cifre di riempimento fisso, cifre di opportunità di giustificazione (stuffing) e loro segnalazione, overhead di contenitore

Tributari PDH mappabili nello schema ITU-T:


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Virtual container VC-i

Sono le strutture numeriche usate per le connessioni a livello di percorso; sono pertanto assemblate/disassemblate solo all’ingresso/uscita della rete sincrona

I VC sono costituiti da una capacità utile, usata per il trasporto di un flusso cliente o di TU(G), e da una capacità di servizio (Path OverHead, POH)

Esistono cinque tipi di VC

i VC-11, VC-12 ed il VC-2 sono detti di ordine inferiore (Lower Order, LO)

i VC-3 ed il VC-4 sono detti di ordine superiore (Higher Order, HO)

I VC di ordine inferiore VC-11, VC-12, VC-2 sono strutturati in accordo ad una multitrama composta da 4 trame; Il VC di ordine superiore VC-4 e il VC-3 si distribuiscono su 1 trama


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Tributary unit TU-i

Sono le strutture numeriche impiegate per l’adattamento fra i diversi livelli di percorso

Sono costituite da una capacità utile trasportata (VC) e da una capacità di servizio (puntatore e opportunità di giustificazione)

I TU sono le prime strutture numeriche nel processo di formazione della trama predisposte per la multiplazione sincrona ad interallacciamento di ottetto


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Tributary Unit Group TUG-2 e TUG-3

I TUG sono stati introdotti per limitare le numerosissime combinazioni possibili per assemblare VC inferiori in un VC superiore

Un TUG è costituito da una o più TU omogenee ovvero da più TUG di ordine inferiore, interallacciati byte a byte. I TUG occupano posizioni fisse e predefinite all’interno della capacità utile di trasporto del VC di ordine superiore

I TUG definiti sono i seguenti:

TUG-2 costituito da

1 TU-2

3 TU-12

4 TU-11 (solo schema ITU-T)

TUG-3 costituito da

7 TUG-2

1 TU-3


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Administrative Unit AU-4 e AU-3

Le AU sono le strutture numeriche impiegate per l’adattamento del livello di percorso superiore al livello di sezione di multiplazione

Le AU Sono costituite da

una capacità utile, per il trasporto da un VC di ordine superiore

una capacità di servizio, costituita dal puntatore e dai byte di opportunità di giustificazione, che permette di sincronizzare il VC trasportato rispetto alla trama della sezione di multiplazione (STM-N)

Esistono due tipi di AU:

AU-4

AU-3 (solo schema ITU-T)


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Administrative Unit Group AUG

Svolge una funzione analoga a quella delle TUG

Un AUG può contenere:

un gruppo omogeneo di 3 AU-3 interallacciati byte a byte (solo ITU-T)

una AU-4 (che coincide con l'AUG)

Nello schema ETSI, AUG e AU-4 coincidono


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Synchronous Tranport Module STM-N di rete

Sono le strutture numeriche che costituiscono il supporto per il livello di sezione della rete SDH; esse rappresentano le trame dei diversi ordini gerarchici

Ogni STM è costituito da

una capacità utile di trasporto (AUG)

una capacità di servizio relativa alle sezioni, Section OverHead (SOH), con funzioni di allineamento di trama, controllo del tasso di errore e di esercizio e manutenzione

Il formato del STM-N contiene

N AUG interallacciati byte a byte

un SOH di struttura analoga a quella che si otterrebbe interallacciando byte a byte N SOH di trame STM-1


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Concatenazione

Le capacità base offerte dei cammini virtuali “nativi” SDH sono solo quattro (nello schema ETSI), con un problema di quantizzazione e di limitazione superiore

Le capacità nette sono:

VC-12 2,176 Mbit/s

VC-2 6,784 Mbit/s

VC-3 48,384 Mbit/s

VC-4 149,760 Mbit/s

E’ stato definito il meccanismo della concatenazione, cioè una relazione logica tra VC di uguale livello, per ottenere uno spettro più ampio di valori di capacità di un cammino SDH

Concatenazione contigua

Concatenazione virtuale


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Requisiti per la verifica delle prestazioni

Gli oggetti sottoposti a verifica sono i percorsi (trails) messi a disposizione da uno strato servente ad uno cliente

Le prestazioni di un trail devono essere verificate (monitored) accuratamente mentre il trail è in servizio

Anche le prestazioni dei collegamenti e delle connessioni di sotto rete (tandem connection monitoring) che compongono un trail devono potere essere verificate mentre il trail è in servizio, senza inficiare l’integrità del trail stesso

I parametri usati per la verifica prestazionale devono:

catturare fedelmente le eventuali degradazioni delle prestazioni effettive in modo da favorire le azioni di manutenzione e gestione

essere significativi per il cliente


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Prestazioni

Le due classi fondamentali di parametri di qualità di una rete trasmissiva numerica sono:

Le prestazioni di errore misurano il numero e le caratteristiche statistiche degli errori introdotti nella consegna dell’informazione trasportata attraverso uno strato servente

L’affidabilità misura e caratterizza gli intervalli di tempo durante i quali non è disponibile il segnale numerico per il cliente

I due concetti convergono verso una visione integrata delle prestazioni trasmissive


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Sorgenti di errore

Distorsioni lineari (ampiezza e fase, inclusi i multipath delle tratte radio) e non lineari (es. saturazione negli amplificatori, effetti non lineari nella propagazione in fibra ottica)

Rumore nei ricevitori (termico, shot, impulsivo, interferenze)

Eco

Difetti e invecchiamento dei componenti (es. laser, resistenze di contatto)

Jitter e wander dei sincrosegnali

Gli errori in uno strato possono “propagarsi” nel passaggio verso lo strato cliente (es. un errore nell’interpretazione della giustificazione porta a perdita di allineamento di trama nel PDH)


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Affidabilità


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Grandezze fondamentali


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Guasti e ripristini di una rete

Per una rete trasmissiva, il sistema è la rete e il servizio offerto è un trail di trasporto con qualità specificata.

La distinzione tra prestazioni scadenti in termini di errori trasmissivi e indisponibilità del sistema è arbitraria.

Di fatto, il sistema si può ritenere fuori servizio quando la qualità offerta cade al di sotto di una determinata soglia; si può uscire da questo stato spontaneamente, per mezzo di protocolli di rete o per intervento umano.

Gli eventi di errore sono caratterizzabili considerando intervalli τ (ad es. il tempo di trasmissione di un byte, un secondo, un giorno) e definendo eventi di errore (periodi τ con errori) e intervalli tra eventi di errore (insieme di periodi τ consecutivi non affetti da errori)


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Modello matematico


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Verifica di errore

Gli eventi di errore verificabili in SDH sono

perdita di allineamento di fase

rivelazione di errori binari sui blocchi sottoposti a controllo (trama, VC)

Allineamento di fase a livello di RS significa allineamento di trama; questo allineamento è direttamente trasferito anche a livello di MS

Allineamento di fase a livello HVC/LVC significa, oltre all’allineamento di trama, anche la corretta decodifica del puntatore

Gli indicatori della perdita di corretto allineamento sono gli allarmi LOF per RS, MS-AIS per MS, LOP per tutti i VC



Parametri di prestazioni di errore sono definiti nella Racc. ITU-T G.826 e sono valutati solo durante i periodi di disponibilità

Errored Second (ES)

Intervallo di un secondo durante il quale si è verificato almeno un blocco errato

Severely Disturbed Period (SDP)

fuori servizio: periodo di 1 ms o di quattro blocchi consecutivi (il più lungo dei due) in cui la densità di errore si mantiene non inferiore a 10–2 oppure c’è perdita di segnale

in servizio: difetto di rete (in SDH: path AIS, LOP, path trace mismatch)

Severely Errored Second (SES)

Intervallo di un secondo durante il quale almeno il 30% dei blocchi è errato oppure si è verificato un SDP



Errored Second Ratio (ESR)

Rapporto tra gli ES e la durata di un intervallo di osservazione in cui si sono verificati

Severely Errored Second Ratio (SESR)

Rapporto tra i SES e la durata di un intervallo di osservazione in cui si sono verificati

Background Block Error Ratio (BBER)

Rapporto tra i BBE osservati in un dato intervallo di misura e la durata dell’intervallo; un BBE è un blocco errato che non ha luogo durante un un blocco errato isolato


Synchronous Digital Hierarchy (SDH) Obiettivi di prestazione secondo G.826

Un periodo di indisponibilità inizia con (e include) 10 SES consecutivi e termina con 10 non SES consecutivi (che fanno parte del periodo di disponibilità).

Un percorso bidirezionale è indisponibile se una o entrambe le direzioni di trasmissione lo sono

Il periodo di indisponibilità è chiamato Unavailable Time (UT)

I limiti prestazionali dichiarati nella G.826 fanno riferimento ad un collegamento internazionale ipotetico e possono essere considerati come una sorta di caso peggiore

La G.826 precisa anche le frazioni di limite prestazionale da allocare ad ogni porzione di collegamento


Indice





Trasporto



Sistemi DWDM


Gigabit Ethernet (GbE) Ethernet (IEEE 802.3)

Ethernet è il nome di un protocollo per reti locali, sviluppato nel 1973 a livello sperimentale da Robert Metcalfe e David Boggs, suo assistente, alla Xerox PARC.

L'obiettivo originale dell'esperimento era ottenere una trasmissione affidabile a 3 Mb/s su cavo coassiale in condizioni di traffico contenuto, ma in grado di tollerare bene occasionali picchi di carico.

Nel 1985 IEEE pubblicò la prima versione dello standard IEEE 802.3.


Gigabit Ethernet (GbE) Fast Ethernet (IEEE 802.3u)

Fast Ethernet è l’evoluzione di Ethernet che per il trasporto del traffico alla velocità di 100 Mbps rispetto alla velocità originale Ethernet di 10 Mbps. Tra gli standard ethernet a 100 megabit, 100baseTX è il più comune e supportato dalla grande maggioranza dell'hardware prodotto.

100BASE-TX è la forma predominante di Fast Ethernet, fornendo Ethernet a 100 Mbps e lavora su due coppie di cavi in Cat 5.

100BASE-FX è una versione della Fast Ethernet su fibra ottica. Usa due cavi di fibra, uno per ricevere e uno per trasmettere in modo da non aver bisogno della modalità half duplex, in quanto non ci sono collisioni dato che la rete è su una 10/100BASE-T. Il traffico di rete usa completamente la banda di 100 Mb/s, su un segmento di fibra multimodale full duplex fino a 2Km. Usando una fibra monomodale (100BASE-LX) si può estendere la lunghezza del segmento fino a 60 Km in full-duplex.

100BASE-SX è una versione di Fast Ethernet su fibra ottica. Usa due cavi di fibra per ricevere e trasmettere. È un'alternativa a basso costo rispetto a 100BASE-FX, perché usa ottiche a bassa lunghezza d'onda che sono significativamente meno costose delle ottiche ad alta lunghezza d'onda usate nelle 100BASE-FX. 100BASE-SX può operare a distanze di 300m.


Gigabit Ethernet (GbE) Gigabit ethernet (IEEE 802.3z)

Il Gigabit Ethernet (standard IEEE 802.3z) è l'evoluzione a 1000Mbit/s del protocollo Fast Ethernet (standard IEEE 802.3u) operante a 100 Mbit/s.

Per rendere possibile il Gigabit Ethernet si è reso necessario introdurre delle modifiche al protocollo IEEE 802.3u:

Rimuovere la codifica 4B/5B (125Mbps), ed adottare la codifica 8B/10B nelle varianti 1000BaseSX,1000BaseLX e 1000BaseCX (vedi IEEE 802.3) e la codifica PAM ( Pulse amplitude modulation ) 5X5 (nella variante 1000BaseT).

Vengono usate le 4 coppie di fili UTP simultaneamente (nella variante 1000BaseT a 500Mbps), 2 coppie di fili STP simultaneamente (nella variante 1000BaseCX a 500Mbps) e le fibre multimodali (varianti 1000BaseSX,1000BaseLX).

La trasmissione diviene full-duplex (500Mbps full-duplex).

Vengono usati 5 livelli per simbolo invece che 3 (1000Mbps full-duplex).

Viene usato un Forward Error Correction (FEC) per recuperare 6 dB.

Viene diminuito il Bit Time da 10 ns a 1 ns.

Viene diminuito l'Inter-packet gap da 0.96 μs a 96 ns.


Gigabit Ethernet (GbE) Gigabit ethernet (IEEE 802.3z)

Per rendere possibile il Gigabit Ethernet si è reso necessario introdurre delle modifiche al protocollo IEEE 802.3u:

Viene aumentato lo Slot time da 5.12μs a 4096μs.

Viene introdotto il Frame bursting, e cioè, una stazione può trasmettere più pacchetti in successione senza rilasciare il mezzo trasmissivo fino al burst-limit che è di 65536 bit (8192 ottetti), il primo pacchetto va comunque esteso mediante Carrier Extension, se troppo corto.

Viene introdotto il Carrier Extension, e cioè, l'estensione della dimensione del pacchetto a 4096bit, con dati reali o creati appositamente.


Gigabit Ethernet (GbE) Gigabit ethernet (IEEE 802.3-2005)

La 10 gigabit Ethernet o 10GbE è il più recente (al 2007) ed il più veloce degli standard Ethernet.

Definisce una versione di Ethernet ad un tasso di informazione di 10 Gb/s, dieci volte più veloce della Gigabit Ethernet.

La 10GbE su fibra è descritta dallo standard IEEE 802.3-2005.

La 10 GbE su doppino è stata invece rilasciata nell'emendamento IEEE 802.3an.


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Trasporto



Sistemi DWDM


Sistemi DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing

DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) indica una tecnica di multiplazione che permette di trasmettere contemporaneamente su una singola fibra ottica una molteplicità di segnali generati da sorgenti laser diverse, accordate su differenti lunghezze d’onda, indicate in genere come “lambda”.

Sebbene nell’acronimo DWDM si adotti il termine Wavelength (lunghezza d’onda) piuttosto che Frequency (frequenza), il principio del Multiplexing (multiplazione) è lo stesso della multiplazione a divisione di frequenza.

Nella sigla DWDM la lettera “D” che precede la sequenza di lettere “WDM” indica che la differenza tra le lunghezze d’onda di canali adiacenti è inferiore ad 1 nm, cioè che la multiplazione è di tipo “denso” (dal termine inglese Dense).



Le lunghezze d’onda che interessano le comunicazioni ottiche su fibra, sia su singolo canale sia su multicanale, sono quelle comprese tra 0,6 e 1,8 m e sono collocate quindi nella porzione dello spettro cosiddetto “infrarosso”.

In questo intervallo di lunghezze d’onda è possibile identificare tre regioni di lavoro, denominate prima finestra (intorno a 0,8 m), seconda finestra (intorno a 1,35 m) e terza finestra (intorno a 1,55 m).

A ciascuno di questi intervalli di frequenza corrisponde un minimo locale del valore di attenuazione introdotto dalla fibra ottica.

Tipo di Banda Descrizione Range (nm)

O Original Da 1260 a 1360

E Extended Da 1360 a 1460

S Short Wavelenght Da 1460 a 1530

C Conventional Da 1530 a 1565

L Long Wavelenght Da 1565 a 1625

U Ultralong Wavelenght Da 1625 a 1675



Al giorno d’oggi avendo a disposizione degli amplificatori ottici con alte prestazioni in terza finestra si sono molto sviluppati sistemi DWDM che operano proprio in questa regione trasmissiva.

Sia lavorando in seconda finestra sia in terza finestra si ha a disposizione una banda trasmissiva che è dell’ordine di 25.000 GHz. Ed è quindi all’interno di questa banda, che avviene l’allocazione delle portanti dei diversi canali, seguendo i vincoli imposti dalla normativa.





I sistemi DWDM progettati secondo lo schema di figura sono detti sistemi DWDM monodirezionali in quanto i segnali che viaggiano lungo ciascuna delle due porzioni di fibra ottica, che compongono il collegamento, si propagano in uno stesso verso, cioè nel nostro caso da sinistra verso destra. È stata anche realizzata una classe di sistemi DWDM bidirezionali dove, su ciascuna delle due porzioni di fibra che compongono il collegamento, i segnali si propagano nei due versi opposti, consentendo così di realizzare collegamenti bidirezionali su una singola fibra ottica.

Di solito un collegamento DWDM deve essere di norma bidirezionale e simmetrico, in quanto esso deve permettere la trasmissione di flussi informativi in entrambi i versi.



Si osserva la presenza dei seguenti elementi:

N Sorgenti Laser

Un Multiplexer (MUX) (Accoppiatore Passivo N:1 )

Un Amplificatore di Lancio

Un Amplificatore di Linea (OLA)

Un Pre-amplificatore

Un Demultiplexer (DEMUX) (Splitter Passivo)

N Filtri



Il Multiplexer svolge la funzione di accoppiare (cioè di convogliare) gli N segnali generati dai laser verso un’unica fibra di uscita. Per permettere ai dispositivi posti in ricezione di filtrare in frequenza e quindi di separare i diversi segnali, le lunghezze d’onda delle N Sorgenti Laser devono necessariamente essere diverse.

Per poter recuperare l’attenuazione introdotta dal multiplexer e lanciare in fibra una potenza sufficientemente elevata, il segnale all’uscita di esso deve attraversare un amplificatore ottico detto Amplificatore di Lancio o di potenza (Booster). Quindi il segnale all’uscita del booster è predisposto per essere lanciato nella fibra.

Qualora la distanza tra i due terminali sia troppo elevata, sarà necessario introdurre lungo il percorso uno o più Amplificatori Ottici di Linea chiamati anche OLA (Optical Line Amplifier), i quali hanno il compito di recuperare l’attenuazione introdotta dalla tratta in fibra che li precede.



Prima di raggiungere il Demultiplexer, il segnale a multilunghezza d’onda subisce un’ulteriore amplificazione ad opera del Pre-amplificatore ottico, il quale ha il compito di riportare il livello dei segnali a dei valori tali per cui le successive operazioni di divisione (operata dal demultiplexer) e filtraggio (operato dai filtri ottici) non portino la potenza di ciascun segnale sotto la sensibilità minima dei ricevitori posti a valle dei filtri ottici.

Anche non considerando l’attenuazione introdotta dalla fibra ottica, la presenza dell’accoppiatore, dello splitter e dei filtri, rende necessaria l’amplificazione ottica per l’utilizzo della DWDM nelle effettive condizioni d’impiego, e cioè per distanze tra i due terminali superiori a qualche decina di chilometri.

In assenza di amplificazione ottica, infatti, l’attenuazione introdotta dai componenti passivi (detta perdita d’inserzione) ridurrebbe il livello di potenza di ciascun segnale a livelli insufficienti per una corretta ricezione. L’utilizzo di accoppiatori, splitter e filtri a bassissima perdita d’inserzione rende comunque possibile l’uso della DWDM senza amplificazione ottica in applicazioni di trasporto in ambito locale o metropolitano dove le distanze da superare sono dell’ordine della decina di chilometri.


Sistemi DWDM Vantaggi

Incremento della Capacità (> 1 Tbit/s) e quindi della Connettività dei rami della Rete

Aumento del prodotto Capacità-Distanza

Creazione di percorsi alternativi per la Protezione e Re-instradamento dei segnali

Introduzione di canali di servizio per la Supervisione ed il Controllo

Trasparenza della Rete al trasporto di segnali aventi diversi formati e velocità

Ottimizzazione dell’uso dell’Amplificazione Ottica (dato che si riesce ad avere un’amplificazione simultanea di diversi canali)

Instradamento in Lunghezza d’Onda ( -routing )

Cross-Connessione Ottica (OXC) ed Add/Drop locale di Canali Ottici (OADM)


Sistemi DWDM Schema di un tipico collegamento DWDM

A causa dell’accumulo del rumore ottico, della dispersione (cromatica e di polarizzazione) e degli effetti non lineari è spesso necessario effettuare una rigenerazione completa di ciascuno dei segnali numerici.


Sistemi DWDM Struttura di un rigeneratore DWDM


Sistemi DWDM Progettazione dei collegamenti

La procedura di progetto si basa sul rispetto di tre vincoli:

garantire un rapporto segnale rumore ottico al ricevitore sempre superiore ad un valore minimo specificato dal costruttore;

garantire che la dispersione cromatica totale e la dispersione di polarizzazione totale accumulata sia inferiore al valore massimo tollerato dai ricevitori;

mantenere, con una certa tolleranza, le distorsioni e l'interferenza introdotte dalle non linearità al di sotto dei valori dichiarati dal costruttore.

Il rispetto dei tre vincoli deve essere verificato per il massimo ritmo binario che si prevede di utilizzare su quel collegamento (ad esempio oggi si progetta a 10 Gbit/s)



La progettazione di un collegamento DWDM corrisponde alla determinazione di tutte le configurazioni fattibili (che rispettano i tre vincoli su OSNR, dispersione e non linearità) e alla scelta di una di esse in base a predefiniti criteri di convenienza.



Effetti lineari:

l'attenuazione;

la dispersione cromatica;

la dispersione di polarizzazione (PMD);

l’accumulo del rumore generato dagli amplificatori ottici (ASE, Amplified Spontaneous Emission).

Effetti non lineari:

La retrodiffusione stimolata di Brillouin (SBS)

La diffusione stimolata di Raman (SRS)

L’automodulazione di fase (SPM)

La modulazione di fase incrociata (XPM)

La miscelazione a quattro onde (FWM)

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Università degli Studi di Udine 23 aprile 2010- David Licursi

Sistemi DWDM Calcolo dell’attenuazione


Sistemi DWDM Calcolo dell’OSNR (Optical Signal to Noise Ratio)


Sistemi DWDM Dispersione cromatica e sua compensazione


Sistemi DWDM La limitazione degli effetti del FWM


Sistemi DWDM Progettazione apparato


Sistemi DWDM Progettazione apparato: terminale LT

Nel caso in cui il collegamento realizzato con il sistema DWDM necessiti di una rigenerazione del segnale, devono essere previsti uno o più siti di rigenerazione elettrica. Presso tali siti il segnale ottico viene demultiplato otticamente mediante un apparato LT, rigenerato elettricamente mediante Unità Transponder o rigeneratori SDH e nuovamente multiplato otticamente con un altro apparato LT.

Nel caso in cui per la rigenerazione si utilizzino le Unità Transponder, il sub-telaio del multiplatore ottico LT ne può ospitare un massimo di 4; quindi se il numero delle lunghezze d'onda LTe.


Sistemi DWDM Progettazione apparato: terminale LT

L’apparato LT è costituito da un sub-telaio realizzato in meccanica N3 (H=850mm, W=450mm, D=248mm) organizzato in tre aree: la prima in basso ("Lower Unit Side" in Figura) è riservata alle Unità Transponder (presenti solo nel caso in cui l’LT venga utilizzato nei siti di rigenerazione intermedia e non si adottino per la rigenerazione i rigeneratori SDH) ed alle Unità Booster/Unità Preamplificatore singolo stadio e Preamplificatore (sempre presenti), la parte mediana ("Upper Unit Side" in Figura) è riservata alle parti comuni (Unità di Controllo, Unità End Of Shelf, Unità Ausiliaria, Unità OSC), mentre la terza area in alto ("Connection Unit Side" in Figura) è riservata alle Unità di Connessione.

Il modulo di espansione LTe è costituito da un subtelaio realizzato in meccanica N3 (H=500mm, W=450mm, D=248mm) organizzato in due aree: la prima, in basso, riservata alle Unità Transponder ed alle Unità parti comuni, la seconda, in alto, riservata alle Unità di Connessione.


Sistemi DWDM Struttura del terminale DWDM LT


Sistemi DWDM Struttura dell’espansione LTe


Sistemi DWDM Progettazione apparato: amplificatore LA

L'apparato LA è un amplificatore ottico di linea (OLA: Optical Line Amplifier) per sistemi DWDM.

In particolare l'amplificatore ottico LA usato per svolgere la funzione di amplificazione ottica nel sistema DWDM integrato costituito dal multiplatore ottico LT e dall'eventuale modulo di espansione LTe.

Il terminale è equipaggiato con un interfaccia F per l'accesso da un terminale locale e con un interfaccia Q per la gestione da remoto.

L'apparato LA è equipaggiato con un canale di supervisione ottica OSC (Optical Supervisory Channel) "fuori banda" a 1510 nm per il trasporto delle informazioni relative alla gestione del sistema.

L’apparato è costituito da un subtelaio realizzato in meccanica N3 (H=500mm, W=450mm, D=248mm) organizzato in due aree: la prima in basso è riservata alle Unità Booster, Preamplificatore ed alle parti comuni, la seconda parte è riservata alle Unità di Connessione.


Sistemi DWDM Struttura dell’apparato LA


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Pianificazione e progetto di reti geografiche - DPIA Udineweb.diegm.uniud.it/.../1_3_Tecnologie_su_portante_ottica.pdf · Pianificazione e progetto di reti geografiche 3 Tecnologie