Reti Fotoniche(Optical Networks)

Fabio NeriPolitecnico di Torino

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Indice (II)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

Controllo e gestione Controllo e gestione di reti ottichedi 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)

Gestione di retiGestione 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).

Configuration ManagementConfiguration 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

Performance ManagementPerformance 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

Fault ManagementFault 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).

Concetti generali di protezioneConcetti generali di protezioneDiversi tipi di protezione:

1+1

1:1

1:N

Concetti generali di protezioneConcetti generali di protezione

Protezione di cammino e protezione di collegamento.

funzionamentonormale

pathprotection

lineprotection

spanprotection

Self-Healing RingsSelf-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)

Two-Fiber Unidirectional Two-Fiber Unidirectional Path-Switched RingPath-Switched Ring

Four-Fiber Bidirectional Four-Fiber Bidirectional Line-Switched RingLine-Switched Ring

Protezione di reti a magliaProtezione 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.

Protezione di reti a magliaProtezione di reti a maglia

Decomposizione in cicli di una rete a maglia biconnessa con collegamenti bidirezionali.

Protezione di reti a magliaProtezione di reti a maglia

A

B C

D

EF

collegamenti di serviziocollegamenti di protezione

Protezione di reti a magliaProtezione di reti a maglia

A

B C

D

EF

Instradamento del lightpath A-D.

Protezione di reti a magliaProtezione di reti a maglia

A

B C

D

EF

Guasto sul collegamento B-C.

Protezione di reti a magliaProtezione di reti a maglia

A

B C

D

EF

Line protection del lightpath A-D.

Fault ManagementFault 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.

Velocità della protezioneVelocità della protezione

minutirerouting IPPNNI: ATM restoration secondi

Sonet/SDH restoration

Optical restoration

ATM protection (VP rings)

centinaia dimillisecondi

Sonet/SDH protection

Optical protection

meno di 50millisecondi

Safety ManagementSafety 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.

Safety ManagementSafety 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.

… … e per concludere ...e per concludere ...

Che cosa ci aspettiamo?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

Testi di riferimentoTesti di riferimento

Rajiv Ramaswami, Kumar N. SivarajanOptical networks: a practical perspective Morgan Kaufmann, San Francisco, 1998

Biswanath MukherjeeOptical communication networksMcGraw- Hill, New York 1997

Thomas E. Stern, Krishna BalaMultiwavelength Optical Networks - A Layered ApproachAddison Wesley, Reading, 1999

Leonid Kazovsky, Sergio Benedetto, Alan WillnerOptical fiber communication systemsArcheh House, Boston, 1996

Fabio NeriPolitecnico di Torino

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