Evoluzione della rete di accesso

A.Vailati

Accesso commutato ad Internet

SGU

SGU

Rete dati

NAS

PRA

PHY

PPP

IP

APP

SL

Modem

POTS/ISDN

POTS • codifica AMI • BW <= 56 kbit/s

ISDN • codifica 2B1Q • BW = 64 kbit/s su canale B• BW <= 128 kbit/s (multilink)

Velocità di accesso ad Internet

0

10

20

30

40

50

60

1990 1999

kbp

s

Architettura di rete per accesso commutato ad Internet

Architettura di rete per accesso commutato ad Internet

X

X

INTERBUSINESSXX

RETI ALTRI OPERATORI

PRA PRA

RETE PSTN/ISDN

RETI DATI

ARCIPELAGO

POP

TIN

PRA PRA

POP

ALTRI ISP

POP

C.S.ISP 1

C.S.TIN

C.S.ISP 2

C.S.ISP n

X

X

X

X

X

TELECOM

ITALIA

confine (A)

confine (C)

Architetture evolutive: accesso con NAS distribuiti

PHYPPPIP

APP

PHYPPPIP

APP

SL

Internet

PHYPPPIP

UDP

RADIUS

SL

PHYPPPIP

APP

NAS

SL

CDNRete Dati

Rete IP

Modem

RADIUS ISP

DB

DNS

SL

POTSISDN

SGU

SSP

SGU

SSP

SCP

NAS

SSP SCPPIS (167……)

SNBE

(CBC, CSBS)

CCC(DEST1)

NBE (DEST1, Busy)

SNBE

(CBC, CSBS)

CCC(DEST2)

SNBETimeout (15 sec.)

ADOB

Architetture evolutive :accesso con PRA remotizzati

PHYPPPIP

APP

PHYPPPIP

APPInternet

SL

Rete IP

Modem

Modem

PRA

PRA

SL

PHYPPPIP

UDP

RADIUS

RADIUS ISP

DB

DNS

SL

SL

NAS ReteTrasmissiva POTS

ISDN

PRA

SGU

SSP

SGU

SSP

SCP

Nuove tecniche di trasmissione su coppie simmetriche in rame

xDSL

A.Vailati

Cosa sono i sistemi xDSL

• I sistemi xDSL (x-Digital Subscriber Line) consentono la realizzazione di connettività numeriche su doppino fra centrale e sede di utente

• Molteplicità di soluzioni (bit-rate, modulazioni, ecc.)• Tutti i sistemi utilizzano una sola coppia (tranne HDSL)• Molti sistemi consentono il trasporto della telefonia in

banda base (ad es. ADSL, VDSL)

xDSL

• I sistemi xDSL consentono di realizzare la connettività numerica sulle coppie simmetriche in rame della rete di accesso

• I sistemi sono caratterizzati da una moltiplicità di soluzioni che differiscono:– capacità di trasporto– modalità simmetrica/assimetrica– tecnica di modulazione 2B1Q CAP DMT– Numero dei doppini– trasporto anche di servizio POTS– trasporto anche di servizi BRA ISDN

Banda

Utente Rete

Upstream

Downstream

Simmetrica : stessa velocità nei due sensiAssimetrica: velocità Up bassa ,Down alta

Banda

I sistemi xDSL

DSL Digital Subscriber Line(160kbit/s simmetrici su 1cp, codifica 2B1Q)

IDSL ISDN DSL(128kbit/s simmetrici su 1cp, codifica 2B1Q)

HDSL High bit-rate DSL(2Mbit/s su 2 cp, codifica 2B1Q)

SDSL Symmetric DSL(fino a 2Mbit/s su 1 cp + POTS, codifica CAP e 2B1Q)

ADSL Asymmetric DSL(fino a 8Mbit/s down, 1Mbit/s up + POTS su 1 cp, codifica CAP e DMT)

RADSL Rate Adaptive DSL(bit-rate adattabile in direzione down e up + POTS su 1cp, codifica CAP e DMT)

VDSL Very high bit-rate DSL(52, 26 o 13Mbit/s down, 2Mbit/s up + POTS (o ISDN) su 1 cp, codifica CAP e DMT)

Configurazione di rete MuxADSL

• Il servizio di connettività ATM può prevedere:

– Virtual Channel/Virtual Path da NT ADSL a Service Provider

– Best effort (UBR) o a banda e qualità garantita (CBR)

– concentrazione del traffico degli utenti ADSL su un’unica interfaccia

– eventuale funzione di permutazione per offerta MULTI Service Provider

Rete diaccesso

ATU-R

ATU-R

ATU-R

ATU-R

Nodo SP1

Nodo SP2

Accesso HDSLCaratteristiche:• codifica 2B1Q, CAP• supera i limiti dello HDB3 (rigenerazione, assenza di canale di servizio per la gestione del

livello fisico)• idoneo su coppie con derivazioni• evita rigeneratori fino a 2-4 km• porta a BW<=2 Mbit/s• richiede 2 coppie simmetriche in rame

FunzioneDCE-3

HDSL

HDSL

NTU

Organicomuni

HDSL

HDSL

LTU

(a)

Organicomuni

REGREG

REGREG

(b) (d)(c)

Applicazioni:• collegamenti fra sede del cliente e centrale (per raccolta di centralini o di canali per

trasmissione dati a N*64kbps• collegamenti fra sedi di centrali (compatibilmente con le distanze permesse dal sistema)

Accesso ADSL: caratteristiche

• impiega una singola coppia simmetrica in rame

• velocità/prestazioni dipendenti dalle caratteristiche della coppia, principalmente da:

– caratteristiche della linea (lunghezza, presenza o meno di derivazioni)

– diafonia

• tecniche di modulazione utilizzate:

– DMT (Discrete Multi-Tone)

– CAP (Carrierless AM/PM)

f(MHz)

DO

WN

ST

RE

AM

UP

ST

RE

AM

0.088 1.10.004 0.080POTS

ISDN

0.0800.004

FLUSSI NUMERICIA LARGA BANDA

Allocazione spettrale della banda

• separazione in banda del canale a larga banda dal canale di controllo e dal canale telefonico

• separazione tra canale telefonico e segnali numerici tramite POTS splitter

Accesso ADSL: Architettura e servizi SEDE DI UTENTE

NTADSL

coppia simmetrica

POTSsplitter

SITO DI CENTRALE (SL)

MUXADSL

SL

POTSsplitter

PSTNISDN

ADSLrete SDH

nodo ATMconcentrazione

smistamento

SITO DI CENTRALE (SGU/SL)

• Servizi supportati: trasporto dati su IP e/o ATM per residenziale e business

– servizi IP (on-line, accesso veloce a Internet, videocomunicazione, VoIP)

– connettività ATM secondo le classi di servizio disponibili

– trasmissione contemporanea dei servizi a banda stretta (POTS, ISDN)

• differenziabili alla clientela per qualità e disponibilità di rete

Accesso ADSL: il concetto di ‘Lite’

Accesso ADSL: il concetto di ‘Lite’• Non necessita il POTS splitter in sede del cliente (filtro passa-alto nel

modem d’utente)

• installazione del modem semplice e a cura del cliente

• qualità del servizio dipendente dall’impianto domestico (criticità se il telefono è a monte del modem ADSL)

• compatibilità spettrale con i servizi esistenti (ISDN?)

• velocità adeguate per le esigenze dei segmenti di mercato interessati (tipicamente residenziali, SOHO) (fino a 1,5Mbit/s downstream e 512Kbit/s upstream )

• portate analoghe all’ADSL tradizionale, 5 Km per velocità di cifra di 1Mbit/s downstream e 384Kbit/s uppstream

• collegamento cliente-rete sempre attivo (“always on”) senza la necessità del dial-up come per i modem tradizionali

ADSL Lite -vantaggi/svantaggi (I)

ADSL Lite -vantaggi/svantaggi (I)• Ridotta complessità del sistema ADSL lato cliente

• possibile riduzione dei costi di installazione da parte dell’operatore

• autoinstallazione del terminale remoto come per i tradizionali modem

• costo del modem ADSL comparabile a quello dei modem tradizionali

• potrebbe evolvere verso il “full ADSL” mediante upgrade software

• supporta un numero inferiore di servizi rispetto all’ADSL tradizionale

• non può essere offerto ad un utente ISDN, se non su doppino aggiuntivo

ADSL Lite -vantaggi/svantaggi (II)

ADSL Lite -vantaggi/svantaggi (II)• Il segnale ADSL e POTS generano mutua interferenza, riducendo

qualità e prestazioni

• un guasto a livello di apparato può impattare sia sul POTS sia sull’ADSL

• prestazioni ADSL dipendenti dall’ambiente domestico

• a differenza dei modem tradizionali è necessario che l’operatore di rete installi adeguati apparati nella centrale locale

• incertezza tra confine dell’operatore e del cliente (NT di proprietà del cliente?)

Configurazione sistema ADSL :Full/true

CentraleTelefonica

Centrale Sede di utente

modem Vbanda fonica

S POTS splitterATU-C ADSL Termination Unit - Central OfficeATU-R ADSL Termination Unit - Remote

ATU-C

Muxdi centrale

STM-1E3

S S

NTATU-R

10BaseT oATM25

STB

TV

ATM25

PSTN

NT-

Configurazione sistema ADSL :splitless

CentraleTelefonica

Centrale Sede di utente

modem Vbanda fonica

S POTS splitterATU-C ADSL Termination Unit - Central OfficeATU-R ADSL Termination Unit - Remote

ATU-C

Muxdi centrale

STM-1E3

S

NTATU-R

10BaseT oATM25

STB

TV

ATM25

PSTN

NT-

Configurazione sistema Universal ADSL Lite/g.Lite

Centrale Sede di utente

modem Vbanda fonica

ATU-C ADSL Termination Unit - Central OfficeATU-R ADSL Termination Unit - Remote

ATU-C

STM-1E3

NTATU-R

10BaseT oATM25

STB

TV

ATM25

PSTN

NT-

Muxdi centraleBB

FTTX

A.Vailati

Sistema PON terminato con sistemi VDSL/ADSL

Sistema PON terminato con sistemi VDSL/ADSL

ONU

ODN

TRA

cpOLT

:

ONU

ONU

ONU

splitter

NTxDSL

xDSL

23

Blocchi funzionali PON

Blocchi funzionali PON• Terminazione di Rete di Accesso (TRA-PON)

– terminazione ottica della PON lato centrale (OLT: Optical Line Terminal)– mux/demux per i flussi trasportati sulla PON

• Optical Network unit (ONU)– conversione ottico/elettrica del segnale– formazione e controllo delle trame sia lato rete sia lato terminazione d’utente.

• Optical Distribution Network (ODN)– rete ottica caratterizzata dall’impiego esclusivo di componenti ottici passivi (cavi e diramatori ottici)– attestata lato rete alla terminazione ottica (OLT) della TRA-PON e lato utente all’ONU

• Network Termination (NT)– terminazione attiva di rete posta in sede del cliente– costituisce il punto di demarcazione tra la responsabilità del gestore di TLC e l’impianto residenziale

24

Caratteristiche dei sistemi PON (I)

Caratteristiche dei sistemi PON (I)

• collegamenti punto-multipunto tra la TRA PON e le ONU

• struttura ad albero realizzata mediante uno o più stadi di diramazione installati in centrale (FTTE, o in esterno (FTTCab)

• elevata condivisione delle risorse

• elevata flessibilità (n° di ONU, migrazione di configurazione)

25

Caratteristiche dei sistemi PON (II)

Caratteristiche dei sistemi PON (II)• trasmissione downstream di tipo TDM fino a 622 Mbit/s

• trasmissione upstream fino a 155 Mbit/s con accesso condiviso TDMA

• segnale tra ONU e OLT condiviso tra molti clienti; a livello di ONU selezione del segnale dedicato al singolo cliente

• rapporto di diramazione 1:N con N = 2, 8, 16, 32. Maggiore è il grado di diramazione, minore è la distanza tra TRA PON e ONU (N=32, L=4 km; N=4, L=24 km)

FTTB

:

VDSL/ADSL/HDSL

ONUbuilding/curb

building/curb

ONU-business

sede di utente

:

ADSL

ONUexchange

sito di centrale

FTTE

FTTCabOLT

TRA

PONverso retidi transito

sito di centrale

OLT

OLT

:

VDSL/ADSL/HDSL

ONU-Cab(BB oNB+BB)

sito di armadio

Posizionamento delle ONU in rete

Posizionamento delle ONU in rete

NT

NT

NT

FTTO

Sistema FTTCab BB

Sistema FTTCab BB

SEDE DI UTENTESITO DI CENTRALE

coppiasimmetrica

f.o.NT

STB

PON

SITO DI ARMADIO

verso retidi transito

VDSLsplittersplitter

TRAPON

SITO DI ARMADIO

SITO DI ARMADIO

verso SL

ONU CabBB

AR

coax

SITO DI CENTRALE

EDIFICIO DI UTENTE

tap

DNAmp

FNf.o.

LN

STBb.p.

SITO IN RETE DI DISTRIBUZIONE

SEDE DI UTENTE

Sistema HFC

Sistema HFC

DOWNSTREAM

UPSTREAM

5 8 40

54 470 862

870 1.000

MHz

Allocazione spettrale della banda

è stata sperimentata e

sviluppata

• trials

• problemi, costi, tempi,

servizi

• ampio successo

all’estero

Sistema HFC: Caratteristiche generali

Sistema HFC: Caratteristiche generali• impiego di cavi in fibra nella parte primaria della rete di

distribuzione e di cavi coassiali nella parte secondaria

• permette il trasporto in broadcast di segnali a larga banda verso gli utenti connessi

• permette la fornitura di servizi video diffusivi, sia analogici che numerici

– fornitura di 40 canali video analogici e 60 canali video numerici in modalità “passband”

Sistema HFC: Caratteristiche tecniche (I)

Sistema HFC: Caratteristiche tecniche (I)

• Distribution Node

– raccolta canali e multiplazione/affasciamento

– modulazione a RF e multiplazione in tecnica SCM

• Local Node

– amplificazione/diramazione

• Fiber Node

– conversione O/E

– amplificazione/diramazione

Sistema HFC + Cable Data Modem

Sistema HFC + Cable Data Modem

EDIFICIO DI UTENTE

tap

f.o. coax

Amp

SITO DI CENTRALE

FN

STB

DN

CM

LN

HECMb.p.

SITO IN RETE DI DISTRIBUZIONE

SEDE DI UTENTE

Router

• Realizzato introducendo i Cable Data Modem sulla struttura HFC

• E’ composto da una stazione di testa (HECM) e da unità di utente (CM)

• Realizza la trasmissione dati bidirezionale su reti HFC in configurazione

p-mp

• Consente la fornitura di servizi IP (on-line, accesso ad Internet, ecc.)

INTERNET

Altre soluzioni di accesso: Accesso Radio

Accesso Radio a Larga Banda:

Accesso Radio a Larga Banda:Punto-Multipunto

Fornitura di servizi a banda stretta e a banda larga su un sistema wireless di tipo cellulare

La stazione base è collegata alla rete tramite interfacce ATM

Utilizzo delle frequenze da 10,5 a 42GHz

Capacità dipendente dallo schema di modulazione impiegato (fino a 25Mbit/s)

Distanza coperta da 1 a 15Km a seconda dello schema di modulazione, della frequenza di trasmissione, della piovosità della zona

Visione diretta tra antenna della stazione radio base e quelle degli utenti

Accesso Radio a Larga Banda:LMDS

Sistema radio punto-multipunto

Utilizzo delle frequenze da 40.5 Ghz e 42.5Ghz

Banda downstream fino a 50Mbit/s e upstream fino a a 2Mbit/s

Distanza coperta da 1 a 4Km

Adatto per aree urbane ad elevata densità di utenza

Visione diretta tra antenna della stazione radio base e quelle degli utenti

Field trail in USA, Canada, Giappone, Australia, Brasile e Venezuela.

Servizio commerciale per circa 12.000 utenti a New York (servizi video) da parte di Cellular Vision

Altre soluzioni di accesso: Accesso Power Line

Accesso Power Line Tecnologia di accesso di interesse per gestori alternativi

Utilizza le infrastrutture della compagnia elettrica istallate in sede del cliente

Permette trasmissione dati bidirezionale fino a circa 1Mbps sulle linee elettriche

Può essere utilizzata anche per fornitura di servizi vocali

La capacità di 1 Mbps è condivisa fra tutti gli utenti che afferiscono alla cabina elettrica di distribuzione

Prime sperimentazioni dal 1995

MS

Accesso Power Line: ArchitetturaL’architettura prevede:

• un “Communication Node” sulla rete elettrica di distribuzione a media frequenza

• un filtro presso la sede del cliente, a monte del contatore, per la separazione del segnale dati da quello elettrico

BS

ReteBackBone

200 caseper BS

coax

kWhkWh

Mainstation

72 HUB per MS ( 7200 clienti)

HUB

BaseStation

20 clienti per BS

Accesso Power Line: Criticità e conclusioni Presenza di rumore in linea

Possibile interferenza da trasmissioni AM

Necessità di cablaggio verticale negli edifici con contatore collocato alla base dell’edificio stesso

Non rappresenta ad oggi una soluzione alternativa concreta per la rete di accesso

Costi realizzativi paragonabili a quelli dell’FTTCab ma con meno banda

L’installazione del filtro a casa del cliente ed il cablaggio interno riducono notevolmente il vantaggio della presenza dal cliente della rete elettrica

LE TECNOLOGIE

Transito

Reti di Transito ATM

Rete ATM

SGU

ATM

PSTN

Rete IP

Rete Dati

SL

Nodo

ATM MPLS

PNNICirc. Em.

POP

F.O.

WDM

SDH/TDM

ATM

IP

Reti di transito IP

Funzionalità di QoS/CoS:introdotte nei router per il supporto di CoS

• Classification: consiste nella classificazione dei pacchetti al fine di dividere il traffico in livelli di priorità diversi cui vengono applicate diverse politiche di servizio

Applicativo

• Congestion Management: consiste nell’introduzione nel router di criteri di controllo degli effetti della congestione, applicati alle diverse classi; es. gestione dei pacchetti sulla base dell’ordine di arrivo o della priorità, assegnazione di una banda per classe, ecc.

• Congestion Avoidance: consiste nel monitoraggio del traffico al fine di individuare eventuali condizioni di congestione e nell’attuare operazioni per migliorare il throughput della rete

Le tecnologie per la rete di transitoIP

– i problemi di velocità sembrano in parte superati dai chip (orientati verso decine di Mni di pacchetti/sec.) e dalle tecniche trasmissive (raddoppio annuo della velocità su fibra)

– non basta velocizzare il forwarding, occorrono politiche adeguate di traffic management, monitoring, policing

– WDM non offre ancora le stesse prestazioni dello SDH nei confronti della protezione, multiplazione, aggregazione

– trasversale alle più tradizionali architettura ‘layered’ – rimangono i problemi di affidabilità, maggiore latenza, e

scalabilità dei protocolli– QoS Routing– sovradimensionamento come risposta alla affidabilità

Le tecnologie per la rete di transitoATM

– Il concetto di qualità è intrinseco

– adatto per piattaforme multiservizio

– CE per il trasporto della voce

– FR per il trasporto dei dati (che sta avendo successo)

– difficoltà di adattamento servizi IP su servizi ATM

– IP è l’incontrastato leader sul fronte degli applicativi

Le tecnologie per la rete di transito

La scelta dipende dai requisiti dell’operatore:

• IP su WDM per minori garanzie di QoS ma elevata efficacia nell’offerta

di servizi IP (ad es. per operatori emergenti),

• ATM e SDH per maggiori garanzie di QoS unitamente ad esigenze di

scalabilità e diffusione geografica della rete (ad es. per operatori

incumbent). Questa scelta può inoltre favorire l’ammortamento di

infrastrutture già sviluppate in attesa di una maggiore maturità dell’IP

46

PRO/CONTRO di un backbone integratoPRO/CONTRO di un backbone integrato

Progettazione ottimizzata

Flessibilità nei confronti di una migrazione di traffico da una piattaforma ad un’altra

Riduzione dei costi operativi

Investmenti su una tecnologia “future-proof”

Sviluppo di funzionalità di interlavoro tra il nuovo backbone e le reti legacy (voce e dati) e le reti di altri operatori

problematiche legate alla migrazione, tempistiche e costi:

- impatti organizzativi

- coesistenza di più backbones (interlavoro tra backbones, requisiti di gestione, etc.)

- crescita dei costi operativi durante la migrazione

ATM e i sistemi mobili di terza generazione

L’uso di ATM per le comunicazioni mobili appare promettente in quanto permette:• la multiplazione statistica dei flussi dati• l’assegnazione della banda “on demand”• la possibilità di utilizzare instradamenti alternativi in caso di guasto

x

PSTN/N-ISDN Internet

ATM per il trasporto dei

pacchetti

x

PSTN/N-ISDN Internet

Tutto ATM

x

PSTN/N-ISDN

ATM per

l’accesso

x

ATM backbone

SCPIP

PSTN/N-ISDN Internet

LR