Reti Fotoniche (Optical Networks) Fabio Neri Politecnico di Torino neri@polito.it

1. Reti Fotoniche (Optical Networks) Fabio Neri Politecnico di Torino neri@polito.it www.tlc-networks.polito.it 011 564 4076

2. Indice (II) • Esempi di reti ottiche di seconda generazione: • reti broadcast-and-select • anelli WDM • reti wavelength routing • Progetto di topologia logica e routing di cammini ottici • Cenni a reti d’accesso • Commutazione ottica di pacchetti • Architetture di protocolli per reti ottiche • Cenni a gestione e affidabilità

3. NIU nodo remoto NIU ... hub NIU ... nodo remoto 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.

4. 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

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

6. Fiber To The X (FTTx) Operation System FTTx Q3 Service Node Passive Optical Splitter Internet FTTH ONT Optical Fiber Leased Line FTTB ONT Frame/Cell Relay OLT ONU NT FTTC Telephone Twisted Pair ONU Interactive Video FTTCab NT 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

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

8. 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 NIU di portanti non modulate inviate dal central office

9. 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/

10. 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

11. Indice (II) • Esempi di reti ottiche di seconda generazione: • reti broadcast-and-select • anelli WDM • reti wavelength routing • Progetto di topologia logica e routing di cammini ottici • Cenni a reti d’accesso • Commutazione ottica di pacchetti • Architetture di protocolli per reti ottiche • Cenni a gestione e affidabilità

12. 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?

13. 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).

14. Commutazione ottica di pacchetto • Problemi generali: • multiplazione e demultiplazione temporale nel dominio fotonico • sincronizzazione • realizzazione di ritardi nel dominio fotonico • 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).

15. 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 c2 Ck-1 ck c1 ... 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.

16. Commutatori ottici input buffers output buffers switch header processor header processor control input Tanti problemi (sincronizzazione in ingresso, elaborazione delle intestazioni, memorizzazione dei pacchetti) e poche soluzioni!

17. Reti a deflessione • Invece di memorizzare i pacchetti, questi vengono deviati verso un’uscita non preferenziale. • Si può anche evitare la sincronizzazione in ingresso, con un costo in termini di prestazioni. • Non c’è un limite superiore al ritardo di consegna e non si riesce a mantenere l’ordine dei pacchetti. • C’è rischio di livelock.

18. switch 22 switch 22 switch 22 switch 44 Reti a deflessione • Manhattan Street Network • memorie di pacchetto ottiche