OPTICAL NETWORKING
cod. 1007803

Anno accademico 2018/19
1° anno di corso - Secondo semestre
Docente
Settore scientifico disciplinare
Telecomunicazioni (ING-INF/03)
Field
A scelta dello studente
Tipologia attività formativa
A scelta dello studente
48 ore
di attività frontali
6 crediti
sede: PARMA
insegnamento
in INGLESE

Obiettivi formativi

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

Prerequisiti

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

Contenuti dell'insegnamento

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

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 Net2Plan.
Lezione3: Struttura della rete ottica: nazionale, metro e accesso.
- Strutture e topologie
- Tipi di traffico
- Equipaggiamenti e dispositivi dedicati
- Sfide
- Obiettivi di prestazione
Lezione 4: uso di Net2Plan: qualche semplice esercizio.
Lezione 5: Introduzione alla progettazione della rete
- Pianificazione del traffico vs pianificazione della rete vs progettazione di rete
- Traffico statico verso traffico dinamico
- Modelli di dimensionamento esatti ed euristiche: modelli di dimensionamento basati su modelli matematici; pianificazione di reti basata su metodi euristici
- Metriche di instradamento
- Strategie di instradamento
- Ordinamento del traffico prima dell’instradamento
- Propagazione multicast
- Instradamento multi-percorso
- Pianificazione di reti basate su circuiti
Lezione 6: Git or strumenti di versioning per la gestione di un progetto.
Lezione 7: Rete di trasporto ottico, Optical Transport Network (OTN)
- Definizioni
- Livello ottico e superiore
- Reti multi-protocollari
- Interoperabilità per reti eterogenee
Lezione 8: Reti dinamiche e generatore di eventi.
Lezione 9: Problema di assegnamento della capacità e dei flussi nelle reti di comunicazioni
- Teoria delle code
- Analisi dei ritardi
- Definizione della capacità dei canali
- Modelli di traffico: definizioni e proprietà
Lezione 10: Affrontare un progetto di planning: definizione del problema, descrizione della soluzione proposta, discussione dei risultati e confronto di diversi scenarii.
Lezione 11: Commutatore ottico, commutatore elettrico e terminali ottici
- Commutatori ottici ed elettrici
- Commutatori ottici fissi e riconfigurabili (F-/R-OADM)
- Proprietà dei ROADM
- Commutatori gerarchici e multigranulari
- Reti ottiche a pacchetto
- Dispositivi WDM
- Livello cliente
- Integrazione dei dispositivi DWM nel livello cliente
- Circuiti fotonici integrati
Lezione 12: Pianificazione di rete: definizione delle risorse ottiche, probabilità di bloccaggio a seconda del traffico statico e dinamico.
Lezione 13: Evoluzione di una rete trasparente
- Da una rete opaca ad una rete trasparente (definizione di distanza ottica, isola di trasparenza, rigeneratori 3R e convertitori di lunghezza ottica)
- Reti ad alta capacità
- Dalla griglia fissa alla griglia flessibile
- Introduzione di tali vincoli in un pianificatore di rete

Lezione 14: Introduzione al grafo di connettività; gestione dei rigeneratori e dei convertitori di lunghezza d’onda negli algoritmi di instradamento.
Lezione 15: Reti multilivello
- Aggregazione punto-punto
- Definizione di grooming
- Architettura di nodi che permettono il grooming
- Strategie di grooming
- Studi di rete
Lezione 16: Aggregazione e grooming del traffico, diversi algoritmi possibili: paragone degli approcci che usano un grafo di connettività con approcci che effettuano prima un instradamento e poi riempiono i canali con un il metodo di riempimento knapsack.
Lezione 17: Robustezza delle reti e tecniche di recupero dati.
- Tecniche di protezione (condivise e dedicate)
- Gruppi di rischi condivisi
- Scenari di guasti
- Protezioni single e multi livello
Lezione 18: Dimensionamento di una rete con vincoli di resilienza.
Lezione 19: Riconfigurazione ottica automatica: da reti statiche a reti dinamiche
- Motivazioni dietro ad un’evoluzione di reti ottiche dinamiche
- Calcolo di percorsi ed allocazione di risorse centralizzate e distribuite
- Combinare approcci centralizzati e distribuiti
- Reti basate sulla gestione GMPLS
- SDN-based networks
- Reti dinamiche multidominio
- Pre-installamento dei dispositivi
- Prenotazione di risorse per traffico programmato
Lezione 20: riconfigurazione ottica della rete.
Lezione 21: Vantaggi di una rete riconfigurabile e multilivello
- Condivisione di risorse (restaurazione)
- Trasmettitori programmabili (o adattabili)
- Reti ottiche elastiche
- Reti fluide
- Adattamento dei margini dinamici verso margini a fine vita del sistema
- Reti energeticamente efficienti
- Deframmentazione frequenziale

Lezione 22: Definizione del progetto di tesina; aiuto nell’impostazione del codice per la risoluzione del progetto.
Lezione 23: La rete ottica del futuro: l’era del 5G
- Richieste del 5G
- Impatto sull’architettura di rete
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

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 28/30), 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.

Altre informazioni

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