Caratteristiche e Differenza tra reti ottiche attive e passive

Caratteristiche e Differenza tra reti ottiche attive e passive

Tipi di reti ottiche

In telecomunicazioni, le reti di accesso sono definite come collegamenti che corrono dalle apparecchiature presso gli edifici degli abbonati (equipment at a customer’s premise, CPE) alla struttura di commutazione più vicina, come una centrale di una compagnia telefonica (central office, CO), una estremità di testa CATV (CATV head end, CATV HE), un commutatore ATM o Ethernet, oppure qualsiasi altra interfaccia che conduca infine alla rete di telecomunicazioni globale. Una rete di accesso è una rete di collegamento tra il sito del abbonato e il sito principale del provider. Un perfetto esempio di una rete di accesso tradizionale è una rete di doppini per telecomunicazioni che collegano i singoli telefoni ad un CO.

Il termine “banda larga” si applica oggi ad una rete o ad un collegamento di trasmissione singolo, in grado di fornire trasmissioni ad alta velocità. Le reti d’accesso a banda larga possono essere suddivise in due classi principali: cablate e wireless. Le reti cablate includono una linea telefonica-line basata su DSL (Digital Subscriber), linee elettriche, TV via cavo ibrido fibra-coassiale e reti di accesso ottiche. Le reti wireless contano oggi su tre diverse tecnologie basate su radio-frequenza e bande microonde, la gamma terahertz dello spettro e collegamenti ottici nello spazio libero, ma è ampiamente riconosciuto nel settore che, in questa fase, solo le reti cablate ottiche possono servire come soluzione più promettente per i problemi di accesso.

Le reti di accesso ottiche includono tre diverse tipologie: cablata, a cablaggio ibrido fibra-coassiale (HFC) e reti ottiche wireless. Le reti HFC sono state installate nel corso del decennio precedente per offrire TV via cavo nelle residenze e sono state ri-progettate negli ultimi dieci anni per renderle in grado di fornire connessioni internet ad alta velocità a tramite modem via cavo. La rete ottica wireless è ancora nella fase di sviluppo della banda larga, anche se di recente sono state pubblicizzate un certo numero di offerte commerciali.

Caratteristiche e Differenza tra reti ottiche attive e passive

Reti ottiche attive e passive

Le reti ottiche cablate sono state sviluppate e distribuite in due versioni principali: le reti ottiche attive (active optical network, AON) e le reti ottiche passive (passive optical networks, PON). Una AON distribuisce componenti attivi e intelligenti lungo il percorso dal CO, o HE, presso gli impianti del cliente. Questi dispositivi attivi possono essere posizionati al bordo della rete di distribuzione, cioè vicino alla sede del cliente, per fornire una maggiore flessibilità nella fornitura di vari servizi, ottenendo prestazioni desiderate, e fornendo una migliore qualità del servizio (quality of service, QoS).

L’architettura PON implica l’uso di componenti attivi (trasmettitori, ricevitori e amplificatori) solo alle estremità dei collegamenti di rete. L’intero impianto esterno (outside plant, OSP), chiamata anche rete di distribuzione ottica (optical distribution network, ODN), è passivo, da qui il nome rete ottica passiva. Essa consente di minimizzare l’utilizzo di fibre e il numero di ricetrasmettitori mediante l’uso di splitter passivi/accoppiatori. Quindi la PON è una tecnologia che riduce i costi operativi e di manutenzione, essendo anche molto trasparente, limitando la probabilità di errore di linea e dei dispositivi esterni, migliorando anche l’affidabilità dei sistemi, grazie al fatto che la PON può impedire gli effetti di interferenze elettromagnetiche e, come ultima considerazione, è adatta per segnali di qualsiasi formato e bit rate.

Reti Ottiche Passive

Architettura

L’architettura di base delle PON è relativamente semplice: un terminale di linea ottica (optical line terminal, OLT) trasmette un segnale luminoso su una fibra ottica. Tale segnale ottico viene diviso da uno splitter, diramato in tante fibre ottiche quanti sono gli utenti e convertito in un formato elettronico da una unità ottica di rete (optical network terminal, ONU; chiamato anche terminale di rete ottica – optical network terminal, ONT) in cui l’output di questo dispositivo fornisce segnali elettrici ai customer premise equipment (CPE). Le apparecchiature opto-elettroniche attive si trovano solo agli estremi della rete, cioè nelle OTL e nelle ONU, mentre la rete di distribuzione ottica comprende solo componenti passivi. La disposizione fisica della PON implica che non è necessaria nessuna manutenzione sul campo, e pertanto, i costi di gestione sono minimi.

Le OLT sono localizzate nei Central Office, HE o qualsiasi altro sito principale del provider per cui il traffico viene convogliato fuori dalla PSTN, Internet, CATV, WAN e MAN. Qui il traffico in ingresso viene convertito al traffico locale per la consegna da e per, gli uffici o le case.
Inoltre, bisogna ricordare che vi sono diverse varianti di distribuzione PON e differiscono solo per la lunghezza del doppino che va dall’ONU al cliente. In questa fase di sviluppo, non esistono soluzioni pratiche che consentono a un operatore di telecomunicazioni di eliminare completamente l’uso del doppino. Tuttavia, poiché la distanza di trasmissione su un filo di rame è molto breve, può essere utilizzata una versione DSL con velocità elevata, chiamata VDSL (o VHDSL, Very High-speed Digital Subscriber Line), per fornire una banda sufficiente per coprire tutte le esigenze del cliente.

Il principio di funzionamento dell’architettura di base di una PON richiede la condivisione dei dispositivi di rete tra il massimo numero di utenti, permettendo all’operatore di rete di dividere il costo di installazione e manutenzione. E cosa maggiore, se necessario, le architetture delle PON sono tali da consentire l’aggiunta di nuovi clienti.
La PON è una classica rete di trasmissione, e in quanto tale, deve costituire una topologia aciclica (per evitare feedback), ad esempio una topologia ad albero, bus o stella. Oggi, la topologia fisica più adatta per la PON è ad albero, anche se possono essere utilizzate anche topologie a stella singola o gerarchica, e bus.

Gruppi base delle PON

Tutte le PON con multiplazione a divisione di tempo (TDM) possono essere suddivise in due gruppi: uno è il gruppo basato sul ATM (Asynchronous Transfer Mode), che comprende APON (ATM-PON), BPON (Broadcast PON) e la più recente GPON (Gigabit PON), e l’altro è il gruppo basato su Ethernet, che consiste nella EPON (Ethernet PON).
Il gruppo basato sul ATM deve il suo sviluppo alla iniziativa del consorzio full-service-access-networks (FSAN), un gruppo di aziende di telecomunicazioni leader a livello mondiale composta sia da operatori che produttori di apparecchiature. La FSAN di conseguenza ha sviluppato tre versioni del PON: l’APON, la BPON e la GPON. Il termine APON è riservato ad una PON dedicata alla consegna di voce e dati, mentre la BPON denota una versione estesa della rete originale arricchita con capacità di trasmissione e servizi aggiuntivi. La GPON è una versione PON in grado di trasportare traffico nell’ordine di Gbps. Tutti queste versioni PON basate sul ATM sono supportati dagli standard ITU-T, chiamate “Raccomandazioni” che specificano l’architettura, le attrezzature ed i requisiti di trasmissione per le PON.
Storicamente, quando iniziò lo sviluppo delle PON (1995), l’ATM era sulla buona strada per diventare la tecnologia prevalente in tutti i tipi di reti di dati . Tuttavia, negli ultimi anni Ethernet è diventato lo standard di comunicazione dati universalmente accettato, estendendo il suo utilizzo dalle LAN alle MAN e anche alle WAN. Sembrò abbastanza logico estendere l’uso di Ethernet anche per le reti d’accesso, coprendo così tutte la scala di comunicazione dati con un solo protocollo. Per questo motivo molti produttori hanno sviluppato un’altra versione della PON: Ethernet su PON (EPON), sviluppato ed è supportato dalla IEEE, l’EPON è supportata dal lavoro della task force che si occupa dello standard IEEE 802.3ah.

La differenza fondamentale tra ATM ed Ethernet è che ATM offre un supporto migliore verso tutto il traffico legacy TDM, come ad esempio T/E e SONET/SDH, mentre Ethernet è una tecnologia di trasporto dati che supporta il traffico orientato all’IP. Il problema critico con ATM è che la produzione di componenti ATM oggi è ad un livello relativamente basso, e continua a diminuire, col risultato che i commutatori ATM e le schede di rete sono notevolmente più costose (circa otto volte) rispetto agli stessi componenti Ethernet. D’altra parte, Ethernet continua ad espandersi e, grazie al suo basso costo, questa tecnologia è diventata ubiquitaria, ma è anche interoperabile con un discreto numero di tecnologie legacy. In più, Ethernet è ora in grado di supportare il servizio voce e video, in aggiunta alla sua normale funzione di trasmissione dati, facendolo con un soddisfacente livello di qualità di servizio e infine, la lunghezza variabile del frame Ethernet contrasta vantaggiosamente con lunghezza fissa del frame dell’ATM per quanto riguarda la flessibilità di trasmissione dei vari tipi dati trasmessi.
L’Ethernet PON e la Gigabit PON (GPON) sono gli attuali standard TDM ottici della rete di accesso in cui la distanza fattibile per la fibra che trasporta il segnale dal/al OLT non supera i 20 e 60 km, per le rispettive tecnologie. La WDM-PON, e l’ibrida TDM/WDM-PON che utilizzano l’Arrayed Waveguide Grating (AWG), sono altre tecnologie future per le reti di accesso ottiche.

Principi fondamentali della GPON

Le apparecchiature di trasmissione attiva nella rete GPON consiste solo della terminazione della linea ottica (OLT) e l’unità di rete ottica (ONU). L’architettura logica di rete è la già discussa FTTx. Partendo dalla sede centrale, un solo filamento in fibra ottica monomodale corre verso uno splitter passivo potenza ottica vicino alle abitazioni degli utenti semplicemente dividendo la potenza ottica in N percorsi separati per gli abbonati (possono variare da 2 a 64). Dallo splitter ottico, viene fatto correre verso l’utente (quindi una casa, uno stabile, ecc.) un singolo filamento in fibra monomodale.
L’arco di trasmissione in fibra ottica dalla centrale verso ogni utente può arrivare ad essere ampio fino a 20 km. Lo standard GPON definisce un gran numero di diversi tassi di trasmissione di linea per la direzione downstream e upstream. Sebbene siano possibili tutte le combinazioni (eccetto il downstream a 1,2 Gbps e l’upstream 2,4 Gbps), i provider spesso offrono solo 1,2 Gbps in upstream e 2,4 in downstream.

Pubblicato da Vito Lavecchia

Lavecchia Vito Ingegnere Informatico (Politecnico di Bari) Email: [email protected] Sito Web: https://vitolavecchia.altervista.org

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