Reti in fibra ottica con tecnologia GPON: tutti i vantaggi

La crescente domanda di nuovi servizi digitali – come Video on demand, Online Gaming, HD TV and VoIP, applicazioni real-time, Internet of Things e lo sviluppo di ecosistemi digitali o aree di policy (sanità, scuola, giustizia, etc.), infrastrutture immateriali (che comprendono le piattaforme abilitanti e i dati della PA), infrastrutture fisiche e cyber security, richiede la disponibilità di una larghezza di banda molto elevata.

Le tecnologie XDSL potrebbero ancora soddisfare tale richiesta di ampiezza di banda (es. VDSL2) ma presentano delle limitazioni, quali ad esempio le restrizioni sulla distanza massima tra punto di accesso alla rete ed utente finale, che non le rendono competitive rispetto alle diverse tecnologie basate sulla fibra ottica FTTx.

Gli operatori italiani, in attuazione della strategia nazionale ed europea per la banda ultralarga, stanno quindi rinnovando le loro reti di accesso che altrimenti rischiano di diventare un collo di bottiglia in termini di banda disponibile. Pertanto, la maggior parte dei fornitori di telecomunicazioni sta attualmente ritirando la propria rete legacy in rame, sostituendola con le reti in fibra ottica.

Per sfruttare al meglio tutti i vantaggi della fibra ottica, tra cui la maggior velocità di connessione, la soluzione Fiber To The Home (FTTH) appare la scelta più adatta. Essa prevede infatti il dispiegamento della fibra ottica fino all’utente finale, eliminando tratti in rame che introdurrebbero un peggioramento delle prestazioni.

Modalità di collegamento della fibra FTTH

La fibra ottica può essere dispiegata secondo due modalità di collegamento dell’utente finale: la modalità attiva (Active Optical Network -AON) e quella passiva ovvero la rete ottica passiva (Passive Optical Network – PON).

La reti ottiche attive (AON) sono reti point-to-point (PTP), nel senso che ogni utente ha la propria linea ottica in fibra dedicata terminata su un concentratore ottico. In un sistema ottico attivo, vengono implementate apparecchiature di commutazione attive, come un router o uno switch, per gestire la distribuzione del segnale e instradare opportunamente i dati. Tale configurazione implica quindi che ogni utente finale abbia la propria fibra ed i relativi apparati attivi dedicati con il conseguente dispiegamento di risorse e relativi costi. La seguente figura mostra un sistema AON.

Come funziona GPON Fiber to the Home

Le reti Fiber To The Home GPON (standard ITU-T G.984.1-2-3-4) sfruttano le caratteristiche di bassa attenuazione (0,2-0,6 dB /km) e larghezza di banda elevata (> 30.000 GHz) di fibre ottiche mono-modali per fornire un’ampiezza di banda molto superiore a quella supportata dalle reti in rame.

Esse sono reti realizzate completamente in fibra ottica secondo un architettura punto-multipunto, in cui cioè un ridotto numero di collegamenti consente di connettere ad una centrale locale una molteplicità di utenti. Tali collegamenti sono ripartiti mediante componenti passivi, detti splitter ottici, che non necessitano di alimentazione elettrica (da cui la definizione di rete Passiva). Gli elementi terminali dell’architettura GPON sono l’optical network terminal (ONT), installato presso l’utente finale, e l’Optical Line Terminal (OLT) installato presso la centrale locale. Gli OLT gestiscono l’invio dei segnali da e verso gli utenti finali aggregandoli opportunamente, per consentirne la trasmissione sullo stesso mezzo condiviso, e garantendo al contempo la possibilità di distinguerli.

In particolare, la trasmissione ottica in direzione downstream (da OLT a ONT) e quella in direzione upstream (da ONT a OLT) sono realizzate sullo stesso mezzo condiviso utilizzando due distinte lunghezze d’onda utilizzando la tecnologia WDM (Wavelenght Division Multiplexing).

Per aggregare ed al contempo distinguere le comunicazioni dei diversi utenti vengono invece adottate tecniche di multiplazione (multiplexing) a divisione di tempo, in particolare: TDM (Time Division Multiplexing) in downstream e TDMA (Time Division Multiple Access) in upstream. La tecnica di trasmissione TDM permette la ricezione di segnali separati su un canale comune suddividendo l’utilizzo dello stesso in slot di tempo assegnati a ciascuna trasmissione. La tecnica TDMA deriva dalla precedente ma adotta degli accorgimenti specifici per garantire il sincronismo tra stazioni trasmittenti in upstream. Tali tecniche sono caratterizzate da limiti nella larghezza di banda in upstream, condivisa tra le diverse ONT, con accesso mediante multiplazione nel dominio del tempo.

Per superare questa limitazione le nuove reti GPON si baseranno sulla tecnica WDM utilizzando un numero maggiore di lunghezze d’onda permettendo un considerevole incremento della banda disponibile, sia in upstream che in downstream. In particolare, il Time Wavelength Division Multiplexing PON (TWDM-PON) fornisce quattro o più lunghezze d’onda per fibra, ognuna delle quali è in grado di fornire bit rate simmetrici o asimmetrici e costituirà lo standard per le reti NG-PON2 (Next-Generation Passive Optical Network 2).

La tecnologia TWDM-PON aggiunge flessibilità supportando la sovrapposizione di più servizi, gruppi di utenti sulla stessa fibra ma la caratteristica probabilmente più rilevante dello standard TWDM-PON dal punto di vista economico è che diverse lunghezze d’onda possono essere assegnate a diversi operatori. Questa flessibilità faciliterà il coinvestimento in infrastrutture comuni, incoraggerà gli investimenti e promuoverà la condivisione di costi e rischi.

Le prestazioni delle tecnologie utilizzate nello standard FTTH sono riassunte nella seguente tabella:

Vantaggi e svantaggi del GPON

Come sempre ogni tecnologia ha i suoi punti di forza e le sue carenze. Gli utenti di una connessione in fibra con architettura AON usufruiscono di una connessione e della relativa larghezza di banda dedicate. Inoltre, proprio in virtù di questa caratteristica è anche più facile identificare eventuali guasti o problemi della connessione. Tuttavia, un sistema AON richiede apparecchiature attive anche nella rete di distribuzione per gestire la trasmissione del segnale, il che significa alimentazione e costi potenzialmente più elevati.

Viceversa, un sistema PON è libero da parti attive nella sezione di rete di distribuzione, meno suscettibili a malfunzionamenti, determinando quindi un costo inferiore di manutenzione del sistema. Inoltre, è più efficiente poiché ogni fibra ottica può servire una molteplicità di utenti consentendo la distribuzione rapida e flessibile della fibra verso il mercato wholesale al minor costo di gestione e implementazione. La tecnologia attiva GPON poi, supporta la copertura del servizio a lungo raggio (fino a 20 km) superando i limiti della tecnologia di accesso basata su doppini in rame e riducendo i nodi di rete.

Infine, la tecnica di multiplazione WDM-PON promette di aumentare ulteriormente la larghezza di banda a disposizione sia in upstream che downstream, promuovendo un ancor più efficiente utilizzo e operatività delle reti.

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L’articolo è parte di un progetto di comunicazione editoriale che Agendadigitale.eu sta sviluppando con il partner Open Fiber