I futuri servizi a valore aggiunto disponibili in contesti residenziali, hospitality e corporate quando richiedono connettività a banda molto elevata devono essere basati su fibra ottica. Due le possibilità: configurazioni attive di tipo AON (Active Optical Network) e passive, di tipo GPON (Passive Optical Network. Vediamo di cosa si tratta.
La disponibilità di nuovi servizi digitali, come TV ad alta definizione, Internet of Things o applicazioni real-time, così come la necessità di utilizzo di piattaforme legate ad esempio allo smart working o alla didattica a distanza, stanno determinando in questi ultimi anni una crescente richiesta di connettività a banda molto elevata.
Questa necessità è stata recepita a livello europeo e nazionale con la formulazione di strategie per lo sviluppo di infrastrutture in grado di garantire l’accesso sempre più facilitato alla banda ultralarga.
Vi sono diverse tipologie di reti PON (Passive Optical Network). La configurazione descritta nello schema, impiega un OLT per realizzare reti FTTH, FTTB e FTTO. In evidenza alcuni dei servizi che si possono distribuire nei contesti corporate, residenziale, hospitality e educational.
Per tale motivo gli operatori telecom stanno progressivamente modificando le loro reti, sostituendo il rame con la fibra ottica, in modo da sfruttare tutti i vantaggi di questo vettore; le fibre monomodali si caratterizzano infatti per la bassissima attenuazione e la larghezza di banda molto elevata (> 30.000 GHz), permettendo una grande velocità di connessione anche a lunga distanza.
L’obiettivo è quello di realizzare architetture di rete FTTH (Fibre To The Home) perché l’utente possa ricevere la connessione in fibra ottica direttamente in casa propria, così da accedere ai servizi digitali con le migliori prestazioni e con la massima affidabilità.
La gestione di questo tipo di impianti può essere effettuata secondo due modalità di collegamento, con reti attive oppure passive.
Nel primo caso parliamo di configurazioni di tipo AON (Active Optical Network) con le quali vengono realizzate architetture punto-punto; ogni utente è dotato di una linea in fibra ottica dedicata e di apparecchiature di commutazione proprietarie, come ad esempio il router e gli switch, che necessitano di alimentazione elettrica.
Ogni abbonato dispone della stessa larghezza di banda, che non risulta quindi condivisa come nel caso delle reti GPON; lo svantaggio di questo tipo di configurazione riguarda invece il maggior impegno economico, determinato dalla complessità installativa (le fibre ottiche vanno distribuite ad ognuno degli utenti) e dal costo degli apparati attivi, anche in termini di successiva manutenzione.
L’architettura passiva GPON
La modalità di collegamento passiva PON (Passive Optical Network) implica invece reti punto-multipunto che utilizzano una singola fibra ottica per la distribuzione dei servizi digitali a più utenti. Questo tipo di struttura si definisce passiva perché gli apparati di ripartizione dei collegamenti, gli splitter ottici e i giunti, non hanno bisogno di essere alimentati da rete elettrica, con importanti vantaggi in termine di riduzione dei costi e di facilità di manutenzione.
Esistono diverse tipologie di reti PON, che si differenziano rispetto alla velocità massima raggiungibile per ciascuna dorsale con dati che, nel caso del nuovo tipo NG-PON2, possono arrivare fino a 40 Gbit/s in download e 10 Gbit/s in upload.
Nella configurazione attiva il router distribuisce ai dispositivi terminali (1, 2, 3 e 4) solo i contenuti prescelti.
Tra tutte queste reti passive, che comprendono anche le tipologie XG-PON e XGS-PON, la GPON (Gigabit Passive Optical Network) è quella più utilizzata in Italia per la distribuzione FTTH; la velocità massima raggiunta è di 2,5 Gbit/s in download e 1,25 Gbit/s in upload, da suddividere rispetto al numero di utenze collegate, con un dato nominale fissato dall’operatore in base al tipo di contratto di ciascun utente.
I componenti del sistema GPON
Oltre agli elementi passivi utilizzati per la distribuzione delle fibre, l’architettura GPON si compone di due soli apparati attivi, disposti agli estremi della rete, che hanno il compito di trasformare il segnale ottico in elettrico e viceversa.
– OLT (Optical Line Terminal). Questo terminale ottico di linea viene posizionato nella centrale dell’operatore (hub) e serve a collegare ciascun cavo in fibra a un massimo di 128 utenze, aggregate in modo da consentirne una facile distinzione per eventuali manutenzioni.
All’OLT vanno collegati i moduli SFP (Small Form-Factor Pluggable), dispositivi ricetrasmittenti compatti, progettati per supportare diversi standard di comunicazione e utilizzati in particolare in applicazioni quali telecomunicazioni e dati.
– ONT (Optical Network Termination). Si tratta di un terminale installato nell’abitazione dell’utente, che converte in un segnale elettrico il segnale ottico in ingresso, così da renderlo accessibile. L’impianto prevede un terminale per ogni utenza.
La trasmissione in downstream e in upstream (da OLT a ONT e viceversa) avviene simultaneamente sullo stesso cavo, utilizzando due lunghezze d’onda diverse grazie alla tecnica di multiplazione a divisione di frequenza WDM (Wavelength Division Multiplexing).
Gli altri servizi, che comprendono ad esempio quelli televisivi, utilizzano una terza lunghezza d’onda (1550 nm).
Tecniche di multiplazione TDM e WDM
La tecnica di multiplazione (multiplexing) è utilizzata in informatica e nel settore delle telecomunicazioni per gestire più segnali che condividono la stessa capacità trasmissiva disponibile.
Si utilizzano in particolare:
– la multiplazione a divisione di tempo TDM (Time Division Multiplexing), grazie alla quale a turno ogni apparecchio ricetrasmittente dispone dell’uso esclusivo del canale di comunicazione, cioè dell’intera banda, per un brevissimo lasso di tempo; una sua variazione, la TDMA (Time Division Multiple Access) garantisce un maggior sincronismo degli apparecchi trasmittenti;
– la multiplazione a divisione di lunghezza d’onda WDM (Wavelength Division Multiplexing) grazie alla quale sullo stesso mezzo di trasmissione (ad esempio la fibra ottica) vengono modulati più canali utilizzando portanti a diverse lunghezze d’onda.
In ambito GPON vengono applicate entrambe queste tecniche. In particolare, GPON adotta il WDM per trasmettere su diverse lunghezze d’onda i dati in downstream (λ=1490nm) e in upstream (λ=1310nm).
In downstream i dati vengono trasmessi broadcast a tutti gli ONT, mentre in upstream i vari ONT trasmettono utilizzando time slot a loro dedicati in modalità TDMA.
Applicazioni GPON
Come è stato accennato, in Italia le reti in fibra ottica FTTH sono realizzate prevalentemente con architettura GPON, giudicata più adeguata per una serie di interessanti caratteristiche.
In primo luogo l’utilizzo di apparati passivi per la distribuzione della fibra all’interno della rete rende questo sistema particolarmente apprezzato per la minor suscettibilità a guasti o malfunzionamenti, con un conseguente risparmio in termini di costi di manutenzione. Si tratta inoltre di una tipologia di impianto molto flessibile e aperta alle future evoluzioni tecnologiche perché gli apparati attivi, eventualmente da sostituire o aggiornare, si trovano esclusivamente ai due estremi della rete, in posizioni facili da raggiungere.
Un altro vantaggio è relativo alla configurazione punto-multipunto, che permette di gestire impianti di grandi dimensioni, o con molti utenti, in maniera più semplice e flessibile e con un minor impegno economico; infatti non solo il costo dei partitori ottici passivi è minore, ma risultano molto ridotti anche i costi infrastrutturali per la stesura della fibra nell’ultimo miglio.
Per questo motivo le reti GPON vengono utilizzate in particolar modo negli impianti multiutenza come i contesti business e hospitality, i villaggi turistici o le strutture scolastiche. In questi casi l’OLT viene installato direttamente all’interno della struttura.
Dal punto di vista tecnologico, la tecnica di multiplazione a divisione di frequenza, che rende possibile l’utilizzo di diverse lunghezze d’onda per moltiplicare le utenze della stessa dorsale, è inoltre molto vantaggiosa perché consente di ampliare la connettività sia in download sia in upload.
Servizi distribuiti su reti GPON
Le reti passive GPON consentono di distribuire un numero importante di servizi, scelti in base alle esigenze degli utenti, con il vantaggio di un sistema completamente aperto alle evoluzioni tecnologiche future. Nella tabella riportata in questa pagina vengono elencate le tipologie di servizio più importanti. ■
Si ringrazia Fracarro Radioindustrie per il contributo. Per informazioni: fracarro.com/it/
