Optical Transport Network: differenze tra le versioni
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In [[telecomunicazioni]] la '''Optical Transport Network''' (OTN) è un'architettura di [[rete di trasporto]] di segnali digitali per [[rete di telecomunicazioni|reti di telecomunicazioni]] [[comunicazioni ottiche|ottiche]] basate sulla [[Wavelength Division Multiplexing]] (WDM).<ref>{{Cita pubblicazione|lingua=en|url=https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/optical-transport-network|titolo=Optical Transport Network - An overview|sito=ScienceDirect}}</ref>
Le caratteristiche dell'OTN sono [[standard (informatica)|standardizzate]] dall'[[ITU-T]] e sono definite principalmente dalle normative G.709 (aspetti funzionali dell'interfaccia di rete),<ref name=G709>{{ITU|T|G.709|Interfaces for the Optical Transport Network|06/2021}}</ref> G.798 (modello funzionale del [[
Le prime versioni dello standard prevedevano gerarchie di trasmissione fino a 100 Gb/s e un modello di base del livello fisico basato sul concetto di canale ottico (''Optical Channel'', OCh).<ref>{{ITU|T|G.709|Interfaces for the Optical Transport Network (OTN)|02/2001}}</ref> L'evoluzione della tecnologia ha portato nel livello digitale a velocità trasmissive superiori ai 100 Gb/s e a nuove esigenze legate alle reti [[5G]] e nel livello ottico a un potenziamento dei dispositivi WDM, in particolare per quanto riguarda la commutazione ottica e la gestione flessibile dello spettro. Questo ha richiesto da un lato l'introduzione nel livello digitale di ulteriori gerarchie di trasporto ad altissima bit rate e del concetto di ''Flexible OTN'' (FlexO) e dall'altro nel livello ottico a sovrapporre all'OCh il concetto di ''Optical Tributary Signal'' (OTSi), più adatto per gestire le nuove capacità della rete.<ref name=G709 /><ref>{{cita pubblicazione|lingua=en|url=https://www.lightwaveonline.com/optical-tech/transport/article/14199624/itu-enhances-g709-optical-transport-network-standards-series|titolo=ITU enhances G.709 Optical Transport Network standards series|autore=Stephen Hardy|data=18 marzo 2021|rivista=Lightwave}}</ref>
== Descrizione ==
=== Architettura ===
L'architettura di rete prevede un modello in grado di descrivere sia l'adattamento diretto del segnale digitale ''client'' in un canale ottico
Secondo la raccomandazione ITU-T G.872 le funzionalità che devono essere fornite dalle reti OTN sono:<ref name=G872 />
#[[modo di trasferimento|trasporto]];
#[[multiplazione|multiplexing]];
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#sopravvivenza dei segnali ''client'' mediante meccanismi di protezione e rigenerazione ottica.
==
=== 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.<ref name=G709 /> 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 aggiuntive (''overhead'') per la supervisione e la [[protezione di rete]]:
#La ''Optical Channel Payload Unit'', OPU, che costituisce il primo livello di adattamento
#La ''Optical Channel Data Unit'', ODU, che serve per il routing e il trasporto del segnale verso la destinazione; questa è l'entità commutabile nei nodi intermedi del circuito
#La ''Optical Channel Transport Unit'', OTU, che costituisce l'adattamento finale prima della conversione elettro-ottica; questa entità rappresenta gli estremi di una sezione di trasporto tra due nodi OTN adiacenti.
La trama OTH viene normalmente rappresentata sotto forma di una matrice composta da 4 righe di 4080 byte ciascuna. L'ordine 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.
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L'ODU 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, l'ODU risultante viene a costituire l'OTU, con l'aggiunta dei byte di overhead dell'OTU e, in coda alla trama, del risultato dell'elaborazione dell'algoritmo di ''[[Forward Error Correction]]'' (FEC) applicato all'intera trama.
L'inserzione 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 e quindi la portata trasmissiva, dato che gli errori introdotti dal degrado di propagazione e dall'attenuazione del mezzo fisico possono essere compensati tramite il FEC. In questo senso, l'introduzione di una struttura di tipo OTH garantisce un potenziamento in termini dell'uso delle risorse fisiche della rete (tratte tra nodi più lunghe significano anche meno nodi nella rete e a parità di lunghezza si possono trasmettere bit rate più elevate grazie alla correzione degli errori).
===Gerarchie di trasporto fino a 100 Gb/s===
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 un'entità 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).<ref name=G709 />
* Livello 0, con rate a 1,2 Gb/s (adatto per il trasporto di [[Gigabit Ethernet]] e in generale per segnali a rate fino a 1 Gbit/s circa): ODU0
* Livello 1, con rate a 2,5 Gb/s (adatto per il trasporto di SDH di tipo STM-16): ODU1, OTU1
* Livello 2, con rate a 10 Gb/s (adatto per il trasporto di SDH di tipo STM-64 e di [[10 gigabit Ethernet]]): ODU2/2e, OTU2/2e
* Livello 3, con rate a 40 Gb/s (concepito per dorsali ad alta capacità, di fatto, sostituisce l'SDH di tipo STM-256, e per il trasporto dell'Ethernet a 40 Gb/s): ODU3, OTU3
* Livello 4, con rate a 100 Gb/s (concepito per dorsali ad altissima capacità, adatto per il trasporto di 100 Gigabit Ethernet e di flussi destinati a canali ottici ad alta velocità): ODU4, OTU4
Per indicare genericamente uno qualsiasi dei livelli sopra elencati, lo standard adotta la nomenclatura ODUk e OTUk rispettivamente (dove k rappresenta genericamente il livello).<ref name=G709 />
In aggiunta a questi livelli a bit rate prefissata, lo standard definisce anche dei contenitori di ampiezza variabile in modo flessibile di uso generale, denominati ODUflex. Questi contenitori costituiscono un meccanismo analogo a quelli della [[concatenazione virtuale]] e della [[concatenazione contigua]] già presenti nella tecnologia SDH. L'ODUflex consente l'adattamento e il trasporto di segnali digitali generici a bit-rate non standardizzate o non appartenenti a gerarchie prefissate ottimizzando l'uso della banda disponibile, parcellizzando il relativo contenitore di riferimento (ODU2, ODU3, ODU4) in porzioni di dimensione predeterminata (''time slot'', slot temporali) ognuna corrispondente a una rate di 1,25 Gbit/s.<ref>{{cita pubblicazione|lingua=en|url=https://www.elettronicanews.it/01NET/Photo_Library/775/PMC_OTN_pdf.pdf|titolo=A Tutorial on ITU-T G.709 Optical Transport Networks (OTN)|rivista=Optical Transport Networks Technology White Paper|editore=PMC Sierra|autore=Steve Gorshe|anno=2010|p=63|formato=pdf}}</ref> Questo porta a individuare per l'ODUflex le seguenti capacità disponibili in funzione del livello di ODU associato:
{|class="wikitable"
|-
!Livello ODU
!''Time slot''
|-
|ODU2 || style="text-align:right";| 8
|-
|ODU3 || style="text-align:right";| 32
|-
|ODU4 || style="text-align:right";| 80
|-
|}
A seconda della rate del segnale da trasportare, è possibile determinare quanti ''time slot'' devono essere riservati per utilizzare la banda in modo ottimale, dimensionando così il singolo contenitore ODUflex secondo la specifica esigenza. All'interno di uno stesso ODU possono essere presenti più ODUflex, fino ad esaurimento dei ''time slot'' disponibili, con ulteriore ottimizzazione dell'impiego della banda. Lo standard ITU-T definisce anche un meccanismo per cambiare dinamicamente la dimensione di un ODUflex, aggiungendo o rimuovendo ''time slot'' in modo coordinato (''ODUflex resizing''), rendendo così l'OTN adatto a trasportare servizi digitali con necessità di banda variabili nel tempo.<ref>{{ITU|T|G.7044|Hitless adjustment of ODUflex(GFP)|10/2011}}</ref>
Per quanto riguarda le bit rate effettive, nel dettaglio lo standard prevede:<ref name=G709 />
{| class="wikitable" style="background: white;"
|+ Gerarchia degli OPU
|-
!Tipo di OPU
!Bit-rate nominale
!Tolleranza
|-
|OPU0
|
|rowspan="
|-
|OPU1
|
|-
|OPU2
|
|-
|OPU3
|
|-
|OPU4
|104.355.975,330 kbit/s
|-
!colspan="3"|Gerarchie per bit-rate speciali
|-
|OPU2e
|10.356.012,658 kbit/s
|style="text-align: center;"|±100 ppm
|-
|OPUflex per segnali a bit-rate costante
|bit rate del segnale
| style="text-align: center;"|max. ±100 ppm
|-
|OPUflex per segnali mappati tramite [[Generic Framing Procedure|GFP-F]]
|239/238 × bit rate dell'ODUflex
|style="text-align: center;"|max. ±20 ppm
|-
|}
{| class="wikitable"
|+ Gerarchia degli ODU
|-
Line 110 ⟶ 145:
!Bit-rate nominale
!Tolleranza
|-
|ODU0<ref group="N">Un ODU0 può essere trasportato solo su un ODU1, un ODU2, un ODU3 o un ODU4. Non è previsto OTU0.</ref>
|1.244.160 kbit/s
|rowspan="5" style="text-align: center;"|±20 ppm
|-
|ODU1
|2.498.775,126 kbit/s
|-
|ODU2
|10.037.273,924 kbit/s
|-
|ODU3
|40.319.218,83 kbit/s
|-
|ODU4
|104.794.445,815 kbit/s
|-
!colspan="
|-
|ODU2e<ref group="N">Utilizzato per 10GbE [[Wide Area Network|WAN]]. Un ODU2e può essere trasportato su un ODU3 o un ODU4</ref>
|10.399.525,316 kbit/s
|style="text-align: center;"|±100 ppm
|-
|ODUflex per segnali a bit-rate costante<ref group="N" name=N-"flex">Un ODUflex può essere trasportato solo su un ODU2, un ODU3 o un ODU4</ref>
|239/238 × bit rate del segnale
|style="text-align: center;"|max. ±100 ppm
|-
|ODUflex per segnali mappati tramite [[Generic Framing Procedure|GFP-F]]<ref group="N" name=N-"flex" />
|<ref group="N">La corrispondenza tra bit-rate dell'ODUflex e bit-rate del segnale di ingresso è determinata da una serie di formule matematiche</ref>
|style="text-align: center;"|max. ±20 ppm
|-
|colspan="
<references group="N" />
|-
|}
{| class="wikitable"
|+ Gerarchia degli
|-
!Tipo di
!Bit-rate nominale
!Tolleranza
|-
|OTU1
|
|rowspan="
|-
|OTU2
|
|-
|OTU3
|
|-
|OTU4
|
|-
|}
Per quanto riguarda i contenitori OTUk, la raccomandazione ITU ha standardizzato alcune varianti, denominate OTUk-v e OTUkV, nonché una variante specifica dell'OTU4, denominata OTU4-SC (dove SC indica "Soft-decision FEC"), che sono funzionalmente identiche al contenitore base per quanto riguarda la parte di trasporto dei tributari di traffico ma differiscono per il tipo di FEC e di conseguenza per la dimensione della parte di trama destinata alle relative informazioni necessarie per il rilevamento e la correzione degli errori.<ref name=G709/>
===Gerarchie di trasporto da 100Gb/s in su===
L'evoluzione tecnologica ha portato le reti ottiche a poter trasmettere a bit rate superiori ai 100Gb/s e quindi a poter trasportare segnali digitali di pari capacità. Ciò ha comportato la necessità di estendere la normativa per coprire anche queste nuove possibilità: l'edizione dello standard ITU-T G.709 di giugno 2016 ha quindi introdotto le estensioni denominate ODUCn e OTUCn,<ref name=G709-0616>{{ITU|T|G.709|Interfaces for the optical transport network|06/2016}}</ref> dove la lettera "C" rappresenta il [[numeri romani|numero romano]] "100" e "n" è un numero intero positivo a indicare bit rate multiple di 100 Gb/s.<ref>{{Cita pubblicazione|url=https://www.ietf.org/lib/dt/documents/LIAISON/liaison-2019-01-11-itu-t-sg-15-teas-ccamp-pals-pce-mpls-ls-on-otnt-standardization-work-plan-attachment-1.pdf|titolo=Optical Transport Networks & Technologies Standardization Work Plan|numero=Issue 25|data=dicembre 2018|lingua=en|editore=[[IETF]]|p=10|formato=pdf}}</ref> Ad esempio, ODUC2 è associato a una rate dell'ordine dei 200 Gbit/s, ODUC4 a una dell'ordine dei 400 Gbit/s e così via.
A differenza delle strutture ODUk (k=0÷4) e ODUflex, che consentono la commutazione di circuito ("cross-connessione") nei nodi di trasporto intermedi, le strutture di tipo ODUCn e OTUCn sono intese per operare solo su collegamenti puntuali a livello di sezione di trasporto, ossia esclusivamente con il ruolo di terminazione tra due nodi OTN tra loro adiacenti;<ref name=G709-0616 /> non è quindi prevista la commutazione tra ODUCn. Un'altra differenza importante riguarda il tipo di segnale: mentre gli ODUk e l'ODUflex possono trasportare direttamente il segnale digitale client (SDH, Ethernet, eccetera), l'ODUCn può trasportare solo degli ODUk già strutturati e non può trasportare direttamente un segnale client.<ref name=G709-0616 /> Per questo motivo, per quanto sia previsto un livello OPUCn, questo può ospitare solo l'adattamento degli ODUk attraverso gli Optical Data Tributary Unit (ODTUCn).<ref>{{ITU|T|G.709|Interfaces for the optical transport network|06/2016}} Sect. 20: ''Mapping ODUk signals into the ODTUCn signal and the ODTUCn into the OPUCn tributary slots''</ref>
In termini di trama, OPUCn, ODUCn e OTUCn sono strutturati esattamente come i corrispondenti OPUk, ODUk e OTUk, anche se trasmessi in modo interallacciato: sono quindi presenti i byte di ''overhead'' e le funzionalità di controllo e monitoraggio associate.
===Gerarchie di trasporto per data center===
La raccomandazione ITU-T ha introdotto inoltre due gerarchie apposite per il trasporto [[Ethernet]] a 25Gb/s e 50Gb/s, standard sempre più diffusi nei collegamenti tra [[data center]] nonché interfacce previste per la [[5G|rete 5G]] nell'ambito della [[Common Public Radio Interface]] (CPRI).<ref name=G709 /> Le due gerarchie sono rispettivamente identificate come ODU25 e ODU50 e possono essere trasmesse direttamente su canali ottici usando le corrispondenti strutture OTU25 e OTU50, di cui sono state standardizzate anche le varianti che utilizzano il FEC Reed-Solomon (denominate rispettivamente OTU25-RS e OTU50-RS) al posto dell'hard-decision FEC.<ref>{{ITU|T|G.709.4|OTU25 and OTU50 short-reach interfaces - Corrigendum 1|05/2021}}</ref>
La struttura gerarchica complessiva risultante è quindi la seguente:<ref name=G709 />
{|class="wikitable" style="border:none;border-collapse:collapse;margin:auto;text-align:center;background-color:white";
|-
|colspan="7" style="text-align:center;font-style:italic;";|Segnali client (STM-N, Ethernet, IP, FC, MPLS, FlexE, ecc.)
|-
|style="border:1px solid white;border-bottom:1px solid black;"| {{!}}
|style="border:1px solid white;border-bottom:1px solid black;"| {{!}}
|style="border:1px solid white;border-bottom:1px solid black;"| {{!}}
|colspan="2" style="border:1px solid white;"| {{!}}
|style="border:1px solid white;"| {{!}}
|style="border:1px solid white;"| {{!}}
|-
|colspan="3" style="border:1px solid black;"| OPUj
|colspan="2" style="border-top:1px solid white; border-bottom:1px solid white; border-right:1px solid white;"| {{!}}
|
|style="border:1px solid white;"| {{!}}
|-
|colspan="3" style="border:1px solid black;"| ODUj
|colspan="2" style="border-top:1px solid white; border-bottom:1px solid black; border-right:1px solid white;"| {{!}}
|style="border:1px solid white;border-bottom:1px solid black;"| {{!}}
|style="border:1px solid white;border-bottom:1px solid black;"| {{!}}
|-
|colspan="7" style="border:1px solid black; border-bottom:1px dashed black;"|OPUk
|-
|colspan="7" style="border:1px solid black; border-top:1px dashed black; border-bottom:1px solid white;"|ODUk
|-
|style="font-size:80%;border:1px solid white; border-left:1px solid black;border-bottom:1px solid black;"|<math>k=25</math>
|style="font-size:80%;border:1px solid white; border-bottom:1px solid black;"|<math>k=50</math>
|style="font-size:80%;border:1px solid white; border-bottom:1px solid black;"|<math>k \in \left \{ 1,2,3,4 \right \}</math>
|style="font-size:80%;border:1px solid white; border-bottom:1px solid black;"|
|colspan="3" style="font-size:80%;border:1px solid white; border-bottom:1px solid black;border-right:1px solid black;"|<math>k \in \left \{ 0,1,2,3,4,flex \right \}</math>
|-
|style="border:1px solid black;"|OTU25
|style="border:1px solid black;"|OTU50
|style="border:1px solid black;"|OTUk, OTU4-SC, OTUk-v
|style="border:1px solid black;"|OTUkV
|colspan="3" style="border:1px solid black; border-bottom:1px dashed black"|OPUCn
|-
|style="border:1px solid black;"|OTU25-RS
|style="border:1px solid black;"|OTU50-RS
|colspan=2" style="border:1px solid black; border-bottom:1px solid white;"|
|colspan="3" style="border:1px solid black; border-top:1px dashed black;"|ODUCn
|-
|colspan="4" style="border:1px solid white; border-right:1px solid black;"|
|colspan="3" style="border:1px solid black;"|OTUCn
|-
|colspan="4" style="border:1px solid white;"|
|style="border:1px solid white; border-top:1px solid black; border-right:1px solid black;"|
|colspan="2" style="border:1px solid black;"|FlexO-x-<fec>-m
|}
==
=== Optical Channel (OCh)===
Nel modello generale dell'OTN, il segnale digitale, che può essere di tipo nativo (SDH, [[Gigabit Ethernet]], Fiber channel, o qualsiasi altro tipo di segnale) oppure pre-adattato in una struttura OTH, viene associato a un canale ottico (''Optical Channel'', abbreviato in OCh): 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.
{| class="wikitable" align=center style="background: white; margin:auto;"
Line 278 ⟶ 346:
== Standard di riferimento ==
=== Architettura di rete ===
* {{ITU|T|G.871|Framework for Optical Transport Network Recommendations
* {{ITU|T|G.872| Architecture of Optical Transport Networks
* {{ITU|T|G.872| Architecture of Optical Transport Networks -
* {{ITU|T|G.872| Architecture of Optical Transport Networks -
* {{ITU|T|G.873.1|Optical Transport Network (OTN): Linear Protection
===Aspetti funzionali===
*
* {{ITU|T|G.709.1|Flexible OTN short-reach interfaces|06/2018}}
* {{ITU|T|G.709.2|OTU4 long-reach interface |07/2018}}
* {{ITU|T|G.709.3|Flexible OTN long-reach interfaces|12/2020}}
* {{ITU|T|G.709.4|OTU25 and OTU50 short-reach interfaces|03/2020}}
* {{ITU|T|G.798|Characteristics of Optical Transport Network Equipment Functional Blocks|12/2017}}
=== Aspetti di gestione di rete ===
*
*
=== Interfacce fisiche ===
*
* {{ITU|T|G.692|Optical Interfaces for Multichannel Systems with Optical Amplifiers - Amendment 1|01/2005}}
* {{ITU|T|G.959.1|Optical Transport Network Physical Layer Interfaces|07/2018}}
== Note ==
| |||