Reti di trasporto ottico di Telecom Italia

Transcript

1 GRUPPO TELECOM ITALIA Reti di trasporto ottico di Telecom Italia Marco Schiano Transport & OPB Innovation

2 Sommario Architetture delle reti di trasporto La rete Phoenix Il nuovo backbone fotonico Cenni alla rete di accesso

3 Architettura generale di una rete di trasporto Piano di Gestione Sistema informativo con le seguenti funzioni: Configurazione manuale dei circuiti e delle protezioni, Performance Monitoring, Gestione degli alarmi Piano di Controllo Sistema informativo con le seguenti funzioni: Configurazione automatica dei circuiti e delle protezioni, Protezione su risorse condivise (restoration), Sistema DWDM Crossconnect Piano Dati 3

4 Dimensionamento di una rete di trasporto Determinare La topologia della rete e l instradamento (routing) delle domande di traffico Il dimensionamento dei link e dei nodi (quanti sistemi su ogni tratta interfacce tributarie e di rete, matrice di commutazione, rigeneratori) Per soddisfare La domanda di traffico con determinate esigenze del servizio trasportato [protezione (resilience), dinamicità, disponibilità (availability), ] In presenza dei vincoli e delle scelte progettuali preliminari Sedi degli apparati e mappa dei cavi e dei sistemi DWDM già esistenti Caratteristiche dei sistemi forniti dai costruttori (Piano dati, Piano di gestione e piano di controllo) Perseguendo La minimizzazione del costo di investimento (CapEx) e dei costi operativi (OpEx) 4

5 Il problema nel suo complesso Nel suo complesso è un problema di Topology, Routing and Capacity Assignement, molto complesso se risolto nel suo insieme per l elevato numero di variabili in gioco Nella pratica il problema viene affrontato sequenzialmente: 1. Determinazione della Topologia di rete 2. Routing delle domande di traffico sulla topologia di rete applicando le regole di routing e tenendo conto dei requisiti di protezione. 3. Calcolo del fabbisogno di SISTEMI DWDM sui link 4. Calcolo della configurazione dei NODI: interfacce tributarie, interfacce di rete, capacità della matrice di commutazione e rigeneratori 5. Progettazione di dettaglio dei SISTEMI DWDM (posizionamento amplificatori nei siti intermedi, compensatori e altri componenti) 5

6 1 2 n 1 2 n 1 2 n 1 2 n Transponder (Wave-length covnverter) Transponder (Wave-length covnverter) 1 2 n 1 2 n 1 2 n 1 2 n Elementi nel processo di dimensionamento Domanda di Traffico (resilience/availability) Sedi e Cavi e/o sistemi già installati Funzionalità Control plane (Routing, funz. UNI/NNI, Res.) Input Caratteristiche Sistemi di linea (Num. canali, gittata (MTD)*) Caratteristiche Nodi (mod. interfacce, matrice) Processo di Design Routing Dimensionamento delle tratte Topologia 300 km 4. OLA and DCF Design di dettaglio dei sistemi WDM 5. Configurazione dei Nodi WDM MUX/ DEMUX Local/tributary Wave-length SWITCH MATRIX (optionaly with ASON functionality) WDM MUX/ DEMUX Optical Amplifiers CONTROL Optical Amplifiers OXC *MTD: Maximum Transparency Distance 6

7 Reti opache e reti traslucide Rete opaca, ad esempio SDH o OTN Conversione elettro-ottica su ogni interfaccia tributarie e di rete Commutatori EXC (matrice elettrica) Design ottico meno critico Porte di rete Tributari EXC Schede grigie Sistema di linea DWDM Transponder Rete traslucida (al limite trasparente) Connessioni instradate in trasparenza ottica senza conversioni (se possibile) Nodi trasparenti OXC o ROADM Design ottico più delicato per assicurare continuità e basso degrado del segnale su tutto il percorso E2E (OSNR, PMD, CD, ) Porta di rete su fibra tributari OXC Schede colorate Switch ottico (ad es. WSS) Rigeneratori 7

8 Gerarchia di multiplazione nelle reti di trasporto 10 G 2.5 G 155 M 155 M 622 M 40 G 1 G Eth TRASPARENTE OPACHE 100 G (in futuro) 100 G OTU4 100 G 40G 10G 2.5G OTU3 40G OTU2 10G OTU1 2.5G OTN λ switch STM G STM-64 10G STM G STM-1/4 SDH 8

9 Esempi RETE SDH 155 M 622 M 2.5 G Schede grigie SR Transponder 10 o 40 G, LH (750 km) 300 km 560 km terminale DWDM EXC EXC EXC OLA e DCF DGE (ogni quattro OLA) 560 km max-> LH System (750 km) RETE OTN 2.5 G 10 G Schede grigie SR Schede colorate su EXC LH (750 km) 300 km 560 km terminale DWDM EXC EXC DGE OLA e DCF RETE TRASPARENTE 10 G 40 G OXC Transponders ELH (1500 km) 300 km fiber OXC Switch ottico 560 km fiber OXC EXC OLA e DCF DGE 860 km -> ELH System (1500 km) 9

10 Topologia e collegamenti tra nodi La topologia spesso è assegnata e dipende da vincoli infrastrutturali o di disponibilità di risorse già installate Quando è possibile fare delle scelte (sovrabbondanza di tratte in fibra) si riduce la topologia ottimizzando la struttura in funzione del traffico e dell instradamento Grafo dei cavi di partenza per la ricerca di una topologia subottima La topologia si può ridurre manualmente per tentativi oppure utilizzando algoritmi di ottimizzazione Tecniche esatte (ILP - Integer linear programming): assicurano il ritrovamento di un ottimo assoluto Tecniche euristiche (tabu search, algoritmi genetici, simulated annealing e altri): per tentativi ed errori si determina una soluzione sub-ottima

11 Routing delle domande di traffico Tiene conto delle funzionalità implementate nei piani di gestione e controllo In genere è del tipo Shortest Path in una delle sue varianti, minimizzando una metrica assegnata (peso amministrativo, numero hop, distanza) Deve tener conto delle esigenze di resilience (protezione dedicata o condivisa), in relazioni a guasti singoli o multipli di tratta, nodo, SRG (Shared Risk Group) Talvolta si richiedono instradamenti particolari (diversità) Nel caso opaco è più semplice (routing e dimensionamento disaccoppiati: prima si instradano i circuiti, poi si dimensionano le tratte e i nodi) Nel caso trasparente il problema è complicato dal requisito di continuità della lunghezza d onda e dal limiti trasmissivi e il problema va risolto nel suo insieme: IA-RWARP Impairment Aware Routing, Wavelength Assignement and Regenerator Placement 11

12 Esempio di matrice di traffico ESIGENZA Sede A Sede Z Tipo PROTEZIONE collegamento RICHIESTA OPB Alessandria Milano Bersaglio STM64 1 LOW OPB Alessandria Milano Malpaga STM64 1 NO OPB Ancona Montagnola Roma Sud STM LOW OPB Ancona Montagnola Roma Inviolatella STM NO OPB Bari Dogali Roma Sud STM LOW OPB Bari Dogali Roma Inviolatella STM NO OPB Bologna Pallone Roma Sud STM LOW OPB Bologna Pallone Roma Inviolatella STM NO OPB Bolzano BG Milano Bersaglio STM64 1 LOW OPB Bolzano BG Milano Malpaga STM64 1 NO OPB Cagliari CEP Roma Sud STM64 1 LOW OPB Cagliari CEP Roma Inviolatella STM64 1 NO OPB Catania/A Roma Sud STM LOW OPB Catania/A Roma Inviolatella STM NO OPB Catanzaro Roma Sud STM LOW OPB Catanzaro Roma Inviolatella STM NO OPB Firenze Roma Sud STM LOW OPB Firenze Roma Inviolatella STM NO OPB Genova Lagaccio Milano Bersaglio STM64 1 LOW OPB Genova Lagaccio Milano Malpaga STM64 1 NO OPB Milano Bersaglio Milano Malpaga STM NO OPB Milano Bersaglio Roma Sud STM NO OPB Milano Malpaga Roma Inviolatella STM NO OPB Piacenza/A Roma Sud STM LOW OPB Bologna Pallone Roma Inviolatella STM LOW 12

13 Allocazione delle risorse e QoP Le risorse sono allocate ed organizzate a seconda del tipo di rete SDH: tipicamente strutture STM64 a 10 Gbit/s (ev. STM-256 a 40 Gbit/s), che trasportano le unità VC4-xc opportunamente multiplate OTN: Och che trasporta strutture OTU3 a 40 Gbit/s, che multiplano le unità ODU1/2/3 Reti trasparenti: ogni lunghezza d onda (tipicamente a 10 o 40 Gbit/s) viene trasportata indipendentemente senza possibilità di multiplazione, Le esigenze di resilience richiedono in genere di separare le risorse allocate tra dedicate e condivise, per corrispondere ai requisiti di protezione delle domande di traffico (Quality of Protection - QoP) Una ipotesi di schema di QoP prevede la definizione di 4 classi di protezione: U: non protetto P: protetto su risorse dedicate R: protetto su risorse condivise E: extra traffico, allocato su risorse condivise e sopprimibile in caso di necessità 13

14 Schema per Quality of Protection (QoP) N-Unprotected P- Protected working DEDICATED DEDICATED back-up R- Restored working back-up SHARED E- Extra-Traffic Network resources 14

15 Sommario Architetture delle reti di trasporto La rete Phoenix Il nuovo backbone fotonico Cenni alla rete di accesso 15

16 BLZ Struttura Rete Ottica Phoenix TOR COM MIB ALE MIM BGM PCA BRE VRS PDS TRE VEN UDI TRI struttura di rete a 38 nodi sede di ODXC SAV GEN MOD PIS FIR BOP RIM PGA ANC Link cluster per raccordo Link cluster per rete magliata SAS GRO RMI CIV RMS POM FOR PES NAP NOL FGA BAR Direttrici di evoluzione infrastrutturale Direttrici di evoluzione dimensionale ORA GAR SAL SCA TAR Nodi sulla maglia sede di MSH2K Nodi sui raccordi sede di MSH2K Nodi intermedi sulla maglia CTZ CAG LAM SIA PAR SAA MEA RCA LOC CAT MAZ 16

17 Caratteristiche generali Phoenix è una ASTN basata su cross-connect ad alta capacità ( Gbit/s) equipaggiati con matrici elettriche ed interfacce sia ottiche sia elettriche, connessi tra di loro mediante sistemi DWDM Ciascun cross-connect è equipaggiato con due controllori con capacità elaborativa sufficiente a gestire protocolli di routing e segnalazione (control plane) per implementare meccanismi di Fast Restoration Il routing è centralizzato (ASTN-M) mentre la segnalazione è distribuita: il piano di controllo è quindi semi-distribuito. I protocolli utilizzati sono quelli tipici delle reti IP MPLS (OSPF-TE, RSVP-TE) adattati ai contesti trasmissivi Trasporta flussi da 155 Mbit/s a 10 Gbit/s Restoration end-to-end pre plannad per il primo guasto ( ms) Restoration end-to-end on the fly per guasti successivi al primo (40-50 s) 17

18 ALCUNI ESEMPI DI FUNZIONAMENTO Il provisioning Il ripristino (primo guasto e secondo guasto) 18

19 Provisioning di un VC4 path restored ASTN-M SG-SDH DACON Protezione a costo minimo (Dijkstra)? F,A, B, C, D ACK W:F, E, D A B C ACK W: E, D W: D Connection Request Working: F,E,D Sequenza di eventi: 1) SG-SDH invia la richiesta di attivazione del working path 2) ASTN-M calcola il protection path 3) ASTN-M inizia la segnalazione del path working verso il nodo ingress (F). 4) Il nodo egress (D) inizia il processo di acknowledge 5) Il path working è attivato F ACK E ACK D 19

20 Provisioning di un VC4 path restored ASTN-M SG-SDH DACON P: F,A,B,C,D ACK A ACK B ACK C P: B,C,D P: C,D ACK ACK P: A,B,C,D P: D Sequenza di eventi: 1) SG-SDH invia la richiesta di attivazione del working path 2) ASTN-M calcola il protection path 3) ASTN-M inizia la segnalazione del path working verso il nodo ingress (F). 4) Il nodo egress (D) inizia il processo di acknowledge 5) Il path working è attivato F E D 6) ASTN-M inizia la segnalazione del path protection verso il nodo ingress (F). Il nodo egress (D) inizia il processo di acknowledge 20

21 Provisioning di un VC4 path restored ASTN-M SG-SDH DACON A B C Il path protection è scelto e le risorse riservate ma le cross connessioni non sono implementate Working path attivato. Protection path: F,A,B,C,D Sequenza di eventi: 1) SG-SDH invia la richiesta di attivazione del working path 2) ASTN-M calcola il protection path 3) ASTN-M inizia la segnalazione del path working verso il nodo ingress (F). 4) Il nodo egress (D) inizia il processo di acknowledge 5) Il path working è attivato F E D 6) ASTN-M inizia la segnalazione del path protection verso il nodo ingress (F). Il nodo egress (D) inizia il processo di acknowledge. ASTN-M Informa SG- SDH 21

22 Primo guasto: gli apparati: sappiamo cosa fare! ASTN-M SG-SDH DACON Effettua Effettua A la xconnessione B la xconnessione C Sequenza di eventi: 1) Guasto sulla tratta ED Effettua la xconnessione F E D Effettua la xconnessione 2) I nodi D e T F iniziano la procedura di segnalazione min massimo imposto per ed informano i nodi di aspettare che arrivino tutti implementare le cross-connessioni gli allarmi e aumentare 3) I nodi D e F effettuano lo scambio l efficienza dell intervento trasmettendo e ricevendo sulla nuova via (F, A, B, C, D) 250 ms T protezione 300 ms 4) ASTN-M viene informato dell avvenuto scambio 22

23 Secondo guasto e successivi: gli apparati: ASTN-M pensaci tu! P: F,A,E,C,D ASTN-M SG-SDH DACON A B C F T protezione E Nuova protezione a costo minimo? F, A, E, C, D 50 s D Effettua la xconnessione Sequenza di eventi: 1) Guasto del nodo B 2) F e D ritornano sul path working (F,E,D) anche se ancora fuori servizio 3) F e D informano ASTN-M che serve un strada alternativa 4) ASTN-M calcola una nuova via e cancella il path di protezione 5) ASTN-M inizia la segnalazione verso il nodo ingress (F) 6) Il nodo egress inizia l acknwledge 7) Il nuovo path di protezione è attivo 8) I nodi F e D trasmettono e ricevono sul nuovo path 9) ASTN-M informa SG-SDH dell avvenuto switch 23

24 SRLG: prendo una strada diversa L SRLG (Shared Risk Link Group) è numero univoco in rete (scritto su NM e propagato su ASTN-M) che viene assegnato ad un gruppo di link che condividono la stessa risorsa fisica e quindi lo stesso rischio di fault SRLG OPH = SRLG OMS = (00011, 00012, 00013, 00014) MSH2K n MSH2K n RIG SDH SRLG RS = RIG SDH SRLG OMS =(00021) SRLG OMS =(00031, 00032, 00033) MSH2K n MSH2K n SRLG OMS =(00031, 00041) 24

25 Comportamento della rete La piattaforma Phoenix esegue quotidianamente con successo operazioni di protezione sia in caso di lavori programmati sia in caso di guasti. Inoltre opera continue riottimizzazioni (riduzione della lunghezza) delle vie dedicate alle protezioni. Stima operazioni di protezione nel corso dell anno 2005: più di Numero di scambi forzati dalla worker alla protection eseguiti sulla rete Phoenix per l esecuzione dei lavori programmati (consuntivo 2005) : 1374 Numero di scambi dalla worker alla protection per eventi di guasto/malfunzione (stima): 4000 Numero di ricalcoli della via di protection per eventi di guasto/malfunzione/riottimizzazione (stima):

26 Sommario Architetture delle reti di trasporto La rete Phoenix Il nuovo backbone fotonico Cenni alla rete di accesso 26

27 Sommario Architetture delle reti di trasporto La rete Phoenix Il nuovo backbone fotonico Cenni alla rete di accesso 27

28 Struttura della rete di accesso in rame FTTB FTTCab FTTEx 28

29 Consistenza della rete di accesso di TI ~ km cavi ~ km coppie ~ Armadi ripartilinea ~ 5,5 milioni di Distributori >20 milioni di Clienti 29

30 Lunghezza della rete di distribuzione nei principali paesi industrializzati Percentuale ITALIA REGNO UNITO GIAPPONE FRANCIA GERMANIA U.S.A Lunghezza (km) 30

31 VDSL2, ADSL e ADSL2+ US0 DS1 ADSL US0 DS1 ADSL US0 Band Plan 998 DS1 US1 DS2 US2 VDSL MHz Band Plan 998E17 US0 DS1 US1 DS2 US2 US3 DS Band Plan 998E MHz US0 DS1 US1 DS2 US2 US3 DS3 US4 DS MHz 31

32 Tecnologie Digital Subscriber Line: Bit-Rate vs lunghezza di linea Bit-rate (Mbit/s) VDSL2 (profilo 30 MHz) 100Mbit/s VDSL2 (profilo 17 MHz) 70Mbit/s VDSL2 (profilo 12 MHz) 50Mbit/s ADSL2+ 20Mbit/s ADSL2 12Mbit/s ADSL 6Mbit/s ADSL 2Mbit/s HDSL 2cp DSL (160kbit/s) Lunghezza linea (km) I valori di prestazioni sono puramente indicativi 32

33 Scenario di deployment in accesso con ADSL, ADSL2+, VDSL2 ADSL/ADSL2+/VDSL2 ADSL2/2+ VDSL2 OLT Wless < ~1000 m FTTEx ADSL/ADSL2+ > ~1000 m VDSL ONU FTTCab ADSL/ADSL2+/VDSL2 VDSL2 CPE ADSL/2+ per i clienti BB <8-10 Mbps garantiti (fino a ~1.7 km) VDSL2 da Exchange per clienti BB ~25 Mbps garantiti < ~750 m da C.O. VDSL2 da Cabinet/Building per clienti BB ~25 Mbps gar. > ~750 m da C.O. Supporto interfacce Wireless da C.O. La scelta del tipo di architettura dipende dalla valutazione dei costi e delle opportunità nei diversi contesti (telealimentazione?) VDSL ONU FTTB 33

34 Prestazioni di architetture ADSL e FTTx Central Office Cabinet MDU Casa Tecnologia Banda CO xdsl m ADSL Mbps FTTCab OLT ONU xdsl m VDSL2 Profili 12 e 17MHz M FTTB OLT ONU xdsl m VDSL2 Profilo 30 MHz M FTTH OLT GPON Fibra >100 Mbps 34

35 Punti di attenzione L impiego di tecnologie innovative e di nuove architetture comporta: Dispiegamento fibra in accesso Uso di apparati attivi al cabinet Uso di sistemi di permutazione automatica al cabinet Uso di tecniche evolute per l alimentazione del cabinet (es. TAL) Definizione di regole chiare per abilitare la convivenza di sistemi da centrale e sistemi da cabinet/building FTTCab FTTB Central Office Cabinet MDU Casa CO FTTH xdsl OLT OLT OLT xdsl ONU m m xdsl ONU m Necessari forti investimenti 35