Download - Reti Fotoniche (Optical Networks)
Reti Fotoniche(Optical Networks)
Gruppo Reti
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Politecnico di Torino- Dipartimento di Elettronica
Sito del corso
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Argomenti del corsoArgomenti del corso
Che cosa sono le reti ottiche?Perché le reti ottiche?Tipologie di reti otticheReti 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 pacchettiArchitetture di protocolli per reti otticheCenni a gestione e affidabilità
Reti di accessoReti 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
nodo remoto
...NIU
NIU
NIU
NIU = Network Interface Unit...
Reti di accessoReti 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 HFCReti di accesso HFC
Le reti CATV si chiamano anche Hybrid Fiber Coax (HFC).
headend remotenodefiber
coax
amplifier
tap
Sono pensate per funzionamento unidirezionale.
Service Node
SNI (VB5)
ONU
FTTH
FTTB
FTTC
FTTCab
Optical Fiber
ATM-PON xDSL
OLT
ONU NT
NT
Passive Optical Splitter
FTTx
FTTC:Fiber To The CurbFTTCab :Fiber To The Cabinet
FTTH :Fiber To The HomeFTTB :Fiber To The Building
Q3
Operation System
Internet
Leased Line
Frame/CellRelay
Telephone
Interactive Video
Fiber To The X (FTTx)
Twisted Pair
ONT
ONT
Reti di accesso otticheReti di accesso ottiche
WDMlaser
receiver
centraloffice
remotenode
splitter/combiner
receiver
laser
1ONU
123 N
123 N
...
...
...
...
ONU: Optical Network Unit
receiver
laser
iONU
receiver
laser
NONU
Reti di accesso otticheReti 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: LARNETArchitetture di PON: LARNET
Segnali di ritorno a larga banda “affettati” (sliced) dall’AWG.
1.5 mlaser
1.3 mreceiver
centraloffice
remotenode
AWG
1
N
...
...
...
...
ONU: Optical Network Unit
i
receiver
1.3m LED
1ONU
receiver
1.3m LED
1ONU
receiver
1.3m LED
1ONU
Architetture di PON: RITENETArchitetture di PON: RITENET
WDMlaser
WDMreceiver
centraloffice
remotenode
AWG
1
...
...
...
...
ONU: Optical Network Unit
receiver
modulatorONU
N
receiver
modulatorONU
i
receiver
modulatorONU
Modulazione di portante per la tratta upstream.
Broadband Passive Broadband Passive Optical Networks (BPON)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: costruttoriPassive 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 Commutazione ottica di pacchettopacchetto
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 Commutazione ottica di pacchettopacchetto
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)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 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)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 maggiori alle classi di servizio più pregiate, in modo che vengano schedulate nei nodi prima di altre classi di servizio.
Commutazione ottica di Commutazione ottica di pacchettopacchetto
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).
SincronizzazioneSincronizzazioneLa sincronizzazione è il processo di riallineamento nel
tempo di due segnali (impulsi). Occorre quindi poter realizzare ritardi, fissi o variabili.
Sono state proposte realizzazioni ottiche di funzionalità di Phase Lock Loop (PLL) per riallineare la fase dei segnali.
switch22
switch22
switch22
switch22
flusso diingresso
flusso ritardato
stadio 1 stadio 2 stadio k-1
ritardo T/2
ritardo T/4
ritardo T/2k-1
c1 c2 Ck-1 ck
...
...
Commutatori otticiCommutatori ottici
headerprocessor
headerprocessor
switch
inputbuffers
outputbuffers
controlinput
Problemi: sincronizzazione in ingresso, elaborazione delle intestazioni, risoluzione delle contese, memorizzazione dei pacchetti …
Sincronizzazione in ingressoSincronizzazione 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 intestazioniElaborazione 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 conteseRisoluzione 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 architetturaUna possibile architettura
n n
1 1
n-1 n-1
unità dicontrollo
(elettronica)
3R3R
3R
3R3R
3R
3R3R
3R
11
2 2
m m
ingresso 0
uscita 1
uscita 0synch
uscita N
ingresso 1 synch
ingresso N synch
...