Dentro la fibra ottica: struttura, funzionamento e vantaggi per le telecomunicazioni moderne – Parte 3

 Abbiamo concluso due parti essenziali :  la prima che ci parla della struttura della fibra, dei suoi vantaggi rispetto ai portanti rame, le finestre di lavoro; la seconda  che ci racconta i suoi possibili elementi di disturbo, che possono dipendere dalla sua posa, dalla sua costruzione e l’utilizzo dell’OTDR per misurarne la bontà. 

In questa ultima sezione parleremo della struttura della rete, della topografia di un “impianto” in fibra. Useremo qualche esempio concreto. Tratteremo in coda, brevemente, delle tecniche apparatistiche più recenti, per completare la visione.

Distinguiamo anzitutto due tipologie di architettura: punto-punto (P2P) e punto-multipunto (P2MP).

Nella rete punto-punto (P2P) ogni utente è collegato direttamente alla centrale tramite una fibra dedicata(due). È il modello ideale per le tratte di giunzione (collegamenti tra centrali) e per le reti backbone(lunghe distanze). Garantisce il massimo dell’affidabilità. Ogni collegamento è storicamente effettuato dedicando una fibra per la trasmissione ed una per la ricezione, favorendo la trasmissione dell’informazione sotto forma di segnale ottico e la sua conversione in elettrico in simultanea senza perdere informazione e senza interferenze. 

La rete di giunzione e il backbone costituisce la dorsale portante che collega diverse aree geografiche e persino continenti, arrivando fino a migliaia di chilometri. È bene considerare che la rete in fibra non è solo ospitata in infrastrutture sotterranee o aeree percorribili. Esistono i cavi in fibra ottica sottomarini che aitano tanto i collegamenti internazionali o il raggiungimento delle isole. Tecnicamente è importante ricordare che esiste un passo di amplificazione per la fibra di 100 km che viene effettuato attraverso delle pompe amplificatrici (ad esempio Raman), installate in sedi(centrali) intermedie, che si occupano di riformattare il segnale in ampiezza e tempi per rilanciarlo a coprire il percorso necessario.

Le classiche reti di distribuzione, aiutate nel funzionamento dalle “grandi potenze” prima descritte, sono punto-punto (P2P). Esse si occupano di collegare la centrale più prossima all’utente (un’azienda, un ente, etc).  Rispetto alla rete di giunzione che possiamo immaginare come “dritta” A - B, la rete di distribuzione è più adattabile alle caratteristiche territoriali e ai bisogni dell’utenza in quanto si dirama.

Le più diffuse forme di rete di distribuzione adottate sono: ad anello, struttura che offre ridondanza reale. Il segnale puo’ percorrere la rete per raggiungere la sede da due lati (rami), garantendo continuità in caso di guasti o interruzione su uno di essi; ad albero, topologia gerarchica, dove dalla centrale si diramano tratte principali che raggiungono nodi secondari, da cui si diramano a loro volta le ramificazioni verso i singoli utenti; a stella, ogni utente finale è connesso direttamente a un nodo centrale. Attenzione, le ramificazioni riguardano i cavi. Le fibre sono in esse contenuti.

La rete di distribuzione a sua volta si distingue in primaria e secondaria, dando a quest’ultima il nome a partire dal punto di distribuzione (definito giunto di derivazione).

Nella rete punto-multipunto (P2MP) una singola fibra in uscita dalla centrale riesce a raggiungere molti utenti finali (le nostre case) attraverso l’installazione di splitter ottici montati lungo la rete urbana (di solito uno primario ed uno secondario). Le reti FTTH, più note alle nostre abitazioni, permettono un accesso economico e scalabile sia all’operatore che agli utenti, col principio della condivisione di banda. Siamo anche qui in rete di distribuzione.

Gli splitter ottici sono elementi passivi e si occupano di suddividere il segnale ottico in molteplici rami. Entrambe le tipologie di splitter sono caratterizzate da una fibra (o due) in ingresso che si divide in 4/8/16 in uscita. La conformazione dipende dall’architettura scelta dall’operatore e dal periodo storico in cui la rete in questione è stata realizzata. Fatto sta che la tecnologia, definita GPON, riesce a raggiungere al massimo 64 utenti. 

Questo modello è alla base delle reti FTTX, in particolare FTTH (Fiber To The Home), dove la fibra arriva direttamente all’interno dell’abitazione o dell’ufficio. Da considerare che ogni splitter aggiunge, ricordando il concetto di attenuazione di cui abbiamo gia’ parlato, dagli 8 ai 14 db di attenuazione alla nostra rete passiva. Componente che stressa al massimo la soglia di fungibilità del ramo FTTH (centrale-cliente solitamente intorno ai 3km) fino ai 29db. Su una classica rete P2P corrispondono a circa 100km di cavo.

Nelle reti FTTH il punto di origine del segnale ottico è l’OLT (Optical Line Terminal), situato nella centrale dell’operatore. Da qui il segnale viene inviato sulla rete di distribuzione.

Gli utenti finali ricevono il segnale tramite dispositivi come l’ONT (Optical Network Terminal), che sostituisce le classiche tripolari o prese RJ, che convertono la luce in segnale elettronico che, attraverso il router favorisce la navigazione nelle case.

Nelle reti P2P la banda è dedicata e non condivisa. Nelle reti P2MP la banda totale disponibile viene condivisa tra tutti gli utenti connessi allo stesso segmento di fibra, il che può comportare variazioni di prestazioni in base all’uso simultaneo, fermo restando che le tecniche avanzate di gestione del traffico e favoriscono una gestione ottimizzata anche in questo campo.

Parlando di tecniche trasmissive brevemente, il WDM(Wavelength Division Multiplexing) è la tecnologia chiave per le reti di giunzione e backbone. Sfrutta al massimo i colori del nostro segnale nell’intorno della frequenza centrale 1550nm, sfruttando le sue evoluzioni oggi, in particolare il DenseWDM, per aumentare la capacità e le maggiori distanze da coprire.

L’FTTH usa che la tecnica WDM per usare al meglio le finestre: 1310 nm per upstream (dati dall’ONT verso l’OLT), 1490 nm per downstream verso gli utenti, 1550 nm spesso riservata alla TV RF overlay o ad altri servizi broadcast, 1577 nm per il downstream ad alta velocità (evoluzioni 10G), affiancandole senza interferenze alle due precedenti.

Mi sembra doveroso rappresentare in chiusura visivamente qualcosa di tutto ciò che ho raccontato, per dare un’idea del mondo che c’è dietro al segnale che oggi, frequentemente, raggiunge casa nostra, che prima di tutto collega tutto il mondo. Abbiamo accennato ai giunti di derivazione, di pezzatura o linea se servono per unire più “bobine di cavo”, ed è giusto parlare della muffola che accoglie la giunzione delle fibre. 

Inoltre, per arrivare dai telai agli apparati, o per raccordare telai in una centrale per raggiungerne un’altra, o semplicemente per raccordare a casa nostra la ONT al router, servono le bretelline pre-connettorizzate.

Ma anche gli splitter primari e secondari hanno una faccia, molto variegata con le evoluzioni tecnologiche che si sono susseguite a partire dai primi anni duemila.   

TI ringrazio per essere arrivato fin qui seguendo il filo conduttore di questi tre articoli dedicati alla fibra ottica. Nel prossimo appuntamento parleremo di sicurezza informatica, un tema importante e delicato per le aziende ma anche per noi comuni utenti della rete. Buon proseguimento.