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giampiero-toscano
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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)
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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
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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