Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

Presentazione sul tema: "Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA"— Transcript della presentazione:

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

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

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

5 Schema generale di un sistema DWDM Punto - Punto
Booster Pre OLA Apparato Client Interfaccia Standard . Colorata Mux Demux Transponder l 1 k +1 N ... N lunghezze d’onda (o canali) per il trasporto di N segnali OSC OLA Optical Line Amplifiers OSC Optical Supervisory Channel (tipicamente un segnale a 2 Mbit/s) Pre Pre amplificatore Booster amplificatore di lancio OLT (Optical Line Terminal) OLT (Optical Line Terminal) Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

6 Bande di funzionamento DWDM
Fibra G.652 / G.655 Banda C Banda L 1530 1565 1610/1625 l [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) Fibra G.653 Banda C Banda L Banda L 1530 l0=1550 nm 1565 1610/1625 l [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) Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

7 Tipi di sorgenti del segnale ottico
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 LED Fabry-Perot DFB Diodi LASER Sorgenti Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

8 La modulazione del segnale ottico
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 valore“On” di potenza luminosa per un periodo limitato del tempo di bit (1/2 o 1/3) NRZ RZ Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

9 La modulazione del segnale ottico
Phase Shift Keying (PSK): la variazione sistematica e’ realizzata sulla fase del segnale luminoso e non sull’ampiezza 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°) Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

10 La multiplazione/demultiplazione delle lunghezze d’onda
I multiplatori/demultiplatori ottici sono componenti passivi in grado di multiplare/demultiplare i segnali colorati caratterizzati da diverse lunghezze d’onda 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 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 d’onda) 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 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

12 rappresentazione schematica Transponder
Il Transponder Effettua una traslazione del segnale ottico utente convertendolo in una frequenza compatibile con la griglia di funzionamento del sistema DWDM conversione O-E-O Dal Demux Ricevitore wideband Segnale Client in 3R Trasmettitore lk Segnale Client out Verso il Mux rappresentazione schematica Transponder (850/1310)nm (15xx) nm In Out I transponder disponibili commercialmente sono “fully tunable”, ovvero i laser possono essere sintonizzati via software su qualsiasi delle 80 lunghezza d’onda disponibili nella griglia di funzionamento. 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 dell’indice di rifrazione dalla lunghezza d’onda 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 all’effetto 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; l’Interazione tra tre segnali trasmessi ne genera un quarto 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 NRZ Soglia di decisione per gli 1 Soglia di decisione per gli 0 Zona grigia Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

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

16 Compensazione dell’attenuazione: gli amplificatori
Per compensare gli effetti dell’attenuazione 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 dell’emissione stimolata: Amplificatori laser a semiconduttore (SOA) Amplificatori a fibra drogata con terre rare (in genere erbio) (EDFA) Da considerare come “side effect”: l’ASE che amplificato si somma al segnale utile e degrada il rapporto segnale rumore ottico OSNR in uscita l’insorgenza di effetti ottici non lineari nella fibra ottica l’accumulo degli effetti dispersivi (CD e PMD) Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

17 Compensazione dell’attenuazione: gli amplificatori
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) Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

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

21 La Dispersione Modale (PMD)
Allargamento del segnale ottico nel tempo all’aumentare 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 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

22 Rigenerazione del segnale ottico
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” Segnale trasmesso Segnale ricevuto 1R = Reamplifing 2R = Reamplifing + Reshaping 3R = Reamplifing + Reshapig + Retiming Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

23 Classificazione delle fibre
Step-Index Graded-Index Reti Locali Multimodali G.651 Standard G.652 Ottima per DWDM Dispersion Shifted G.653 Ottima per SDH Non-Zero-Dispersion G.655 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 In ambito ITU-T (International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector) le fibre ottiche per telecomunicazioni sono classificate secondo le raccomandazioni seguenti: Fibre multimodali G.651: con profilo graded index, per l’uso in prima e seconda finestra; Fibre monomodali G.652: a dispersione standard, per l’uso in seconda e in terza finestra; G.653: dispersion shifted, ottimizzate per la terza finestra G.655: non zero dispersion, per sistemi WDM. La raccomandazione G.650 definisce i parametri geometrici, ottici e trasmissivi necessari alla completa caratterizzazione di una fibra. La raccomandazione G.654 specifica una fibra a dispersione standard, ottimizzata per l’uso in terza finestra. Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

24 Caratteristiche principali delle fibre
17 ps/nm km D(l) dB/km II G.652 III Guadagno degli EDFA 0.35 G.653 0.20 Il coefficiente di dispersione cromatica esprime l’effetto prodotto sul segnale dalla variazione della velocità di gruppo della luce al variare della lunghezza d’onda. La lunghezza d’onda a dispersione nulla è quella per la quale tale velocità è massima (minimo della curva di ritardo di gruppo). In corrispondenza del punto di zero della dispersione è minimo il ritardo relativo (DGD, Differential Group Delay) tra componenti spettrali diverse. E’ necessario considerare congiuntamente l’andamento dell’attenuazione e della dispersione cromatica in funzione della lunghezza d’onda. Per una fibra a dispersione standard (G.652), il minimo di dispersione si realizza in seconda finestra, mentre in terza finestra (dove l ’ attenuazione è minima) il valore di dispersione è dell’ordine di ps/nm km. Le fibre a dispersione spostata (G.653) hanno invece il minimo di dispersione in terza finestra, dove è pure minima l’attenuazione. Per i sistemi trasmissivi a lunga distanza, nei quali può essere necessario introdurre apparati di amplificazione ottica, si deve tener conto che la banda di guadagno degli amplificatori a fibra attiva (EDFA, Erbium Doped Fiber Amplifier) si colloca tra 1530 e 1565nm. l 1310 nm 1550 nm Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

25 Caratteristiche principali delle fibre NZD
Fibre G.655 8 8 7 TeraLight 7 6 6 E-LEAF 5 5 TrueWave RS Dispersione cromatica (ps/nm km) 4 Dispersione cromatica (ps/nm km) 4 3 3 2 2 SMDS 1 1 Al crescere della potenza ottica accoppiata in fibra, e per effetto della piccola sezione del nucleo della fibra stessa, si realizzano valori elevati di densità di potenza. Ciò produce la comparsa di fenomeni di propagazione non lineare che sono invece assolutamente trascurabili per gli usuali livelli di potenza (tipici di una trasmissione a singolo canale non amplificata). Nel caso di sistemi WDM, la potenza ottica in fibra è data dalla somma dei segnali che sono tra loro combinati in ingresso, ulteriormente aumentata dalla presenza di un amplificatore ottico di lancio (booster). In tali condizioni, può realizzarsi un particolare fenomeno non lineare - noto come Four Wave Mixing (FWM) - che produce una intermodulazione tra i canali multiplati e la nascita di nuove componenti in frequenza a spese dei canali originari. Per limitare il fenomeno e i suoi effetti, è necessario evitare che la lunghezza d’onda per la quale la dispersione cromatica si annulla cada all’interno dell’intervallo spettrale nel quale sono disposti i canali WDM. Le fibre definite Non Zero Dispersion (NZD) - e classificate G sono quelle per le quali lo zero di dispersione cade all’esterno della banda di guadagno dell’amplificatore all’erbio convenzionale ( nm). Le principali fibre NZD attualmente in commercio, si caratterizzano per uno zero di dispersione collocato a sinistra della banda suddetta. In figura è indicata con TrueWave la fibra NZD prodotta da Lucent Technologies, è pure disponibile la variante RS (Reduced Slope) della stessa fibra. In casa Corning Glass questa classe di fibre è denominata LEAF (Large Effective Area Fibre), con la sua variante E-LEAF (Enhanced LEAF). Il nome corrisponde al concetto di una maggiore larghezza della distribuzione di campo ottico, realizzata in queste fibre allo scopo di diminuire la densità spettrale di potenza. Infine, le fibre Teralight sono le NZD proposte da Alcatel. TrueWave 1530 1535 1540 1545 1550 1555 1560 1565 Lunghezza d’onda (nm) Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

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

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) Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

28 Topologia link e attenuazioni BoL (Begin of Life)
Milano Piacenza W Line Terminal OADM E ILA LOFA 1120 1110 50 75 W E 24 dB 24,5 dB B7 B8 B6 75 10 B MD X B MD X B MD X 75 LOFA 1110 LOFA 1120 LOFA 1110 C M D X C M D X 1 1 C M D X LOFA 1120 LOFA 1110 LOFA 1120 91,5 Km 25 89Km 75 75 B8 B8 C M D X C M D X E x XX DCM per G-655 XX DCM per G-652 Transiti LOFA 11x 0 LOFA + EPM Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

29 Topologia link e attenuazioni BoL (Begin of Life)
Firenze ILA LOFA 1110 50 10 W E ILA LOFA 1110 25 50 W E W OADM E 20,1dB 9,7dB 17,9dB 50 B MD X B MD X 75 LOFA 1110 LOFA 1110 1 LOFA 1110 LOFA 1120 73,5 Km 36 km 70,6 Km 75 75 B8 B8 C M D X C M D X x LOFA 11x 0 XX DCM per G-655 XX DCM per G-652 Transiti LOFA + EPM Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

30 Topologia link e attenuazioni BoL (Begin of Life)
Roma ILA ILA LOFA 1110 50 W E ILA LOFA 1110 50 W E ILA LOFA 1110 50 10 W E Line Terminal 25,4 dB 12,5dB 18dB 16.4dB 9,3dB 75 25 B MD X B7 B8 B6 LOFA 1120 LOFA 1110 C M D X 1 C M D X LOFA 1110 LOFA 1110 C M D X 47,8 Km 34,7Km 95,4 Km 25 70,9 Km 64,3Km 75 W E W x LOFA 11x 0 XX DCM per G-655 XX DCM per G-652 Transiti LOFA + EPM Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

31 Layout OLT TRU Slave Shelf #1 Main Shelf DCM line Rack 1 1 XX 2 c
PSUP RAIU PSUP 1 XX 2 TRU c LOFA11x0 ESCTL1000 CMDX1010 B8 6 CMDX1010 B8 8 2 XX 1 TRBD 1121 LOFA11x0 FANS Slave Shelf #1 Reserved EPM PSUP RAIU PSUP c OSCU1010 ALCT1000 B5 LOFA11xx xx\9 LOFA11xx xx\9 Main Shelf BMDX1000 ESCTL1000 CMDX1010 B 7 CMDX1010 B 8 TRBD 1121 TRBD 1121 TRBD 1121 TRBD 1121 DCM FANS Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

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

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

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

35 La rete di trasporto nazionale di TI
Un pò di storia… Dal 1999: sistemi DWDM con canali a 2.5G 12 canali su G.653 16 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.653 40 canali in C-band su fibre G.652/G.655 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 OPB Optical Packet Backbone Phoenix Sistemi punto-punto DWDM Arianna 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 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

36 I sistemi DWDM Nazionali
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-64 Frequency [%] Length [km] Distribuzione delle lunghezze dei sistemi DWDM nazionali (senza rigenerazione) Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

37 Le reti “client” nazionali
TO AL VR VE RM 2 RM 1 MI 1 MI 2 CT PA NA BO PC SS CA BA TA PI FI PE AN PG X Anelli SDH a 2.5 Gbit/s Affidabilità eccellente Rete ASON magliata Cross-connect SDH e link DWDM Control Plane 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 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) 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 C B A D E Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

40 La restoration: più strade e più intelligenza
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 Funzione di duplicazione 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 dell’ordine delle centinaia di millisecondi Funzione di selezione Circuito C-I Circuito A-G Risorse di protezione 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 dell’intelligenza della rete (Control Plane) è quindi distribuita negli apparati stessi. Nell’applicazione 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 Centralized routing Routing e segnalazione CONTROLLER Porte client da 155 Mbit/s a 10 Gbit/s Porte client da 155 Mbit/s a 10 Gbit/s CONTROLLER CONTROLLER Distributed signalling CONTROLLER Collegamento DWDM 40x10 Gbit/s Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

42 La Rete ASON di TI: caratteristiche generali
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) STM-16 STM-64 MSH2k MSHES DWDM PLx40 DWDM MHL3000 DWDM 1640WM DWDM 1626LM Chiarire bene routing .vs. segnalazione. Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

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

44 L’evoluzione 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 l’introduzione 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 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 l’inserimento in rete al posto del 10G (rule of thumb: Costo40/Costo10≤2,5~3) Al momento sono ancora poche le esigenze di Clienti per segnali nativi a 40G – le prime applicazioni previste sono per l’interconnessione dei router IP 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) Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

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

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

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

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

53 Le reti intelligenti “all optical”
L’elemento 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. L’introduzione 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 L’implementazione 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 un’implementazione “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 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 l’aggiunta 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 nell’assegnazione 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 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

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

56 La tecnologia Wavelength Blocker (WB)
Drop Signal Output 1 2 3 4 DEMUX BA IN OUT DROP Splitter MUX Add Signal Input ADD C2 DWC C1 PA Broadcast and Select Architecture Transmitters Receivers Add/Drop Pass Through Gestione di due vie Controllo della potenza individuale della lambda Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

57 La Tecnologia Planar Lightwave Circuit (PLC)
In Out Add 1x2 Switch 40 40 DMUX PLC PLC Drop Express out In ROADM DMUX 1×2 1×2 40 40 Express In 1×2 MUX DMUX Out 1×2 Gestione di due vie Controllo della potenza individuale della lambda Add 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: architettura“directionless” Add/drop “colorless” Implementazione con MEMs o LC (Cristalli Liquidi) WSS ROADM Module Per l’add/drop colorless nuove architetture dotate di migliore scalabilità sono già state proposte tramite l’impiego di nuovi componenti ottici (ad es. matrici a MEMS) Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

59 Struttura di un nodo ROADM Multidegree a 3 vie
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60 Architettura “Directionless”
Monitor WSS unit DSA Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

61 Architettura “Directionless” e “Colorless”
Monitor WSS unit DSA Colourless ADU 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
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63 Scalabilità di un nodo ROADM step 2: Roadm con WSS su 2 vie
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64 Scalabilità di un nodo ROADM step 3: Roadm con WSS su 3 vie
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65 Scalabilità di un nodo ROADM step finale: Roadm con WSS su N vie
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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 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

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

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

70 Qualche cenno sulla fotonica integrata: un’opportunità 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) L’integrazione garantisce la riduzione del costo della rigenerazione 3R: si passa da reti “trasparenti” a reti “opache” Oltre all’indubbio 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, l’introduzione 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 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

71 Qualche cenno sulla fotonica integrata: un’opportunità tecnologica
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72 Conclusioni Nell’ultimo 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 dell’evoluzione 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 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 Valentina Brizi - Il ruolo della Fotonica nella rete di trasporto di TELECOM ITALIA

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

75 Grazie per l’attenzione
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