WDM & Metro Optical Networking

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1 Il logo del Convegno WDM & Metro Optical Networking che si é tenuto a Cannes (Francia). WDM & Metro Optical Networking Cannes (Canada) 29 Giugno - 2 Luglio 2004 Gastone Bonaventura, Piergiorgio Pagnan. 1. Introduzione Dal 29 giugno al 2 luglio si è tenuto a Cannes il Convegno WDM & Metro Optical Networking, giunto ormai alla sua ottava edizione. Il Convegno, organizzato da IIR Telecoms & Technology ha visto la partecipazione di oltre 200 delegati provenienti soprattutto dall Europa e dal Medio Oriente. Numerosi sono stati gli speaker del Nord America. 2. L evoluzione delle reti backbone Le memorie presentate su questo argomento hanno esaminato le varie tappe della evoluzione delle reti dorsali: la rete SDH (Synchronous Digital Hierarchy), la OTN (Optical Transport Network), la ASON (Automatic Switched Transport Network) e la AON (All Optical Network). 2.1 La rete SDH Della rete SDH sono stati illustrati i nuovi standard che ne hanno completato le funzionalità portandola ad una terza generazione. In particolare si è parlato di GFP (Generic Frame Procedure) e LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme), che hanno l obiettivo di definire le regole per il mappaggio di nuovi segnali cliente. GFP permette di mappare segnali cliente ad elevata velocità nei payload SDH; LCAS permette di ottimizzare lo sfruttamento della capacità disponibile nel payload per la trasmissione di segnali a burst, come sono tipicamente i segnali IP. Questi nuovi standard si sono aggiunti a quelli, ben noti, riguardanti le funzionalità di struttura, di gestione e di protezione. La completezza e la stabilità degli standard costituiscono uno dei punti di forza dell SDH in quanto assicurano anche la interconnessione, sia dal punto di vista della trasmissione che della gestione, di apparati provenienti da fornitori diversi. 2.2 La OTN Uno dei punti di forza dell Optical Transport Network, che costituisce la presente alternativa all SDH per le reti di lunga distanza, è quello di essere adatto a trasmettere segnali cliente a 2,5, 10 e 40 Gbit/s in modo trasparente e cioè senza alterarne in alcun modo il contenuto. Si veda a tale proposito La rete di trasporto ottico (OTN): stato dell arte e prospettive evolutive ; Notiziario Tecnico, maggio Infine, con l aumentare della capacità delle reti di trasporto, soprattutto nel segmento backbone, una struttura di rete basata su canali ottici di grande capacità consente di ridurre il numero dei transiti e quindi degli apparati, degli ingombri e dei consumi necessari. Anche gli standard per l OTN sono stati di recente completati (ITU-T G.709, G.789, G.808.1, G.873.1, G.873.2). Questo non toglie che la facilità di interconnessione di apparati forniti da venditori differenti, soprattutto dal punto di vista gestionale, non sia ancora pari a quella degli apparti SDH. 2.3 Dalla SDH alla OTN Sulla base di queste considerazioni è stata confermata, durante i vari interventi, l opinione che una transizione dalla rete SDH alla rete OTN, almeno per la porzione di rete di lunga distanza, è ormai scontata (anche nella rete di Telecom Italia questa evoluzione è già iniziata). Tuttavia è altrettanto scontato che questa transizione richiederà tempi lunghi e che, quindi, per un lungo periodo di tempo le due tecnologie saranno destinate a coesistere. Tra le problematiche della transizione da SDH a OTN sono state citate la filosofia di introduzione dell OTN (collegamenti punto-punto, isole NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 2 - Dicembre

2 Un suggestivo tramonto sul porto di Cannes. chiuse, solo quando la capacità esistente è satura, ) e le modalità di interconnessione tra le due reti. A proposito di quest ultimo aspetto, si è parlato del trasferimento degli allarmi tra le due reti e dell opportunità o meno di impiegare delle interfacce ad hoc (modem) per trasportare i flussi OTN sulla rete SDH rendendo quindi più agevole l integrazione dei due mondi. 2.5 La ASON (figura 1) e diversi Operatori hanno già iniziato le prime sperimentazioni in campo. Su questo argomento, anche Telecom Italia ha presentato a Cannes un articolo con la descrizione della prima sezione di rete A- SON (costituita da 27 nodi distribuiti sul territorio nazionale) che è appena entrata in servizio. L articolo ha messo in evidenza le caratteristiche dei nodi ODXC (Optical Digital Cross Connect) impiegati, lo schema di realizzazione del Piano di Controllo e di criteri per le future evoluzioni. Al riguardo sono state evidenziate le problematiche relative alla gestibilità da parte del Piano di Controllo di apparati di fornitori differenti. Allo stato attuale è necessaria, infatti, la realizzazione di Piani di Controllo specifici per gli apparati di rete di ogni venditore, mentre l interlavoro tra i diversi Piani di controllo resta ancora un problema da risolvere. Un altro argomento trattato più volte è stato l evoluzione da una OTN puramente trasmissiva ad una OTN intelligente (ASON nella terminologia ITU-T), mediante l introduzione di un Piano di Controllo, basato sui protocolli di routing e di segnalazione della suite GPLS (Generalised MultiProtocol Label Switching). Anche per questa transizione non ci sono state voci dissenzienti: i vantaggi sono tali che tutti gli speaker hanno detto che si dovrà fare, anche se con le dovute cautele, come sempre accade per tecnologie nuove. Le nuove funzionalità che possono essere ottenute da una struttura ASON (Automatic Switched Optical Network) sono illustrate nell articolo Phoenix: la nuova rete di trasporto nazionale pubblicato in questo stesso numero del Notiziario Tecnico. Gli standard per la ASON sono stati ormai praticamente completati in ITU-T Cliente Operatore A Dominio singolo Reti pubbliche Customer Equipment External-Network Node Interface Internal-Network Node Interface Optical Cross Connect User-Network Node Interface Operatore B Dominio singolo FIGURA 1 Interfacce standard ASON secondo la raccomandazione ITU-T G Cliente Operatore C Domini separati 164 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 2 - Dicembre 2004

3 2.6 La AON Anche l evoluzione dalla OTN / ASON alla Rete Tutta Ottica (AON) è stata trattata in diverse presentazioni e sono state messe in rilievo tutte le difficoltà che, allo stato attuale, una tale transizione comporta. I permutatori fotonici PXC (Photonic Cross-Connect), atti a commutare lunghezze d onda, che dovrebbero affiancare gli ODXC, non hanno ancora caratteristiche tali da essere inseriti in rete in termini di affidabilità, ingombri, consumi, e costi. La disponibilità di sistemi DWDM (Digital Wavelenght Division Multiplexing) su fibra ottica, capaci di superare grandi distanze (2000 km e più) senza rigenerazione e- lettrica del segnale ottico, sembrerebbe una cosa fatta sulla base di quanto si legge sulla letteratura tecnica. In realtà ci sono ancora molti aspetti da approfondire al livello fisico, quali, ad esempio, come tenere in considerazione i margini necessari agli Operatori per gestire la rete, la presenza di sezioni di amplificazione di lunghezza anche molto diversa da quella nominale, la stabilità nel tempo dei processi di equalizzazione, di regolazione dei livelli e di compensazione delle dispersioni. Non ultimo in ordine di importanza, c è il problema di definire e realizzare un sistema affidabile di monitoraggio ottico di questi sistemi, per i quali si ha un accumulo delle degradazioni per qualche migliaio di chilometri senza possibilità di controllo con i metodi di monitoraggio tradizionali, che operano al livello e- lettrico. Una memoria di Telecom Italia è stata dedicata a questo problema del monitoraggio ottico, ed ha descritto i requisiti, gli obiettivi e le modalità di controllo necessari per un o- peratore. È appena iniziato il lavoro di preparazione degli standard per le Reti Tutte Ottiche necessari, in particolare, anche per interconnettere al livello ottico sistemi DWDM nonchè sistemi DWDM e PXC di differenti venditori. Nonostante tutti questi punti ancora allo studio, la transizione da una OTN ad una AON è di grande interesse per gli operatori perchè renderebbe possibile l eliminazione di tutte, o quasi, le conversioni O/E/O all interno della rete dorsale, conversioni che attualmente sono presenti in migliaia di unità e che rappresentano una quota consistente del costo della rete stessa. È quindi ben comprensibile che o- peratori e manifatturieri discutano dell argomento anche se con l obiettivo di vederlo diventare una realtà non prima di 4-5 anni. 3. L evoluzione delle reti metropolitane Le memorie presentate a Cannes hanno trattato molti aspetti delle reti metropolitane. Nel seguito si riferisce su quanto detto a proposito del trasporto di Ethernet e degli apparati WDM. 3.1 Il trasporto di Ethernet CONFERENZE Se una identità di vedute si è verificata sul fatto che le tecnologie unificanti saranno IP/MPLS per il livello 3 e Ethernet per il livello 2, pareri diversi sono stati invece e- spressi sulle modalità di trasmissione delle trame Ethernet. Il tema del trasporto di Ethernet è stato trattato in diverse presentazioni e sono state le prese in esame tre differenti modalità. La prima modalità è quella tradizionale dei circuiti affittati, che però, mancando una condivisione delle risorse, è limitata in termini di flessibilità e buona utilizzazione della banda. La seconda modalità presa in e- same è il GFP che consente: utilizzare la rete SDH esistente; introdurre nuovi sistemi SDH compatibili; garantire che i servizi Ethernet siano offerti su una struttura carrier grade che permette di utilizzare quanto già e- sistente in termini di SLA (Service Level Agreement), di procedure di esercizio e manutenzione di sistemi di gestione. In effetti la tecnica GFP, atta a incapsulare segnali Ethernet, (ma anche IP/PPP, Escon, Ficon, etc) è semplice e flessibile ed è standardizzata nella ITU-T G.7041, che ne prevede due versioni: GFP-F (Frame-based GFP) per IP/PPP e Ethernet che mappa ogni frame del cliente in un frame GFP, su base uno a uno; GFP-T (Transparent GFP) per Escon, Focon, Fibre Channel, GbE che mappa l informazione del cliente carattere per carattere. Un miglioramento dell efficienza di questo mapping può poi essere ottenuta con l impiego della tecnica LCAS, secondo la ITU-T G.7042, che crea dei canali con velocità variabile in funzione delle esigenze del segnale cliente. A parere di BT la tecnica GFP+LACS risponde ai requisiti degli Operatori essendo ben specificata, aperta al mappaggio di nuovi segnali, e presentando minimi impatti sulle reti esistenti. La terza modalità è quella di trasmettere direttamente Ethernet sui canali ottici dei sistemi WDM. Questa tecnica elimina i costi dello strato SDH, ma pone il problema di sostituire tutte le funzionalità che oggi sono svolte dall SDH (gestione delle configurazioni e dei guasti, monitoraggio delle prestazioni, ). La soluzione a questo problema potrebbe essere l MPLS anche se, come ha sottolineato BT, i costi dell MPLS potrebbero superare i risparmi ottenuti con l eliminazione dell SDH. Altri speaker hanno espresso, invece, un parere decisamente favorevole alla trasmissione diretta di Ethernet su WDM (Wavelenght Division Multiplexing). 3.2 Apparati WDM nelle reti metropolitane Le varie memorie sull argomento sono state concordi sul fatto che ci sono quattro cate- NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 2 - Dicembre

4 Particolare decorazione su una facciata di una casa a Cannes. gorie di connessioni (circuiti affittati, SDH, Ethernet e SAN) nelle reti metropolitane e che queste connessioni stanno tutte evolvendo con una richiesta di capacità, e quindi di frequenze di cifra, sempre maggiore. Quest evoluzione è la base della prevedibile richiesta di sistemi WDM nell area metropolitana. Le varie memorie sull argomento hanno cercato di rispondere essenzialmente a due quesiti: quali sistemi WDM (CWDM, DWDM, ibridi) e in quale quantità (figura 2). I sistemi CWDM (Coarse Wavelenght Digital Multiplexing) si stanno ormai presentando come un prodotto abbastanza ben definito sulla base della Raccomandazione ITU-T G (che definisce la griglia delle lunghezze d onda da utilizzare) e della Raccomandazione G.695 (che definisce le caratteristiche degli apparati). Al momento, sono definiti sistemi CWDM punto-punto e in configurazione ad anello con OADM con un numero di canali ottici da 4 a 16, sia unidirezionali che bidirezionali. Un altra caratteristica degli apparati definiti nella G.695, evidenziata più volte nelle presentazioni, è la presenza di interfacce standard al livello di singolo canale. Questo consente a- gli Operatori una grande flessibilità di gestione essendo possibile usare terminali di canale realizzati come pluggable module SFP (Small Form-Factor Pluggable) potenzialmente forniti da qualunque costruttore. Le caratteristiche dei sistemi DWDM per l area metropolitana sono state trattate meno estensivamente perchè le caratteristiche di questi sistemi non sono ancora completamente definite. CWDM spurs Customer premises Access ring 2,5 Gbit/s CWDM La Raccomandazione ITU-T G.dapp, ad essa relativa, è ancora in corso di preparazione. Le caratteristiche delle due famiglie di sistemi (CWDM e DWDM) sono diverse e, in qualche modo, complementari. I sistemi CWDM hanno capacità limitata (8-16 canali ottici), frequenza di cifra limitata (2,5 Gbit/s), distanza massima limitata (80 km), non sono Metro core 10 Gbit/s CWDM Dual homing over CWDM CWDM Coarse Wavelength Division Multiplexing FIGURA 2 Sistemi Metro WDM. Central network management amplificati (la tecnologia non è ancora disponibile). I sistemi DWDM per applicazioni in area metropolitana hanno grande ca- 166 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 2 - Dicembre 2004

5 pacità (40 canali), frequenza di cifra elevata (fino a 10 Gbit/s), distanza massima notevole (300 km con amplificazione intermedia). Il vantaggio dei sistemi CWDM rispetto a quelli DWDM è che il loro costo è del 30-40% (secondo diverse stime date nel corso della Conferenza) inferiore a quello dei sistemi DWDM, a parità di distanza e di capacità. Stante questa situazione, diverse memorie hanno trattato della possibilità di utilizzare le due tecnologie in modo ibrido per ottimizzarne l utilizzazione. All inizio verrebbe installato un sistema CWDM e, quando questo sistema si sarà saturato, si dovrebbe utilizzare la banda di frequenza posta tra due suoi canali (20 nm) per realizzare un sistema DWDM con un gran numero di canali (spaziati, ad e- sempio, di 0,8 nm). Alcuni autori si sono poi posti il problema della reale diffusione che potranno avere i sistemi Metro WDM, includendo in questa dizione le due famiglie CWDM e DWDM. Sono state mostrate delle previsioni per il mercato globale di questi apparati che vedono una crescita dai 600 milioni di dollari del 2003 a 890 milioni di dollari nel 2007 con un tasso di crescita annuo del 9%. Questi dati confermano che i sistemi Metro WDM non saranno the big thing, ma costituiscono solo una parte delle reti di prossima generazione e si svilupperanno gradualmente per far fronte a situazioni di carenza di fibra in rete, senza dover ricorrere alla posa di nuovi cavi ottici. È stata anche evocata la possibilità che i terminali Metro WDM possano venire integrati nell SDH e negli switch Ethernet. 4. Conclusioni Dal convegno è emersa una panoramica molto vasta delle soluzioni e delle problematiche legate all optical networking, sia nella rete dorsale che in quella metropolitana. Si vuole però sottolineare che anche altri argomenti sono stati trattati, quali le SAN (Storage A- rea Network), alle quali sono state dedicate tre memorie che ne hanno esaminato vari aspetti sia dal punto di vista degli operatori (Belgacom e Auna) sia da quello dei manifatturieri (Nortel Networks). Due memorie sono state dedicate anche all argomento RPR (Resilient Packet Ring), una da un membro della RPR Alliance e una da una società manifatturiera, ma l argomento è rimasto limitato a questo contesto. È stata fatta anche una dettagliata illustrazione delle due maggiori reti pan-europee, rispettivamente di Interoute e Colt. In particolare Interoute ha mostrato che una struttura di rete OTN a maglia con nodi ODXC è quella che consente di offrire ai clienti la disponibilità di servizio più elevata (fino a 99,9998%) e che una struttura di rete ASON consente di tenere in considerazione anche le esigenze dei clienti che non desiderano valori di disponibilità così elevati e non sono quindi disposti a pagare canoni di affitto altrettanto elevati. Per giungere a questa conclusione Interoute ha confrontato le prestazioni di diverse architetture di reti ad anello e a maglia (con diversi gradi di magliatura), SDH e OTN, realizzate con diverse tipologie di apparati (DXC, ODXC), calcolando per ciascuna architettura il costo e la disponibilità ottenibile per i canali ottici dei clienti. AON ASON CWDM DWDM DXC GbE GFP GFP-F GFP-T GPLS IP/ PPP LCAS MPLS OADM ODXC OTN PXC RPR SAN SDH SFP WDM CONFERENZE ABBREVIAZIONI All Optical Network Automatic Switched Optical Network Coarse Wavelength Division Multiplexing Dense Wavelength Division Multiplexing Digital Cross-Connect Gigabit Ethernet Generic Frame Procedure Frame-based Generic Frame Procedure Transparent Generic Frame Procedure Generalized Multi-Protocol Label Switching IP Point-to-Point Protocol Link Capacity Adjustment Scheme Multi-protocol Label Switching Optical Add-Drop Multiplex Optical Digital Cross Connect Optical Transport Network Photonic Cross Connect Resilient Packet Ring Storage Area Networks Synchronous Digital Hierarchy Small Form-Factor Pluggable Wavelength Division Multiplexing NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA Anno 13 n. 2 - Dicembre