DIGITAL TRANSFORMATION DELLE RETI DI TRASPORTO FOTONICHE - Telecom ...
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44 notiziariotecnico anno 28 2/2019 45 Intelligenza ed momento del guasto e notificando ration per reinstradare il traffico a DIGITAL TRANSFORMATION Automazione nelle reti di trasporto all’operatore le scelte implementa- te. fronte di guasti di rete. In parallelo, le innovazioni nelle DELLE RETI DI Le reti sviluppate negli anni a se- tecnologie del trasporto fotonico La progressiva introduzione del con- guire sono state caratterizzate hanno ampliato le funzionalità di- cetto di intelligenza in rete gioca un da un’ulteriore evoluzione che ha sponibili a livello di apparati e rete TRASPORTO FOTONICHE ruolo chiave nel percorso evolutivo; comportato la distribuzione tota- ed utilizzabili dal Piano di Controllo, tale processo è iniziato con lo svi- le dell’intelligenza (sempre intesa abilitando il cammino verso l’Auto- luppo delle funzionalità tipiche del come capacità di prendere decisioni mation e la Digital Transformation. piano di controllo e raggiungerà la in modo autonomo) nei singoli ap- Patrizia Andreozzi, Sergio Augusto, Valentina Brizi, Andrea de Carolis sua massima espressione con il ma- parati, passando da un’architettura chine learning, grazie al quale le reti semidistribuita ad un’architettura Negli ultimi anni, le tecnologie e le funzionalità della rete di trasporto di avranno un maggior grado di auto- completamente distribuita. Kaleidon 2 evolution nomia, portando a completamento Tale architettura è infatti presente TIM sono significativamente cambiate per far fronte alle nuove esigenze del il processo di Digital Transformation nelle reti di backbone kosmos, ka- Kaleidon 2 evolution è il nuovo mercato, che ha visto l’evolversi dei servizi proposti e la crescita esponenziale ed Automation anche nell’ambito leidon e nell’ultima nata kaleidon backbone fotonico nazionale; è dei volumi di traffico. delle piattaforme trasmissive. 2 evolution, sviluppate a partire dal una rete con architettura a ma- Il processo evolutivo è stato ed è tuttora guidato dalla possibilità di sfruttare Già nel 2004 la rete di backbone 2009; in queste reti l’intelligenza glia, progettata per il trasporto di i vantaggi offerti dalle nuove tecnologie al fine di rendere le reti in grado SDH Phoenix utilizzava un piano (ovvero il piano di controllo) è uti- canali ottici con bit rate maggiore di adattarsi rapidamente all’evoluzione del traffico e sempre maggiormente di controllo semidistribuito in gra- lizzata per effettuare il provisioning del 100 Gbit/s e realizzata con nodi efficienti e flessibili, massimizzando l’utilizzo delle risorse ed ottimizzando do di realizzare il reinstradamento dei servizi e per implementare mec- ROADM. gli investimenti, automatizzando alcune funzionalità fondamentali. automatico dei servizi a fronte di canismi di resilience, come la resto- guasti di rete o per azioni manuten- tive, calcolando automaticamente il percorso migliore disponibile nel
46 notiziariotecnico anno 28 2/2019 47 I nodi della rete hanno le innovati- nazionali Figura 1, è SDN ready ed ROADM Colorless e Directionless e Directionless: possibilità di instra- no con bit rate @200 Gbit/s ed è in L’evoluzione ve funzionalità di Colorless, Direc- abilitante per l’integrazione IP su progettata per il trasporto di lam- dare e reinstradare le lunghezze grado di supportare, senza alcuna delle tecniche di tionless, Contentionless e Flexgrid. Ottico e per l’evoluzione verso l’Au- bda @40 e 100 Gbit/s. Complessiva- d’onda da e verso qualsiasi direzio- modifica all’hardware attualmente modulazione: come La rete, il cui sviluppo è partito nel tomation. mente ad oggi sulle due piattaforme ne. installato, canali ottici con bit rate avvicinarsi al limite di 2017, prevede a regime una co- Kaleidon 2 evolution si affianca alla sono attivi circa 40 Tbit/s di banda, Contenctionless: possibilità di uti- superiori. Shannon pertura di oltre 16.000 chilometri precedente piattaforma fotonica, ka- utilizzata per le esigenze infrastrut- lizzare la stessa lunghezza d’onda Con le attuali release in esercizio in di fibra, collegando più di 60 POP leidon, realizzata a sua volta con nodi turali (Backbone IP) e per i servizi di più volte sullo stesso nodo. rete si raggiungono prestazioni con- Il processo evolutivo delle reti di tra- connettività pregiata offerti dalle Di- Flexgrid: possibilità di utilizzare siderevoli dal punto di vista della sporto, come detto, è abilitato dal- rezioni commerciali. lo spettro in modo flessibile (non capacità per singola lambda in fun- la possibilità di sfruttare i vantaggi I nuovi nodi ROADM rappresenta- più solo con passi di 50GHz come zione della distanza; in particolare offerti dalle nuove tecnologie per no l’evoluzione del classico sistema sui sistemi DWDM classici) in fun- si riescono a realizzare canali otti- massimizzare l’utilizzo delle risor- DWDM, tipicamente punto – pun- zione del formato di modulazione ci @100 Gbit/s (con modulazione se e, nel caso specifico, l’efficienza to, verso un nodo multidirezionale utilizzato. Tale feature consente di QPSK) su distanze fino a 1800 km e trasmissiva. Nei sistemi DWDM la (multidegree) che costituisce l’ele- attivare canali ottici con bit rate canali ottici @200 Gbit/s (con mo- capacità si incrementa agendo su 3 mento cardine di una rete con ar- maggiori del 200 Gbit/s su lunga dulazione 8QAM) su distanze fino variabili, non indipendenti tra loro e chitettura magliata. distanza. a 800 km senza necessità di intro- legate dal teorema di Shannon: di- I nodi ROADM della rete kaleidon 2 Con questi elementi si realizza una durre rigenerazione 3R [nota 1] in- stanza, bit rate del singolo canale e evolution sono caratterizzati, come rete fotonica avente il massimo gra- termedia. numero di canali per singola coppia detto, dalle seguenti funzionalità: do di flessibilità e scalabilità e future Il Piano di Controllo si basa su una di fibre Figura 2. Colorless: possibilità di utilizzare in proof. suite di applicazioni GMRE istan- Mentre sussiste ancora un limite modo flessibile le lunghezze d’onda, Ciascuna sezione di rete (ramo) è ziate sui singoli nodi di rete che im- fisico relativo al numero massimo non più in modalità prefissata e ri- progettata per supportare fino ad plementano i paradigmi di una rete di canali trasportabili sulla singola gida. 80 canali ottici (lambda), ciascu- WSON. coppia di fibre ottiche, legato alle caratteristiche intrinseche delle at- tuali fibre in esercizio ed alla por- zione di spettro utilizzabile per le 1 2 Grafo della rete kaleidon 2 La capacità dei sistemi DWDM e il limite di Shannon trasmissioni DWDM (banda C) [nota evolution 2], tramite i formati di modulazio- Single-carrier interfaces and WDM Capacities Capacità per Pb/s 1 singolo canale Limite di Shannon: bit Fundamental Shannon limits (estimates) (bit rate) rate massimo di un 100 canale con larghezza di banda spedificata in presenza di rumore 10 Pratical technology limits Tb/s Distanza WDM ch s 1 ty aci cap 100 M # canali WD e rat e Gb/s c ce fa 10 fa Limite fisico: ter r te -I in in caratteristiche della fibra Per r te u e banda utilizzabile Ro 1 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010 2014 2018 2022
48 notiziariotecnico anno 28 2/2019 49 e relative implementazioni di ma- modello matematico adattato al per dare la possibilità al piano di chine learning aprono la strada a contesto di rete in modo dinamico controllo di reagire modificando scenari evolutivi estremamente in- senza richiedere una specifica attivi- tempestivamente lo stato della rete teressanti. tà di programmazione Figura 5. senza la necessità di un intervento Una tra le applicazioni più promet- Il vantaggio introdotto dall’intelli- manuale Figura 6. tenti è la possibilità di generare genza artificiale è notevole perché il Un’altra applicazione promettente è previsioni sullo stato futuro della modello matematico può essere co- la possibilità di ottimizzare l’utilizzo rete. Le informazioni di telemetria struito dai dati ed adattato al caso delle risorse (fibre e canali) già dalla estratte dai nodi di rete vengono reale. Una volta individuata la con- fase di progettazione. processate in tempo reale per mez- dizione da correggere (in anticipo ri- Le regole tradizionali di progetta- zo di specifici modelli matematici spetto ad un problema o un guasto zione delle reti fotoniche prevedono che vengono continuamente adde- che sarebbe comunque gestito nel infatti di considerare un margine di strati con le serie storiche dei dati piano di controllo della rete) inter- fine vita (EoL) - tipicamente 3 dB – 3 di rete: tali elaborazioni consentono viene la Network Automation che cautelativo rispetto ad eventuali Modulazioni discrete vs. PCS di estrarre dai dati sia le anomalie svolge un ruolo fondamentale: quel- interventi di manutenzione, ai feno- rate fino a 100 Gbit/s ma si riducono 25% al 65%; per questo motivo la sia i trend temporali, costruendo un lo di chiudere l’anello di feedback meni di invecchiamento della fibra e ne e l’utilizzo di elaborate tecniche drasticamente per bit rate più ele- PCS si sta affermando tra i principali dei componenti fotonici (laser, am- di elaborazione del segnale (FEC e vati. La nuova tecnica di modulazio- vendor del mercato ottico come la plificatori) che potrebbero verificarsi DSP) è possibile agire sulla distan- ne PCS (Probabilistic Constellation tecnica di riferimento da implemen- nel corso della vita utile della rete za e sul bit rate per singolo canale Shaping) è invece una tecnica adat- tare all’interno dei propri apparati al impattando sulla qualità dei servizi ottico. tativa: ottimizza il bit rate per la di- fine il raggiungimento di prestazioni attivi. In fase di progettazione si tie- Le tecniche di modulazione utiliz- stanza Figura 4 necessaria in modo ULH anche con bit rate maggiori del ne inoltre conto del pieno carico, ov- zate fino ad oggi (On/Off o di Fase, flessibile, sagomando il segnale tra- 200 Gbit/s. vero del massimo numero di canali quali QPSK, QAM) garantiscono per- mite un utilizzo con probabilità non che potrebbero essere attivato sulla formance ottime a distanze prefis- uniforme dei punti della costellazio- sate, con passi quindi discreti Figura ne [nota 3]. 3. Le prestazioni raggiungibili sono Il guadagno raggiungibile rispetto ottime, in termini di distanza, per bit alle modulazioni discrete varia dal L’evoluzione verso la completa Automation 5 e la Digital Architettura Health & Analytics 600 G Transformation per la rete di trasporto 550 G Le opportunità offerte dalle nuove tecnologie fotoniche in combina- 500 G zione all’evoluzione degli algoritmi Capacity 450 G 400 G 4 La tecnica adattativa PCS: distanza vs. capacità Distance
50 APPROFONDIMENTO notiziariotecnico anno 28 2/2019 APPROFONDIMENTO 51 Segue B Modello Open Line System PRIMI PASSI VERSO LA DISAGGREGAZIONE: ALIEN LAMBDA Uno dei primi punti fonda- mentali emersi per consentire una corretta gestione delle alien lambda ed una chiara attribuzione delle responsa- bilità tra i due vendor è l’indi- viduazione del demarcation point tra l’infrastruttura ospi- tante e la lambda aliena. Nel sergio.augusto@telecomitalia.it, roberto.dagnese@telecomitalia.it Open Line System, che prevede la disaggregazione del- caso di kaleidon 2 evolution tale funzionalità è fornita le sole schede transponder. da una specifica scheda, che permette il riconoscimen- L’approccio OLS consente di mettere in competizione la to del canale alieno da parte del sistema di gestione. componente di hardware che impatta circa l’80% sugli I field trial hanno coinvolto i principali vendor del com- investimenti complessivi associati ad una rete fotonica parto ottico (Coriant, Ciena, Infinera, Cisco, Huawei, ed è sostenibile dal punto di vista operativo e processivo. Adva e Fujitsu) e sono stati effettuati sulle dorsali Tale modello consente inoltre di massimizzare le presta- Roma – Milano, utilizzando percorsi su un range varia- Storicamente le reti fotoniche Considerando anche la matu- zioni trasmissive, selezionando le tecnologie con presta- bile dai 750 km ai 1550 km. sono realizzate in modo mono- rità tecnologica delle varie op- zioni migliori, senza impattare sull’architettura di rete. In tutti i field trial effettuati i risultati sono stati estre- litico per motivi di interlavoro zioni, nell’ambito della rete di Dalla seconda metà del 2018 è stata avviata una campa- mamente positivi sia dal punto di vista trasmissivo tra le varie componenti e com- trasporto nazionale si ritiene gna di field trial per indagare a livello tecnologico la reale [nota 4] che dal punto di vista gestionale, conferman- patibilità del piano di controllo. molto interessante il modello possibilità di implementare sulla rete kaleidon 2 evolution do l’applicabilità della soluzione e la validità del mo- Negli ultimi anni si sta sempre il modello disaggregato di tipo Open Line System. dello OLS ■ più affermando il tema della disaggregazione, ovvero la possibilità di scorporare le C varie componenti hardware e software che costituisco- Controller Demarcation Point no una rete al fine di massimizzare i benefici in termini di competizione tra i vendor e flessibilità nell’interlavo- ro multivendor. Il tradeoff è nella complessità e nelle prestazioni; in estrema sintesi, maggiore è il grado di disaggregazio- OT OT ne, maggiore è la complessità operativa e (nel caso delle reti fotoniche) maggiori sono i compromessi a li- ROADM ROADM vello prestazionale. OT OT OT ? ? OT A Disaggregazione vs. complessità demarcation demarcation Continua
52 notiziariotecnico anno 28 2/2019 APPROFONDIMENTO 53 6 Manutenzione predittiva automatica ROADM 550 GBIT/S ROADM In questo contesto, l’utilizzo del Input Node Cloud per la raccolta, l'archiviazione e l’elaborazione delle informazioni PRIMATO EUROPEO ROADM ROADM svolge un ruolo fondamentale per ROADM consentire la necessaria reattività e capacità di calcolo di cui un sistema Output Node di feedback continuo ha bisogno. Il ROADM processo che coinvolge il Cloud deve valentina.brizi@telecomitalia.it, mauro.piazza@telecomitalia.it infatti avvenire in tempo reale, per garantire agli algoritmi di Intelligen- Nel mese di aprile si è concluso con successo il field trial della forma 1830 PSS che consente di aumentare la capacità della Early Identification -> Proactive Rerouting Trigger za Artificiale e di Machine Learning nuova soluzione di trasporto ottico Nokia PSE-3s (Photonic rete grazie alla nuova modulazione PCS (Probabilistic Con- Digging Start di produrre un risultato che con- Service Engine 3) sulla rete di trasporto nazionale kaleidon 2 stellation Shaping). SOP -1s senta una immediata risposta della evolution. Il field trial si è svolto andando ad impegnare tratte Nel corso del trial sono stati realizzati collegamenti con le rete. reali di fibra ottica e apparati in esercizio. seguenti prestazioni: Grazie alle nuove piattaforme di Il prodotto Nokia PSE-3s è il primo DSP che implementa l’in- • Lambda @300 Gbps su una distanza di 1750 km (Roma- virtualizzazione e cloudificazione di novativa tecnologia fotonica “super-coerente” sulla piatta- Milano-Roma) ~60s Time dati, servizi e software, anche i tem- • Lambda @400 Gbps su una pi di latenza dovuti allo scambio di distanza di 900 km (Roma- Loss of Power -> Reactive Rerouting Trigger informazioni possono essere sensi- Milano) bilmente ridotti e la flessibilità del- • Lambda @550 Gbps su una la rete può raggiungere il massimo distanza di 350 km (Roma- rete al fine di poter gestire la cresci- e gli algoritmi di intelligenza artifi- delle sue capacità. Firenze). ta del numero dei canali. ciale, in combinazione con le nuove La prestazione @550 Gbps rappre- Tali regole rigide e cautelative hanno modulazioni adattive (in grado di senta un risultato importante per quindi un effetto fin dal primo giorno ottimizzare lo schema di modula- TIM e fissa un primato assoluto per di vita della piattaforma, andando zione in base allo stato effettivo del Conclusioni un operatore di rete italiano, apren- ad impattare pesantemente sulle canale di trasmissione) sarà possibi- do la strada per i 600 Gbps e oltre ■ massime prestazioni trasmissive ot- le costruire la rete sfruttandone al Il 5G, Big Data, le piattaforme tenibili. Statisticamente però il dete- massimo la capacità senza necessi- di gaming online e l'Internet of rioramento delle fibre e dei compo- tà di introdurre a priori margini cau- Things avranno un impatto sul nenti non coinvolge tutte le risorse di telativi Figura 7. traffico, sia in termini di volume una rete ma un sottoinsieme di esse, I meccanismi di monitoraggio ed che di dinamicità, a tassi senza così come il traffico può crescere di- elaborazione dovranno essere abili- precedenti. Per soddisfare in modo versamente da come previsto. tati e controllati tramite l’imposta- efficiente questi requisiti impegna- Abilitando il monitoraggio predittivo zione di soglie che, di volta in volta, tivi le reti ottiche devono essere per mezzo di tool di pianificazione segnaleranno eventuali variazioni più reattive ai cambiamenti che che sfruttino i dati in tempo reale dei parametri di riferimento. incidono sul traffico e sullo sta-
54 notiziariotecnico anno 28 2/2019 55 7 Note Ottimizzazione continua delle [1] La rigenerazione 3R (Re-shaping, Re-timing e Re – singola coppia rete amplifying) ricrea dal segnale ottico i «bit elettrici» e li [3] Il diagramma di costellazione è la rappresentazione gra- riconverte poi in ottico fica dei simboli ricevuti in un certo intervallo di tempo. [2] Di recente sono emerse sul mercato soluzioni per [4] I field trial sono stati condotti in condizione di rete idea- sistemi DWDM che utilizzano anche la banda L, raddop- le: inizio vita e pochissimi canali attivi piando in tal modo il numero di canali trasportabili su Patrizia Andreozzi patrizia.andreozzi@telecomitalia.it to della rete stessa. L’intelligenza delle reti trasmissive, che dovran- citazioni impulsive introdotte dalle laureata in Ingegneria Informatica presso l’Università Roma Tre nel 2003. artificiale avrà un ruolo decisivo no essere in grado di prevedere, nuove esigenze di Quality of Expe- Inizia il suo percorso in Telecom nel 1997 nell’ambito degli apparati trasmissivi e cavi e dal 2003 approda al Provisioning, prima in qualità di Specialista, poi di coordinatore del Centro Nazionale Provisioning di Roma ed nell’aumentare il grado di “agilità” anticipare ed adattarsi alle solle- rience e Quality of Service ■ infine di riferimento per gli OSS della funzione per le attività di Guidelines. Nel 2018 entra nella linea di Ingegneria IP Core, occupandosi - tra l’altro - dei progetti per l’introduzione delle cache di Netflix e Google nei PoP OPB/NGCN. Dal 2019, sempre nell’ambito della Network & Services Engineering - IP, Transport & SDN Network, si occupa Reference anche della OSS Transformation per i tool di progettazione di Rete, dell'inserimento in rete di nuove tecnologie, di Network Automation e Digital Transformation, collabora a progetti di ricerca con le Università dell’Aquila e di Firenze e cura la comunicazione interna della funzione [1] “L’evoluzione della trasmissione ottica” di S. Augusto, A comprehensive survey”, Optical Switching and Net- V. Brizi, R. Tavilla, Notiziario Tecnico di Telecom Italia, working, Volume 28, April 2018, Pages 43-57 Sergio Augusto sergio.augusto@telecomitalia.it Anno 18, Nr. 1, Aprile 2009 [6] “Pre-emptive detection and localization of failures diplomato in Telecomunicazioni presso l’Istituto Tecnico G. Vallauri di Roma nel 1982. Assunto in SIP nel 1983 si è occupato di valutazioni tecnico-economiche di nuove tecnologie nella rete trasmissiva a lunga distanza [2] “A Mathematical Theory of Communication” by C. E. towards marginless operations of optical networks”, presso la Linea Centrale Pianificazione. SHANNON, The Bell System Technical Journal, Vol. 27, 20th International Conference on Transparent Optical Dal 1990 si è occupato di nuove tecnologie e sistemi per la rete di accesso a larga banda presso la Linea Centrale Tecnologie ed Architetture. pp. 379–423, 623–656, July, October, 1948 Networks (ICTON), 2018 Dal 1997 opera nel gruppo di Ingegneria dove ha seguito le attività di testing, redazione specifiche e norme [3] “Flexible optical transmission close to the Shannon limit [7] “Proactive Fiber Damage Detection in Real-time Cohe- tecniche delle tecnologie utilizzate nelle reti di backbone trasmissivo phoenix, kosmos, kaleidon e kaleidon 2 evolution. by probabilistically shaped QAM”, Nokia Bell Labs, 2017 rent Receiver” di F.Boitier, V. Lemair, J. Pesic, L. Chavarri, Attualmente è nella funzione Network & Services Engineering - IP, Transport & SDN Network Optical Fiber Communications Conference and Exhibi- P. Layec, S. Bigo, E. Dutisseuil; https://ieeexplore.ieee. tion (OFC) org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8346077 Valentina Brizi valentina.brizi@telecomitalia.it [4] https://www.telecomitalia.com/tit/it/archivio/media/ [8] “Marginless Operation of Optical Networks”, Journal of laureata in Ingegneria delle Telecomunicazioni presso l’Università La Sapienza di Roma nel 1998. Nello stesso anno ha iniziato a lavorare in Telecom Italia nella sede di Direzione Generale in Roma, nell’area di Sviluppo note-stampa/market/2019/TIM-Nokia-290519.html Lightwave Technology, Vol. 37, Issue 7, pp.1698-1705, della Rete di Trasporto ed ha seguito lo sviluppo della prima rete SDH di lunga distanza e dei primi sistemi [5] “Artificial intelligence (AI) methods in optical networks: 2019 DWDM in Italia. Nella linea di Ingegneria ha continuato poi ad occuparsi delle attività di industrializzazione degli apparati e relativi sistemi di gestione utilizzati nella Rete di Trasporto Nazionale (SDH, WDM, OTN). Dal 2013 gestisce il progetto Transport Core, con la responsabilità di assicurare lo Scouting, l’Engineering ed Acronimi il Testing delle tecnologie utilizzate nel Backbone trasmissivo di TIM, nelle reti kaleidon, kosmos, kaleidon 2 evolution e successive evoluzioni. E’ autrice e co-autrice di diversi articoli tecnici e contributi pubblicati su riviste scientifiche internazionali o presentati a workshop e conferenze internazionali. Attualmente è nella funzione Network & Services BoL Begin of Life QAM Quadrature Amplitude Modulation Engineering - IP, Transport & SDN Network DSP Digital Signal Processing QoS Quality of Service DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing QPSK Differential Quadrature Phase Shift Keying Andrea de Carolis andrea.decarolis@telecomitalia.it EoL End of Life ROADM Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer laureato con lode in Ingegneria delle Telecomunicazioni presso l’Università La Sapienza di Roma nel 1999, FEC Forward Error Correction RTN Rete di Trasporto Nazionale ricercatore presso Agenzia Spaziale Europea, CoRiTel, CNIT e Università di Perugia è in Telecom Italia dal 2001. Ha lavorato in diverse funzioni sempre nell'ambito dell'ingegneria di Rete di Telecom Italia prima nella GMPLS Generalized Multi Protocol Label Switching SDH Synchronous Digital Hierarchy divisione Network Services della Rete, poi in Innovation & Engineering di Technology passando da TI-lab e GMRE GMPLS Routing Engine SDN Software Defined Network successivamente in TIM. Lavora nella funzione Network & Services Engineering - IP, Transport & SDN Network, dove svolge il ruolo di "Network System Integrator" per la Rete Corporate occupandosi dell'industrializzazione OLS Open Line System ULH Ultra Long Haul dei componenti di rete, dell'integrazione delle attività del team nel contesto dei processi aziendali, della PCS Probabilistic Constellation Shaping WSON Wavelength Switched Optical Network. OSS Transformation per i tool di progettazione di Rete, dell'inserimento in rete di nuove tecnologie e della comunicazione interna della funzione http://www.telecomitalia.com/tit/it/notiziariotecnico/presentazione.html
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