Reti Fotoniche
(Optical Networks)
Fabio Neri
Politecnico di Torino
[email protected]
www.tlc-networks.polito.it
011 564 4076
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
di 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 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 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 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 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 protezione
Diversi tipi di
protezione:
1+1
1:1
1:N
Concetti generali di protezione
Protezione di cammino e protezione di collegamento.
funzionamento
normale
path
protection
span
protection
line
protection
Self-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
Path-Switched Ring
Four-Fiber Bidirectional
Line-Switched Ring
Protezione 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 maglia
Decomposizione in cicli di una rete a maglia
biconnessa con collegamenti bidirezionali.
Protezione di reti a maglia
F
E
A
D
B
C
collegamenti di servizio
collegamenti di protezione
Protezione di reti a maglia
F
E
A
D
B
C
Instradamento del lightpath A-D.
Protezione di reti a maglia
F
E
A
D
B
C
Guasto sul collegamento B-C.
Protezione di reti a maglia
F
E
A
D
B
C
Line protection del lightpath A-D.
Fault 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 protezione
minuti
rerouting IP
PNNI: ATM restoration
secondi
Sonet/SDH restoration
Optical restoration
centinaia di
millisecondi
ATM protection (VP rings)
Sonet/SDH protection
Optical protection
meno di 50
millisecondi
Safety 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 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 ...
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 riferimento
Rajiv Ramaswami, Kumar N. Sivarajan
Optical networks: a practical perspective
Morgan Kaufmann, San Francisco, 1998
Biswanath Mukherjee
Optical communication networks
McGraw- Hill, New York 1997
Thomas E. Stern, Krishna Bala
Multiwavelength Optical Networks - A Layered Approach
Addison Wesley, Reading, 1999
Leonid Kazovsky, Sergio Benedetto, Alan Willner
Optical fiber communication systems
Archeh House, Boston, 1996
Fabio Neri
Politecnico di Torino
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