COLLEGAMENTI DATI SU FIBRA

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VITO SPERONI CONSULENTE SULLE TELECOMUNICAZIONI E FOTOVOLTAICO

COLLEGAMENTI DATI SU FIBRA OTTICA

Nelle infrastrutture in fibra ottica i dati viaggiano attraverso impulsi luminosi veicolati all’interno di cavi in fibra di vetro e polimeri plastici.

I segnali si propagano velocemente su lunghe distanze, sfruttando una banda di frequenze molto più elevata rispetto alle connessioni ADSL.

Per questi motivi è possibile trasmettere enormi quantità di dati in tempi brevi, e raggiungere velocità elevate che possono andare dai 30 ai 100 Mbps e in alcuni casi superare il Gbps. Queste differenze di velocità sono date dalle diverse strutture della rete telefonica. Se per esempio l’ultimo tratto di cavo fosse in rame, la velocità sarà inferiore.

SCHEMA DI MASSIMA DI UNA TRASMISSIONE DATI SU UN  COLLEGAMENTO IN FIBRA OTTICA

La fibra ottica viene utilizzata per trasferire informazioni di natura binaria, dove la luce che viene emessa da una sorgente è accesa o spenta, ovvero modulato in ampiezza con un sistema detto On-off keying ( OOK ) che nella  forma più semplice, la presenza di una portante per un tempo specifico rappresenta un uno binario, mentre la sua assenza, per la stessa durata temporale, rappresenta uno zero, ed è la forma più semplice di modulazione in ampiezza ASK (Amplitude Shift Keying: modulazione a spostamento di ampiezza) chiamata anche Modulazione a conteggio di fotoni.

All’altro estremo della fibra il componente principale di un ricevitore ottico è il fotorivelatore che converte la luce in elettricità attraverso l’effetto fotoelettrico. Il convertitore elettro-ottico è tipicamente accoppiato con un amplificatore allo scopo di produrre un segnale digitale come quello del segnale ottico in ingresso, che può risultare attenuato e distorto dopo l’attraversamento del canale.

ARCHITETTURA TRADIZIONALE IN FIBRA OTTICA

L’architettura tradizionale della rete di accesso in fibra ottica è derivata dall’uso che se ne è fatta per molto tempo: interconnettere centrali telefoniche, il collegamento dati tra sedi di grosse aziende, e/o organizzazioni.

Quella in figura è una architettura e tecnologica tipica di una rete di trasporto in fibra ottica.

ARCHITETTURA GERARCHICA AD ANELLI

TECNOLOGIE  USATE SULLA RETE DI ACCESSO SU CAVI IN FIBRA

 La Metro Ethernet, o Ethernet MAN dell’area metropolitana è una rete su standard Ethernet. Viene comunemente utilizzata per connettere gli abbonati a una rete di servizi più ampia, o a Internet.  Accessi da 10 Mbit/s a 1 Gbit/s.

RETE DI ACCESSO FISSO NGAN

Una rete generica di accesso fisso NGAN (rete di nuova generazione), o FTTx (generalizzazione delle varie architetture di rete che utilizza la fibra come FTTH, FTTB, FTTC, ecc.) è costituita da un’insieme di apparati trasmissivi attivi e passivi e delle infrastrutture civili che collegano il primo punto dell’operatore che eroga i servizi e l’utente finale.

  • Centrale telefonica locale:  è un edificio dove vengono installati gli apparati attivi e passivi.
  • OLT (Optical Line Termination) apparato attivo che serve per la multiplazione, commutazione, conversione ottico/elettrico

  • ODF (Optical Distribution Frame) apparato passivo per la connessione e la permutazione delle linee in fibra ottica.

  • Cabinet/ONU è un armadio che è normalmente dotato di due infrastrutture: l’ONU (Optical Network Unit = Unità di rete ottica) anche chiamato in modo tecnico DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) che è un apparato elettronico che si trova nei box stradali ed ha la funzione di collegare  una dorsale in fibra ottica a più linee DSL su rame , sfruttando le tecniche del Multiplexing, fino all’utente finale; e l’alimentazione a 48 Volt per l’ONU.

  • Punto di distribuzione: è un punto intermedio di distribuzione in una rete di accesso di nuova generazione  NGA dove vengono attestate più linee in fibra  ottica provenienti dall’ODF e connesse ai vari utenti. Viene collocato vicino all’abitazione o nella strada, e contiene un permutatore o uno splitter ottico passivo. 

  • ONT: (Optical Network Terminal) trasforma il segnale ottico in un segnale elettrico atto a potersi collegare al proprio Modem.

TOPOLOGIA DI RETE

  • Si ha una topologia di rete Punto-Punto (P2P) quando le linee di accesso sono dedicate all’utente finale fino all’ODF. La tecnologia usata viene indica, a esempio, come: Active Ethernet.

  • Si ha una topologia di rete Punto-Multipunto (P2MP) quando le linee di accesso sono dedicate agli utenti finali (ONT/ONU) fino al nodo intermedio come gli splitter o ripartitori ottici  (architettura PON) e sono poi aggregati a una linea in fibra ottica condivisa. Per cui una parte di rete di accesso è condivisa, in questo caso sono necessarie specifiche tecniche di controllo per l’accesso al canale di comunicazione (MAC= Medium Access Control) definiti standard internazionali quali GPON e EPON, e anche tecniche che garantiscano la sicurezza dei dati (Data Encryption).

 

PROTOCOLLI TRASMISSIVI

protocolli trasmissivi possono essere su standard in  sede IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) come a esempio Ethernet PON o in sede ITU (International Telecommunication Union) come a esempio GPON.

Ed essendo differenti le tecnologie di protocollo di accesso al mezzo fisico le ONT istallate dall’utente devono essere compatibili con lo standard del gestore che offre i servizi con l’OLT a cui sono attestate.

TECNOLOGIA PON

L’architettura di base delle PON  ( Passive Optical Network) è formata da un terminale di linea ottica OLT (Optical Line Terminal) che si trova nella centrale telefonica e trasmette, attraverso un permutatore ottico ODF,  un segnale luminoso su una fibra ottica. Il segnale ottico viene diviso da uno splitter, e diramato verso le fibre ottiche che raggiungono gli utenti finali, il segnale viene convertito in un formato elettronico da una unità ottica di rete ONU (Optical Network Terminal), chiamato anche terminale di rete ottica ONT (Optical Network Terminal).

Per cui la tecnologia PON  ( Passive Optical Network) implica l’uso di apparati con componenti attivi (trasmettitori, ricevitori, amplificatori) e si trovano alle estremità della rete (OLT, ONT). Mentre la rete di trasporto esterna che viene anche chiamata rete di distribuzione ottica ODN (Optical Distribution Network) è passiva.

Una delle differenze rispetto a una rete ottica attiva AON (Wiki Active Network) è la distanza che il segnale può raggiungere che di circa 100 Km rispetto a una PON che è di circa 20 Km, e gli utenti hanno una fibra ottica dedicata. Vale a dire che ogni utente avrà la stessa larghezza di banda.

La tecnologia PON viene utilizzata per la rete di accesso FTTH punto-multipunto. La rete di accesso è composta da portanti trasmissivi in fibra ottica per tutto il percorso che parte dall’ODF posto in centrale fino all’ONT posto in casa dell’utente. Una PON è una rete ottica passiva con un’architettura punto-multipunto, in cui si utilizzano i  POS  (Passive Optical Splitter, o divisore ottico passivo), che è apparato non alimentato che serve a dividere un segnale ottico in più segnali uguali a bassa potenza, per poi essere distribuiti a un numero di utenti finali compreso tra 16 e 128 per linea di fibra.

Per il funzionamento di base il metodo utilizzato per la distribuzione dei segnali ottici provenienti dallOLT che arrivano all’ONU e proseguono fino all’ONT sono gli stessi per tutti i clienti, è l’ONU che è in grado di indirizzarli all’utente giusto (ONT).

Per i segnali ottici da ONU a OLT (upstream) viene utilizzata la tecnica TDM (Time Division Multiplex),

una tecnica di multiplazione e condivisione, per cui ogni utente condivide a turno l’uso esclusivo del canale ottico per un breve lasso di tempo.

Quando un utente deve inviare dati, le trasmissioni a monte, chiamate operazioni in modalità bursty (flusso intermittente), avvengono in modo casuale, e il sistema assegna uno slot secondo necessità. Poiché il metodo TDM coinvolge più utenti su una singola trasmissione, la velocità dei dati a monte è sempre più lenta della frequenza a valle.

TECNOLOGIA GPON

Le reti FTTH (Fiber To The Home) GPON (Gigabit Passive Optical Network) (standard ITU-T G.984.1-2-3-4) sfruttano fibre ottiche mono-modali secondo una architettura punto-multipunto, per cui un numero ridotto di collegamenti sono in grado di connettere molti utenti. Questi collegamenti sono ripartiti mediante apparati passivi detti splitter ottici che non sono alimentati. Massima divisione uguale a 128.

Gli elementi terminali dell’architettura GPON sono l’OLT e l’ONT.

Gli OLT gestiscono l’invio dei segnali verso gli utenti finali aggregandoli in modo opportuno per poterli trasmettere su un’unica fibra in modo condiviso garantendo la possibilità di distinguerli.

Per poter utilizzare la stessa fibra ottica sia in downstream : da OLT a ONT ( banda 1480-1500 nm sarà di 2,488 Gbit/s),  che in upstream: da ONT a OLT (banda 1260-1360 nm si avrà una velocità di trasmissione di 1,244 Gbit/s), 

 

si utilizzano due distinte lunghezze d’onda usando la tecnologia WDM (Wavelenght Division Multiplexing).

Invece per aggregare e individuare le comunicazioni dei diversi clienti si utilizzano tecniche di multiplazione (multiplexing) a divisione di tempo, in particolare: TDM (Time Division Multiplexing) in downstream (da OLT a ONT)

La tecnica di trasmissione TDM permette la ricezione di segnali separati su un canale comune suddividendo l’utilizzo dello stesso in uno spazio di tempo assegnato a ciascuna trasmissione.

TDMA (Time Division Multiple Access: accesso multiplo a divisione di tempo) in upstream (da ONT a OLT) .

Framepacchetto di bit che costituisce l’unità strutturata di informazioni.

La tecnica TDMA deriva dalla TDM ma adotta degli accorgimenti specifici per garantire il sincronismo tra stazioni trasmittenti in upstream.

Le due tecniche sono caratterizzate da limiti nella larghezza di banda in upstream, condivisa tra le diverse ONT, con accesso mediante multiplazione nel dominio del tempo.

ARCHITETTURA GPON NELLA RETE TIM

Due sono gli stadi di splittig (muffola+cliente) dove n * m=64.

OLT= apparato attivo che serve per la multiplazione, commutazione, conversione ottico/elettrico

ODFOptical Distribution Frame (permutatore ottico).

ROE= ripartitore ottico di edificio.

ONTOptical Network Terminal, apparato che trasforma il segnale ottico in segnale elettrico, e permette di collegare il proprio modem alla fibra.

Nella rete GPON, in certi casi, viene installato a pochi metri dalle abitazioni, o in cantina, il ROE (Ripartitore Ottico di Edificio) che può agire da splitter otticoma il suo scopo principale è quello di dare flessibilità alla rete. Nel ROE entra un numero prefissato di fibre ottiche (es. 16, provenienti da uno splitter ottico), e ne escono altrettante, che andranno direttamente nell’abitazione del cliente.

TECNOLOGIA 10G-GPON 

10G-GPON chiamato anche XG-PON è uno standard di nuova generazione di ITU-T che segue GPON o PON con capacità Gigabit. La fibra ottica viene condivisa con molti utenti in una rete nota come FTTx. Rapporto di divisione massimo 256.

LA 10G-GPON ha due standard la XG-PON con una trasmissione di tipo asimmetrico: in downstream (da OLT a ONT) la massima velocità è di 10 Gbit/s, mentre in upstream (da ONT a OLT) è di 2,5 Gbit/s.

Il secondo standard della 10G-GPON è la XGS-PON e la trasmissione GPON 10G è di tipo simmetrico la massima velocità in downstream (da OLT a ONT) e  upstream (da ONT a OLT) è di 10 Gbit/s.

TECNOLOGIA EPON

Ethernet è una tecnologia orientata al trasporto dei dati su IP, negli ultimi anni, è diventato uno standard di comunicazione dati utilizzato sia per le LAN, per le MAN e per le WAN, e fu esteso anche alle reti di accesso come la PON: Ethernet su PON = EPON sviluppato e supportato dalla IEEE 802.3ah.

La tecnologia EPON (Ethernet Passive Optical Network ) utilizza un’architettura point-to-multipoint e una trasmissione passiva in fibra ottica per fornire servizi tramite Ethernet.

A livello fisico utilizza il PHY Ethernet 1000BASE e il sistema di trasmissione è lo stesso della PON.

Ethernet PON in downstream la una velocità di trasmissione è di 2,25 Gbit/s, e in upstream di 1,25 Gbit/s, con splitting 1:16. Distanza massima 20 Km.

SOLUZIONI ARCHITETTURALI PER L’ACCESSO NGN

ACCESSO IN FIBRA OTTICA FTTH

Per quanto riguarda la rete di accesso FTTH (Fiber To The Home) il collegamento in fibra ottica parte dalla centrale telefonica locale ed è attestato all’apparato chiamato OLT che si collega all’ODF e arriva all’ONT installato presso il cliente. I collegamenti possono essere di tipo punto-punto o punto-multipunto.

TOPOLOGIA PUNTO-PUNTO

La topologia di rete punto-punto si basa su di una architettura che prevede un collegamento dedicato in fibra ottica tra l’ODF e il punto terminale di rete ONT.

Il tratto di rete in fibra ottica potrebbe essere composto da differenti sezioni di fibre giuntate con muffole e connettori.

TOPOLOGIA DI RETE PUNTO-MULTIPUNTO

La topologia di rete punto-multipunto si basa su di una architettura che prevede l’impiego di tratte in fibra ottica passiva che possono essere condivise con altri utenti finali e collegati a degli splitter passivi secondo a una topologia ad albero le cosiddette tecnologie PON.

Le reti di accesso FTTH per quanto riguarda la tecnica e i protocolli trasmissivi si basano in linea di massima su standard in sede IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) come a esempio EPON (Ethernet PON) o in sede  ITU (International Telecommunication Union) come a esempio GPON.

SIMBOLO AGICOM

FTTH (Fiber TThe Home) rete in fibra ottica che arriva fino in casa del cliente. Velocità fino a 1 Giga in download, e 100 Mega in upload.

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ACCESSO IN FIBRA OTTICA FTTB

Per rete di accesso  FTTB (Fiber TThe Building): la fibra ottica parte dall’ODF fino nelle vicinanze del palazzo per poi essere distribuito ai vari utenti utilizzando i cavi in rame esistenti. Il percorso terminale di rete, a valle della terminazione ottica ONU è realizzata con portanti in rame, la fibra dalla centrale locale viene ternata presso un armadietto vicino all’edificio che contiene gli apparati attivi ONU che ha la funzionalità trasmissive e di convertire il segnale ottico in elettrico. Velocità in download da 200 Mbps fino a 1 Gbps , da 30 a 100 Mbps in upload.

SIMBOLO AGICOM

FTTB (Fiber TThe Building) rete in fibra ottica che arriva al di fuori della casa del cliente e il collegamento fino in casa può essere in rame.

ACCESSO IN FIBRA OTTICA FTTC

FTTC (Fiber To The Cabinet) è una rete di accesso che impiega portanti trasmissive in fibra ottica partendo dall’ODF sino al punto intermedio di distribuzione per proseguire fino all’utente finale su portanti in rame.

Questa soluzione identifica una rete “mista rame” e la fibra ottica arriva a un Cabinet  che è posto sulla sommità del  BOX. I clienti sono collegati al Cabinet mediante un doppino in rame esistente e per il trasporto dei dati utilizza la tecnologia VDSL2 . Velocità in download fino a 100 Mbps.  Velocità in upload  fino a 30 MbpsSe si voleva sfruttare a pieno le potenzialità della tecnologia VDSL si poneva il problema dato dall’attenuazione di linea, in quanto questa cresce con l’aumentare della frequenza, per cui hanno deciso di accorciare la tratta in rame che parte dall’utente e arriva al BOX di linea (ARL).

SIMBOLO AGICOM

FTTC (Fiber To The Cabinet) rete in fibra ottica fino all’armadio stradale e in rame fino alla casa del cliente. Velocità fino a 200 Mega in download, e 40 Mega in upload.

 

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La FTTC TIM è offerta con protocollo G.INP (una via di mezzo tra fast e interleaved) e non è possibile richiedere la modalità fast (commercializzata da TIM come opzione sulle linee ADSL).
Come accennato prima, il G.INP oltre a permettere un miglior coding-gain (guadagno della codifica) e meno overhead (quindi maggiore banda rispetto alle configurazioni fast o interleaved), permette un ping pari a quello del protocollo fast, pur mantenendo la qualità del controllo errori pari a quella del protocollo interleaved.

FTTE (Fiber To The Exchange) la connessione in fibra ottica arriva sino alla centrale e prosegue su supporto in rame in tecnologia ADSL2+ o VDSL.  Velocità in Download fino a 20 Mbps.  Velocità in Upload  fino a 7 Mbps.

COLLEGAMENTI GBE

Sfruttando la principale rete dorsale di Telecom Italia denominata OPB (Optical Packet Backbone),  realizzata in tecnologia IP/MPLS sono disponibili collegamenti in fibra con terminazioni di tipo Gigabit Ethernet (GBE).

La Fibra Ethernity è un collegamento in Fibra Ottica dedicata con protocollo GBE a 10/100 Mbps e 1Gbps.

Nell’ambito del servizio Fibra Ethernity ci sono diverse architetture di connessione in fibra ottica con protocollo GBE (Gigabit Ethernet) con profilo MPLS (Giga Hyperway, rete geografica) disponibile in modalità standard a 10/100 Mbps e si arricchisce con i nuovi tagli di 200, 300, 500, 600 Mbps e 1Gbps.

 Internet (GigaBusinessche offre una soluzione di accesso ad Internet in fibra ottica su interfacce GBE a partire da 10M e con possibilità di configurare la banda di accesso ad Internet a partire da 2M e si arricchisce con i nuovi tagli di 200, 300, 500, 600 Mbps e 1Gbps.

PRECISAZIONE AGCOM  

Gli operatori di telefonia sono obbligati a indicare con chiarezza il tipo di tecnologia usata per la connessione a Internet. Questo permette agli utenti di paragonare le varie offerte in fibra ottica e valutare quali sono le migliori.

L’AGCOM ha chiarito che sole le  tecnologie: FTTH, e FTTB possono essere indicate dai provider con il nome : FIBRA, mentre la tecnologia FTTC, e la tecnologia FWA (Fixed Wireless Access) possono usare il nome FIBRA se specificano che una è su un collegamento misto a rame e l’altro è mista radio.La tecnologia FTTE  di TIM avrà il bollino rosso in quanto il collegamento è tutto in rame.

L’AGCOM ha deciso inoltre di obbligare gli operatori ad utilizzare un sistema di bollini di vari colori per rendere più trasparente al consumatore il tipo di offerta e relativa tecnologia: (Verde “FF” per la fibra a casa (FTTH), blu “F” per la fibra al palazzo (FTTB)giallo “RF” per la fibra all’armadio (FTTC), rosso (R) per la fibra alla centrale (FTTN), e viola (W) per il fixed wireless).

TiM ha deciso di utilizzare questa simbologia:

Come scegliere la connessione 

I parametri che bisogna tenere in considerazione per valutare correttamente le varie opzioni sono: la velocità di trasmissione, la banda minima garantita, e il costo. 

Dopo aver individuato l’offerta che si desidera attivare, si dovrà verificare le tecnologie disponibili in quella zona consultando il sito: verifica copertura , e se non sono disponibili le connessioni FTTH, FTTB,  FTTC, o FTTE, resterà l’opzione ADSL con velocità massima di 20 Mega in download a cui si affiancherà la possibilità di sfruttare soluzioni che non prevedono una collegamento via cavo tra la propria abitazione e la centralina come la tecnologia FWA, o attraverso un router con SIM 4G.

CENNI FINALI SULLA SITUAZIONE ITALIANA

Per convenzione la “Banda Larga” in ambito Telecom si intende i collegamenti di accesso con Bitrate superiore a 2 Mbits e viene identificato come xDSL che possono essere realizzati con collegamenti FTTE (bitrate da 2 a 20 Mbits in downstream).

Per banda Ultra Larga si intende un collegamento con bitrate ≥ a 30 Mbits con architettura  FTTC e FTTH.

L’obiettivo di TIM sarà quello di coprire per il 98% il territorio italiano nel minor tempo possibile, con collegamenti FTTH.