Sistemi in fibra ottica Tecnologia dei sistemi in fibra ottica

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Sistemi in fibra ottica
Tecnologia dei sistemi in fibra ottica
Adelmo De Santis
8 Novembre 2013
Tecnologia delle fibre ottiche
• Metodo «preforma»
• Processo MCVD – Modified Chemical Vapor Deposition
• Estrusione a caldo.
• Processo a doppio crogiuolo.
125μm
• Fibre ottiche MonoModali:
• Si propaga un solo fascio luminoso
n1 n2
n
• Fibre ottiche MonoModali:
8-10μm
• Fibre ottiche MultiModali:
• si propagano diversi fasci contemporaneamente;
• Ha una dispersione totale che si annulla a circa 1300 nm.
• Ha un minimo di attenuazione a 1550 nm.
• Dispersion-Shifted Fiber (modifica del livello di drogaggio)
• sono caratterizzati da angoli differenti.
• Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber (NZDSF)
• Sono state create per ridurre il problema del mescolamento dei colori nei
125μm
n1 n2
n
sistemi WDM;
50-62.5μm
1
• Diverso comportamento alla dispersione modale.
• Le fibre monomodali hanno maggiori problemi nell’uso pratico:
• Problemi di allineamento nelle giunzioni;
• Problemi di allineamento nelle connessioni.
• Le single-mode sono preferibili:
• Per le prestazioni che offrono
• per la economicità di realizzazione
• Rivestimento:
• Codici di colore (TIA/EIA-598):
• LOOSE – fibra inserita in un rivestimento rigido immersa in una gelatina;
• TIGHT – fibra fissata rigidamente al rivestimento secondario.
• Tipologie di fibre come
da cable
standard ISO/IEC Loose
11801: cable
Tight
• Multi-mode
•OM1 ( 50 o 62.5 / 125)
•OM2 ( 50 o 62.5 / 125)
•OM3 ( 50 / 125)
• Single-mode
•OS1 ( 8-10 / 125)
• Organizzazione delle fibre:
• Silicon Photonics
2
• Optical PCB
Conoscere le apparecchiature per la Fibra Ottica
Emettitore Laser
Emettitore Laser
• Diodo laser
• Laser VCSEL
• Ulm Photonics: ULM850-05-TN-HIP6SM
• Emissione superficiale dal chip;
• 6mW a 850nm
• Ottime caratteristiche del fascio emesso;
• Larghezza di banda: 3GHz;
• Lunghezza cavità: 3 lambda;
• VCSEL: Vertical Cavity Surface-Emitting Laser.
• Uso di specchi realizzati con Distributed Bragg Reflectors.
Sistemi in fibra professionali e commerciali – Trasmettitore Ottico
Sistemi in fibra professionali e commerciali – Trasmettitore Ottico
• Realizzato nel 1988;
• Pannello su backplane;
• Lasco del connettore per auto-centraggio;
• Laser di alta potenza.
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Sistemi in fibra professionali e commerciali – Ricevitore Ottico
Sistemi in fibra professionali e commerciali – Ricevitore Ottico
• Realizzato nel 1988;
• Pannello su backplane;
Accessori per sistemi in fibra ottica – Connessione per fibra ottica
Connessioni in fibra ottica
• Connessione SMA:
• Sviluppata e prodotta da Amphenol – primo connettore standardizzato;
• Due versioni SMA-905 e SMA-906
• Ferrula in acciaio o in ceramica;
• Insertion Loss 0.8 dB – 2 dB
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• Connessione LC:
• Utilizzato nel networking;
•Per ogni tipologia di connessione possiamo ricavare:
• Uno standard di riferimento ( TIA-604-xx );
• Un codice di colore ( TIA/EIA-568):
• Beige: multi-mode
• Blu : single-mode
• Verde: connessioni APC
Accessori per sistemi in fibra ottica – Accoppiatori per fibra ottica
• Canstar PC3-S-50 -> FCI (1997);
• Molto difficoltoso reperire informazioni;
• Tecnologia FBT: Fused Biconically Tapered.
• Branching Units:
• 1500 mm lunghezza – 300 mm diametro – 800 kg
Le fibre ottiche nelle telecomunicazioni
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Networking – Access Layer
•Si utilizzano switch di layer 2 o 3 con elevata densità di porte.
• Le porte in fibra sono realizzate con moduli SFP.
•Le connessioni in fibra ottica si usano per uplink verso il distribution layer.
Networking – Distribution/Core Layer
Networking – Distribution/Core Layer
• La configurazione del dispositivo è determinata
dal numero e dal tipo di cassetti o moduli SFP installati.
Le fibre ottiche nelle telecomunicazioni
La rete GARR
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GARR
GARR
• Gruppo Armonizzazione Reti per la Ricerca
• Ente che si occupa della connettività dati dei centri di ricerca;
• Fornisce accesso ad internet e interconnessione ad alta velocità;
• Rete GARR-G (Gigabit) – Evoluzione verso GARR-X
• Afferisce e interconnette altre NREN (National Research & Education Network )
GARR
GARR
GARR-X
GARR
•Università Politecnica delle Marche: POP rete GARR:
• Connessione con Bologna ad 1Gbps
• Connessione con Roma a 155Mbps
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GARR
GARR
• Pop presso il Ce.S.M.I.
Permutatore Ottico
• Si ringrazia il personale del Ce.S.M.I.
per le foto che seguono.
Armadio di centro stella.
GARR
GARR – POP GARR@Univpm
Connessioni MTRJ – Switch Enterasys Matrix N3
Cassetto fibre ottiche Telecom dalla centrale
Cassetto fibre ottiche Telecom dalla centrale
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Router Juniper – Connessione sedi periferiche (es: Urbino)
Router Juniper – Connessione con Bologna 1 Gbps
A monte del router? – Centrale Telefonica di Ateneo
A monte del router? –
Centrale Telefonica di Ateneo
Armadio Telecom Italia
Schema Anello con centrale Montagnola
Arrivo delle fibre ottiche.
Ingresso nel router Marconi.
2.5 Gbps – SDH – STM-16
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Uscita verso le sedi periferiche
Uscita verso router GARR
Flussi a bit rate minore:
2 Mbit – 34 Mbit
A monte del router? – Centrale Telefonica di Ateneo
Permutatore telefonico e dati
Connessioni elettriche dati
Tecnologia per la trasmissione in fibra ottica
•Le trasmissioni in fibra ottica possono essere:
• Singolo segnale
Tecnologie per la trasmissione in fibra ottica
• Multi segnale con multiplazione a lunghezza d’onda.
•Nel caso DWDM la scelta del “colore” dipende da:
• Finestre di attenuazione della fibra ottica;
• Laser e fotorilevatori utilizzati;
• Amplificatori utilizzati nella tratta;
• Larghezza di banda necessaria agli utenti.
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UV
• Per aumentare l’efficienza di utilizzo della connessione in fibra ottica si utilizza:
450THz
750nm
l=c/f
IR
Visibile
O
E
1260 nm
Attenuazione
nella fibra ottica
• WDM – WaveLenght Division Multiplexing
xWDM
850 nm
1310 nm
S
C
L
U
1675 nm
1550 nm
l1
dB / km
f.o.
f.o.
l2
f.o.
4
3
Spetto del segnale
ottico in uscita
Spetto del segnale
ottico in ingresso
f.o.
l3
f.o.
l1 , l2 ,l3, l4
Demultiplexer
750THz
400nm
Multiplexer
1500 THz
200 nm
2
1
l2
f.o.
f.o.
l3
l4
l4
• I multiplatori / demultiplatori ottici sono componenti passivi:
f.o.
l1
•Le griglie di frequenza per il WDM sono definite da raccomandazioni ITU:
• G.694.2 CWDM ( 20 nm di spaziatura )
• G.694.1 DWDM ( 0.12 -> 0.4 nm di spaziatura)
•Filtri di Fabry-Perot – Reticoli di Bragg – Filtri acusto-ottici -- Interferometri
•Notevoli problemi legati alla trasmissione in fibra ottica:
• Le 3R – Reamplifing – Reshaping - Retiming
• attenuazione;
• accumulo di rumore generato da amplificatori ottici;
Segnale trasmesso
• effetti non lineari della fibra:
• dispersione cromatica;
Segnale attenuato
• dispersione di polarizzazione;
• miscelazione a quattro onde;
Segnale 1R - Amplificazione
• diffusione stimolata di Raman;
• retrodiffusione di Brillouin;
•…
Segnale 2R - Reshaping
Segnale 3R - Retiming
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• Alcuni componenti utilizzati nelle CORE-NETWORKS:
• WSS – Wavelenght Selective Switch
•OADM – Optical Add Drop Multiplexer
• utilizzano una tecnologia MEMS per selezionare la porta di uscita di un colore
•ROADM – Reconfigurable Add Drop Multiplexer
• Possono essere:
Consentono un vero e proprio instradamento della lambda.
•1xN – un colore in ingresso verso una delle N porte in uscita
•Nx1 – ogni colore in ingresso da una delle N porte verso l’uscita
O EO
O EO
O EO
O EO
XC
patch
Fixed OADM
ROADM con 3R
Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini
• Domanda… che “giro” effettuano i pacchetti TCP/IP per raggiungere gli USA?
Sistemi di trasmissione dati in ambiente sottomarino
traceroute to www.cisco.com (88.221.32.170), 30 hops max, 40 byte packets
1 gw.univpm.it (193.205.128.1) 0.515 ms 0.695 ms 0.743 ms
2 193.205.131.42 (193.205.131.42) 0.213 ms 0.213 ms 0.203 ms
3 193.205.131.33 (193.205.131.33) 0.340 ms 0.363 ms 0.363 ms
4 ru-unian-rc-an.an.garr.net (193.206.140.193) 0.585 ms 0.651 ms 0.708 ms
5 rc-an-rt1-bo1.bo1.garr.net (193.206.134.241) 7.466 ms 7.465 ms 7.488 ms
6 rt1-bo1-rt1-mi1-l2.mi1.garr.net (193.206.134.21) 8.075 ms 8.070 ms 8.113 ms
7 so-5-0-0.ar2.LIN1.gblx.net (67.17.210.157) 8.394 ms 8.403 ms 8.506 ms
8 te6-4-10GE.ar7.AMS2.gblx.net (67.16.141.118) 29.434 ms 29.174 ms 29.056 ms
9 KPN-TELECOM-BV.tengigabitethernet4-3.ar7.ams2.kpn.net (207.138.112.130) 31.298 ms 31.297 ms 31.291 ms
• I collegamenti intercontinentali sono sempre stati realizzati in cavo:
• Regioni del mondo per la gestione dei cavi ( da http://www.icpc.org )
• i primi cavi sono stati posati attorno al 1848 con notevoli problemi;
• erano utilizzati per la trasmissione in codice Morse a bassa velocità;
• si utilizzavano galvanometri a candela per ricevere i segnali;
• frequenti i malfunzionamenti
• Attualmente i cavi posati sono in fibra ottica:
• aziende che effettuano esclusivamente la progettazione e la posa di cavi;
• utilizzo di navi speciali;
• possibilità di recupero ed intervento in loco sul cavo.
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• Regione del mediterraneo.
• SEA-ME-WE 4 – Seg. S2, S3, S4
• 1.28 Tbit/s
• SAT-3 / WASC / SAFE
• TAT-14 ( Trans Atlantic )
• 40 landing points
• 3,2 Tbit/s complessivi
• consente interfacciamento DWA – STM-16 – STM-4
• 4 coppie di fibre con 47 x 10Gbps DWDM
• Componenti per cavi sottomarini
• Componenti per cavi sottomarini
Repeater
•Optical Submarine Amplifier
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• Navi dedicate, problemi:
• Utilizzo di ROV
• Capacità di trasporto del cavo ( anche 6000 t);
• Posizionamento accurato;
• Mantenimento della posizione in fase di calata.
Sistemi di trasmissione urbani
Sistemi di trasmissione dati in ambiente ipogeo
• Scavo in trincea
• Scavo in trincea ( quick trencing)
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• Muffole e giunzioni
• Loss Tester
• OTDR – Fiber Scope
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Sistemi in fibra ottica Tecnologia dei sistemi in fibra ottica

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