OPTICAL NETWORKING

Docenti: 
MOREA ANNALISA
Crediti: 
6
Sede: 
PARMA
Anno accademico di offerta: 
2020/2021
Responsabile della didattica: 
MOREA ANNALISA
Settore scientifico disciplinare: 
TELECOMUNICAZIONI (ING-INF/03)
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Lingua di insegnamento: 

Italiano

Obiettivi formativi

Introduzione alle reti ottiche: principi e sfide
Gerarchie in una rete ottica: rete nazionale/intercontinentale, metro ed accesso
Introduzione alla progettazione di rete
Rete di trasporto ottica (Optical Transport Network, OTN)
Determinazione della capacità e flusso del traffico nelle reti di comunicazione ottica
Commutatori ottici ed elettronici, terminali ottici
Evoluzione delle reti trasparenti
Reti multilivello
Robustezza e tecniche di protezione dei segnali
Auto-riconfigurazione ottica: dalle reti statiche alle reti dinamiche
Vantaggi delle reti multilivello e riconfigurabili
Il futuro delle reti ottiche: l’era del 5G

Prerequisiti

- Conoscenze di base di programmazione (C, C++, Java)
- Conoscenze di base di dispositive ottici

Contenuti dell'insegnamento

L’obiettivo del corso è di dare agli studenti le basi per comprendere la struttura di una rete ottica, come funziona e come è gestita. Gli studenti potranno quindi capire quali sono i bisogni legati al traffico instradato e le scelte degli operatori effettuate nel momento della progettazione.
Più in particolare, verranno presentati i concetti seguenti:
- Definizione di una rete OTN
- Instradamento ed aggregazione del traffico
- Robustezza di una rete ottica
- Riconfigurazione ottica
Applicando le sopra citate conoscenze e le esercitazioni settimanali, lo studente alla fine del corso sarà capace di:
- Progettare e pianificare una rete di comunicazioni ottiche
- Implementare un pianificatore di rete ottica
- Scrivere un rapporto con un’analisi di tale pianificazione

Programma esteso

Le lezioni sono divise in due parti: lezioni teoriche e pratiche. Una lezione teorica ed un’altra pratica (da due ore l’una) si alternano durante la settimana (nel seguito le lezioni dispari fanno riferimento alle lezioni teoriche e le pari alle lezioni pratiche).

Lezione 1: Introduzione alle reti ottiche: principi e difficoltà.
- Tecnologie che le hanno reso possibili
- Panoramica sulle reti ottiche nelle telecomunicazioni
- Modelli economici
- Evoluzione del WDM

Lezione 2: Lezione sugli strumenti di pianificazione. Introduzione a DIAMOND.

Lezione3: Commutatori ottici (prima parte).
- Descrizione di topologie di rete
- Evoluzione dei dispositivi usati nei sistemi di trasmissione WDM
- Descrizione degli elementi ottici di base
- Definizione di un commutatore ottico
- Introduzione ai dispositivi optoelettronici
- Nozioni di instradamento in una rete ottica

Lezione 4: uso di DIAMOND: qualche semplice esercizio.

Lezione 5: Commutatori ottici (seconda parte)
- Commutatori O-E-O
- Commutatori O-O-O
- Trasmissione puramente ottico
- Definizione di (R-)OADM e di OXC
- Blocchi per inserzione ed estrazione dei segnali ottici
- Nuova generazione di OXC

Lezione 6: Git or strumenti di versioning per la gestione di un progetto.

Lezione 7: Rete di trasporto ottico trasparente (prima parte)
- Instradamento ottico opaco vs transparent
- Definizione di instradamento
- Attraversamento trasparente di reti ottiche e rigeneratori 3R
- Introduzione alle principali degradazioni ottiche
- Ricezione coerente
- Isole di rete trasparenti e rigenerazione selettiva
- Principi di instradamento considerando anche la degradazione ottica durtante la propagazione

Lezione 8: Introduzione al grafo di connettività

Lezione 9: Rete di trasporto ottico trasparente (prima parte)
- Continuità di lunghezza d'onda
- Instradamento ed assegnazione di lunghezze d'onda (RWA)
- Singolo/multi fase RWA considerando anche la degradazione fisica durante la propagazione
- Grafo di connettività
- RWA con il grafo di connettività ed il grafo dei conflitti
- Assegnamento di lunghezze d'onda in una rete con diversità di frequenze di propagazione

Lezione 10: Studi di dimensionamento in una rete ottica con l'introduzione del concetto di portata ottica ed isole trasparenti grazie all'usilio del grafo di connettività

Lezione 11: Rete di trasporto ottico trasparente (terza parte)
- Paradigma di carte a trasmissione multirate
- Instradamento ed assegnamento dello spettro (RSA)
- Grafo dei conflitti associato al problema RSA
- Concetto del super canale
- Reti elastiche

Lezione 12: Introduzione al grafo di connettività, instradamento ed assegnamento delle frequenze

Lezione 13: Grooning (prima parte)
- Tipi di traffico ed aumento della capacità dei servizi
- Gestione della capacità inferiore a quella del canale
- Aggregazione e multiplazione sorgente-destinazione
- Regole di aggregazione
- Definizione di grooming
- Grooming vs aggregazione

Lezione 14: Sfide associate alle reti elastiche. Studio dell'impatto delle funzioni di costo sulla pianificazione di rete

Lezione 15: Grooming (seconda parte)
- Commutatori elettrici
- Livello OTN
- Regole di dimensionamento in presenza di grooming
- Grooming ed ottimizzazione di consumo elettrico

Lezione 16: Aggregazione e grooming del traffico, presentazione di vari algoritmi: grafo di connettività vs instradamento e problema di compattamento

Lezione 17: Resilienza di una rete ottica (prima parte).
- Introduzione alla robustezza di rete
- Definizione dei vari livelli di guasto
- Accordi sul livello di servizio
- Qualità di servizio (QoS)
- QoS e ottimizzazione di rete
- Differenziazione dei servizi
- Robustezza di rete: protezione e ripristino di rete
- Recupero dati in un scenario con guasti multipli
- Definizione di grouppi di rischi condivisi
- Vincoli negli algoritmi di instradamento

Lezione 18: Dimensionamento di una rete con vincoli di resilienza. Introduzione agli scenari di guasti

Lezione 19: Resilienza di una rete ottica (seconda parte)
- Schemi di protezione ottici ed elettrici
- Resilienza a livello di rete vs cliente
- Protezione dedicata e condivisa
- Resilienza dipendente dal guasto vs resilienza indipendente dal guasto
- Protezione a livello OTN
- Guasti multipli simultanei

Lezione 20: riconfigurazione ottica della rete; Guasti di rete e riconfigurazione.

Lezione 21: Reti ottiche dimaniche
- Introduzione alla riconfigurazione ottica
- Evolizione delle reti ottiche da statiche a dinamiche
- Piano di controllo e definizione di PCE
- Dove conviene inserire il piano di controllo
- Operazioni basate sul GMPLS
- Definizione di reti SDN

Lezione 22: Definizione del progetto di tesina; aiuto nell’impostazione del codice per la risoluzione del progetto.

Lezione 23: Standardizzazione della Rete di trasporto ottico (OTN)
- Obiettivi dell'OTN
- Funzioni e benefici
- Stratificazione della rete OTN
- Presentazione dell'ODU

Lezione 24: Definizione del progetto di tesina; aiuto nell’impostazione del codice per la risoluzione del progetto (continuazione).

Bibliografia

- Presentazioni relative alle lezioni
- Materiale distribuito dal docente

- Libri di supporto:
o B. Mukherjee, Optical Networks, Springer 2006
o J. Simmons, Optical Network design and planning, Springer 2014

Metodi didattici

Le attività si svolgeranno in telepresenza attraverso l’utilizzo delle piattaforme Teams ed Elly. In particolare, saranno
realizzate lezioni in modalità sia sincrona (via Teams) che asincrona (caricate sulla pagina Elly del corso). Durante le
lezioni in modalità sincrona (diretta), si alterneranno momenti prevalentemente frontali a momenti interattivi con gli
studenti.

Lezioni teoriche saranno effettuate tramite la proiezione di diapositive. Alcuni esercizi saranno risolti durante le lezioni. Interazioni con gli studenti saranno ben accolte e stimolate tramite delle domande aperte durante le lezioni.
Alcune presentazioni sui software usati per il progetto di pianificazione (Net2Plan and Git) saranno effettuate in laboratorio.
Esercizi per casa saranno assegnati settimanalmente.

Modalità verifica apprendimento

L’esame consiste in un progetto individuale che verrà presentato e discusso con il docente.

Per il progetto lo studente dovrà pianificare una rete ottica con l’ausilio di un simulatore numerico parzialmente sviluppato dallo studente in linguaggio Java. Lo studente potrà scegliere tra due tipi di progetto: un primo consiste nel pianificare una rete statica (progetto più semplice, che permette di ottenere un voto massimo di 25/30), il secondo nel pianificare una rete dinamica (progetto più complesso che permette di ottenere un voto massimo di 30/30). Dopo aver scelto il tipo di progetto, ogni studente riceve uno specifico problema di pianificazione da risolvere, le cui investigazioni dovranno essere riportate nella tesina finale relativa al progetto. Il progetto sarà poi valutato in termini di correttezza, completezza e chiarezza d’esposizione. Il progetto sarà valutato da 1-30.
Per superare l’esame è richiesto un voto minimo di 18.