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Sperimentazioni 25GS-PON e 50G-PON

Gaetano Saverio Fanelli, Stefania Lisa, Antonio Maiolica, Paolo Mastronuzzi

Approfondimenti:

L’evoluzione dei servizi e delle applicazioni che necessitano di connettività con prestazioni sempre più elevate, come la realtà virtuale, il cloud computing, il gaming, sta spingendo gli operatori di TLC a sviluppare reti sempre più veloci. Nel comparto della rete di accesso fisso, grazie al progresso tecnologico raggiunto negli ultimi anni, è possibile già oggi mettere a punto soluzioni innovative con prestazioni oltre i 10 Gbps.
In quest’ottica, TIM ha avviato importanti sperimentazioni sulle nuovissime tecnologie 25GS-PON e 50G-PON di accesso fisso in fibra ottica, soluzioni “future proof” in quanto naturale evoluzione delle attuali r eti GPON e X GS-PON.

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Sperimentazioni 25GS-PON

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Architettura FTTH

L’architettura FTTH, scelta fin dall’inizio da TIM per il deployment dei servizi UBB (Ultra BroadBand), rappresenta la principale soluzione per poter fornire servizi con velocità di connessione maggiore od uguale al Gbit/s e permettere lo sviluppo delle reti NGA-VHCN (Next Generation Access-Very High Capacity Networks). L’architettura FTTH (Fiber To The Home) è caratterizzata dal dispiegamento di fibra ottica dalle centrali dell’operatore fino all’interno dell’abitazione dei clienti fruitori del servizio. TIM è uno dei maggiori operatori di TLC che da differenti anni sta investendo sullo sviluppo di questa architettura. Le due componenti principali che abilitano servizi ad altissime prestazioni su architetture FTTH basate su soluzioni PON (Passive Optical Network), sono:

Componente Passiva;
Componente Attiva.

La Componente Passiva è rappresentata dall’infrastruttura fisica denominata ODN (Optical Distribution Network), distribuita tra la centrale dell’operatore e la casa del cliente. Essa è costituita da fibra ottica (in tratta primaria, secondaria e nella risalita verticale, vedi Fig.1 e Fig.2), box stradali, muffole, terminazioni, diramatori ottici passivi (splitter), connettori, ... e rappresenta la struttura portante dell’architettura FTTH. La Componente Passiva è quella che richiede i più alti investimenti in termini di costi e tempi di realizzazione.

Figura 1: ODN a splitting distribuito

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Figura 2: ODN a splitting concentrato

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In Fig.3 è rappresentato il dettaglio di copertura totale della rete in fibra di TIM ed in particolare della rete secondaria ad oggi gestita dalla società FiberCop.
La Componente Attiva è rappresentata dagli apparati localizzati in centrale (OLT - Optical Line Termination) ed in casa cliente (ONT - Optical Network Termination¹).

Figura 3: Copertura nazionale FTTH

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È questa la componente che genera il segnale ottico, ovvero “illumina” la fibra ottica e caratterizza la tecnologia PON impiegata sulla rete FTTH (es. GPON, XGS-PON, ...). Le evoluzioni verso tecnologie PON a più alte prestazioni hanno impatto solo sulla componente attiva (es. cambio hardware e/o software) e richiedono eventuali minimi adeguamenti sulla componente passiva (es. introduzione filtri di coesistenza, come dettagliato nel Box “Approfondimento tecnologico 25GS-PON e 50G-PON”). La rete FTTH di TIM è quindi composta innanzitutto dall’apparato di aggregazione OLT in centrale a cui sono attestate le fibre ottiche; ciascuna fibra ottica, proseguendo lungo il percorso di avvicinamento all’abitazione dei clienti finali, subisce due livelli di diramazione ottica passiva (splitting), realizzando una struttura punto-multipunto che permette di attivare fino a 64 clienti (64 è definito come fattore di splitting). In ciascuna abitazione la fibra ottica termina il percorso di rete sulla borchia ottica passiva, attestandosi infine sulla terminazione ottica attiva ONT. L’ONT può essere esterna od integrata nel router, ovvero l’Access Gateway del cliente finale. Nella rete di TIM sono presenti due diverse tipologie di ODN:

architettura FTTH a splitter “distribuiti”: basata su due livelli di splitting separati e contenuti all’interno di due punti di flessibilità, denominati rispettivamente CNO (Centro Nodale Ottico) e ROE (Ripartitore Ottico di Edificio). Il ROE è tipicamente installato in prossimità dell’abitazione dei clienti finali, mentre il CNO è posizionato in pozzetti stradali lungo il percorso della fibra tra la centrale ed i ROE;
architettura FTTH a splitter “concentrati”: basata su due livelli di splitting, entrambi posizionati all’interno di un armadio ottico denominato CRO (Cabinet Ripartilinee Ottico), posto tipicamente in corrispondenza dell’armadio ripartilinea della rete in rame. I collegamenti tra il CRO ed i clienti finali sono costituiti da connessioni in fibra ottica punto-punto e l’ultimo punto di flessibilità della fibra ottica denominato PTE (Punto Terminazione di Edificio) è posizionato in prossimità delle sedi cliente (es. alla base del palazzo). La possibilità di ottimizzare l’occupazione degli alberi PON offerta dal CRO mediante la realizzazione di permute offre una soluzione più flessibile rispetto alla ODN a splitter “distribuiti”.

Tecnologia PON corrente: GPON e XGS-PON

La tecnologia PON introdotta per prima sulla rete FTTH di TIM è di tipo GPON (a standard ITU-T G.984) con velocità nominale di circa 2,5Gbps in downstream e 1,25Gbps in upstream.
A partire dal 2021 è stata affiancata la nuova tecnologia FTTH di tipo XGS-PON (a standard ITU-T G.9807) con velocità nominale simmetrica di circa 10Gbps. La velocità nominale indicata per i sistemi GPON pari a 2,5Gbps/1,25Gbps in DS/US e XGS-PON pari a 10Gbps simmetrica è condivisa tra tutti i clienti attestati all’albero PON (sino a 64 clienti nel caso di rete TIM). I clienti costituiscono le foglie dell’albero PON la cui radice è rappresentata dalla singola porta ottica sulla OLT, secondo l’architettura punto-multipunto. Le due tecnologie GPON e XGS-PON utilizzano due coppie di canali ottici, per la trasmissione dei dati nei due versi DS e US, centrati su lunghezze d’onda differenti. Ciò rende possibile la coesistenza delle due tecnologie sullo stesso albero PON tramite un filtro passivo denominato WDM1r, detto anche elemento di coesistenza (CEx). TIM utilizza, nella realizzazione della rete FTTH, sia filtri di coesistenza esterni, sia moduli ottici che integrano i transceiver GPON e XGS-PON ed il filtro di coesistenza stesso. Tali moduli, denominati MPM (o Combo), sono equipaggiati sugli apparati di aggregazione OLT in centrale. Tutte le offerte Retail/Wholesale di TIM su rete di accesso fissa, a più elevate prestazioni, sono basate su tecnologia FTTH GPON e XGS-PON.

Evoluzione della tecnologia PON: 25GS-PON e 50G-PON

Le tecnologie 25GS-PON e 50G-PON rappresentano l’evoluzione delle attuali GPON e XGS-PON. La tecnologia 25GS-PON è stata sviluppata nell’ambito del gruppo definito “25GS-PON MSA (Multi-Source Agreement)”, del quale fanno parte ad oggi 55 membri, in cui figurano sia costruttori (es. Nokia, Viavi, Zyxel, Cortina) sia operatori (es. OpenReach, AT&T, Proximus). I requisiti concordati nel MSA Group prevedono velocità nominali fino a 25Gbps simmetrici. La tecnologia 50G-PON è, invece, sviluppata nell’ambito dell’ente di standardizzazione ITU-T. La famiglia di standard della serie G.9804 prevede velocità nominali fino a 50Gbps simmetrici. Tra le caratteristiche più interessanti delle due tecnologie, oltre alle elevate velocità nominali, si evidenzia la possibilità di condividere, attraverso opportuni elementi di coesistenza, lo stesso albero PON con una o entrambe le tecnologie GPON e/o XGSPON; ciò è possibile attraverso l’utilizzo di una nuova coppia di canali ottici centrati su lunghezze d’onda non sovrapposte a quelle utilizzate per i due sistemi PON attualmente in rete (ottenendo quindi fino a tre sistemi PON coesistenti sullo stesso albero). TIM, al fine di presidiare costantemente l’evoluzione tecnologica, ha eseguito dei test sia in laboratorio sia in rete di esercizio sulle nuove tecnologie PON proposte dai costruttori più rappresentativi, e di seguito elencati, continuando a sperimentare le nuove soluzioni presenti negli scenari tecnologici evolutivi:

tecnologia 25GS-PON proposta da Nokia;
tecnologia 50G-PON asimmetrica proposta da ZTE;
tecnologia 50G-PON asimmetrica proposta da Huawei.

I test hanno evidenziato ottimi risultati sia in termini di velocità, sia in termini di coesistenza delle differenti tecnologie sullo stesso albero PON. Le piattaforme dei tre vendor hanno quindi permesso di evidenziare le potenzialità delle tecnologie 25GS-PON e 50G-PON. In TIM si stanno portando avanti analisi a 360° sulle future evoluzioni delle nuove tecnologie, con particolare attenzione a:

dimensione e consumi delle ONT nell’ottica di semplificarne l’installazione e renderle “appetibili” a qualsiasi tipo di clientela;
performance dei moduli ricetrasmettitori ottici relativamente al Power Budget, ovvero al bilancio di potenza ottica che consente di superare l’attenuazione e gli altri effetti di deterioramento del segnale ottico nell’attraversamento della ODN. Al momento i moduli ottici per 25GSPON e 50G-PON hanno Power Budget inferiori rispetto ai moduli utilizzati sulle tecnologie GPON o XGS-PON. Un Power Budget limitato potrebbe implicare la riduzione del fattore di splitting utilizzato sugli alberi PON (ad esempio da 64 a 32 o 16);
consolidamento delle specifiche internazionali;
analisi dell’orientamento del mercato e dei possibili “use case” che necessitano di velocità superiori a quelle ottenibili dalle attuali tecnologie FTTH per la diffusione su larga scala delle nuove tecnologie.

Conclusioni

Le prestazioni offerte dalle attuali reti FTTH GPON e XGS-PON riescono a soddisfare con successo tutti i servizi attualmente richiesti dai nostri clienti: gaming online, video ad alta definizione, ...
Nuovi servizi si apprestano ad emergere nei prossimi anni, come il metaverso, tramite il quale si potranno abilitare nuove applicazioni (es.: ambienti di simulazione controllati, nuove modalità di insegnamento, human augmentation, nuove esperienze più coinvolgenti di gaming online, ...). Questi servizi innovativi richiederanno prestazioni sempre più elevate sulle nostre reti. Le nuove generazioni di tecnologie PON saranno in grado di migliorare le prestazioni delle attuali reti permettendo lo sviluppo di tali servizi, prestando particolare attenzione anche agli aspetti di saving energetico che tali tecnologie potranno apportare. Le nuove tecnologie PON potranno inoltre essere utilizzate anche a supporto dell’infrastruttura della rete di accesso mobile: le celle radio, dovendo raccogliere sempre maggiori quantità di traffico, dovranno essere sempre più piccole e più capillarmente diffuse sul territorio. La tecnologia punto-multipunto alla base delle PON potrà assicurare prestazioni simili alle soluzioni punto-punto attuali, garantendo costi più contenuti, in quanto su un’unica fibra, e quindi anche su una stessa interfaccia ottica della OLT, è possibile aggregare il traffico proveniente da più celle.

Note

(1) La terminazione in casa cliente viene anche denominata ONU – Optical Network Unit

Bibliografia/Urlografia

Gigabit-capable passive optical networks (GPON): General characteristics, ITU-T G.984.1, Marzo 2008
Gigabit-capable passive optical networks (GPON): Physical media dependent (PMD) layer specification, ITU-T G.984.2, Agosto 2019
Gigabit-capable passive optical networks (G-PON): Transmission convergence layer specification, ITU-T G.984.3, Gennaio 2014
10-Gigabit-capable symmetric passive optical network (XGS-PON), ITU-T G.9807.1, Giugno 2016
25GS-PON Specification 25 Gigabit Symmetric Passive Optical Network Version 2.0 Corrigendum 1, MSA Group, Febbraio 2022
50-Gigabit-capable passive optical networks (50G-PON): Physical media dependent (PMD) layer specification, ITU-T G.9804.3, Settembre 2021
Homepage - FiberCop, https://www.fibercop.it/
Wholesale (telecomitalia.it), https://wdc.wholesale.telecomitalia.it/
Offerta Fibra per internet a casa WiFi Power Smart | TIM, https://www.tim.it/fisso-e-mobile/fibra-e-adsl/fibra-internet-casa
Rete gruppo TIM, https://rete.gruppotim.it/

Acronimi

25GS-PON 25 Gigabit Symmetric Passive Optical Network

50G-PON 50-Gigabit-capable Passive Optical Network

CEx Coexistence Element

CNO Centro Nodale Ottico

CRO Cabinet Ripartilinee Ottico

FTTH Fiber To The Home

GPON Gigabit-capable Passive Optical Network

MPM Multi Pon Module

MSA Multi-Source Agreement

NGA-VHCN Next Generation Access–Very High Capacity

Networks

ODN Optical Distribution Network

OLT Optical Line Termination

ONT Optical Network Termination

ONU Optical Network Unit

PON Passive Optical Network

PTE Punto di Terminazione Edificio

ROE Ripartitore Ottico di Edificio

WDM Wavelength Division Multiplexing

XGS-PON 10-Gigabit-capable Symmetric Passive Optical Network