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ⓘ Optical Transport Network




                                     

ⓘ Optical Transport Network

In telecomunicazioni la Optical Transport Network è unarchitettura di rete di trasporto per reti di telecomunicazioni ottiche basata sulla Wavelength Division Multiplexing.

Le caratteristiche dellOTN sono standardizzate dallITU-T e sono definite principalmente dalle normative G.709 aspetti funzionali dellinterfaccia di rete, G.798 modello funzionale del nodo di rete e G.872 architettura generale della rete.

                                     

1. Descrizione

Architettura

Larchitettura di rete prevede un modello in grado di descrivere sia ladattamento diretto del segnale digitale client in un canale ottico Optical Channel, OCh che ladattamento preliminare del segnale digitale allinterno di trame di struttura più complessa e di bit-rate prefissate Optical Transport Hierarchy o OTH, gerarchia di trasporto ottico, con un meccanismo analogo a quello dellSDH. Il modello copre inoltre il caso delle reti DWDM di prima generazione già esistenti denominate pre-OTN prevedendo il semplice adattamento ottico senza le funzionalità aggiuntive per la supervisione di rete.

Secondo la raccomandazione ITU-T G.872 le funzionalità che devono essere fornite dalle reti OTN sono:

  • trasporto;
  • sopravvivenza dei segnali client mediante meccanismi di protezione e rigenerazione ottica.
  • supervisione;
  • routing;
  • controllo e verifica delle prestazioni;
  • multiplexing;
                                     

2.1. Il modello del livello digitale La trama OTH

Le normative G.709 e G.798 definiscono una struttura di trama in cui adattare il segnale digitale in ingresso prima di riconvertirlo in un canale ottico. La struttura di trama è ispirata a quella adottata per le trasmissioni su SDH/SONET e identifica tre entità fondamentali, a ciascuna delle quali sono associate informazioni di servizio per la supervisione e la protezione di rete:

  • La Optical Channel Transport Unit, OTU, che costituisce ladattamento finale prima della conversione elettro-ottica.
  • La Optical Channel Data Unit, ODU, che serve per il routing e il trasporto del segnale verso la destinazione
  • La Optical Channel Payload Unit, OPU, che costituisce il primo livello di adattamento

La trama OTH viene normalmente rappresentata sotto forma di una matrice composta da 4 righe di 4080 byte ciascuna. Lordine temporale di trasmissione è per righe: prima vengono trasmessi i byte da 1 a 4080 della prima riga, poi quelli da 1 a 4080 della seconda riga e così via.

Il meccanismo di costruzione di una trama OTH segue un processo analogo a quello usato nellSDH: il segnale digitale client costituisce il payload del contenitore OPU, nella cui trama viene adattato. Dato che il segnale in ingresso normalmente non è in fase con la trama dellOPU, il suo punto di inizio in linea di massima non coinciderà con il primo byte utile del payload ma si troverà in una posizione differente che viene memorizzata nell overhead associato allOPU sotto forma di puntatore.

LOPU viene a sua volta adattato, con un procedimento analogo, allinterno della trama di un ODU.

LODU così ottenuto può essere multiplato ulteriormente con un processo ricorsivo, diventando una parte del payload di un OPU e del relativo ODU di gerarchia superiore. Al termine di questo processo ricorsivo, lODU risultante viene a costituire lOTU, con laggiunta dei byte di overhead dellOTU e, in coda alla trama, del risultato dellelaborazione dellalgoritmo di Forward Error Correction FEC applicato allintera trama.

Linserzione del FEC è fondamentale perché, basandosi su un algoritmo Reed Solomon sofisticato, consente in fase di ricezione del segnale di individuare e correggere un numero relativamente elevato di errori di linea. Nella pratica, questo consente di allungare le tratte ottiche, dato che gli errori introdotti dal degrado di propagazione e dallattenuazione del mezzo fisico possono essere compensati tramite il FEC. In questo senso, lintroduzione di una struttura di tipo OTH garantisce un potenziamento in termini delluso delle risorse fisiche della rete.

                                     

2.2. Il modello del livello digitale Gerarchie di trasporto

Lo standard associa a ciascuna entità una serie di bit-rate, con relativa tolleranza, che stabiliscono una gerarchia e prevede la possibilità di multiplare entità di gerarchia inferiore in unentità di gerarchia superiore, consentendo così di associare più segnali digitali allo stesso canale ottico fisico. Questa gerarchia prende il nome di Optical Transport Hierarchy OTH, gerarchia di trasporto ottico.

Sono previsti cinque livelli di gerarchia, concepiti per un adattamento ottimale ai principali tipi di segnale in uso nelle reti di telecomunicazione:

  • Livello 1, con rate a 2.5 Gb/s adatto per il trasporto di SDH di tipo STM-16
  • Livello 3, con rate a 40 Gb/s
  • Livello 2, con rate a 10 Gb/s adatto per il trasporto di SDH di tipo STM-64 e di 10 gigabit Ethernet
  • Livello 0, con rate a 1.2 Gb/s adatto per il trasporto di Gigabit Ethernet
  • Livello 4, con rate a 100 Gb/s concepito per dorsali ad altissima capacità, adatto per il trasporto di 100 Gigabit Ethernet

In aggiunta a questi livelli a bit rate prefissata, lo standard definisce anche dei livelli gerarchici flex di uso generale. Questi livelli consentono ladattamento e il trasporto di segnali digitali generici a bit-rate non standardizzate o non prefissate.

Più in dettaglio, le entità gerarchiche previste dallo standard sono:



                                     

3. Il modello del livello ottico

Nel modello generale dellOTN, il segnale digitale, che può essere di tipo nativo oppure pre-adattato in una struttura OTH, viene associato a un canale ottico: questa operazione tipicamente comporta anche la conversione del segnale stesso da elettrico a ottico. Ad ogni OCh si associano informazioni di overhead per il monitoraggio e la gestione del livello fisico del trasporto.

Gli OCh che condividono lo stesso percorso vengono poi multiplati assieme, secondo la tecnica DWDM, per costituire una Optical Multiplex Section OMS, che costruisce lentità di trasporto tra i nodi terminali dove i singoli OCh, ossia le singole λ, vengono terminate per restituire il segnale digitale originale. Anche allOMS possono essere associate informazioni di overhead per il monitoraggio e la protezione dellintera sezione, ossia dellintero flusso multiplato.

Le informazioni di overhead dei singoli OCh e dellOMS vengono convogliate su una lunghezza donda di servizio separata out of band overhead che costituisce l Optical Service Channel o OSC, canale ottico di servizio.

Il trasporto fisico del segnale multiplato tra due nodi adiacenti viene modellato tramite l Optical Transmission Section OTS, che è composta dallOMS più le informazioni di overhead specifiche per il monitoraggio e la protezione della tratta fisica. A questa entità funzionale sono associate anche le funzioni di rigenerazione del segnale ottico, di tipo 3R. DellOTS fa parte anche lOSC contenente gli overhead degli OCh, della OMS e dellOTS stessa.

Il segnale complessivo fisicamente trasmesso in rete, che sarà alla fine composto da n {\displaystyle n} λ più lOSC, viene denominato Optical Transport Module OTM, modulo di trasporto ottico di ordine n {\displaystyle n}, abbreviato in OTM-n.

Nel caso degenere in cui il flusso multiplato è costituito da ununica λ - che potrebbe anche non essere "colorata", non necessitando di multiplazione DWDM - OCh, OMS e OTS vengono sostanzialmente a coincidere e si considerano come ununica entità, l Optical Physical Section OPS, sezione fisica ottica. In questa configurazione, il segnale finale trasmesso viene indicato come OTM-0.

Il modello è in grado di coprire anche i sistemi DWDM preesistenti i cosiddetti sistemi pre-OTN, definiti come quelli per cui il segnale in ingresso non subisce nessuna elaborazione né gli vengono aggiunte informazioni di overhead ma viene direttamente multiplato in DWDM a meno di una conversione elettro-ottica o di una trasposizione della frequenza ottica "colorazione" del segnale.

                                     

3.1. Il modello del livello ottico Interfacce IrDI e IaDI

A differenza del livello digitale, per il livello ottico lo standard non prevede gerarchie né fissa dei valori per il numero di λ associate a un OTM. Tuttavia, viene fatta una distinzione tra il trasporto allinterno di un dominio di rete per esempio, allinterno della rete di uno stesso operatore e il trasporto tra reti di operatori diversi. A questo scopo, lo standard definisce i concetti di Intra-Domain Interface IaDI e Inter-Domain Interface IrDI rispettivamente.

Per le interfacce di tipo IrDI, oltre a definire le caratteristiche di compatibilità a livello fisico, vengono definiti anche degli OTM particolari, caratterizzati da rigenerazione di tipo 3R ad entrambe le estremità, da un numero prefissato di λ e da funzionalità ridotte, ossia senza lOSC e senza la possibilità di usare per il monitoraggio del livello ottico le relative informazioni. La normativa a questo scopo definisce le seguenti classi di interfacce:

  • OTM-nr.m, dove n {\displaystyle n} è il numero di λ che compongono il flusso multiplato, r {\displaystyle r} indica che si tratta di un OTM a funzionalità ridotte, m {\displaystyle m} è un numero o una combinazione di numeri che riassume la o le gerarchie di OTU trasportati. Per esempio, OTM-16r.24 indica uninterfaccia a funzionalità ridotte senza OSC, composta da un flusso DWDM con 16 λ, ossia 16 canali ottici, di cui alcuni trasportano OTU2 e i rimanenti trasportano OTU4. Per questa classe, lo standard fissa i valori n {\displaystyle n} =16 e n {\displaystyle n} =32, ossia prevede solo interfacce a 16 e 32 canali.
  • OTM-0.m, dove m {\displaystyle m} si riferisce alla gerarchia dellOTU trasportato. Questo tipo di interfaccia è caratterizzato da ununica λ non colorata nessuna multiplazione a livello di DWDM, ossia da un unico canale ottico.
  • OTM-0.mvn, dove m {\displaystyle m} si riferisce alla gerarchia dellOTU trasportato, v {\displaystyle v} indica che ogni OTU viene suddiviso su più λ ciascuna rappresentante una corsia trasporto di tipo multi-lane e n {\displaystyle n} indica il numero di corsie utilizzato per ciascun OTU. Lo "0" sta a indicare che linterfaccia trasporta ununica entità di trasporto un solo OTU. Per questa classe, lo standard fissa le coppie di valori m {\displaystyle m} =3, n {\displaystyle n} =4 e m {\displaystyle m} =4, n {\displaystyle n} =4 corrispondenti rispettivamente a un OTU3 trasportato su 4 λ e a un OTU4 trasportato su 4 λ.

Per le interfacce di tipo IaDI, la rigenerazione di tipo 3R non è obbligatoria ma in compenso lOTM utilizzato è a funzionalità piena, ossia è presente lOSC ed è possibile quindi il monitoraggio e la gestione del livello ottico tramite le informazioni di overhead. È prevista ununica classe di interfacce, denominata OTM-n.m, dove n {\displaystyle n} è il numero di λ che compongono il flusso multiplato e m {\displaystyle m} è un numero o una combinazione di numeri che riassume la o le gerarchie di OTU trasportati, in modo analogo alla classe OTM-nr.m. Lo standard non fissa alcun valore preferenziale né per n né per m, lasciando quindi completa libertà di combinazione allinterno di ciascun dominio di rete.

                                     

4. Standard di riferimento

Architettura di rete

  • ITU-T G.871 10/00: Framework for Optical Transport Network Recommendations
  • ITU-T G.873.1 03/06: Optical Transport Network OTN: Linear Protection
  • ITU-T G.872 11/01: Architecture of Optical Transport Networks, Amendment 1 12/03, Corrigendum 1 01/05

Aspetti funzionali

  • ITU-T G.798 12/06: Characteristics of Optical Transport Network Equipment Functional Blocks, Amendment 1 12/08, Corrigendum 1 01/09
  • ITU-T G.709/Y.1331 12/09: Interfaces for the Optical Transport Network OTN

Aspetti di gestione di rete

  • ITU-T G.874.1 01/02: Optical Transport Network OTN: Protocol-Neutral Management Information Model for the Network Element View
  • ITU-T G.874 03/08: Management Aspect of Optical Transport Network Recommendations

Interfacce fisiche

  • ITU-T G.959.1 11/09: Optical Transport Network Physical Layer Interfaces
  • ITU-T G.692 1998: Optical Interfaces for Multichannel Systems with Optical Amplifiers