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Giornata di studio IEEE LEOS / COMSOC - Roma 29 aprile 2009Stefano Bregni
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Reti di accesso ottiche di Reti di accesso ottiche di nuova generazione (NGAN)nuova generazione (NGAN)Introduzione alle architetture e strategieIntroduzione alle architetture e strategie
Stefano BregniPolitecnico di Milano
Dip. di Elettronica e InformazioneP.za Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano
E-mail: [email protected]
Reti di accesso ottiche di nuova generazione2
Stefano BregniGiornata di studio IEEE LEOS / COMSOC - Roma 29 aprile 2009
Sommario
Attuale rete di accesso in ItaliaAttuale rete di accesso in ItaliaArchitetture di distribuzione della rete in fibra otticaTecniche di accesso per la rete in fibra otticaSintesi e confronto tra architetture di accessoStrategie di evoluzione verso la NGAN
Reti di accesso ottiche di nuova generazione3
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Requisiti di banda
Mbit/s DownstreamUpstream
1.y1.y
Web surfingVideo communication
SDTV VoD
Peer-to-peer, File sharing
SDTV Live
Web Hosting
Telemedicine
HDTV VoD
Remote Storage
Next Generation 3D TV
ADSL/2+FTTCab VDSL2
FTTB VDSL2
Gaming, Distance learning
FTTH
5 10 20 50 1005102050100
Sorgente: S. Nocentini, Telecom Italia
Reti di accesso ottiche di nuova generazione4
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Accessi a larga banda in Italia
Sorgente: Assinform / NetConsulting, da De Bortoli, Griffa (Telecom Italia)
6.7808.524
26.5%
8.0%
+25.7%10.120
19.2%
5.6%
+18.7%
6.480
300
8.200
324
9.778
342
2005 2006 2007
xDSL Fibra ottica
Valori in migliaia di accessi - Variazioni %
Reti di accesso ottiche di nuova generazione5
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Attuale rete di accesso in rame in Italia
Rete primaria: connette i permutatori in centrale (MDF) ai permutatori (SDF) negli armadi stradali (cabinet)Rete secondaria: connette i SDF ai box di distribuzione agli edifici (chiostrina)530.000 km di cavo per un totale di 110.000.000 km di doppini
Rete di giunzione Rete di distribuzione primaria
200 – 3000 metri
Rete di distribuzione secondaria
100 – 700 metri
SGU SL
ArmadioMDF
DF (Box) Interno
DF (Box) Esterno
628 10.313
140.000
1,5 mln
Utenti
3,9 mln
Utenti
SDF
pressurizzazione
Rame Fibra Rame
Telecom Italia (2008)
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Distribuzione della lunghezza dei doppini
La distribuzione cumulativa della lunghezza del collegamento di utente in rame è diversa nei vari paesiLa rete italiana è più corta di quella degli altri paesi
In Italia è possibile scegliere tra più soluzioni tecnologiche per la trasmissione sui doppinidi accesso
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0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
100 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000
metri
Mbi
t/s
ADSL (1MHz)ADSL2+ (2MHz)VDSL2 (12MHz)VDSL2 (30MHz)
Tecnologie di trasmissione su doppino
Tecnologie Digital Subscriber Line (xDSL)Asymmetrical (ADSL / ADSL2 / ADSL2+)High-speed (HDSL / SHDSL)Rate Adaptive (RADSL)Very high-speed (VDSL/VDSL2)
Le prestazioni dipendono daqualità dei doppini (difficile da garantire nella rete esistente)distanza tra la centrale e l’abitazione dell’utente
Sorgente: Telecom Italia (grafico indicativo non rappresentativo della situazione della rete)
Reti di accesso ottiche di nuova generazione8
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Velocità teoriche di trasmissione xDSL
ADSL (ITU-T G.992.1): 6.144 Mbit/s down, 640 kbit/s up (B=1.1 MHz)ADSL2 (ITU-T G.992.3): 8 Mbit/s down, 800 kbit/s up ADSL2+ (ITU-T G.992.5): 16 Mbit/s down, 800 kbit/s up (B=2.2 MHz)VDSL (ITU-T G.993.1): 52 Mbit/s da dividere down+up
(es. 26+26 Mbit/s)VDSL2 (ITU-T G.993.2) : 100 Mbit/s da dividere down+up
(es. 50+50 Mbit/s) (B=30 MHz)
Banda Ultra Larga (>30 Mbit/s)
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Altre infrastrutture di accesso in Italia
Reti di accesso otticheTelecom ItaliaFastweb altre reti di accesso ottiche realizzate da Comuni, Province e Regioni
Altre infrastrutture utilizzabili per telecomunicazioniaziende di servizi pubblici (utilities) come illuminazione, gas, energia elettrica, fogne, teleriscaldamento, ecc.
Reti di accesso ottiche di nuova generazione10
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Sommario
Attuale rete di accesso in Italia
Architetture di distribuzione della rete in fibra Architetture di distribuzione della rete in fibra otticaotticaTecniche di accesso per la rete in fibra otticaSintesi e confronto tra architetture di accessoStrategie di evoluzione verso la NGAN
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Architetture di distribuzione della rete in fibra
Si distinguono per la profondità di penetrazione dei segmenti in fibra ottica verso la sede del cliente
Fiber to the Exchange (FTTE)Fiber to the Cabinet (FTTC)Fiber to the Building (FTTB) Fiber to the Home (FTTH)
Sono state citate molte altre variantiFTTCurb, FTTNode, FTTPremises, FTTOffice, FTTDormitory, FTTFarm, ecc.
Reti di accesso ottiche di nuova generazione12
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Architetture di distribuzione FTTx
FTTB
FTTC
FTTE
FTTH
Central Office Cabinet Building
VDSL2
ON
U
xDSL
Primary Network(200-3000m)
Secondary Network(100-700m)
ADSL2+ 3-20 Mb/s<1 Mb/s
VDSL225-50 Mb/s2-10 Mb/s
VDSL250-100 Mb/s25-40 Mb/s
Optical0.1-1 Gb/s
Exchangecentrale
Cabinetarmadio
Buildingedificio
Homecasa
Banda LargaNGN
Banda Ultra LargaNGAN
rame rame
fibra rame
fibra ramefibra
fibra fibra fibra
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Fiber to the Exchange (FTTE)
Esempio: il collegamento in fibra degli SL alle SGU della rete di TI non tutti gli SLprincipale fattore abilitante della rete a larga banda di prima generazione
Riutilizzo completo della rete di accesso in rame con ADSL/ADSL2/ADSL2+
ADSL2+: teoricamente fino a 24 Mbit/s down e 3.5 Mbit/s uple prestazioni reali dipendono molto dalla distanza dell’utente dallo SL e dalla qualità dei doppini
Schemi standard di unbundling sulla sezione in rame
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Fiber to the Cabinet (FTTC)
Componenti attivi situati nell’armadio stradale (cabinet) per la conversione E/O ed O/ESezione in rame:
VDSL: teoricamente fino a 52 Mbit/s down+upVDSL2: teoricamente fino a 100 Mbit/s down+up
Poco spazio disponibile all’interno dei cabinetper gli operatori alternativi si deve ricorrere ad armadi multipli o a colocazione in cabinet più grandi (alimentazione e ventilazione)
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Fiber to the Building (FTTB)
Connessione diretta in fibra tra SL ed edificio utente senza cabinetSezione in rame molto breve (<100 m)
si raggiungono le migliori prestazioni di VDSL2fino a 100 Mbit/s down+up
Se si utilizzano spazi chiusi dentro gli edifici, maggiore spazio per gli operatori alternativi
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Fiber to the Home (FTTH)
La fibra è portata fino all’abitazione dell’utentePermette la maggiore disponibilità di banda all’utente finale e la maggiore espandibilità futura Alti costi di investimentoTutti i collegamenti in edificio (orizzontali e verticali) sono in fibra ottica A seconda della tecnologia ottica utilizzata, è possibile offrire connessioni simmetriche che vanno da 100 Mbit/s a 1 Gbit/s
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Sommario
Attuale rete di accesso in ItaliaArchitetture di distribuzione della rete in fibra ottica
Tecniche di accesso per la rete in fibra otticaTecniche di accesso per la rete in fibra otticaSintesi e confronto tra architetture di accessoStrategie di evoluzione verso la NGAN
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Elementi della rete in fibra ottica FTTx
Optical Line Termination (OLT)elemento nello SL che si interfaccia con la rete di accesso è collegato con le ONU/ONT
Optical Network Unit (ONU) elemento ottico dislocato nelle vicinanze dell’utente
– FTTC: ONU nell’armadio stradale (cabinet)– FTTB: ONU alla base o in prossimità del palazzo
più ONU sono connesse ad un solo OLTsi interfaccia con la ONT dell’utente
Optical Network Termination (ONT) interfaccia di rete ottica presso l’utenteFTTH: collegata direttamente all’OLT
Optical Distribution Frame (ODF)permutatore ottico che sostituisce il permutatore (MDF)
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Tecniche di accesso per la rete in fibra ottica
Point-to-Point (P2P)tratte di fibra con topologia a stella con trasmissione punto-punto Ethernetmezzo e banda dedicati
Active Remoteun nodo attivo remoto (switch) permette la diramazione attiva Ethernetla banda tra nodo e SL è condivisa
Passive Optical Network (PON )diramazione passiva delle fibre (splitting) con topologia ad alberoil mezzo ottico è condivisoEPON (Ethernet): accesso multiplo Ethernet (IEEE) GPON (Gigabit-capable PON): accesso multiplo TDMA (ITU)
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Point-to-Point (P2P)
Fibre dedicate per ogni cliente con topologia a stellaTrasmissione punto-punto Ethernet (10-100-1000 Mb/s)Tecnologia usata da Fastweb (Italia) e NTT (Giappone)Vantaggi e svantaggi
si presta a incrementi di banda per singolo utente (future-proof)lunga distanzacosti superiori e necessità di attestare migliaia di fibre in centrale
Nodo attivo
Dual homingo anello di
fibra
fibra
fibra
fibraSwitch Ethernet 1xN
SL
Nodoattivo
fibra
fibra
fibra
SL
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Schemi di rete P2P
Borchia
ONU
Rete di distribuzionesecondaria in rame
Rete di accessoottica primaria
CasaPiano
Localechiuso
Rete Metropolitana
In Fibra
ArmadioODF
OLT
SGU o SL
SDF
DF Box
Rete Metropolitana
In Fibra
ODF
ONU
CasaPiano
Localechiuso
ODF
DF
AdduzioneRete di accessoottica primaria
Rete di accessoottica secondaria
Borchia
ODF
OLT
SGU o SL
ONTCasa
Localechiuso
Rete Metropolitana
In Fibra
ODF
OLT
SGU o SL
Piano Verticale
Orizzontale
ODF ODF
ODF
ODF
AdduzioneRete di accessoottica primaria
Rete di accessoottica secondaria
FTTC P2P
FTTB P2P
FTTH P2P
Reti di accesso ottiche di nuova generazione22
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Active Remote
Un nodo attivo remoto (switch GbE) permette la diramazione attivaCollegamenti in fibra tra switch e utenti (ONU/ONT): dedicatiCollegamenti in fibra tra SL e switch: condivisiArchitettura non molto considerata per ora in pratica
Stadio di Linea
Utenti Residenziali
Utenti Business
Wireless Backhaul
DispositivoRemotoAttivo
GbEIf
GbEIf
Reti di accesso ottiche di nuova generazione23
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Passive Optical Network (PON )
Una sola fibra per collegare più utentisplitter ottici passivi (1:16 - 1:32) che riducono i margini del power budgetmezzo ottico condiviso
– downstream: broadcast – upstream: protocolli di accesso multiplo TDMA (GPON) o Ethernet (EPON)
Vantaggi e svantaggiminori costi di investimento di P2Pnon ci sono apparati attivi remoti (minori costi di esercizio)banda allocata dinamicamentefino a 60 km con rapporto di divisione 1:64incrementi di banda per tutti gli utenti insiemeproblemi di power budget unbundling difficile
Fibra
Fibra
Fibra
Fibra
Splitterottico
Accesso Multiplo
Reti di accesso ottiche di nuova generazione24
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Architetture PON: luoghi di splitting
COCO
OLT
fibra
fibra
fibra
fibra
CO ACO A
OLT
SplitterCO BCO B
OLTDistributionCabinet
fibra
fibra
fibra
fibra
fibra
fibra
fibra
COCO
OLT
SplitterSplitter Splitter
fibrafibra
fibra
Reti di accesso ottiche di nuova generazione25
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Esempio: architettura FTTH PON
ONT
Rete Primaria (+ Rete di Giunzione)in fibra
Rete Ottica SecondariaRete Ottica Primaria
Casa
Localechiuso
Piano Verticale
Orizzontale
Rete Metropolitana
In Fibra
ODF
OLT
SGU o SL
Splitter1:n
Splitter1:n
Splitter1:n
ODF ODF
Adduzione
ODF
ODF
Reti di accesso ottiche di nuova generazione26
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Sommario
Attuale rete di accesso in ItaliaArchitetture di distribuzione della rete in fibra otticaTecniche di accesso per la rete in fibra ottica
Sintesi e confronto tra architetture di accessoSintesi e confronto tra architetture di accessoStrategie di evoluzione verso la NGAN
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Sintesi delle architetture NGAN
GPON è utilizzata molto più comunemente di EPONSei possibili configurazioni FTTC/B/H con GPON/P2P
FTTC e FFTB sono utilizzate con VDSL2La configurazione FTTC/GPON è utilizzata raramente
FTTB
FTTH
FTTC
P2PGPONArchitetture di distribuzione
Tecnologie di accesso
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Confronto tra GPON e P2P
FTTH/P2P costa 10%-15% più di FTTH/GPON (stime WIK, A.Mason)stima probabilmente ottimistica per P2P
GPON offre un canale broadcast a costo marginale (su una terza λ)Infrastrutture
GPON: 1 fibra per utente (2 λ per TX/RX)P2P: 1 o 2 fibre per utenteGPON riduce il numero di fibre fino a 1/64 (1/32×1/2)
Sorgente: studio Alcatel per France Telecom (2007)
Reti di accesso ottiche di nuova generazione29
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Sommario
Attuale rete di accesso in ItaliaArchitetture di distribuzione della rete in fibra otticaTecniche di accesso per la rete in fibra otticaSintesi e confronto tra architetture di accesso
Strategie di evoluzione verso la NGANStrategie di evoluzione verso la NGAN
Reti di accesso ottiche di nuova generazione30
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Strategie di evoluzione verso la NGAN
Vari aspetti da consideraredimensione e tempi degli investimenti necessari e dei ritorni economicicosti diversi per raggiungere varie coperture geografiche concorrenza e cooperazione tra operatori (condivisione infrastrutture)
Strategie di sviluppo della reteprocedere direttamente a FTTH o in più passi (FTTC FTTB FTTH)?sostituzione totale (total replacement) o coesistenza temporanea tra le infrastrutture (overlay)?quale copertura geografica raggiungere? quale percentuale di popolazione? (problema del digital divide)
Strategie di evoluzione dei serviziemulazione o sostituzione con servizi alternativi
Reti di accesso ottiche di nuova generazione31
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Migrazione verso l’obiettivo FTTH
Un’architettura obiettivo interamente in fibra FTTH costa da 3 a 5 volteuna soluzione intermedia FTTCFTTH P2P costa almeno 10%-15% più di FTTH GPON
probabilmente molto di piùI costi delle opere civili e del cablaggio di edificio sono le principali barriere alla replicazione delle infrastrutture FTTB/FTTH da parte di operatori alternativi Rimedi di accesso e prodotti all’ingrossoper abbassare i livelli critici di ingresso al mercato e favorirela concorrenza
Costi NGAN UK stimati da Analysys Mason per BSG (2008)
Reti di accesso ottiche di nuova generazione32
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Sostituzione totale o coesistenza tra le infrastrutture?
Total replacementsostituzione totale della rete di accessogli utenti sono fatti migrare tutti insieme sulla nuova rete di accesso indipendentemente dai servizi che utilizzanonecessario emulare i servizi tradizionali (es. VoIP)annulla i costi di esercizio della rete vecchia (difficile stimare il risparmio)
– KPN (Olanda): total replacement della rete con FTTC nel 2009-10
Overlaysostituzione graduale e coesistenza delle infrastrutturela migrazione dei clienti avviene solo quando sottoscrivono i nuovi servizi a larga/larghissima bandainvestimenti graduali, ma nessun risparmio sui costi di esercizio
Anche soluzioni intermedieoverlay iniziale e quindi total replacement
Reti di accesso ottiche di nuova generazione33
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Problema della copertura geografica
il costo per linea è costante fino al 60% di copertura della popolazionesi impenna per raggiungere le aree più disagiate
Costi totali per l’installazione di FTTC/VDSL, FTTH/GPON, FTTH/P2Pstimati da Analysys Mason per BSG (2008)rispetto alla copertura della popolazione UK
Reti di accesso ottiche di nuova generazione34
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Digital divide: banda ultralarga per tutti?
E’ dubbio che per un privato sia economicamente conveniente coprire più di 2/3 della popolazione di un Paese come l’Italia
stessi obiettivi di copertura dell’originale piano NGN2 di Telecom Italia
Digital divide: problema di copertura delle aree più svantaggiatestrategia sociale: privati affiancati da un intervento pubblico per raggiungere le aree estremela necessità di un aiuto pubblico è comunemente accettatala discussione è aperta sulle modalitàGiappone: finanziamento pubblico per la copertura delle aree rurali (Fiber To The Farm)