Sistemi in fibra ottica Adelmo De Santis 15 Ottobre 2014 Tecnologia dei sistemi in fibra ottica Sistemi in fibra ottica Tecnologia delle fibre ottiche – Aspetti pratici. • Le fibre monomodali hanno maggiori problemi nell’uso pratico: • Problemi di allineamento nelle giunzioni; • Problemi di allineamento nelle connessioni. Sistemi in fibra ottica Tecnologia delle fibre ottiche – Aspetti pratici. • Rivestimento: • 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 Tight Loose cable ISO/IEC 11801: • Multi-mode •OM1 ( 50 o 62.5 / 125) •OM2 ( 50 o 62.5 / 125) •OM3 ( 50 / 125) •OM4 ( 50 / 125) • Single-mode •OS2 ( 9 / 125) Sistemi in fibra ottica Tecnologia delle fibre ottiche – Aspetti pratici. • Codici di colore (TIA/EIA-598): Sistemi in fibra ottica Tecnologia delle fibre ottiche – Aspetti pratici. • Organizzazione delle fibre: Sistemi in fibra ottica Fibre Standardizzate • Fibre Single Mode e Multi Mode per installazioni locali, metropolitane, aeree sottomarine e long-haul. • Tipi di fibre: • ITU-T G.651 : fibra MMF core 50um; • ITU-T G.652: fibra monomodale standard SMF; • ITU-T G.652.C: fibra low water peak; • ITU-T G.653: fibra dispersion-shifted (DSF); • ITU-T G.654: fibra a basse perdite; • ITU-T G.655: fibra non-zero dispersion-shifted (NZDSF); Sistemi in fibra ottica Fibre Standardizzate – G.651 • Fibra MMF 50/125 • Profilo d’indice graduale; • Attenuazione 0.8 dB/km a 1310 nm; • Può operare anche a 850nm; • Connessioni low-cost a breve distanza. Sistemi in fibra ottica Fibre Standardizzate – G.652 • Fibra SMF standard (Corning SMF-28); • Profilo Step-index; • Diametro core 8.6-9.5 µm; • Fibra più comunemente installata; • Dispersione nulla a 1310nm; • Può lavorare a 1550 nm non ottimizzata; • Dispersione a 1550nm: 17 ps/(nm km); • Compensazione della dispersione ad alti bitrate; • Attenuazione 0.2 dB/km Sistemi in fibra ottica Fibre Standardizzate – G.652 • Curva di attenuazione e dispersione cromatica : Sistemi in fibra ottica Fibre Standardizzate – G.652.C • Fibra SMF; • Alta attenuazione a 1380 nm – dispersione bassa; • Eliminazione del picco di assorbimento di OHLow Water Peak Nondispersion-Shifted Fiber) • Ottimizzate per WDM tra 1285 e 1625 nm; • Eccellenti caratteristiche per link non troppo lunghi,non amplificati; • Non completamente adatte alla trasmissione a 1550nm; • Attenuazione 0.2dB/km Sistemi in fibra ottica Fibre Standardizzate – G.653 • Fibra standard SMF con dispersione nulla a 1310nm ed alta in III finestra; • Dispersion shifted fiber (DSF): • Dispersione nulla a 1550nm, attenuazione minima; • Ottimizzate per il range 1500-1600nm; • Non adatte a sistemi WDM (Sviluppo delle fibre NZDSF G.655); • Installate molto raramente (molto usate in Giappone) Sistemi in fibra ottica Fibre Standardizzate – G.653 Sistemi in fibra ottica Fibre Standardizzate – G.654 • Loss-Minimized Fiber; • Ottimizzata per il range 1500-1600nm; • Perdite molto basse a 1550nm; • Nucleo di silice ultra-pura; • Attenuazione circa 0.22dB/km • Dispersione cromatica elevata a 1550nm • Ottima per collegamenti long-haul sottomarini. Sistemi in fibra ottica Fibre Standardizzate – G.655 • Nonzero Dispersion Shifted Fiber (NZDSF – Corning LEAF: Large Effective Area Fiber); • Aiuta a mitigare gli effetti non lineari; • Il punto di dispersione nulla è lontano da 1550nm; • Scelta preferita per i sistemi DWDM; • Fibra NZD+ ed NZD- (zero dispersione poco prima e poco dopo 1550nm); • Dispersione a 1550nm D=4.5ps/(nm km) • Attenuazione 0.2dB/km • Fibre NZDSF commerciali: D tra ±1 e ±6 ps /(nm km) a 1550 nm. Importante avere un basso valore di S, riduzione della differenza tra dispersione accumulata da canali diversi, compensazione mediante un unico dispositivo. Sistemi in fibra ottica Fibre Standardizzate – G.655 Sistemi in fibra ottica Fibre Standardizzate – Principali parametri delle fibre rispondenti a G.655 Sistemi in fibra ottica Fibre Standardizzate – Confronto curve di dispersione Sistemi in fibra ottica Fibre Standardizzate – Confronto curve di dispersione Prove di laboratorio – Emissione LED Sistemi in fibra ottica Emettitore a LED • Componenti piuttosto LENTI; • Spettro molto ampio; • Luce poco focalizzata • Elevata perdita di accoppiamento Sistemi in fibra ottica Emettitore a LED – Ricevitore Ottico • Integra un trigger di Schmitt • Uscita TTL • Sensibilità -28dBm Sistemi in fibra ottica Emettitore a LED – Ricevitore Ottico • Esempio applicativo: • Tensione di alimentazione: 5V • Uscita non sensibile alle variazioni di intensità del segnale ottico; • Effetto soglia. Sistemi in fibra ottica Emettitore a LED – Trasmettitore Ottico • Tensione di pilotaggio circa 1.8 V • Banda passante molto limitata; • Realizzazione semplicissima. Prove di laboratorio – Emissione LASER Sistemi in fibra ottica Emettitore Laser • Superano i limiti tecnologici dei LED; • Consentono la realizzazione di DWDM; • Disponibilità di numerose tipologie di laser. Sistemi in fibra ottica Emettitore Laser • Modulo Rx/Tx ottico: • Ingresso elettrico -> Uscita ottica; • Ingresso ottico -> Uscita elettrica; • Autocostruito da R. Micucci, tesista. Sistemi in fibra ottica Emettitore Laser – Modulo Rx / Tx Ottico Sistemi in fibra ottica Emettitore Laser • Segnale NRZ -> NRZ unipolare; • Realizzato con TL081 Sistemi in fibra ottica Emettitore Laser • Driver Philips NE5300 con ingresso TTL; • Lavora ad alta velocità. Sistemi in fibra ottica Emettitore Laser • FCI-H125G-010; • Integra un amplificatore a basso rumore; • Larghezza di banda elevata; • Uscita senza trigger, segnale proporzionale al livello ottico. Sistemi in fibra ottica Emettitore Laser • Diodo laser • Ulm Photonics: ULM850-05-TN-HIP6SM • 6mW a 850nm • Larghezza di banda: 3GHz; • VCSEL: Vertical Cavity Surface-Emitting Laser. Sistemi in fibra ottica Emettitore Laser • Laser VCSEL • Emissione superficiale dal chip; • Ottime caratteristiche del fascio emesso; • Lunghezza cavità: 3 lambda; • Uso di specchi realizzati con Distributed Bragg Reflectors. Conoscere le apparecchiature per la Fibra Ottica Sistemi in fibra ottica Sistemi in fibra professionali e commerciali – Trasmettitore Ottico • Realizzato nel 1988; • Pannello su backplane; • Lasco del connettore per auto-centraggio; • Laser di alta potenza. Sistemi in fibra ottica Sistemi in fibra professionali e commerciali – Trasmettitore Ottico Sistemi in fibra ottica Sistemi in fibra professionali e commerciali – Ricevitore Ottico • Realizzato nel 1988; • Pannello su backplane; Sistemi in fibra ottica Sistemi in fibra professionali e commerciali – Ricevitore Ottico Connessioni in fibra ottica Sistemi in fibra ottica Accessori per sistemi in fibra ottica – Connessione per fibra ottica Sistemi in fibra ottica Accessori per sistemi in fibra ottica – Connessione per 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 Sistemi in fibra ottica Accessori per sistemi in fibra ottica – Connessione per fibra ottica Sistemi in fibra ottica Accessori per sistemi in fibra ottica – Connessione per fibra ottica • Connessione LC: • Utilizzato nel networking; Sistemi in fibra ottica Accessori per sistemi in fibra ottica – Connessione per fibra ottica •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 Sistemi in fibra ottica 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. Sistemi in fibra ottica Accessori per sistemi in fibra ottica – Accoppiatori per fibra ottica Sistemi in fibra ottica Accessori per sistemi in fibra ottica – Accoppiatori per fibra ottica • Branching Units: • 1500 mm lunghezza – 300 mm diametro – 800 kg Sistemi in fibra ottica Giunzione di due fibre ottiche. • Fujijura FSM 17s – Fusion Splicer (prezzo > 7000$) Le fibre ottiche nelle telecomunicazioni Sistemi in fibra ottica Networking – Access Layer •Si utilizzano switch di layer 2 o 3 con elevata densità di porte. •Le connessioni in fibra ottica si usano per uplink verso il distribution layer. Sistemi in fibra ottica Networking – Access Layer • Le porte in fibra sono realizzate con moduli SFP. Le fibre ottiche nelle telecomunicazioni La rete GARR Sistemi in fibra ottica 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 ) Sistemi in fibra ottica GARR Sistemi in fibra ottica GARR Sistemi in fibra ottica GARR Sistemi in fibra ottica GARR-X Sistemi in fibra ottica GARR •Università Politecnica delle Marche: POP rete GARR: • Connessione con Bologna ad 1Gbps • Connessione con Roma a 155Mbps Sistemi in fibra ottica GARR • Pop presso il Ce.S.M.I. • Si ringrazia il personale del Ce.S.M.I. per le foto che seguono. Armadio di centro stella. Sistemi in fibra ottica GARR Permutatore Ottico Sistemi in fibra ottica GARR Connessioni MTRJ – Switch Enterasys Matrix N3 Sistemi in fibra ottica GARR – POP GARR@Univpm Sistemi in fibra ottica GARR – POP GARR@Univpm Cassetto fibre ottiche Telecom dalla centrale Sistemi in fibra ottica GARR – POP GARR@Univpm Cassetto fibre ottiche Telecom dalla centrale Sistemi in fibra ottica GARR – POP GARR@Univpm Router Juniper – Connessione sedi periferiche (es: Urbino) Sistemi in fibra ottica GARR – POP GARR@Univpm Router Juniper – Connessione con Bologna 1 Gbps Sistemi in fibra ottica A monte del router? – Centrale Telefonica di Ateneo Armadio Telecom Italia Sistemi in fibra ottica A monte del router? – Centrale Telefonica di Ateneo Schema Anello con centrale Montagnola Sistemi in fibra ottica A monte del router? – Centrale Telefonica di Ateneo Arrivo delle fibre ottiche. Sistemi in fibra ottica A monte del router? – Centrale Telefonica di Ateneo Ingresso nel router Marconi. 2.5 Gbps – SDH – STM-16 Sistemi in fibra ottica A monte del router? – Centrale Telefonica di Ateneo Uscita verso le sedi periferiche Uscita verso router GARR Sistemi in fibra ottica A monte del router? – Centrale Telefonica di Ateneo Flussi a bit rate minore: 2 Mbit – 34 Mbit Sistemi in fibra ottica A monte del router? – Centrale Telefonica di Ateneo Permutatore telefonico e dati Sistemi in fibra ottica A monte del router? – Centrale Telefonica di Ateneo Connessioni elettriche dati Sistemi di trasmissione dati sottomarini Sistemi in fibra ottica Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini • Domanda… che “giro” effettuano i pacchetti TCP/IP per raggiungere gli USA? 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 Sistemi in fibra ottica Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini • I collegamenti intercontinentali sono sempre stati realizzati in cavo: • 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. Sistemi in fibra ottica Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini • Regioni del mondo per la gestione dei cavi ( da http://www.icpc.org ) Sistemi in fibra ottica Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini • Regione del mediterraneo. Sistemi in fibra ottica Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini • SEA-ME-WE 4 – Seg. S2, S3, S4 • 1.28 Tbit/s Sistemi in fibra ottica Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini • SAT-3 / WASC / SAFE • 40 landing points Sistemi in fibra ottica Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini • TAT-14 ( Trans Atlantic ) • 3,2 Tbit/s complessivi • consente interfacciamento DWA – STM-16 – STM-4 • 4 coppie di fibre con 47 x 10Gbps DWDM Sistemi in fibra ottica Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini • Componenti per cavi sottomarini Repeater •Optical Submarine Amplifier Sistemi in fibra ottica Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini • Componenti per cavi sottomarini Sistemi in fibra ottica Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini • Navi dedicate, problemi: • Capacità di trasporto del cavo ( anche 6000 t); • Posizionamento accurato; • Mantenimento della posizione in fase di calata. Sistemi in fibra ottica Sistemi di trasmissione in fibra sottomarini • Utilizzo di ROV
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