Prima di rispondere, occorre premettere una breve sintesi della recente
storia degli sviluppi della componentistica fotonica. Ciò è utile
per chiarire diversi aspetti e soprattutto perché quando si parla di reti TLC
è importante definire di che rete si tratta.
Le reti ottiche di prima generazione utilizzano la fibra esclusivamente
come mezzo trasmissivo. Sulla rete di trasporto e su reti locali
Gigaethernet l’unità di trasmissione realizza la conversione
elettrica/ottica con l’utilizzo di Laser a semiconduttori. Il collegamento ottico
è un classico punto-punto ed al termine della linea abbiamo il passaggio
da ottico ad elettrico mediante ricevitori che impiegano fotodiodi. Tutta
la gestione della rete, l’inserzione ed estrazione dei canali che sono
multiplati con tecniche a divisione di tempo (TDM) è realizzata nel
dominio elettronico. In questo periodo la componentistica elettronica
permette di manipolare segnali aventi velocità di cifra di 10 Gb/s.
Circa 6-8 anni fa, in piena euforia di un’imminente esplosione mondiale
d’incremento del numero d’utenti Internet, sembrò naturale che in
un futuro, non solo tutta la rete fosse a commutazione di pacchetti
e che voce, dati e video usassero il protocollo IP, ma anche che fosse
possibile eliminare i
passaggi elettrico/ottico rimanendo il più possibile nel dominio
fotonico. Qualcuno intravedeva anche computer e comunicazioni wireless
realizzati con componenti ottici. Diverse aziende, produttrici d’apparati
per la realizzazione di reti sostennero numerosi lavori di ricerca nei
maggiori centri ed università mondiali. I componenti ottici sui quali
doveva basarsi la realizzazione di apparati ottici e che a cavallo
del 2000 hanno riempito con migliaia di articoli i convegni scientifici,
erano i Micro-Mechanical Systems (MEMS) ed i Photonic Integrated Circuits
(PIC) (1). Oggi di questi dispositivi se ne parla poco.
A distanza d’alcuni anni, la situazione è la seguente: non è possibile
realizzare una rete intelligente interamente nel dominio ottico. Non
siamo capaci di realizzare l’equivalente della memoria elettronica con
componenti ottici. Quindi le tecniche di multiplazioni TDM usate in
elettrico non sono possibili se rimaniamo in ottico.
Nel frattempo sulle reti di trasporto, a causa della sempre maggiore richiesta di
incrementare velocità di cifra su una fibra, si sviluppa la tecnica di
trasportare flussi d’informazione diversi associandoli a diverse lunghezze
d’onda. Questa tecnica di multiplazione utilizzata nelle fibre ottiche
prende il nome di Wavelenght Division Multiplexing (WDM), a divisione di
lunghezza d’onda (2). Attualmente è possibile trasmettere su una fibra
320 lambda (colori) differenti con spaziatura di 50 Ghz. La massima
velocità di cifra che una fibra può trasportare raggiunge l’impressionante
valore di 3,2 Tb/s (320 x 10 Gb/s) pari all’intero traffico dati USA in
un’ora di punta.
Il problema d’oggi non è la mancanza di capacità da
trasportare, c’e né fin troppa (Si comprende una causa della rilevante
crisi d’aziende fornitrici d’impianti in fibra). Il problema spinoso è
incrementare la velocità d’acceso alla rete e nell’immediato futuro non
si intravedono soluzioni fotoniche.
In parallelo alle reti di trasporto si
sono evolute le reti locali Ethernet, reti a commutazione di pacchetto, la
maggior parte di queste reti, utilizzano la velocità massima d’accesso di
100 Mbit/sec e per motivi di costi sono tutte reti elettriche. Si stanno
sviluppando reti Ethernet a velocità d’accesso di 1 Gb/s, dove non e
possibile realizzare percorsi in rame ma richiede obbligatoriamente l’uso
della fibra ottica. Utilizzando per i routers, la tecnica WDM utilizzata
nelle reti di trasporto e’ possibile realizzare reti con distanza massime
di 10 km con limitate funzioni, ma interamente fotoniche.
Abbiamo due tipologie di reti: Broadcast and select e
Wavelenght-routing.
La rete più semplice è la Broadcast select a singolo hop dove I
trasmettitori e ricevitori ottici sono collegati a stella. Il nodo
della rete riceve tutte le frequenze lambda stabilite. Sui nodi,
non vi sono rigenerazioni intermedie. Una trasmissione verso un nodo,
fissata su uno qualsiasi degli n lambda disponibili di un link WDM,
può essere ricevuta da un altro nodo sulla stessa lambda. I ricevitori
ed i trasmettitori hanno le frequenze fisse, quindi e improbabile che
una sorgente random possa raggiungere una destinazione casuale (3).
Più complessa invece è la rete Wavelenght-Rouitng (WR). I routers sono
connessi attraverso canali ottici semi-permanenti chiamati Lightpaths
che possono estendersi sopra diversi links fisici. I Lightpaths possono
essere visti come concatenazioni di canali fisici attraverso i quali sono
trasmessi i pacchetti da un router ad un altro fino alla loro destinazione
definitiva. Ai nodi intermedi i canali entranti appartenenti a Lightpaths
in transito sono accoppiati in maniera trasparente ai canali in uscita
attraverso un optical cross-connect che non elabora l’informazione in
transito (4). Invece i canali entranti appartenenti a Lightpaths giunti a
destinazione sono convertiti nel dominio elettrico così che i pacchetti
possano essere estratti, processati e possibilmente ritrasmessi su
nuovi Lightpaths in uscita dopo un adeguato IP routing. Ad un Lightpath
è assegnata una lunghezza d’onda e su tale lunghezza d’onda il nodo
sorgente sintonizza il trasmettitore, il nodo destinazione sintonizza
il ricevitore e i nodi intermedi del cammino gestiscono la connessione
ottica. I dati possono cosi essere trasmessi dal nodo sorgente al nodo
destinazione sfruttando i Lightpaths. La scelta degli instradamenti
dei Lightpaths e della lunghezza d’onda da assegnare loro rientra nel
problema RWA (Routing and Wavelenght Assignement).
Caratteristica di queste reti ottiche è la loro trasparenza. Il router
vede un altro router collocato nella rete, come se fossero collegati
tra loro, quindi sono impiegati
gli stessi protocolli del dominio elettrico dove i principali sono:
- Open Shortest Path First IGP (sop)
http://www.ietf.org/html.charters/ospf-charter.html - RIP
http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/rip.htm - Border Gateway Protocol BGP)
http://www.academ.com/nanog/feb1997/BGPTutorial
Tutto
ciò è stato trattato recentemente durante il congresso di
Fotonica 2003 che si è svolto a Riva del Garda lo scorso Aprile.
Per aggiornamenti
sugli sviluppi delle reti fotoniche, è possibile trovare presso la AEI
(http://www.aei.it) tutte le informazioni riguardo agli atti dei convegni.
Note:
1) In pratica con questi componenti è possibile amplificare, deviare e commutare il percorso di segnali ottici.
2) Il WDM è simile alla vecchia multiplazione di frequenza, usata sui segnali elettrici analogici negli anni 50.
3) Sono ora disponili Laser e filtri d’ottici di ricezione sintonizzabili (tunable).
4)
Ora siamo capaci di realizzare dispositivi per elaborare un segnale
solo nel dominio elettronico con frequenza massima di 600 Mb/s.