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VALENTINA BRIZI TELECOM ITALIA Technology & Operations - Network Engineering Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA Principali.

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Presentazione sul tema: "VALENTINA BRIZI TELECOM ITALIA Technology & Operations - Network Engineering Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA Principali."— Transcript della presentazione:

1 VALENTINA BRIZI TELECOM ITALIA Technology & Operations - Network Engineering Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA Principali applicazioni ed evoluzioni previste UNIVERSITA LA SAPIENZA, 10 DICEMBRE 2009

2 Valentina BriziUNIVERSITA LA SAPIENZA – 10 DICEMBRE 2009 Agenda Lo scenario tecnologico: il WDM, le sue origini e le sue applicazioni –Le componenti fondamentali –Esempi di progettazione –Le applicazioni nella Rete TI Levoluzione –Il 100G –Le reti intelligenti all optical

3 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 3 Concetti Chiave Sistemi DWDM: principi e componenti fondamentali Fibra ottica e caratteristiche relative Problematiche trasmissive nelle fibre ottiche e loro soluzione

4 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 4 Che cosa e il WDM? Wavelenght Division Multiplexing Trasmissione di più segnali ottici multiplati a divisione di lunghezza donda (frequenza)

5 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 5 Schema generale di un sistema DWDM Punto - Punto OLT (Optical Line Terminal)

6 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 6 Bande di funzionamento DWDM Fibra G.653 Banda CBanda L [nm] 0 =1550 nm 0 =1550 nm Fino a 12 canali a 10 Gbit/s non-equispaziati in frequenza Fino a 40 canali a 10 Gbit/s (espandibili ad 80) equispaziati in frequenza (100 GHz e 50 GHz) / Fibra G.652 / G.655 [nm] Fino a 40 canali (espandibili ad 80) a 10 Gbit/s equispaziati in frequenza (100 GHz e 50 GHz) Fino a 40 canali (espandibili ad 80) a 10 Gbit/s equispaziati in frequenza (100 GHz e 50 GHz) Banda CBanda L 1610/1625 Banda L

7 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 7 Tipi di sorgenti del segnale ottico LED Fabry-PerotDFB Diodi LASER Sorgenti LED (i primi utilizzati per la trasmissione in fibra) Lenti, spettro relativamente ampio, luce poco focalizzata, ovvero cono di illuminazione ampio elevata perdita di accoppiamento con la fibra (10-20dB in fibre multi-mode e fino a 30 dB in single-mode) Laser (successivi ai LED e con prestazioni superiori) Superano limiti dei LED e sono un fattore abilitante della tecnologia DWDM Diverse tipologie di laser utilizzate(Fabry-Perot, Distributed Feedback (DFB) lasers, Distributed Bragg Reflector (DBR) laser

8 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 8 Modulazione On/Off Keying: due livelli di potenza luminosa On e Off sono associati ai bit 1 e 0. Implementata in due modalità, NRZ ed RZ Non Return to Zero (NRZ): ad ogni 1 corrisponde il valore On di potenza luminosa per tutto il tempo di bit Return to Zero (RZ): ad ogni 1 corrisponde il valoreOn di potenza luminosa per un periodo limitato del tempo di bit (1/2 o 1/3) RZ NRZ La modulazione del segnale ottico

9 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 9 Phase Shift Keying (PSK): la variazione sistematica e realizzata sulla fase del segnale luminoso e non sullampiezza Quadrature PSK (QPSK): i valori di fase ammessi (simboli della costellazione) sono 4 A ogni simbolo sono associati due bit Differential QPSK (DQPSK) Invece di associare ad ogni coppia di bit una coppia di valori di fase assoluti (es. 11 corrisponde a [+45°, +45°]) si modula la fase in funzione delle variazioni dei bit '00', '01', '11', '10' con 0°, 90°, 180°, - 90° (es. da 00 a 01 si varia la fase di 90°) La modulazione del segnale ottico

10 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 10 La multiplazione/demultiplazione delle lunghezze donda I multiplatori/demultiplatori ottici sono componenti passivi in grado di multiplare/demultiplare i segnali colorati caratterizzati da diverse lunghezze donda Possono essere realizzati con le seguenti modalità Filtri di Fabry Perot Reticoli: di Bragg, in fibra, in schiere di fibra ottica (AWG) Filtri acusto-ottici Interferometri Mach-Zehnder

11 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 11 I ricevitori Trasformano segnale luminoso in segnale elettrico Sono dei fotodiodi con funzionamento opposto rispetto ai LED Sono dispositivi che hanno una finestra di ricezione ampia (lo stesso fotorilevatore e in grado di convertire segnali luminosi a diverse lunghezze donda) Esistono diverse categorie Positive-Intrinsic-Negative (PIN) diode, corrente proporzionale alla potenza luminosa Avalanche PhotoDiode (APD), extra-guadagno di corrente ma piu rumore PIN Alta velocità Sensibilità Limitata APD Velocità limitata Alta sensibilità Fotodiodi

12 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 12 Ricevitore wideband Segnale Client in 3RTrasmettitore conversione O-E-O k Segnale Client out rappresentazione schematica Transponder nm (15xx) nm In Out In Out Il Transponder Effettua una traslazione del segnale ottico utente convertendolo in una frequenza compatibile con la griglia di funzionamento del sistema DWDM Verso il Mux Dal Demux I transponder disponibili commercialmente sono fully tunable, ovvero i laser possono essere sintonizzati via software su qualsiasi delle 80 lunghezza donda disponibili nella griglia di funzionamento.

13 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 13 Problemi trasmissivi nelle fibre ottiche EFFETTI LINEARI Attenuazione della fibra, dovuta alla struttura del materiale e alle impurità di produzione Dispersione Cromatica (CD): dipendenza dellindice di rifrazione dalla lunghezza donda Dispersione di polarizzazione (PMD): birifrangenza dovuta alla dipendenza dallo stato di polarizzazione del segnale Rumore introdotto dagli amplificatori ottici per emissione spontanea (ASE) EFFETTI NON LINEARI: Fenomeni di diffusione (scattering): SBS retrodiffusione stimolata di Brilluoin: una parte del segnale trasmesso viene persa perché retroddiffusa SBR diffusione stimolata di Raman: una parte della Potenza del segnale relativo ad una λ passa ad una λ superiore Fenomeni dovuti alleffetto Keer (indice di rifrazione dipendente dalla potenza ottica del segnale) SPM auto modulazione di fase: allargamento dello spettro XPM modulazione di fase incrociata: la variazione temporale della potenza di un canale induce una modulazione di fase su i canali adiacenti FWM miscelazione a 4 onde; lInterazione tra tre segnali trasmessi ne genera un quarto

14 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 14 Diagramma a occhio E il diagramma utile per visualizzare il degrado dei segnali trasportati su fibra Soglia di decisione per gli 1 Soglia di decisione per gli 0 Zona grigia NRZ

15 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 15 Attenuazione Riduzione del livello di potenza ottica allaumentare della distanza (lineare) E funzione della lunghezza donda (non tutte le lambda sono attenuate dello stesso fattore) e dovuta alla struttura molecolare della fibra, giunzioni e connettori

16 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 16 Compensazione dellattenuazione: gli amplificatori Per compensare gli effetti dellattenuazione ed estendere la portata del segnale luminoso occorre amplificare il segnale dopo un certo numero di km con un Optical Line Amplifier (OLA) Gli amplificatori ottici si basano sul principio dellemissione stimolata: Amplificatori laser a semiconduttore (SOA) Amplificatori a fibra drogata con terre rare (in genere erbio) (EDFA) Da considerare come side effect: lASE che amplificato si somma al segnale utile e degrada il rapporto segnale rumore ottico OSNR in uscita linsorgenza di effetti ottici non lineari nella fibra ottica laccumulo degli effetti dispersivi (CD e PMD)

17 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 17 Compensazione dellattenuazione: gli amplificatori

18 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 18 Gli amplificatori Raman Vengono utilizzati per compensare valori di attenuazione molto elevati, tipicamente su tratte molto lunghe (link sottomarini)

19 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 19 Allargamento nel tempo del segnale ottico allaumentare della distanza (lineare) e del bit rate (quadratica) La deformazione introduce errori nella decodifica del segnale La Dispersione Cromatica (CD)

20 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 20 Compensazione della Dispersione Cromatica (CD) Esistono due modalità di compensazione della CD Pre-distorzione del segnale nel tempo per compensare effetti Dispersion Compensating Module (DCM o DCF): introducono una compensazione opposta alla dispersione presentata dalla fibra

21 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 21 La Dispersione Modale (PMD) Allargamento del segnale ottico nel tempo allaumentare della distanza (sqrt); è dovuta alla differente velocità di gruppo sugli assi del Core (processo di produzione, posa della fibra, stress esterni) La PMD è rilevante solo per segnali con bit rate superiore a 10Gb/s in quanto a questa velocità la durata del ritardo è uguale a quella del singolo bit 100ps

22 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 22 Rigenerazione del segnale ottico Segnale trasmesso Segnale ricevuto 1R = Reamplifing 2R = Reamplifing + Reshaping 3R = Reamplifing + Reshapig + Retiming Per realizzare collegamenti DWDM su distanze per le quali i fenomeni descritti nelle slide precedenti hanno effetti tali da non consentire la fattibilità del collegamento ottico si possono inserire dei punti di Rigenerazione 3R, costituiti da due transponder posizionati back-to-back

23 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 23 Classificazione delle fibre Step-IndexGraded-Index Reti Locali Multimodali G.651 Standard G.652 Ottima per DWDM Dispersion Shifted G.653 Ottima per SDH Non-Zero-Dispersion G.655 Ottima per DWDM Monomodali Fibre ottiche G.650 Nella Rete di Trasporto di Telecom Italia sono presenti: Fibra G.655 su lunga distanza (di posa recente) Fibra G.653 su lunga distanza (di posa meno recente – ormai poco utilizzata) Fibra G.652 su rete regionale e metropolitana

24 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 24 dB/km 1310 nm II 1550 nm III Caratteristiche principali delle fibre Guadagno degli EDFA G.653 G ps/nm km D( )

25 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA Lunghezza donda (nm) E-LEAF TrueWave TrueWave RS TeraLight SMDS Dispersione cromatica (ps/nm km) Fibre G.655 Caratteristiche principali delle fibre NZD

26 Valentina BriziUNIVERSITA LA SAPIENZA – 10 DICEMBRE 2009 Agenda Lo scenario tecnologico: il WDM, le sue origini e le sue applicazioni –Le componenti fondamentali –Esempi di progettazione –Le applicazioni nella Rete TI Levoluzione –Il 100G –le reti intelligenti all optical

27 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 27 Progettazione di un link DWDM Link Roma – Milano, con 2 OADM intermedi Fibra G.652/G.655, lunghezza totale Capacità: Gbit/s (spaziatura 50 GHz) Parametri di progetto: Attenuazione = 0,24 dB/km Dispersione Cromatica = 18 ps/km (652) Dispersione Cromatica = 4,2 ps/km (655) Coefficiente di PMD = 0,1 ps/SQRT(km) 0,5 dB di perdita per connettori 1 dB di perdita per ogni transito 5 dB di Margine EOL (End of Life)

28 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 28 BMDXBMDX Line Terminal Topologia link e attenuazioni BoL (Begin of Life) Milano 89Km 24 dB LOFA LOFA 1120 XX DCM per G CMDXCMDX CMDXCMDX E 24,5 dB 91,5 Km B7 B8 B6 1 XX DCM per G-652 x Transiti ILA LOFA 1120 LOFA W E Piacenza E W OADM LOFA 1120 LOFA LOFA LOFA CMDXCMDX CMDXCMDX BMDXBMDX BMDXBMDX B8 1 CMDXCMDX LOFA 11x 0 LOFA + EPM 75

29 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 29 9,7dB 36 km 20,1dB 73,5 Km 17,9dB 70,6 Km ILA LOFA 1110 LOFA W E ILA LOFA 1110 LOFA W E XX DCM per G-655 XX DCM per G-652 x Transiti Firenze E W OADM LOFA 1110 LOFA LOFA LOFA CMDXCMDX CMDXCMDX BMDXBMDX BMDXBMDX B8 1 LOFA 11x 0 LOFA + EPM 75 Topologia link e attenuazioni BoL (Begin of Life)

30 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 30 Line Terminal BMDXBMDX 70,9 Km 12,5dB 75 LOFA dB 47,8 Km Roma LOFA ,4 dB 95,4 Km ILA LOFA 1120 LOFA CMDXCMDX CMDXCMDX B7 B8 B6 W E W ILA LOFA 1110 LOFA W E XX DCM per G-655 XX DCM per G-652 x Transiti 1 ILA LOFA 1110 LOFA W E 64,3Km 16.4dB ILA LOFA 1110 LOFA W E 34,7Km 9,3dB CMDXCMDX LOFA 11x 0 LOFA + EPM Topologia link e attenuazioni BoL (Begin of Life)

31 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 31 Layout OLT TRU Main Shelf DCM c PSUP FANS ESCTL1000 RAIUPSUP CMDX1010 B8 8 Slave Shelf #1 XX 1 2 LOFA11x0 21 XX line c PSUP FANS ESCTL1000 BMDX1000 RAIUPSUP CMDX1010 B 8 OSCU1010ALCT1000 B5 LOFA11xx xx\9 TRBD 1121 CMDX1010 B 7 Rack 1 TRBD 1121 Reserved EPM CMDX1010 B8 6 TRBD 1121

32 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 32 Layout OADM DCU 1 2 LOFA 1 DCU 1 2 LOFA 2 DCU Line east Line west TRU Main Shelf DCM Slave Shelf # 1 Slave Shelf # 1 2 DCU Rack 1 c PSUP FANS ESCTL1000 RAIUPSUP CMDX1010 B 8 LOFA11xx xx\9 c PSUP FANS ESCTL1000 BMDX1000 RAIUPSUP ALCT1000 B5 LOFA11xx xx\9 BMDX1000 OSCU1010 LOFA11xx xx\9 ALCT1000 B5 Reserved EPM

33 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 33 c Layout ILA PSUP FANS XX 1 2 LOFA11x0 21 XX ESCTL1000 RAIUPSUP OSCU1010 LOFA11xx xx\9 Line east Line west TRU Main Shelf DCM

34 Valentina BriziUNIVERSITA LA SAPIENZA – 10 DICEMBRE 2009 Agenda Lo scenario tecnologico: il WDM, le sue origini e le sue applicazioni –Le componenti fondamentali –Esempi di progettazione –Le applicazioni nella Rete TI Levoluzione –Il 100G –le reti intelligenti all optical

35 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 35 La rete di trasporto nazionale di TI La rete DWDM: Sistemi DWDM punto-punto non protetti Nessuna funzionalità di commutazione delle lambda: la protezione del traffico è demandata agli strati superiori di rete (SDH, ATM, IP). Supporto di interfacce: GbE, SDH 2,5-10 Gbit/s e 10 GbE Fibre G.652, G.653 e G.655 Strato trasmissivo supporto di reti diverse: SDH (Arianna and Phoenix), IP (OPB) e servizi Lambda per Clienti Wholesale e Clienti Retail OPB Optical Packet Backbone OPB Optical Packet Backbone Phoenix Sistemi punto-punto DWDM Arianna Un pò di storia… Dal 1999: sistemi DWDM con canali a 2.5G 12 canali su G canali su G.652 Ancora attivi Dal 2001: sistemi DWDM con canali a 10G e laser tunabili 40 canali in L-band su fibre G canali in C-band su fibre G.652/G.655 Ancora attivi Dal 2006: nuova generazione di sistemi DWDM ULH con canali a 10G Riduzione del numero di 3R Fino a 80 canali su fibre G.652/G.655 Uso di F-OADM Lunghezza max senza 3R: km Un pò di storia… Dal 1999: sistemi DWDM con canali a 2.5G 12 canali su G canali su G.652 Ancora attivi Dal 2001: sistemi DWDM con canali a 10G e laser tunabili 40 canali in L-band su fibre G canali in C-band su fibre G.652/G.655 Ancora attivi Dal 2006: nuova generazione di sistemi DWDM ULH con canali a 10G Riduzione del numero di 3R Fino a 80 canali su fibre G.652/G.655 Uso di F-OADM Lunghezza max senza 3R: km

36 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 36 I sistemi DWDM Nazionali Distribuzione delle lunghezze dei sistemi DWDM nazionali (senza rigenerazione) Length [km] Frequency [%] 171 sistemi punto – punto in esercizio km lambda equivalenti Lunghezza media sistemi: 230 km Lunghezza massima sistemi senza rigenerazione: km Tecnologie attualmente impiegate: Alcatel-Lucent ed Ericsson Segnali Client supportati trasparentemente: GBE, 10 GBE, STM-16, STM sistemi punto – punto in esercizio km lambda equivalenti Lunghezza media sistemi: 230 km Lunghezza massima sistemi senza rigenerazione: km Tecnologie attualmente impiegate: Alcatel-Lucent ed Ericsson Segnali Client supportati trasparentemente: GBE, 10 GBE, STM-16, STM-64

37 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 37 Le reti client nazionali M I PD TS BS BO TO GE FI PA RM NA BA SV AL BG CO VR VE BZ MO RI PI AN PG PE CA TA CZ CT NL M I PD TS BS BO TO GE FI PA RM NA BA SV AL BG CO VR VE BZ MO RI PI AN PG PE CA TA CZ CT NL Tera-router nei POP Interfacce POS (Packet over Sonet) a 10 Gbit/s su DWDM Dal 2010 Interfacce POS a 40 Gbit/s su DWDM Rete ASON magliata Cross-connect SDH e link DWDM Control Plane TO AL VR VE RM 2 RM 1 MI 1 MI 2 RM 2 CT PA RM 1 NA RM 1 RM 2 VR VE MI 1 MI 2 BO PC RM 1 RM 2 SS CA SS BA TA NA BO PI FI PC RM 1 RM 2 PEPE ANAN PGPG RM1RM1 X Anelli SDH a 2.5 Gbit/s Affidabilità eccellente

38 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 38 Come si protegge il traffico in una rete? Nel mondo del trasporto esistono due modi per proteggere il traffico: Mediante meccanismi di protezione automatica Mediante meccanismi di restoration I meccanismi di protezione automatica prevedono che le strade alternative siano dedicate al traffico da proteggere, mentre i meccanismi di restoration prevedono che le strade alternative possano essere condivise tra più flussi di traffico (a patto che siano rispettate certe specifiche condizioni) e possano essere modificate in tempo reale ed automaticamente dal piano di controllo in funzione delle condizioni della rete Tipicamente la protezione automatica costa di più ma è più veloce rispetto alla restoration (la protezione ripristina il traffico in meno di 50 ms, la restoration lo ripristina in tempi che vanno dal secondo a qualche minuto)

39 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 39 Risorse di protezione dedicate o condivise Nella protezione dedicata si configura un circuito di protezione su percorso disgiunto completamente dedicato ad un singolo circuito working Quando la rete è magliata, si può decidere di condividere le risorse di protezione, cioè allocare una singola risorsa per la protezione di più circuiti Si parla allora di circuiti protetti con Restoration che può essere di 2 tipi: Prepianificata: il circuito di protezione è condiviso ma è calcolato in anticipo; On the fly: il circuito di protezione è calcolato in tempo reale al momento del guasto A C B D E

40 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 40 La restoration: più strade e più intelligenza Circuito C-I Circuito A-G Risorse di protezione Funzione di duplicazione Funzione di selezione Dopo il guasto le risorse pre-pianificate per il percorso di protezione del circuito C-I vengono immediatamente ricalcolate (mentre il circuito C-I non sta perdendo traffico) e dopo qualche decina di secondi la protezione di C-I e nuovamente pronta a intervenire in tempi dellordine delle centinaia di millisecondi Per poter condividere la stessa risorsa trasmissiva tra più circuiti ho bisogno di una maggiore intelligenza e di aumentare il numero di vie uscenti da ciascun nodo

41 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 41 Come è fatta una Rete di Trasporto Intelligente (ASON) E una rete di trasporto con architettura a maglia basata su nodi ad alta capacità equipaggiati con controllori in grado di gestire i protocolli di routing e segnalazione (Control Plane) necessari per implementare i meccanismi di Restoration. Parte dellintelligenza della rete (Control Plane) è quindi distribuita negli apparati stessi. Nellapplicazione TI il piano di controllo è semi-distribuito; il routing è centralizzato (ASTN-Manager) mentre la segnalazione è distribuita. I protocolli utilizzati sono quelli tipici delle reti IP MPLS (OSPF-TE, RSVP-TE) adattati ai contesti trasmissivi CONTROLLER Porte client da 155 Mbit/s a 10 Gbit/s Routing e segnalazione Collegamento DWDM 40x10 Gbit/s Porte client da 155 Mbit/s a 10 Gbit/s Centralized routing Distributed signalling

42 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 42 Nel caso specifico della rete Phoenix in nodi (cross connect ottici, ODXC) sono equipaggiati con matrici elettriche (SDH), interfacce Client sia ottiche sia elettriche e sono interconnessi tra di loro mediante sistemi DWDM Gli ODXC hanno alta capacità di switching ( Gbit/s) Trasporta flussi Client da 155 Mbit/s a 10 Gbit/s Le performance degli schemi di Restoration applicati sono Restoration pre planned ( ms) Restoration on the fly (40-50 s) La Rete ASON di TI: caratteristiche generali STM-16 STM-64 MSH2k MSHES DWDM PLx40 DWDM MHL3000 DWDM 1640WM DWDM 1626LM

43 Valentina BriziUNIVERSITA LA SAPIENZA – 10 DICEMBRE 2009 Agenda Lo scenario tecnologico: il WDM, le sue origini e le sue applicazioni –Le componenti fondamentali –Esempi di progettazione –Le applicazioni nella Rete TI Levoluzione –Il 100G –le reti intelligenti all optical

44 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 44 Levoluzione Le due linee di evoluzione principale attualmente in essere riguardano: La velocità di linea: sono oggi commercialmente disponibili i transponder a 40Gbit/s ed i sistemi DWDM di ultima generazione sono in grado di trasportare sino ad 80 40Gbit/s. Esistono i primi field trial per trasmissione a 100Git/s La flessibilità della rete, tramite lintroduzione dei cosiddetti nodi ROADM Multidegree che consentono di realizzare reti a Fotoniche a maglia (superando il concetto dei link punto-punto) e di introdurre meccanismi di intelligenza (Piani di controllo, come ad oggi utilizzati nelle reti IP) che consentono di implementare meccanismi di protezione e restoration anche nello strato fotonico

45 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 45 Il 40Gbit/s La trasmissione a 40G è tecnicamente matura e commercialmente disponibile presso i maggiori Vendor mondiali. Il Costo commerciale è però ancora tale da non giustificarne linserimento in rete al posto del 10G (rule of thumb: Costo 40 /Costo 10 2,5~3) Al momento sono ancora poche le esigenze di Clienti per segnali nativi a 40G – le prime applicazioni previste sono per linterconnessione dei router IP

46 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 46 Opportunità per i sistemi a 100 Gbit/s nel nuovo backbone Requisiti del mercato: Ulteriore crescita del traffico sul backbone Disponibilità della tecnologia trasmissiva a costi competitivi Requisiti di compatibilità: Compatibilità con griglia a 50 GHz Distanza di rigenerazione di almeno 800 km (senza amplificazione RAMAN) Tolleranza al filtraggio cumulativo (almeno 9 ROADM in cascata) Coesistenza con canali a 10 e 40 Gbit/s con diversi formati di modulazione Protezione 1+1 entro 50 ms (inclusi i tempi di training di eventuali compensatori adattativi)

47 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 47 Caratteristiche della trasmissione ad altissima capacit à FORMATI DI MODULAZIONE 2 LIVELLI (1 BIT/SIMBOLO) NRZ RZ DPSK MULTI-LIVELLO ( 2 BIT/SIMBOLO) DQPSK QPSK QAM MULTIPLAZIONE DI POLARIZZAZIONE 2 CANALI SU POLARIZZAZIONI ORTOGONALI RIVELAZIONE DIRETTA O COERENTE RIVELAZIONE DIRETTA SI PERDE LA FASE OTTICA DEL SEGNALE NESSUNA EQUALIZZ. ELETTRONICA RIVELAZIONE COERENTE MIGLIORA SENSITIVITY E OSNR ABILITA EQUALIZZ. ELETTRONICA DI CANALE (EDC) RX PIÚ ROBUSTO A CD E PMD NESSUNA MULTIPLAZIONE DI POLARIZZAZIONE DECISIONE A DSP O CONVENZIONALE DECISIONE A DSP ELABORAZIONE DSP DI I e Q POSSIBILE DEMULT. DI POL DECISIONE CONVENZIONALE CAMPIONAMENTO AL CENTRO DELLOCCHIO

48 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 48 Formati di modulazione per il 40G: PolMul - DQPSK Compatibile con spaziatura 50GHz Post-processing del segnale non complesso

49 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 49 Ottime prestazioni per sistemi ULH Compensazione elettronica di CD e di PMD Post processing coerente più complesso Formati di modulazione per il 40G: PolMul - Coherent QPSK

50 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 50 Red: 4 bits/symbol Blue: 2 bits/symbol Magenta: 1 bit/ symbol * DGD tolerance for coherent RX depends on implementation Formati di modulazione per il 100G

51 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 51 I vantaggi del coerente Eccellente tolleranza alla PMD (30ps o oltre) senza bisogno di compensatori ottici esterni. Ottimizzazione della dispersione cromatica residua, senza bisogno di dispositivi ottici addizionali. Aggiustamento ultra-veloce (<50 mSec) della dispersione cromatica residua dopo reinstradamento, a differenza dei dispositivi di compensazione ottici tradizionali. Distanze di trasmissione non rigenerate superiori ai formati di modulazione non coerenti; i formati di modulazione (proprietari di alcuni vendor) si differenziano da quelli di prima generazione già proposti per una maggiore tolleranza agli effetti non lineari multicanale. Tutti i principali Vendor puntano sulla tecnologia coerente per la trasmissione del 100G; per la trasmissione del 40Gbit/s invece le scelte sono differenti.

52 Valentina BriziUNIVERSITA LA SAPIENZA – 10 DICEMBRE 2009 Agenda Lo scenario tecnologico: il WDM, le sue origini e le sue applicazioni –Le componenti fondamentali –Le applicazioni nella Rete TI –Esempi di progettazione Levoluzione –Il 100G –le reti intelligenti all optical

53 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 53 Le reti intelligenti all optical Lelemento chiave è costituito dai nodi Multidegree ROADM, ovvero nodi in grado di relizzare lo switch ed il rerouting di canali ottici tramite comandi da remoto. Lintroduzione in rete dei nodi ROADM comporta per un Operatore i seguenti vantaggi: Riduzione delle rigenerazioni 3R (e quindi riduzione degli investimenti) Configurazione da remoto senza interventi in campo (e quindi riduzione e dei costi operativi Limplementazione tecnologica più diffusa avviene tramite la tecnologia dei WSS (Wavelength Selective Switch): Soluzione scalabile perchè modulare: matrici fotoniche distribuite Power Leveling per il miglioramento delle performance chilometriche Utilizzabile per unimplementazione semplice della restoration fotonica con conseguente incremento di: efficienza, tramite la condivisione delle risorse affidabilità, grazie alla possibilità di garantire la sopravvivenza del traffico per guasti multipli flessibilità, dovuta al fatto che il percorso di un circuito è calcolato automaticamente ma può essere modificato

54 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 54 La Restoration Fotonica Il Piano di Controllo delle reti fotoniche (dette anche trasparenti) è sviluppato a partire dal Piano di Controllo delle reti ASON più tradizionali (dette anche opache; tipicamente SDH) con laggiunta delle funzioni IA-RWA (Impairment Aware Routing and Wavelength Assignment) Il piano di controllo deve conoscere lo stato fisico della rete (tipo e lunghezza delle fibre, PMD, amplificatori, WSS attraversati) e calcolare le vie otticamente fattibili per ogni circuito e per la sue vie di protezione In caso di guasto deve inoltre provvedere a evitare conflitti nellassegnazione delle risorse Il tempo di Restoration ottica è ancora limitato da Meccanismi di adattamento al carico degli amplificatori ottici Equalizzazione della potenza dei singoli canali ottici Tempo di intervento dei meccanismi di compensazione della dispersione cromatica (specialmente se ottici) Questa tecnologia non è stata ancora collaudata estensivamente in campo

55 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 55 Evoluzione delle tecnologie per ROADM Wave Blocker PLC Two degree ROADM 2D MEMS Mirror Array T-ROADM

56 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 56 La tecnologia Wavelength Blocker (WB) Drop Signal Output DEMUX BA IN OUT DROP Splitter DEMUX MUX Add Signal Input ADD C2 DWC C1 PA MUX Broadcast and Select Architecture Splitter TransmittersReceivers Add/Drop Pass Through Gestione di due vie Controllo della potenza individuale della lambda Gestione di due vie Controllo della potenza individuale della lambda

57 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 57 La Tecnologia Planar Lightwave Circuit (PLC) Gestione di due vie Controllo della potenza individuale della lambda Gestione di due vie Controllo della potenza individuale della lambda ROADM MUX DMUX 40 DMUX PLC Add Drop Express In Express out In Out PLC 40 DMUX 40 1×2 In Out Add 1x2 Switch

58 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 58 La tecnologia Wavelength Selective Switches (WSS) Gestione del Multiporta (N>2) Equalizzazione Ottica Rerouting di ogni singola lambda verso qualsiasi delle N direzioni: architetturadirectionless Add/drop colorless Implementazione con MEMs o LC (Cristalli Liquidi) WSS ROADM Module Per ladd/drop colorless nuove architetture dotate di migliore scalabilità sono già state proposte tramite limpiego di nuovi componenti ottici (ad es. matrici a MEMS)

59 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 59 Struttura di un nodo ROADM Multidegree a 3 vie

60 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 60 Architettura Directionless Monitor WSS unit DSA Monitor

61 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 61 Monitor WSS unit DSA Monitor Colourless ADU Architettura Directionless e Colorless

62 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 62 Scalabilità di un nodo ROADM step 1: Terminale con WSS 1 via

63 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 63 Scalabilità di un nodo ROADM step 2: Roadm con WSS su 2 vie

64 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 64 Scalabilità di un nodo ROADM step 3: Roadm con WSS su 3 vie

65 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 65 Scalabilità di un nodo ROADM step finale: Roadm con WSS su N vie

66 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 66 Gestione e supervisione di un nodo ROADM Il nodo multidegree ROADM è gestito e configurato dal sistema di gestione come un unico Network Element per quanto riguarda: Eventi di guasto Gestione degli allarmi Upgrade dei servizi Single network element

67 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 67 Network Manager Scambio dati con il sistema di Gestione Signaling Routing Traffico PROTOCOLLI SNMP, CLI Tool di Pianificazione/ Progettazione Piano di Controllo WSON/GMPLS Piano di Controllo WSON/GMPLS La catena gestionale di una rete con ROADM

68 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 68 Levoluzione della Rete TI a fronte delle opportunità offerte dalle nuove tecnologie fotoniche Tunnel ottico Trasparente (OCh) CP Ultra Long-Haul DWDM Multi-degree ROADM Minor numero di rigeneratori Risparmio negli investimenti Control Plane GMPLS Evoluto Provisioning end-to-end Protezione e restoration di lambda Risparmio nei costi operativi Percorso di protezione o di restoration

69 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 69 Il nuovo Backbone Fotonico TI: architettura e tecnologia Architettura target: 40 nodi ROADM Multidegree in tecnologia WSS 63 sistemi DWDM ULH con Gbit/s Pronta per il 100G Diametro di rete: km (working-protection) Optical Protection e Restoration con Control Plane Sviluppo dal 2010 ROADM Evoluzione architettura dei nodi

70 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 70 Qualche cenno sulla fotonica integrata: unopportunità tecnologica Il termine ottica integrata compare per la prima volta nel 1969 in un articolo apparso su The Bell System Journal: Integrated Optics: an introduction; 40 anni dopo il piu sofisticato circuiti ottico integrato (PIC, Photonic Integrated Circuit) contiene meno di 100 elementi… ma offre applicazioni interessanti Oggi esistono PIC che integrano la funzione di multiplazione, demultiplazione, trasmissione e ricezione multicanale a 10 Gbit/s (e a breve anche a 40 Gbit/s e a 100 Gbit/s) Lintegrazione garantisce la riduzione del costo della rigenerazione 3R: si passa da reti trasparenti a reti opache Oltre allindubbio vantaggio di ridurre il costo della rigenerazione e di facilitare quindi la realizzazione di reti fotoniche complesse evitando di dover realizzare collegamenti molto lunghi non rigenerati, lintroduzione della fotonica integrata rende disponibili punti di accesso al segnale in transito per la verifica della qualità digitale (e non solo della potenza del segnale ottico come succede nelle reti trasparenti) o per la realizzazione di funzioni più sofisticate

71 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 71 Qualche cenno sulla fotonica integrata: unopportunità tecnologica

72 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 72 Conclusioni Nellultimo decennio le architetture, le tecnologie e le funzionalità della rete trasmissiva di Telecom Italia sono significativamente cambiate, a seguito dei nuovi driver emersi (requisiti dei nuovi servizi e crescita del traffico) e dellevoluzione delle tecnologie impiegate, in particolare di quelle Fotoniche Tale processo evolutivo è stato ed è tuttora governato dai seguenti fattori: Utilizzare efficientemente le risorse di rete ottimizzando gli investimenti Rendere automatiche alcune funzionalità di rete riducendo i costi operativi Realizzare maggiori capacità a minor costo

73 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 73 Letture interessanti OFC Tutorial on Current Trends in Optical MEMS, University of California Berkley ECOC Tutorial on High-Speed PIC Transceivers for Terabit Transport Networks, Alcatel-Lucent ECOC 2009 – Tutorial on Coherent receivers: Principles and Real-time implementation, Alcatel-Lucent White paper on The Road to 100G Networking, Ciena, 2008 ECOC Tutorial on Coherent transmission systems, University of Tokyo ECOC 2009 – White Paper on POLMUX-QPSK modulation and coherent detection: the challenge of long-haul 100G transmission, Nokia Siemens Network

74 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 74 Ringraziamenti Ringrazio i colleghi di Telecom Italia per i contribuiti fondamentali alla stesura di questo lavoro, in particolare Marco Schiano e Piergiorgio Pagnan

75 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA 75 Grazie per lattenzione


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