Vai alla Home Page About me Courseware Federica Living Library Federica Federica Podstudio Virtual Campus 3D Le Miniguide all'orientamento Gli eBook di Federica La Corte in Rete
 
 
Il Corso Le lezioni del Corso La Cattedra
 
Materiali di approfondimento Risorse Web Il Podcast di questa lezione

Giorgio Ventre » 14.Reti Ottiche


Reti Ottiche

  • Introduzione
  • WDM denso
  • Reti ottiche
  • GdE / 10GbE
  • GMPLS

Reti di trasporto esistenti

  • Le reti di trasporto esistenti implementano lo stack pieno dei livelli IP, ATM, SONET e DWDM
  • Ogni livello è progettato per particolari finzioni

Reti di trasporto esistenti

  • Tanti livelli incrementano la complessità totale:
    • Interfacce interlivello
    • Dettagli di configurazione
    • Gestione di aspetti di ogni livello
    • Spazio totale, potenza e strumentazione di scorta
    • Costo di riparazione

Reti di trasporto esistenti

  • Per di più, c’è una inevitabile perdita di efficienza:
    • Con link IP logici tra router su VC (Virtual Circuit) o VP (Virtual Path) ATM l’utilizzo della banda risulta tipicamente pari all’80% di quella allocata
  • L’utilizzo netto è 0,8 x 0,8 x 0,8 ~ 51% !

Reti di trasporto esistenti

  • L’obiettivo è quello di avere un modello a due livelli senza perdere le funzionalità dello stack completo

WDM

Wavelenght Diviion Multiplexing

WDM

  • In linea di principio, WDM è uguale ad FDM con eccezione sul fatto che tiene conto delle frquenze ottiche con lunghezza d’onda compresa nel range 1310 – 1550 nm
  • Diversi segnali di trasporto ottici occupano la stessa fibra al centro della lunghezza d’onda non sovrapposta (_s)
  • Sistemi con oltre 1000 _s sono stati dimostrati in laboratorio
  • ADM (OADM) ottici e cross-connect ottiche consentono di instradare e switchare lunghezze d’onda come i timeslots nelle reti SONET

Attenuazione della fibra


Amplificatori ottici

  • Un amplificatore ottico reagisce all’attenuazione della fibra su una completa banda di canali di lightwave
  • I canali ottici non sono ne demodulati ne processati individualmente
  • Il più comune tipo di OA (Optical Amplifier) è un EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier)
  • EDAF funziona bene ed è molto efficiente come amplificatore nel rangge di 1500 nm

EDFA

  • Senza questa tecnologia chiave, potrebbero esserci poco impeto per reti ottiche basate su DWDM
    • Ogni canale dovrebbe essere individualmente rilevato e registrato oppure amplificato ogni volta che la perdita della fibra supera una soglia prestabilita

Chiave di sviluppo per amplificatori di fibra ottica DWDM


Rigeneratori

  • Un OA è un dispositivo analogico che amplifica linearmente la potenza luminosa in ingresso in una banda larga
  • In pratica non sono ne linearmente perfetti ne liberi da rumore
    • Aggiungono rumore
    • Aumentano ogni rumore in ingresso col segnale
  • Questo ed altri indebolimenti (dispersione, …) aggiungono si aggiungono in un punto in cui è necessaria la registrazione

Rigeneratori

  • In rigenerazione (in opposizione all’amplificazione)
    • Ogni canale è demodulato in maniera individuale dal suo canale ottico e convertito in forma elettrica
    • Il suo bit-timing è estratto e utilizzato per campionare lo stato binario di ogni simbolo
    • Il jitter è rimosso dal recovered clock
    • Nuovi simboli 1/0 vengono generati e rimodulati su un nuovo canale wavelenght di uscita
    • Il termine “3R” è spesso utilizzato per fare riferimento a retiming, regenerating e retransmitting

Multiplexer ottici add/drop (OADM)

  • Gli AODM seguono (e completano) i predecessori SONET ADM
  • In linea di principio un AODM può essere basato su
    • Rilevamento elettronico dei payload
    • add/drop elettronico
    • Rimodulazione e aggiunta di segnali su nuove wavelenght di uscita
  • Un AODM è in grado di eseguire la completa conversione di una wavelenght e di eseguire funzioni di add/drop

Multiplexer ottici add/drop (OADM)

  • Molti modelli OADM sono basati su filtri di canale passivi e puramente ottici senza alcuna conversione di wavelenght
  • OADV può essere basato su un principio waveband add/drop
  • ROADM: AODM riconfigurabili

Multiplexer ottici add/drop (OADM)

  • Un AODM dove N di K canali possono essere aggiunti o cancellati
  • Se il demultiplexer di ingresso è programmabile, l’AODM è riconfigurabile

Cross-connect ottiche (OXC)

  • Le OXC giocano un ruolo nel networking basato si DWDM, così come le B-DCS nelle reti mesh SONET
  • Entrambe sono switch non-blocking space che possono connettere una qualsiasi fibra di input ad una qualsiasi fibra di output ed eseguire lo switching in una dimensione secondaria

Cross-connect ottiche (OXC)

  • Al momento, non è possibile convertire una wavelenght della fibra in ingresso in una differente wavelenght della fibra in uscita rimanendo nel dominio dell’ottica
  • La conversione della wavelenght tecnicamente implica una conversione da ottico ad elettrico ed una rimodulazione su un nuovo laser (es.: processo o-e-o)
  • In futuro, innovazione della tecnologia consentiranno una conversione all-optical
  • In funzione del tipo di cross-connect, distinguiamo tre tipi di rete ottica:
    • Reti ottiche trasparenti
    • Reti ottiche opache

Reti ottiche trasparenti

  • Ogni lightpath è instradato dalla sua sorgente alla destinazione senza alcun processo elettronico sui nodi intermedi
  • Vengono utilizzate solo cross-connect all-optical (o-o-o)
    • Con la tecnologia attuale non possono eseguire conversione di wavelenght
  • Un percorso all-optical che non cambia wavelenght viene anche chiamato un wavelenght path (WP) puro
  • Oggi, in pratica, la trasparenza richiede un assegnazione di wavelenght che deve essere unicamente riservata per il percorso su ogni fibra

Reti ottiche trasparenti

  • Le OXC impiegate in una rete ottica trasparente, richiedono solo la redirezione di ogni wavelenght dalle fibre di ingresso a quelle di uscita
  • Gli switch ottici centrali possono essere essenzialmente degli specchi

Reti ottiche trasparenti


Reti ottiche trasparenti

  • Se la conversione di wavelenght non viene eseguita, non è possibile utilizzare la wavelenght λ1 tra i nodi 1 e 2

Reti ottiche trasparenti

  • Se la conversione di wavelenght viene eseguita, è possibile utilizzare la wavelenght λ1 tra i nodi 1 e 2

Reti ottiche trasparenti

  • Un blocco può verificarsi se la capacità è insufficiente oppure se avviene un mismatch sulla wavelenght
    • Non esiste un evento equivalente a quest’ultimo nelle reti mesh SONET DCS-based
  • Le scelte di rotta e assegnazione di wavelenht devono essere decisioni combinate
    • Problemi di routing e di assegnazione di wavelenght (RWA)

Problemi RWA

  • Problemi RWA off-line
    • Si assume che tutti i requisiti lightpath siano noti
    • Si cerca una singola soluzione completa per l’assegnazione di rotte e wavelenght per soddisfare i requisiti di lightpath
  • Sia il routing che l’assegnazione di wavelenght sono semplici problemi polynomial-time
  • La soluzione combinata globale per un set di richieste ha una complessità esponenziale per la soluzione esatta

Problemi RWA

  • Problemi RWA on-line
    • Agganciano una richesta alla volta in un ambiente di richeiste dinamiche in arrivi ed in partenza
    • Una richiesta lightpath è bloccata solo se nessun path utilizza la stessa wavelenght su tutti gli hop possibili da trovare
    • Gli algoritmi RWA on-line per mesh network sono molto più semplici dei problemi RWA off-line

Reti ottiche opache

  • Un virtual wavelenght path (VWP) è definito come un percorso ottico end-to-end che può usare più di una wavelenght ottica lungo la sua rotta
  • Le assegnazioni di wavelength possono essere modificate durante la conversione di wavelength sui nodi cross-connect
  • In futuro, sarà possibile eseguire tutte le conversioni wavelenth all-optical, in tal caso un VWP può rimanere all-optical end-to-end
  • Al momento, è necessario eseguire il processing o-e-o

Reti ottiche opache

  • Le OXC impiegate in una rete ottica opaca sono in grado di eseguire la rigenerazione completa e la conversione di wavelength
  • Due architetture tipiche:
    • Una utilizza un core optical space-swich, seguendo il quale ogni lightpath può cambiare la sua wavelenght durante il processing o-e-o prima di entrare nella fibra successiva
    • L’altra utilizza un core switch puramente elettronico, che è essenzialmente lo stesso utilizzato nelle SONET B-DCS

Reti ottiche traslucenti

  • La rete ottica traslucente implementa il giusto compormesso tra trasparenza ed opacità e in una rete ottica
  • L’idea è quella di avere un numero relativamente basso di nodi opachi (dove è possibile eseguire conversione di wavelength e rigenerazione) opportunamente scelti, dove tutti gli altri nodi diventano OXC trasparenti
  • Alcuni studi hanno mostrato che con un nodo su tre diventa un nodo opaco, ed i blocchi dovuti a wavelength mismnatch possono essere essenzialmente eliminati dalla rete
  • Un altro approccio consiste nell’utilizzare nodi opachi ovunque con un insieme dimensionato di wavelength convertibili

Generalized Framing Procedure (GFP)

  • “IP on topics” non vuol dire che i pacchetti IP possono essere direttamente applicati ad un trasmettitore laser
  • Attualmente esistono requisiti alquanto stringenti
    • Alcuni bit o byte di sincronizzazione per la rigenerazione
    • Trasmissione di codici per il controllo della soglia sul ricevitore
    • Un transition density bit per il recupero di low-jitter clock
    • Allineamento di frame per identificare correttamente le frame o i pacchetti con lo stream di trasmissione seriale
  • La GFP è un importante complemento dello standard SONET che fornisce un significato universale per adattare ogni segnale dato frame-oriented o byte-oriented nel corrispondente SONET SPE

Gigabit Ethernet (GbE) e 10 Gb/s Ethernet (10GbE)

  • La GbE fornisce un link point-to-point da 1 Gb/s su quattro paia di UTP Cat.5 per un massimo di 100m
    • La GbE in pratica abbandona l’accesso CSMA/CD della sorgente
    • Ma non è un formato utilizzabile per il trasporto nelle WLAN
  • Le 10GbE sono in via di sviluppo e sono orientate al trasporto WLAN diretto
    • Una tecnologia full-duplex point-to-point

Controllo IP-centric di reti ottiche

  • IP è il traffico dominante, e nuove tecniche di trasporto (es.: 10GbE e GFP) sono in fase di sviluppo per trasportare il traffico IP su reti ottiche
  • Ma un’altra significativa influenza sulle reti di trasporto si è avuta dal trasferimento e l’espansione di idee e tecniche utilizzate per il topology discovery, il routing, e la creazione di circuiti virtuali
  • L’approccio complessivo è di solito riferito come “IP-centric control” della rete di trasporto

Controllo IP-centric delle reti ottiche

  • Il controllo sulle reti di trasporto è tradizionalmente centralizzato in termini di fornitura di percorsi di servizio
  • I requisiti per i percorsi di trasporto crescevano o cambiavano in maniera relativamente lenta e operazioni di controllo centralizzato, avvolte semi-manuali, erano adeguati
  • Una rete di trasporto operante in modo “self-organizing” può essere supportata da una cooperazione distribuita tra nodi forniti da topology discoveri esplicite e protocolli di routing utilizzati in Internet

Data SP


High Capacity Path Networking


Architettura di rete IP/SONET/WDM


L’evoluzione delle reti ottiche rispecchia quella delle reti SONET


Architettura IP/OTN


Architetture alternative

  • IP-over-DWDM: router IP connessi direttamente su sistemi di trasporto DWDM
  • IP-over-OTN: router interconnessi su una rete di trasporto ottica riconfigurabile (OTN) costituita da cross-connect incrociati connessi via DWDM

Architetture alternative


Configurazione ridondante quadrupla di router IP in PoP

  • Attualmente viene eseguita per aumentare la reliability e per implementare load-balancing
  • Due (o più) router sono router di servizio (service router) che aggiungono/eliminano traffico lato rete e lasciano transitare il traffico
  • Due router (o meno) sono drop router connessi a dispositivi utente
  • Due connessioni dal porto di rete sull’upper service router di ingresso verso due porti drop, uno in ognuno dei lower drop router. Il dispositivo utente inoltra il 50 % del traffico su una di tali interfacce drop e il 50 % sull’altra (è attaccata ad entrambi i router)
  • Non richiesto per OXC

IP-over-DWDM: vantaggi e svantaggi

  • Vantaggi
    • Router IP con interfacce OC-48c/OC-192c e throughput aggregato tendente ai 100s di Gbps
    • Funzioni di trasporto tipo switching, configuratione restoration sono spostate al livello IP e completate da protocolli tipo MPLS, che forniscono un framework unificato
    • I router IP controllano la selezione di percorsi end-to-end utilizzando routing con supporto all’ingegneria del traffico e protocolli di segnalazione
    • Supporta modelli peer-to-peer dove i router IP interagiscono tra loro come peer per scambiarsi infirmazioni sul routeing
  • Svantaggi
    • La tecnologia dei router è scalabile in funzione del numero di porti con una capacità milti-terabit e senza compromettere le performance, la reliability, la velocità di restoration e la stabilità del software?

IP-over-OTN: Vantaggi e Svantaggi

  • Vantaggi
    • Il backbone ottico riconfigurabile fornisce una infrastruttura per il trasporto flessibile
    • Il core delle reti OXC può essere condiviso con altri servizi di rete tipo ATM, Frame Relay, SONET/SDH
    • Consente le interconnessioni di router IP in una topologia mesh arbitraria.
  • Svantaggi
    • Aggiungere un backbone ottico riconfigurabile introduce un livello aggiuntivo tra IP e DWDM ed il relativo overhead

OSPF-TE [RFC3630]

  • Con OSPF-TE ci si riferisce all’estensione di OSPF realizzata per ottenere conoscenza degli attributi di link e nodi, utilizzabili per obiettivi legati al Traffic Enginnering
    • Capacità dei link e banda residua
    • Assegnazione del costo di utilizzo dei link
    • LER/LSR capability
    • Cross-connection dei canali wavelength
    • Cross connection STS
    • Cross connection livello fibra
    • Packet switching capability

MPλS

  • Ciò che viene chiamato MPλS è basato sull’analogia tra un LSP ed un lightpat
    • Entrambi sono percorsi switchati che fanno parte di una sequenza di azioni che dirigono ogni ingresso sull’uscita predeterminata in maniera completamente circuit-like
  • Quindi, MPλS non è altro che MPLS modificato, dove lo spazio di etichette di ogni link è semplicemente l’insieme di canali wavelength sul link
  • L’unica differenza riguarda i fabric switching coinvolti

MPLS generalizzato (GMPLS)

  • GMPLS generalizza il concetto i etichetta: ogni risorsa canale di trasmissione può essere vista come una etichetta generalizzata
  • GMPLS estende MPLS per fornire il piano di controllo (signaling e routing) per dispositivi che commutano in ognuno di tali domini: pachetto, tempo, wavelength e fibra
  • Tale piano di controllo comune promette la semplificazione delle operazioni di rete e del management automatizzando la fornitura di connessioni, gestendo le risorse di rete e fornendo il livello di QoS atteso nelle nuove e sofisticate applicazioni

MPLS generalizzato (GMPLS)

  • GMPLS erediterà inoltre le caratteristiche del label-stacking di MPLS
  • In GMPLS diversi lightpaths possono essere fusi tra loro in maniera efficiente in un unico percorso waveband sul segmento comune
  • Il label-staking rende inoltre possibile il routing su varie regioni o domini di rete dove i punti di ingresso e uscita sono noti ma i dettagli relativi al routing all’interno del dominio non lo sono

Network Resiliency

  • Network Reliability
  • Network Availability e Survivability
  • Classificazione dei servizi
  • Meccanismi di Recovery
  • Protection Topology
  • Protection Switching
  • Link & Path restoration

I materiali di supporto della lezione

H. Zang, J.P. Jue, B. Mukherjee, “A review of routing and wavelength assignment approaches for wavelength-routed optical WDM networks”, Optical Networks Magazine, vol.1, Jan. 2000, pp.47-60

C. Assi, A. Shami, M.A. Ali, R. Kurtz, D. Guo, “Optical networking and real-time provisioning: an integrated vision for the next-generation Internet”, IEEE Network Magazine, July/August 2001, pp.36-45

R. Ramaswami, K.N. Sivarajan, “Routing and Wavelength Assignment in All-Optical Networks”, IEEE/ACM Transactions on Networking, Vol.3, 1995, pp.489-500

G. Shen, S.K. Bose, T.H. Cheng, C. Lu, T.K. Chai, “Efficient wavelength assignments for lightpaths in WDM optical networks with/without wavelength conversion”, Photonic Network Communications, vol.2, no.4, pp.349-360, November 2000

  • Contenuti protetti da Creative Commons
  • Feed RSS
  • Condividi su FriendFeed
  • Condividi su Facebook
  • Segnala su Twitter
  • Condividi su LinkedIn
Progetto "Campus Virtuale" dell'Università degli Studi di Napoli Federico II, realizzato con il cofinanziamento dell'Unione europea. Asse V - Società dell'informazione - Obiettivo Operativo 5.1 e-Government ed e-Inclusion