Lo standard OTN (Optical Transport Network)

Che sulla fibra ottica viaggi luce laser modulata è un fatto risaputo. Molto altro si potrebbe aggiungere sulle tecnologie impiegate nel trasporto su fibra ottica, a diversi livelli…sicuramente molto più di quanto un articolo possa raccontare! Ma proviamo a costruirci un’idea semplice e generale di quali siano le caratteristiche del segnale digitale (modulante) ad oggi più largamente impiegato per la trasmissione in fibra ottica su lunghe distanze e di quali siano le motivazioni che hanno determinato tali caratteristiche: parleremo quindi dello standard OTN (Optical Transport Network), immaginando di seguire il flusso dati nel suo percorso dalla fibra ottica verso e soprattutto attraverso il dispositivo digitale atto alla sua elaborazione (tipicamente, un framer). Dopo aver esaminato i vari step del processing della trama, avremo finalmente una panoramica di questa complessa tecnologia, cui si deve in buona parte la crescente disponibilità di banda che i provider sono in grado di offrirci.

INTRODUZIONE

Parlando in linea di principio e limitatamente alle tecnologie digitali, qualunque sequenza di bit può definire il segnale elettrico che, applicato a un modulatore elettro-ottico, condiziona le caratteristiche del fascio laser e ne determina quindi il contenuto informativo trasportato. Su un singolo segmento di fibra, inoltre, possono viaggiare più “portanti ottiche”, ovvero più fasci laser di diversa lunghezza d’onda: ciascuno di questi può essere modulato in maniera indipendente dagli altri e trasportare quindi un suo contenuto informativo, purché ovviamente quest’ultimo rispetti certi limiti di banda. In termini estremamente semplici, trasportare su una stessa fibra ottica diverse lunghezze d’onda modulate è l’idea alla base della tecnologia WDM (Wavelength Division Multiplexing), discussa anche in questo interessante articolo.
Il mondo del trasporto ottico su lunghe distanze, tuttavia, è fatto solo in minima parte di fibre ottiche destinate all’uso diretto e dedicato da parte di uno specifico utente; inoltre, l’infrastruttura di rete in fibra ottica è gestita dai grandi provider di telecomunicazioni che offrono il servizio di trasporto ad un elevato numero di utenti. Tale infrastruttura include naturalmente, oltre alle stesse fibre ottiche, anche opportuni apparati, i nodi della rete o NE (Network Element), che consentono di manipolare il segnale ottico, fornendo in ultima analisi accesso all’informazione digitale in esso contenuta.
Affinché la rete possa essere efficacemente gestita, i nodi di rete devono essere in grado di scambiarsi tra loro, oltre al contenuto informativo vero e proprio che si richiede di trasportare (il cosiddetto “payload”), anche una serie di informazioni ausiliarie (dette di “overhead”) che consentono di implementare, a più alto livello, tutte quelle funzionalità di controllo e monitoria della rete che tecnicamente cadono sotto l’acronimo OAM&P (ovvero Operation, Administration, Maintenance & Provisioning).
Come succede in ogni ambito tecnologico in cui diversi produttori, anche concorrenti, si trovano nella necessità di realizzare prodotti in grado di interagire tra loro, anche per le reti di trasporto ottico di nuova generazione si è manifestata l’esigenza di definire uno standard internazionale: è così che, ad opera dell’International Telecommunication Union, nasce il protocollo OTN (Optical Transport Network).

RICEZIONE DI UN FLUSSO OTN: STRUTTURA DELLA TRAMA

Quando una data lunghezza d’onda viene ricevuta da un modulo elettro-ottico, quest’ultimo genera in uscita un segnale elettrico che, opportunamente condizionato e ripulito, descrive una sequenza seriale di bit a rate altissimi, di valori ben precisi, ma ad oggi in genere nell’ordine delle decine di Gbps. Considerato che sarebbe impensabile processare questo flusso digitale bit a bit, a frequenze di clock così elevate, il primo stadio di un framer OTN è tipicamente un deserializzatore: la sua funzione è proprio quella di raggruppare i bit ricevuti in word da N bit e inoltrarli ai circuiti a valle, i quali potranno quindi lavorare ad una frequenza di clock scalata dello stesso fattore N (rispetto alla frequenza di clock di ricezione del deserializzatore), sempre nel rispetto del data rate del flusso ricevuto. L'operazione di deserializzazione a queste frequenze di clock viene normalmente effettuata da circuiti mixed-signal dedicati che prendono il nome di transceiver: un interessante approfondimento sull'argomento, con specifico riferimento alla tecnologia FPGA ampiamente utilizzata in questo ambito applicativo, è disponibile qui.
Se immaginassimo di raggruppare i bit ricevuti in byte e analizzassimo questi byte uno per uno, ritroveremmo periodicamente la struttura di trama descritta in Figura 1.

Struttura della trama OTN, organizzata in righe e colonne di byte e suddivisa nelle regioni di OTUk, ODUk, OPUk.

Figura 1: Struttura della trama OTN (per approfondimenti, si veda: ITU-T G.709/Y.1331 - Interfaces for the optical transport network).

Come avevamo anticipato, si tratta di una struttura di trama piuttosto articolata: per il momento, limitiamoci unicamente a riconoscerne le diverse regioni. La trama nel suo complesso è composta da un totale di 4 righe e 4080 colonne e viene indicata con l’acronimo OTUk (Optical channel Transport Unit): k è un intero che va da 1 a 4 e definisce univocamente il rate a cui la trama, che mantiene la stessa identica struttura, viene generata, trasmessa e consumata (si va dai 2.5 Gbps circa dell’OTU1 ai 100 Gbps circa dell’OTU4). La regione della trama OTUk costituita dalle colonne da 1 a 3824, ma a meno delle prime 14 colonne della prima riga, prende il nome di regione di ODUk (Optical channel Data Unit); all’interno di questa, la regione costituita dalle colonne da 15 a 3824, viene invece indicata con l’acronimo OPUk (Optical channel Payload Unit). Quest’ultima “scatola”, la più interna, è quindi [...]

Iscriviti e ricevi GRATIS
Speciale Pi

Fai subito il DOWNLOAD (valore 15€) GRATIS

ATTENZIONE: quello che hai appena letto è solo un estratto, l'Articolo Tecnico completo è composto da ben 2999 parole ed è riservato agli abbonati PLATINUM. Con l'Abbonamento avrai anche accesso a tutti gli altri Articoli Tecnici MAKER e PLATINUM e potrai fare il download (PDF) di tutti gli EOS-Book, Firmware e degli speciali MONOTEMATICI. ABBONATI ORA, è semplice e sicuro.

Abbonati alle riviste di elettronica

2 Commenti

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio 26 agosto 2016
  2. Lorenzo Columbo 26 agosto 2016

Scrivi un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

Iscriviti e ricevi GRATIS
Speciale Pi

Fai subito il DOWNLOAD (valore 15€) GRATIS