Lo sviluppo della fibra nella rete d’accesso

Manuela Bargis, Gabriele Elia, Giovanni Picciano

Approfondimento:

Obiettivi di sviluppo delle Reti a Banda Larga in Europa e Italia

La disponibilità di infrastrutture di rete affidabili, sicure e ad alta velocità sta diventando un fattore imprescindibile per la sostenibilità economica delle imprese, l’efficienza della pubblica amministrazione ed il benessere dei cittadini. Tali infrastrutture di rete abilitano infatti la fruizione di servizi online a cui accediamo ogni giorno per lo svolgimento di numerose attività a distanza che includono lavoro, istruzione, assistenza medica, logistica e trasporti, vita sociale, gioco, svago ed intrattenimento. La vita senza una adeguata connessione alla rete è diventata ormai inimmaginabile. L’importanza della connettività è ben nota anche alle istituzioni europee che la ritengono un elemento fondamentale per cogliere i benefici della digitalizzazione e garantire all’Europa leadership tecnologica, crescita industriale ed inclusione sociale [1].

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Lo Sviluppo fibra nella rete

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Lo stato di sviluppo delle reti di accesso in fibra ottica

In tutto il mondo si sta assistendo ad un crescente deployment di reti in f ibra da parte degli operatori di comunicazione elettronica spinto principalmente dai seguenti fattori:

una domanda sempre più elevata di accessi ad alta velocità ed un numero crescente di apparati domestici connessi;
la continua crescita nel consumo dei dati;
requisiti sfidanti richiesti dalla rete da applicazioni quali piattaforme collaborative per il lavoro e l’istruzione a distanza, il gaming, il video e future applicazioni basate su virtual reality, augmented reality e metaverso;
la spinta ad accelerare, anche tramite opportuni finanziamenti, lo sviluppo di reti in fibra per andare incontro agli obiettivi europei e nazionali di dispiegamento delle reti ad alta capacità alla base delle transizioni digitale e verde;
l’inclusione sociale che tenga conto anche della tendenza allo spostamento delle persone verso aree rurali con necessità di connessioni ad elevate velocità.

Lo stato di sviluppo delle reti FTTH e soprattutto la penetrazione di FTTH/B è molto diversa tra le macroaree geografiche. A livello globale il Report della FTTH Council Global Alliance (FCGA) di maggio 2022 [2] mostra che nel mondo 20 paesi hanno raggiunto un tasso di penetrazione di sottoscrizioni FTTH/B superiore al 50% a settembre 2021. Come si evince dalla Fig.1, l’Asia spicca con Singapore (95,8%), Cina (94,9%), Corea del Sud (91,1%) e Hong Kong (86,2%). Gli Stati Uniti presentano un tasso di penetrazione del 21,5% mentre in Italia è di poco al di sotto del 10%.

Figura 1: Global Ranking penetrazione FTTH/B a settembre 2021 secondo FTTH Council

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In Europa, dal Report di FTTH Council Europe di maggio 2022 [3] si prevede una continua costante crescita del deployment in fibra che porterà nel 2027 a circa 190 milioni di sottoscrizioni di connessioni FTTH/B ed a 309 milioni di abitazioni raggiunte dalla fibra in UE39¹. In relazione all’Italia, la continua crescita nell’adozione di tecnologie FTTH si riscontra anche nei dati dell’Osservatorio AGCom sulle comunicazioni [4] da cui si evince una forte accelerazione nelle sottoscrizioni FTTH che si attestano a settembre 2022 a 3,26 milioni e rappresentano il 16,3% degli accessi diretti complessivi (vedi Fig.2). I dati Agcom [4] mostrano che il mercato delle linee di accesso FTTH è guidato da TIM (con il 23,1% degli accessi) a dimostrazione del forte impegno dell’azienda nell’infrastrutturazione in fibra per portare connettività ad elevata velocità a beneficio dell’intero paese.

Figura 2: Accessi diretti di rete fissa in Italia ripartiti per tecnologia – fonte: Osservatorio AGCom sulle comunicazioni [4]

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La diffusione delle soluzioni XGS-PON

Le soluzioni FTTH sono disponibili da varicanni e la maggioranza dei dispiegamenticin campo segue lo standard cosiddetto GPONc(Gigabit Passive Optical Network ITUcG.984). Sempre più però si stanno diffondendo evoluzioni verso XGS-PON (10 Gigabit Symmetrical Passive Optical Network), standard che permette velocità fino a 10Gbps sulla rete di accesso in modalità simmetrica; mentre la tecnologia GPON consente una velocità di 2.4-2.5 Gbps in down e 1.25 Gbps in up. Approfondimenti sull’evoluzione della tecnologia PON sono disponibili in [5] e [6].
Come tutte le evoluzioni del mondo PON, la tecnologia XGS-PON, il cui standard internazionale ITU è stato finalizzato nel 2016, può essere dispiegata utilizzando la stessa rete in fibra ottica utilizzata dalla attuale tecnologia GPON, installando soltanto delle nuove componenti ottiche in centrale (OLT – Optical Line Terminal) e a casa cliente (ONT – Optical Network Terminal). Le trasmissioni GPON e XGS-PON possono infatti convivere sulle stesse fibre ottiche e la stessa Optical Distribution Network (ODN) in quanto utilizzano frequenze diverse (vedi Fig.3). In ragione della banda e della simmetria, vi sono aspettative per l’utilizzo di 10G PON anche per servizi business o servizi di rete, come la raccolta delle smallcell della rete di accesso mobile 5G. Lo sviluppo di XGS-PON può essere quindi visto in ottica complessiva di sviluppo della rete di accesso in fibra ottica.

Figura 3: Lunghezze d’onda e coesistenza GPON e XGS-PON

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Diffusione dell’XGS-PON
La tecnologia XGS-PON è ormai matura e si sta rapidamente diffondendo nelle reti dei principali operatori in tutto il mondo. In Nord America la maggioranza degli OLT di nuova installazione è a standard XGS-PON, e tra il 2019 e il 2022, le porte XGS-PON OLT sono aumentate di oltre 20 volte, passando da 32.000 nel 2019 a 748.000 previste nel 2022².
Secondo le società di ricerca Omnia, Dell’Oro e Broadband Forum, a inizio 2022 il 30% dei fornitori GPON offriva anche il servizio a 10 Gbps e la quota di mercato super erà il 55% nel 2026. È da notare comunque che i costi degli apparati XGS-PON seppur si stiano avvicinando a quelli GPON risultano ancora superiori.
La Fig.4, ricavata da dati pubblici, mostra operatori e paesi in cui il servizio è già commerciale. In altri paesi dove il servizio non è ancora commerciale come Germania e UK, sono in corso trial da parte degli operatori.

Figura 4: Velocità delle offerte FTTH in Europa - fonte : elaborazione TIM dai siti degli operatori

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Da notare che i prezzi al cliente finale delle offerte XGS-PON degli operatori europei, applicati nella primavera 2022, sono allineati tipicamente su valori di 40-50€ al mese, in qualche caso con 5-10€ di differenza rispetto alle offerte GPON ad 1Gbps; anche se molte reti sono predisposte e gli investimenti in apparati FTTH degli operatori sono ormai sempre più focalizzati sulla tecnologia XGS-PON, i clienti effettivi con accessi a 10Gbps nel mondo sono però ancora pochi in percentuale. In Italia TIM ha attivato il servizio a 10 Gbps a partire dal 2021 in un numero crescente di città; una descrizione dell’evoluzione della rete di accesso TIM è riportata nell’articolo [7] del Notiziario tecnico.

La user experience: XGS-PON vs GPON
Sebbene un servizio FTTH a 10Gbps consenta di offrire ai clienti una velocità di accesso superiore in downstream e upstream rispetto ai servizi FTTH, la maggioranza dei clienti consumer non riesce attualmente a percepire un reale miglioramento prestazionale nel normale uso quotidiano della connessione. Le applicazioni attualmente disponibili per un mercato consumer richiedono infatti velocità in accesso ampiamente compatibili con un accesso FTTH a 1Gbps downstream e 300 Mbps upstream previsti dall’offerta FTTH 1Gbps di TIM. I vantaggi offerti dalla tecnologia XGSPON per i clienti finali sono percepibili nel caso di condivisione in rete di file di grandi dimensioni, nel caso di accesso contemporaneo di diversi device con applicazioni che necessitano di bitrate elevati ed in prospettiva nel caso di fruizione di servizi video ad altissima definizione (8K o superiori) con visori che abilitano la visione immersiva a 360°. Man mano che questi servizi che richiedono bitrate elevati si diffonderanno in rete la tecnologia XGS-PON garantirà una maggiore disponibilità di risorse condivise tra tutti i clienti che condividono lo stesso albero PON (tipicamente fino a 64 clienti) garantendo un adeguato bitrate anche nel caso di fruizione con alto grado di contemporaneità.

Appendice: Gli standard per GPON a 10, 25 e 50 Gbps

L’evoluzione delle tecnologie GPON, iniziata all’inizio del secolo con i primi standard GPON del 2004, è ancora in pieno sviluppo. Lo standard XGS-PON, finalizzato nel 2016, costituisce la tecnologia del prossimo decennio. L’evoluzione degli standard per le reti di accesso, rappresentata in Fig.5, è normata in ITU: le raccomandazioni per sistemi di accesso ottico punto-punto e punto-multipunto, come G-PON (serie G.984) e XGS-PON (serie G.9807) hanno consentito ai produttori di telecomunicazioni di sviluppare un accesso ottico interoperabile a livello mondiale. In ITU lo sviluppo di Higher Speed PON è iniziato nel 2018.

Figura 5: Evoluzione degli standard PON – fonte Broadband World Forum

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Rilasciato nel 2019, il primo standard ITU della nuova serie G.9804, ITU G.9804.1, è servito da guida per lo sviluppo di sistemi PON ad alta velocità definendo i requisiti delle applicazioni previste. ITU G.9804.2 specif ica il livello di convergenza di trasmissione comune per i sistemi a 50 Gbit/s a canale singolo e multicanale e ITU G.9804.3 definisce i requisiti ottici e le specifiche dei supporti f isici a canale singolo a 50 Gbit/s. Su tale base sono stati sviluppati trial per testare future tecnologie di trasmissione in fibra PON che includono 25G PON e 50G PON ed alcuni vendor hanno finalizzato prime soluzioni commerciali: in particolare Nokia ha realizzato soluzioni a 25 Gbps e Huawei e ZTE hanno realizzato prime soluzioni prototipali a 50 Gbps. L’articolo [8] in questo numero descrive nel dettaglio queste soluzioni. Su orizzonti ancora più lunghi, l’evoluzione segue due direzioni. Alcuni operatori come Google negli USA hanno interesse alle cosiddette “Super-PON”: uno strato ottico PON in grado di supportare una maggiore portata ottica fino a 50 km e una maggiore copertura clienti fino a 1024 clienti per fibra su un ODN passivo. L’obiettivo delle Super-PON riguarda più il ridimensionamento delle proprietà spaziali PON piuttosto che la velocità. Super-PON supporta velocità di 10 Gbps ed estensione della portata da 20 a 50 km consentendo il consolidamento dei Central Office e quindi la riduzione del numero di siti alimentati necessari per servire una vasta area. Il costo di questa evoluzione potrebbe essere importante sugli apparati ottici molto più complessi. Altri studi riguardano invece maggiori velocità. Sono già in corso analisi preliminari sulle tecnologie ottiche per supportare le future GPON anche a 200 Gbps. Si veda per esempio l’articolo MDPI [9].

Note

(1) L’indicazione UE39 fa riferimento a 39 paesi che corrispondono a: 27 Stati Membri dell’UE, UK, Islanda, Israele, Macedonia del Nord, Norvegia, Serbia, Svizzera, Turchia e 4 paesi indipendenti del commonwealth (CIS)
(2) Fonte: https://www.fiercetelecom.com/telecom/xgs-pon-now-north-americas-go-technology-heynen

Bibliografia/Urlografia

Comunicazione COM(2020) 67 final della Commissione al Parlamento Europeo, al Consiglio, al Comitato Economico e Sociale Europeo e al Comitato delle Regioni del 19.2.2020 “Plasmare il futuro digitale dell’Europa”, disponibile al link https://eur-lex.europa.eu/legal-content/IT/TXT/PDF/?uri=CELEX:52020DC0067&from=IT
Report FTTH/B Global Ranking della Fibre-to-the-home Global Alliance di Maggio 2022 disponibile al link FTTH/B Global Ranking 2022 (ftthcouncil.eu)
Report FTTH Forecast for EUROPE - Market forecast 2022-2027 di FTTH Council Europe di Maggio 2022 disponibile al link FTTH Market Forecasts 2022-2027 (ftthcouncil.eu)
Osservatorio AGCom sulle comunicazioni n. 4 del 2022 disponibile al link Documento generico 22-12-2022 - Documento - AGCOM
Blog Broadband Forum “The emerging PON technologies accelerating worldwide gigabit deployment” disponibile al link The emerging PON technologies accelerating worldwide gigabit deployment - Broadband Forum (broadband-forum.org)
Panoramica Dgtl Infra su “XGS-PON: Fiber-based Technology Delivering 10 Gbps” di Jonathan Kim del 23 November 2022 disponibile al link XGS-PON: Fiber-based Technology Delivering 10 Gbps - Dgtl Infra
Stefania Lisa, Massimo Monacelli, Giovanni Picciano, Ivo Sconfienza La nuova Evoluzione dell’Accesso Fisso - Notiziario Tecnico TIM - Numero 3 dic 2020 - https://www.gruppotim.it/content/dam/gt/notiziario-tecnico/pdf/Notiziario-Tecnico-TIM-2020-n3.pdf
Notiziario Tecnico TIM - 1-2023 - Sperimentazioni 25GS-PON e 50G-PON; G. S. Fanelli, S. Lisa, A. Maiolica, P. Mastronuzzi
Articolo MDPI “200 Gbps/λ PON Downstream C-Band Direct-Detection Links with ≥29 dB Power Budget” a firma Haoyi Wang, Pablo Torres-Ferrera, Giuseppe Rizzelli, Roberto Mercinelli, Valter Ferrero, Roberto Gaudino pubblicato il 30 marzo 2022 disponibile al link Applied Sciences | Free Full-Text | 200 Gbps/λ PON Downstream C-Band Direct-Detection Links with ≥29 dB Power Budget (mdpi.com)
Comunicazione COM(2010)245 definitivo della Commissione al Parlamento Europeo, al Consiglio, al comitato Economico e Sociale Europeo e al Comitato delle Regioni del 19.5.2010 “Un’agenda digitale europea” – disponibile al link EN (europa.eu).
Comunicazione COM(2015) 192 final della Commissione al Parlamento Europeo, al Consiglio, al Comitato Economico e Sociale Europeo e al Comitato delle Regioni del 6.5.2015 “Strategia per il mercato unico digitale in Europa”, disponibile al link https://eur-lex.europa.eu/legal-content/IT/TXT/PDF/?uri=CELEX:52015DC0192&from=IT
Comunicazione COM(2016) 587 final della Commissione al Parlamento Europeo, al Consiglio, al Comitato Economico e Sociale Europeo e al Comitato delle Regioni del 14.9.2016 “Connettività per un mercato unico digitale competitivo: verso una società dei Gigabit europea”, disponibile al link https://eur-lex.europa.eu/legal-content/IT/TXT/PDF/?uri=CELEX:52016DC0587&from=it
Comunicazione COM(2021) 118 final della Commissione al Parlamento Europeo, al Consiglio, al Comitato Economico e Sociale Europeo e al Comitato delle Regioni del 9.3.2021 “Bussola per il digitale 2030: il modello europeo per il decennio digitale” disponibile al link Digital decade (europa.eu)
Decisione UE 2022/2481 del Parlamento Europeo e del Consiglio del 14 dicembre 2022 che istituisce il programma strategico per il decennio digitale 2030, disponibile al link Publications Office (europa.eu)
Strategia italiana per la Banda Ultralarga – “Verso la Gigabit Society”, approvata il 25 maggio 2021 dal Comitato interministeriale per la transizione digitale (CITD) disponibile al link Strategia BUL.docx (innovazione.gov.it)
Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza approvato dal Governo italiano in data 29 aprile 2021 disponibile al link 1620284306-pnrr.pdf (innovazione.gov.it)