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 alle reti d’accesso • Commutazione ottica di pacchetti • Architetture di protocolli per reti ottiche • Cenni a gestione e affidabilità

3. Controllo e gestione di reti ottiche • Il Network Management classicamente consiste di diverse funzioni: • gestione della configurazione (Configuration Management) • gestione delle prestazioni (Performance Management) • gestione dei guasti (Fault Management) • gestione della sicurezza (Security Management) • gestione della tariffazione (Accounting Management) • Nelle reti ottiche occorre tenere in conto anche della: • gestione del rischio (Safety Management)

4. Gestione di reti • Per avere buone prestazioni (p. es. SONET può recuperare situazioni di guasto in 60 ms) le funzioni di gestione vengono sovente realizzate in modo distribuito e non centralizzato. • Il mondo Internet basa l’ambiente di gestione sul protocollo Simple Network Management Protocol (SNMP). • Il mondo dei gestori pubblici sta convergendo verso un contesto di gestione detto Telecommunications Management Network (TMN), utilizzando il protocollo Common Management Information Protocol (CMIP) e utilizzando basi di dati distribuite dette Management Information Base (MIB).

5. Configuration Management • Equipment Management • gestione di un inventario dei dispositivi e componenti disponibili nella rete • occorre sapere quali lunghezze d’onda sono disponibili e utilizzabili • Connection Management • creazione e rilascio dei lightpath

6. Performance Management • Si vogliono controllare le prestazioni e la qualità di servizio offerte dalla rete: • bit error rate • livelli di potenza ottica • rapporti segnale-rumore • temperatura • stabilità in frequenza • banda disponibile

7. Fault Management • Fornire robustezza a situazioni di malfunzionamento è obbiettivo fondamentale di ogni rete ad alta velocità. • Le tecniche di protezione (protection) prevedono l’esistenza di ridondanza per poter continuare l’offerta di servizio in presenza di guasti. • Il termine sopravvivibilità (survivability) si riferisce proprio alla capacità della rete di continuare ad erogare servizio anche in presenza di guasti. Gli strati ottici, SONET/SDH e ATM prevedono tecniche di protezione per garantire la survivability. • I guasti più tipici sono rotture della fibra, ma abbiamo anche guasti nei nodi (mancanza di tensione o rottura di componenti) o su singoli canali WDM (guasti di trasmettitori o ricevitori).

8. Concetti generali di protezione • Diversi tipi di protezione: • 1+1 • 1:1 • 1:N

9. Concetti generali di protezione • Protezione di cammino e protezione di collegamento. funzionamento normale path protection span protection line protection

10. Self-Healing Rings • Tre architetture comunemente utilizzate: • two-fiber unidirectional path-switched ring (UPSR) • four-fiber bidirectional line-switched ring (BLSR/4) • two-fiber bidirectional line-switched ring (BLSR/2)

11. Two-Fiber Unidirectional Path-Switched Ring

12. Four-Fiber Bidirectional Line-Switched Ring

13. Protezione di reti a maglia • Il problema è più difficile. Possibilità: • cercare nella topologia due cammini disgiunti sui collegamenti (edge-disjoint) o sui nodi (node-disjoint) • protezione di collegamento • Nel caso di line protection, bisogna cercare di minimizzare l’esigenza di coordinamento tra i nodi. • Sovente si impongono vincoli sulla topologia (per es. ci devono essere almeno due percorsi disgiunti tra ogni coppia di nodi). Tali topologie vengono partizionate in cicli (cioè anelli) su cui si applicano le tecniche di protezione viste prima.

14. Protezione di reti a maglia • Decomposizione in cicli di una rete a maglia biconnessa con collegamenti bidirezionali.

15. F E A D B C Protezione di reti a maglia collegamenti di servizio collegamenti di protezione

16. F E A D B C Protezione di reti a maglia Instradamento del lightpath A-D.

17. F E A D B C Protezione di reti a maglia Guasto sul collegamento B-C.

18. F E A D B C Protezione di reti a maglia Line protection del lightpath A-D.

19. Fault Management • Occorre prestare attenzione all’interazione tra meccanismi di protezione presenti nei diversi strati dell’architettura di rete. • In generale, guasti di diversa tipologia possono essere protetti meglio in strati architetturali diversi. • Purtroppo i meccanismi di protezione vengono progettati indipendentemente in ogni strato e normalmente uno stesso guasto può inutilmente far scattare allarmi e procedure di protezione in strati diversi. • Si può giocare sulle differenti scale temporali dei meccanismi di protezione per limitare le interazioni tra gli strati.

20. Velocità della protezione rerouting IP • minuti PNNI: ATM restoration • secondi Sonet/SDH restoration • centinaia di • millisecondi Optical restoration ATM protection (VP rings) Sonet/SDH protection • meno di 50 • millisecondi Optical protection

21. Safety Management • I laser a semiconduttore usati nei sistemi di trasmissione ottica operano a potenze basse, ma possono causare danni all’occhio umano. I sistemi vengono classificati in base ai livelli di potenza emessa. • Un sistema di classe I non emette radiazioni dannose. Il limite di potenza è 10 mW a 1.55 m e 1 mW a 1.3m. Normalmente i sistemi installati in azienda sono di classe I. Un lettore di CD è un sistema di classe I. • Un sistema di classe IIIa emette potenze maggiori: fino a 50 mW (17 dBm) a 1.55 m. Normalmente l’accesso a tali sistemi è ristretto a personale di servizio, per cui essi vengono usati solo nelle reti degli operatori.

22. Safety Management • Per essere conforme alle specifiche di classe I, un sistema tipicamente usa un protocollo di Open Fiber Control (OFC), che gestisce situazioni di taglio della fibra e le fasi di installazione. • Più in dettaglio il protocollo di OFC specifica come: • rivelare tagli di fibra e spegnere gli amplificatori • mantenere entro le specifiche di classe I le radiazioni di una fibra tagliata • ripristinare il funzionamento quando il collegamento viene ripristinato • In presenza di amplificatori ottici occorre anche evitare che le radiazioni dovute ad emissione spontanea degli amplificatori causino danni agli occhi.

23. … e per concludere ...

24. Che cosa ci aspettiamo? • La tecnologia ottica è ancora giovane: • costi elevati • difficoltà a disaccoppiare aspetti di livello fisico da problematiche di sistema • ma promette di: • gestire quantità di informazione molto maggiori dell’elettronica • avere costi in larga misura indipendenti dal bit-rate • probabilmente richiedendo soluzioni architetturali diverse da quelle naturali nel dominio elettronico

25. Testi di riferimento • Rajiv Ramaswami, Kumar N. Sivarajan • Optical networks: a practical perspective • Morgan Kaufmann, San Francisco, 1998 • Biswanath Mukherjee • Optical communication networks • McGraw- Hill, New York 1997 • Thomas E. Stern, Krishna Bala • Multiwavelength Optical Networks - A Layered Approach • Addison Wesley, Reading, 1999 • Leonid Kazovsky, Sergio Benedetto, Alan Willner • Optical fiber communication systems • Archeh House, Boston, 1996

26. Fabio Neri Politecnico di Torino neri@polito.it 011 564 4076