In telecomunicazioni la Optical Transport Network (OTN) è un'architettura di rete di trasporto di segnali digitali per reti di telecomunicazioni ottiche basata sulla Wavelength Division Multiplexing (WDM).

Le caratteristiche dell'OTN sono standardizzate dall'ITU-T e sono definite principalmente dalle normative G.709 (aspetti funzionali dell'interfaccia di rete), G.798 (modello funzionale del nodo di rete) e G.872 (architettura generale della rete).

Le prime versioni dello standard prevedevano gerarchie di trasmissione fino a 100 Gb/s e un modello di base del livello fisico basato sul concetto di canale ottico (Optical Channel, OCh). L'evoluzione della tecnologia ha portato nel livello digitale a velocità trasmissive superiori ai 100 Gb/s e a nuove esigenze legate alle reti 5G e nel livello ottico a un potenziamento dei dispositivi WDM, in particolare per quanto riguarda la commutazione ottica e la gestione flessibile dello spettro. Questo ha richiesto da un lato l'introduzione nel livello digitale di ulteriori gerarchie di trasporto ad altissima bit rate e del concetto di Flexible OTN (FlexO) e dall'altro nel livello ottico a sovrapporre all'OCh il concetto di Optical Tributary Signal (OTSi), più adatto per gestire le nuove capacità della rete.

Descrizione Architettura L'architettura di rete prevede un modello in grado di descrivere sia l'adattamento diretto del segnale digitale client in un canale ottico che l'adattamento preliminare del segnale digitale all'interno di trame di struttura più complessa e di bit-rate prefissate (Optical Transport Hierarchy o OTH, gerarchia di trasporto ottico), con un meccanismo analogo a quello dell'SDH ma con un uso migliore della banda grazie alla maggiore flessibilità nell'accettare segnali al di fuori delle gerarchie trasmissive tipiche della telefonia come ad esempio i flussi dati basati su trasporto Ethernet. Il modello copre inoltre il caso delle reti DWDM di prima generazione già esistenti (denominate pre-OTN) prevedendo il semplice adattamento ottico senza le funzionalità aggiuntive per la supervisione di rete.

Secondo la raccomandazione ITU-T G.872 le funzionalità che devono essere fornite dalle reti OTN sono: trasporto; multiplexing; routing; supervisione; controllo e verifica delle prestazioni; sopravvivenza dei segnali client mediante meccanismi di protezione e rigenerazione ottica.

Modello del livello digitale La trama OTH Le normative G.709 e G.798 definiscono una struttura di trama in cui adattare il segnale digitale in ingresso prima di riconvertirlo in un canale ottico. La struttura di trama è ispirata a quella adottata per le trasmissioni su SDH/SONET e identifica tre entità fondamentali, a ciascuna delle quali sono associate informazioni di servizio aggiuntive (overhead) per la supervisione e la protezione di rete: La Optical Channel Payload Unit, OPU, che costituisce il primo livello di adattamento La Optical Channel Data Unit, ODU, che serve per il routing e il trasporto del segnale verso la destinazione; questa è l'entità commutabile nei nodi intermedi del circuito La Optical Channel Transport Unit, OTU, che costituisce l'adattamento finale prima della conversione elettro-ottica; questa entità rappresenta gli estremi di una sezione di trasporto tra due nodi OTN adiacenti.

La trama OTH viene normalmente rappresentata sotto forma di una matrice composta da 4 righe di 4080 byte ciascuna. L'ordine temporale di trasmissione è per righe: prima vengono trasmessi i byte da 1 a 4080 della prima riga, poi quelli da 1 a 4080 della seconda riga e così via.

+ Struttura della trama OTH17814151617………38243825………4080Riga 1Parola di allineamentoOTU overheadOPUoverheadOPU payloadOTU FECRiga 2ARiga 3ODU overheadRiga 4A

Il meccanismo di costruzione di una trama OTH segue un processo analogo a quello usato nell'SDH: il segnale digitale client costituisce il payload del contenitore OPU, nella cui trama viene adattato. Dato che il segnale in ingresso normalmente non è in fase con la trama dell'OPU, il suo punto di inizio in linea di massima non coinciderà con il primo byte utile del payload ma si troverà in una posizione differente che viene memorizzata nell'overhead associato all'OPU sotto forma di puntatore.

L'OPU viene a sua volta adattato, con un procedimento analogo, all'interno della trama di un ODU.

L'ODU così ottenuto può essere multiplato ulteriormente con un processo ricorsivo, diventando una parte del payload di un OPU e del relativo ODU di gerarchia superiore. Al termine di questo processo ricorsivo, l'ODU risultante viene a costituire l'OTU, con l'aggiunta dei byte di overhead dell'OTU e, in coda alla trama, del risultato dell'elaborazione dell'algoritmo di Forward Error Correction (FEC) applicato all'intera trama.

L'inserzione del FEC è fondamentale perché, basandosi su un algoritmo Reed Solomon sofisticato, consente in fase di ricezione del segnale di individuare e correggere un numero relativamente elevato di errori di linea. Nella pratica, questo consente di allungare le tratte ottiche e quindi la portata trasmissiva, dato che gli errori introdotti dal degrado di propagazione e dall'attenuazione del mezzo fisico possono essere compensati tramite il FEC. In questo senso, l'introduzione di una struttura di tipo OTH garantisce un potenziamento in termini dell'uso delle risorse fisiche della rete (tratte tra nodi più lunghe significano anche meno nodi nella rete e a parità di lunghezza si possono trasmettere bit rate più elevate grazie alla correzione degli errori).

Gerarchie di trasporto fino a 100 Gb/s Lo standard associa a ciascuna entità una serie di bit-rate, con relativa tolleranza, che stabiliscono una gerarchia e prevede la possibilità di multiplare entità di gerarchia inferiore in un'entità di gerarchia superiore, consentendo così di associare più segnali digitali allo stesso canale ottico fisico. Questa gerarchia prende il nome di Optical Transport Hierarchy (OTH, gerarchia di trasporto ottico).

La gerarchia prevede cinque livelli a capacità crescente, concepiti per un adattamento ottimale ai principali tipi di segnale in uso nelle reti di telecomunicazione: Livello 0, con rate a 1,2 Gb/s (adatto per il trasporto di Gigabit Ethernet e in generale per segnali a rate fino a 1 Gbit/s circa): ODU0 Livello 1, con rate a 2,5 Gb/s (adatto per il trasporto di SDH di tipo STM-16): ODU1, OTU1 Livello 2, con rate a 10 Gb/s (adatto per il trasporto di SDH di tipo STM-64 e di 10 gigabit Ethernet): ODU2/2e, OTU2/2e Livello 3, con rate a 40 Gb/s (concepito per dorsali ad alta capacità, di fatto, sostituisce l'SDH di tipo STM-256, e per il trasporto dell'Ethernet a 40 Gb/s): ODU3, OTU3 Livello 4, con rate a 100 Gb/s (concepito per dorsali ad altissima capacità, adatto per il trasporto di 100 Gigabit Ethernet e di flussi destinati a canali ottici ad alta velocità): ODU4, OTU4

Per indicare genericamente uno qualsiasi dei livelli sopra elencati, lo standard adotta la nomenclatura ODUk e OTUk rispettivamente (dove k rappresenta genericamente il livello).

In aggiunta a questi livelli a bit rate prefissata, lo standard definisce anche dei contenitori di ampiezza variabile in modo flessibile di uso generale, denominati ODUflex. Questi contenitori costituiscono un meccanismo analogo a quelli della concatenazione virtuale e della concatenazione contigua già presenti nella tecnologia SDH. L'ODUflex consente l'adattamento e il trasporto di segnali digitali generici a bit-rate non standardizzate o non appartenenti a gerarchie prefissate ottimizzando l'uso della banda disponibile, parcellizzando il relativo contenitore di riferimento (ODU2, ODU3, ODU4) in porzioni di dimensione predeterminata (time slot, slot temporali) ognuna corrispondente a una rate di 1,25 Gbit/s. Questo porta a individuare per l'ODUflex le seguenti capacità disponibili in funzione del livello di ODU associato:

Livello ODUTime slotODU2 8ODU3 32ODU4 80

A seconda della rate del segnale da trasportare, è possibile determinare quanti time slot devono essere riservati per utilizzare la banda in modo ottimale, dimensionando così il singolo contenitore ODUflex secondo la specifica esigenza. All'interno di uno stesso ODU possono essere presenti più ODUflex, fino ad esaurimento dei time slot disponibili, con ulteriore ottimizzazione dell'impiego della banda. Lo standard ITU-T definisce anche un meccanismo per cambiare dinamicamente la dimensione di un ODUflex, aggiungendo o rimuovendo time slot in modo coordinato (ODUflex resizing), rendendo così l'OTN adatto a trasportare servizi digitali con necessità di banda variabili nel tempo.

Per quanto riguarda le bit rate effettive, nel dettaglio lo standard prevede:

+ Gerarchia degli OPUTipo di OPUBit-rate nominaleTolleranzaOPU01.238.954,310 kbit/s±20 ppmOPU12.488.320,000 kbit/sOPU29.995.276,962 kbit/sOPU340.150.519,322 kbit/sOPU4104.355.975,330 kbit/sGerarchie per bit-rate specialiOPU2e10.356.012,658 kbit/s±100 ppmOPUflex per segnali a bit-rate costantebit rate del segnalemax. ±100 ppmOPUflex per segnali mappati tramite GFP-F239/238 × bit rate dell'ODUflexmax. ±20 ppm

+ Gerarchia degli ODUTipo di ODUBit-rate nominaleTolleranzaODU0Un ODU0 può essere trasportato solo su un ODU1, un ODU2, un ODU3 o un ODU4. Non è previsto OTU0.1.244.160 kbit/s±20 ppmODU12.498.775,126 kbit/sODU210.037.273,924 kbit/sODU340.319.218,83 kbit/sODU4104.794.445,815 kbit/sGerarchie per bit-rate specialiODU2eUtilizzato per 10GbE WAN. Un ODU2e può essere trasportato su un ODU3 o un ODU410.399.525,316 kbit/s±100 ppmODUflex per segnali a bit-rate costanteUn ODUflex può essere trasportato solo su un ODU2, un ODU3 o un ODU4239/238 × bit rate del segnalemax. ±100 ppmODUflex per segnali mappati tramite GFP-FLa corrispondenza tra bit-rate dell'ODUflex e bit-rate del segnale di ingresso è determinata da una serie di formule matematichemax. ±20 ppm

+ Gerarchia degli OTUTipo di OTUBit-rate nominaleTolleranzaOTU12.666.057,143 kbit/s±20 ppmOTU210.709.225,316 kbit/sOTU343.018.413,559 kbit/sOTU4111.809.973,568 kbit/s

Per quanto riguarda i contenitori OTUk, la raccomandazione ITU ha standardizzato alcune varianti, denominate OTUk-v e OTUkV, nonché una variante specifica dell'OTU4, denominata OTU4-SC (dove SC indica "Soft-decision FEC"), che sono funzionalmente identiche al contenitore base per quanto riguarda la parte di trasporto dei tributari di traffico ma differiscono per il tipo di FEC e di conseguenza per la dimensione della parte di trama destinata alle relative informazioni necessarie per il rilevamento e la correzione degli errori.

Gerarchie di trasporto da 100Gb/s in su L'evoluzione tecnologica ha portato le reti ottiche a poter trasmettere a bit rate superiori ai 100Gb/s e quindi a poter trasportare segnali digitali di pari capacità. Ciò ha comportato la necessità di estendere la normativa per coprire anche queste nuove possibilità: l'edizione dello standard ITU-T G.709 di giugno 2016 ha quindi introdotto le estensioni denominate ODUCn e OTUCn, dove la lettera "C" rappresenta il numero romano "100" e "n" è un numero intero positivo a indicare bit rate multiple di 100 Gb/s. Ad esempio, ODUC2 è associato a una rate dell'ordine dei 200 Gbit/s, ODUC4 a una dell'ordine dei 400 Gbit/s e così via.