Reti Fotoniche (Optical Networks) Gruppo Reti e-mail: nome.cognome@polito.it http://www.tlc-networks.polito.it/ Sito del corso http://www.tlc-networks.polito.it/mellia/corsi/ Politecnico di Torino- Dipartimento di Elettronica

Argomenti del corso Che cosa sono le reti ottiche? Perché le reti ottiche? Tipologie di reti ottiche Reti ottiche di prima generazione: Commutazione di circuito: Sonet/SDH Commutazione di pacchetto: Gigabit Ethernet Storage area networks: Fibre Channel Reti ottiche di seconda generazione: reti broadcast-and-select anelli WDM reti wavelength routing Cenni a reti d’accesso e commutazione ottica di pacchetti Architetture di protocolli per reti ottiche Cenni a gestione e affidabilità

NIU = Network Interface Unit Reti di accesso Quanto visto finora si applica sostanzialmente a reti metropolitane e di trasporto. Per arrivare all’utenza residenziale (“ultimo miglio”), l’ultima tratta viene detta rete d’accesso. hub nodo remoto ... NIU NIU = Network Interface Unit

Reti di accesso Tecnologie nelle reti di accesso: Plain Old Telephone Service (POTS) Asymmetric Digital Subscriber Loop (ADSL) cable-modems su reti con tecnologia Cable-TV (CATV) reti via radio (wireless); esempio: Local Multipoint Distribution Service (LMDS) reti via radio cellulare reti di accesso ottiche

Reti di accesso HFC Le reti CATV si chiamano anche Hybrid Fiber Coax (HFC). headend remote node fiber coax amplifier tap Sono pensate per funzionamento unidirezionale.

Fiber To The X (FTTx) ATM-PON xDSL Q3 FTTx Service Node Operation System Q3 FTTx Service Node Passive Optical Splitter Internet ONT FTTH Optical Fiber Leased Line FTTB ONT Frame/Cell Relay OLT ONU NT FTTC Telephone Twisted Pair Interactive Video ONU NT FTTCab SNI (VB5) ATM-PON xDSL FTTH :Fiber To The Home FTTB :Fiber To The Building FTTC:Fiber To The Curb FTTCab :Fiber To The Cabinet

Reti di accesso ottiche WDM laser receiver central office remote node splitter/ combiner l1 ONU l1l2l3 ... lN ... ONU: Optical Network Unit li lN

Reti di accesso ottiche Sono sovente basate su ATM. Nella tratta “downstream” si affronta un problema di multiplazione. Nella tratta “upstream” si ha un problema di accesso multiplo (serve un MAC). Si mira soprattutto alla semplicità e alla facilità di gestione, per cui si implementano normalmente strutture passive con componenti di basso costo. Esempi: trasmissione con LED modulazione alle ONU di portanti non modulate inviate dal central office

Architetture di PON: LARNET ONU: Optical Network Unit receiver 1.3m LED l1 ONU l1 ... receiver 1.3m LED l1 ONU li 1.5 m laser ... AWG ... 1.3 m receiver ... receiver 1.3m LED l1 ONU central office remote node lN Segnali di ritorno a larga banda “affettati” (sliced) dall’AWG.

Architetture di PON: RITENET WDM laser receiver central office remote node AWG l1 ... ONU: Optical Network Unit modulator ONU lN li Modulazione di portante per la tratta upstream.

Broadband Passive Optical Networks (BPON) Sono in corso di definizione standard per reti d’accesso ottiche: ITU-T G.983.1 strato fisico ITU-T G.983.2 gestione e controllo ITU-T G.983.3 estensioni WDM ITU-T G.983.dba allocazioni dinamiche di banda ITU-T G.983.sur affidabilità http://www.fsanet.net/ E’ attivo un gruppo di lavoro IEEE 802.3ah per “Ethernet in the First Mile”: http://grouper.ieee.org/groups/802/3/efm/

Passive Optical Networks: costruttori Alcatel SA http://www.alcatel.com Fujitsu Network Communications Inc. http://www.fujitsu.com Lucent Technologies http://www.lucent.com NEC Eluminant Technologies Inc. http://www.eluminant.com Paceon Corporation http://www.Paceon.com Quantum Bridge Commun. Inc. http://www.quantumbridge.com Terawave Communications Inc. http://www.terawave.com Fonte: Light Reading (marzo 2000) http://www.lightreading.com

Commutazione ottica di pacchetto Finora abbiamo visto: reti di prima generazione reti di seconda generazione reti ottiche a commutazione (veloce) di circuito (es. reti wavelength routing) reti ottiche a commutazione di pacchetto (es. reti broadcast-and-select) reti con commutazione di pacchetti ottici?

Commutazione ottica di pacchetto Una rete con commutazione ottica di pacchetti (Optical Packet Switching Network) è in grado di commutare pacchetti nel dominio fotonico, quindi è in grado di configurare i suoi elementi di commutazione nella scala temporale di singole unità dati. La tecnologia per questo tipo di reti è ancora in fase molto preliminare. Si può anche parlare di multiplazione di tempo ottica (Optical Time Division Multiplexing - OTDM).

Optical Burst Switching (OBS) Proposta intermedia tra commutazione di pacchetto e commutazione di circuito, che sfrutta la separazione tra piano di controllo e piano di trasporto, o tra header e payload dei pacchetti. Il “burst” è un insieme di bit di informazione (un “pacchettone”), assemblato ai bordi (edge) della rete e instradato in modo trasparente nel piano di trasporto. Viene preceduto di un tempo D di offset, tipicamente inferiore ad un ritardo di propagazione, da una richiesta di allocazione (Control Header Packet - CHP) inviata nel piano di controllo. burst CHP controllo trasporto

Optical Burst Switching (OBS) Tale richiesta viene elaborata e instradata prima dell’arrivo del burst, preparando con debito anticipo gli apparati di commutazione. In caso di conflitti non risolubili vengono bloccati sia la richiesta (prima) sia il burst (dopo), evitando l’utilizzo di memorie per la risoluzione di contese. La parte di controllo dei commutatori riserva con anticipo le risorse necessarie allo smaltimento del burst, implementando strategie di scheduling tra le richieste di burst non ancora transitati. E’ possibile supportare diverse classi di servizio sia ritardando burst di classe inferiore, sia assegnando offset D maggiori alle classi di servizio più pregiate, in modo che vengano schedulate nei nodi prima di altre classi di servizio.

Commutazione ottica di pacchetto Problemi generali: multiplazione e demultiplazione temporale nel dominio fotonico sincronizzazione realizzazione di ritardi nel dominio fotonico rigenerazione (2R o 3R) ottica Sovente in OTDM si usano solitoni per evitare gli effetti negativi della dispersione. Sono stati proposti componenti ottici in grado di implementare porte logiche operanti a velocità estremamente elevate (pochi fs).

Sincronizzazione La sincronizzazione è il processo di riallineamento nel tempo di due segnali (impulsi). Occorre quindi poter realizzare ritardi, fissi o variabili. ritardo T/2 ritardo T/4 ritardo T/2k-1 c1 c2 Ck-1 ck ... switch 22 switch 22 switch 22 switch 22 flusso di ingresso ... flusso ritardato stadio 1 stadio 2 stadio k-1 Sono state proposte realizzazioni ottiche di funzionalità di Phase Lock Loop (PLL) per riallineare la fase dei segnali.

Commutatori ottici switch input buffers output buffers switch header processor header processor control input Problemi: sincronizzazione in ingresso, elaborazione delle intestazioni, risoluzione delle contese, memorizzazione dei pacchetti …

Sincronizzazione in ingresso Sovente la matrice di commutazione opera in modo sincrono (slotted) su pacchetti di dimensione fissa. Linee di ritardo (possibilmente commutate lentamente) possono essere usate per l’allineamento dei pacchetti in ingresso.

Elaborazione intestazioni I pacchetti contengono nella loro intestazione l’informazione (indirizzo o etichetta) che guida la commutazione. Sovente tale intestazione (header) viene separata dai dati (payload) e rappresentata in formati che agevolano una veloce elaborazione, nel dominio elettronico o nel dominio ottico. Possibilità: header a velocità ridotta rispetto al payload subcarrier multiplexing codici ottici modulazioni miste ampiezze/fase

Risoluzione delle contese I commutatori elettronici risolvono le contese con memorizzazione (e possibilmente scarto) dei pacchetti. Nel dominio fotonico si possono usare linee di ritardo (normalmente configurate in ricircolo dalle uscite agli ingressi) per emulare le memorie elettroniche. Si possono anche sfruttare i diversi canali WDM disponibili sulle fibre (anche se ciò richiede conversione di lunghezza d’onda).

Una possibile architettura 1 n-1 unità di controllo (elettronica) 3R 2 m ingresso 0 uscita 1 uscita 0 synch uscita N ingresso 1 ingresso N ...