Reti di convergenza
Le odierne reti di trasporto basate su TDM sono state progettate per fornire un livello garantito di prestazioni e affidabilità per i servizi voce e di linea basati predominanti. Tecnologie comprovate, come SDH, sono state ampiamente implementate, fornendo trasporto ad alta capacità, scalabile a velocità gigabit al secondo, per applicazioni voce e linea affittata. Gli anelli di riparazione automatica SDH consentono il ripristino a livello di servizio entro decine di millisecondi a seguito di errori di rete. Tutte queste caratteristiche sono supportate da standard globali ben consolidati che consentono un alto grado di interoperabilità multivendor.
Rete di oggi
Contrariamente alle odierne reti di trasporto basate su TDM (e, in una certa misura, con le reti ATM), le reti IP "best-effort" generalmente mancano dei mezzi per garantire alta affidabilità e prestazioni prevedibili. Il miglior servizio fornito dalla maggior parte delle reti IP legacy, con ritardi imprevedibili, jitter e perdita di pacchetti, è il prezzo pagato per ottenere il massimo utilizzo del collegamento attraverso il multiplexing statistico. L'utilizzo dei collegamenti (ad esempio il numero di utenti per unità di larghezza di banda) è stato un'importante figura di merito per le reti di dati, poiché i collegamenti sono solitamente effettuati su circuiti affittati attraverso la rete di trasporto TDM.
Data la natura intrinsecamente instabile del traffico di dati, i tubi a larghezza di banda fissa del trasporto TDM potrebbero non essere una soluzione idealmente efficiente. Tuttavia, questa inefficienza è stata tradizionalmente considerata di minore importanza rispetto all'affidabilità della rete e alle caratteristiche di isolamento dalla congestione di un provider di rete di trasporto basato su TDM.
La crescente domanda di ampia larghezza di banda e servizi di dati differenziati sta ora sfidando questo modello a doppia architettura di trasporto basato su TDM e reti di pacchetti best-effort. Non è conveniente estendere l'utilità di un networking best-effort eseguendo un over provisioning della larghezza di banda della rete e mantenendo la rete leggermente caricata.
Inoltre, questo approccio non può essere sempre raggiunto o garantito a causa della crescita irregolare della domanda, ed è un problema particolare per il dominio di accesso alla rete, che è più sensibile ai vincoli economici delle strutture sottoutilizzate. Di conseguenza, in generale, i fornitori di servizi dati oggi non dispongono del supporto dell'infrastruttura di rete per fornire garanzie di servizio differenziate specifiche per il cliente e corrispondenti accordi sul livello di servizio.
Rete di nuova generazione
Le architetture di rete di prossima generazione per un'evoluzione conveniente, affidabile e scalabile utilizzeranno sia la rete di trasporto che i livelli di servizio avanzati, lavorando insieme in modo complementare e interoperabile. Queste reti di nuova generazione aumenteranno notevolmente e condivideranno al massimo la capacità dell'infrastruttura di rete dorsale e forniranno una differenziazione dei servizi sofisticata per le applicazioni dati emergenti.
La rete di trasporto consente ai livelli di servizio di operare in modo più efficiente, liberandoli dai vincoli della topologia fisica per concentrarsi sulla sfida sufficientemente ampia di soddisfare i requisiti del servizio. Quindi, a complemento dei numerosi miglioramenti a livello di servizio, la rete di trasporto ottico fornirà un livello unificato e ottimizzato di gestione della larghezza di banda ad alta capacità e affidabilità e creerà le cosiddette soluzioni di rete di dati ottici per servizi dati di capacità superiore con qualità garantita.
Networking di trasporto ottico: una visione pratica
Le visioni delle reti ottiche hanno catturato l'immaginazione dei ricercatori e dei pianificatori di rete, sin dalla rapida e riuscita commercializzazione di WDM. Nella visione originale della rete di trasporto ottica, emerge una rete di trasporto flessibile, scalabile e robusta, che soddisfa una varietà in espansione di segnali client con requisiti di servizio altrettanto vari (flessibilità, scalabilità e capacità di sopravvivenza abbinate a velocità di trasmissione e indipendenza dal protocollo).
La promessa di un'infrastruttura di trasporto in grado di soddisfare la crescente richiesta di larghezza di banda fino a questo nuovo secolo, in cui le lunghezze d'onda sostituiscono le fasce orarie come mezzo per fornire un trasferimento affidabile di servizi ad alta larghezza di banda attraverso la rete, è davvero allettante. Ma cos'è il networking ottico? La risposta varia notevolmente e in effetti si è evoluta negli ultimi anni. I primi tentativi di networking ottico si sono concentrati su una trasparenza ottica e sulla progettazione di reti otticamente trasparenti su scala globale.
Soluzione pratica
In assenza di soluzioni "completamente ottiche" praticabili, soluzioni più pratiche per il networking ottico soddisfano la necessità di optoelettronica per supportare la rigenerazione del segnale ottico e il monitoraggio delle prestazioni del segnale ottico. In quella che viene definita rete completamente ottica, i segnali attraversano la rete interamente nel dominio ottico, senza alcuna forma di elaborazione optoelettronica. Ciò implica che l'intera elaborazione del segnale, inclusi la rigenerazione del segnale, l'instradamento e lo scambio di lunghezze d'onda, avvenga interamente nel dominio ottico.
A causa dei limiti dell'ingegneria analogica (ad esempio, il fattore limitante in un sistema digitale progettato correttamente è una precisione della conversione della forma d'onda del messaggio analogico originale in forma digitale) e considerando l'attuale stato dell'arte nella tecnologia di elaborazione completamente ottica , la nozione di reti ottiche globali o addirittura nazionali non è praticamente raggiungibile.
In particolare, può essere necessaria la conversione optoelettronica negli elementi di rete opto per prevenire l'accumulo di disturbi di trasmissione - disturbi che derivano da tali fattori: aree di dispersione cromatica e non linearità della fibra, cascata di amplificatori flat-gain non ideali, diafonia del segnale ottico, e restringimento dello spettro di trasmissione da filtri non piatti in cascata. La conversione optoelettronica può anche supportare lo scambio di lunghezze d'onda, che è attualmente una caratteristica impegnativa da realizzare in tutto il dominio ottico.
In breve, in assenza di dispositivi disponibili in commercio che eseguono la rigenerazione del segnale per mitigare l'accumulo di danni e supportare la conversione della lunghezza d'onda nel dominio completamente ottico, ci si dovrebbe aspettare qualche misura di conversione optoelettronica nelle architetture di rete ottica pratica a breve termine. Le architetture di rete ottiche risultanti possono essere caratterizzate da sottoreti otticamente trasparenti (o completamente ottiche), delimitate da optoelettronica con funzionalità avanzate, come mostrato nella figura sopra.
Trasparenza del segnale del cliente
Oltre all'ingegneria della rete analogica, le considerazioni pratiche continueranno a governare la realizzazione finale dell'OTN. Fondamentale tra queste considerazioni è il desiderio dell'operatore di rete di un alto grado di trasparenza del segnale del cliente all'interno della futura infrastruttura di trasporto.
Cosa si intende per "trasparenza del segnale del cliente"? In particolare, per la serie desiderata di segnali client destinati al trasporto sull'OTN, vengono definite mappature individuali per trasportare questi segnali come carichi utili dei segnali del server del canale ottico (OCh). I segnali previsti nell'OTN includono segnali SDH e PDH legacy e traffico basato su pacchetti come protocollo Internet (IP), ATM, GbE e Ssimple Ddata Llink (SDL). Una volta che un segnale client è stato mappato nel segnale del server OCh all'ingresso dell'OTN, un operatore che distribuisce tale rete non ha bisogno di avere una conoscenza dettagliata del (o accesso a) il segnale client, fino a quando non viene demappato all'uscita dalla rete.
I punti di ingresso e uscita della rete ottica dovrebbero delimitare il dominio della trasparenza del segnale del client OTN. Pertanto, il fattore più importante per realizzare la trasparenza del segnale del cliente è eliminare tutte le apparecchiature e l'elaborazione specifiche del cliente tra i punti di ingresso e di uscita OTN. Fortunatamente, è più facile accettare apparecchiature dipendenti dal client in ingresso / uscita, poiché sono generalmente dedicate in base al servizio.
Reti di trasporto ottico tramite wrapper digitali
L'uso diffuso della tecnologia DWDM ha presentato ai fornitori di servizi una nuova sfida: come gestire in modo conveniente il numero crescente di lunghezze d'onda per fornire servizi veloci e affidabili ai loro clienti finali. Per gestire efficacemente la lunghezza d'onda o gli OCh, è necessario che le reti ottiche supportino per lunghezza d'onda o le funzioni di operazioni, amministrazione e manutenzione (OAM) a livello di OCh.
ITU (T) Rec. G872 definisce alcune funzionalità per OAM a livello OCh implementate sotto forma di costi generali senza specificare come devono essere sostenuti questi costi generali. Fino ad ora, l'unico modo possibile per supportare la rigenerazione del segnale e per monitorare, analizzare e gestire le OCh (lunghezze d'onda) era affidarsi a segnali e apparecchiature SDH in tutta la rete. Ciò richiede che i segnali su ciascuna delle lunghezze d'onda nel sistema WDM siano formattati SDH.
Un canale ottico (lunghezza d'onda)
Sfruttando i punti di rigenerazione optoelettronica esistenti nei sistemi DWDM, l'idea di utilizzare la tecnologia wrapper digitale fornirà funzionalità e affidabilità simili a SDH, ma per qualsiasi segnale client, portandoci un passo avanti verso la realizzazione della visione originale del networking di trasporto ottico .
La tecnologia Digital wrapper fornisce le funzioni di gestione della rete descritte in ITU (T) Rec. G.872 per abilitare gli OTN. Questi includono il monitoraggio delle prestazioni dello strato ottico, Fforward Eerror Ccorrection (FEC) e la protezione dell'anello e il ripristino della rete in base alla lunghezza d'onda, il tutto indipendentemente dal formato del segnale di ingresso come mostrato nella figura seguente.
L'idea di utilizzare un wrapper digitale (o TDM) per "attorno" al client OCh per supportare l'overhead OCh associato al canale è stata recentemente proposta, ed è stata infatti adottata come base per la definizione di OCh. Questo schema sfrutterà la necessità di rigenerazione OCh per aggiungere ulteriore capacità al client OCh. Ovviamente, una volta che abbiamo un mezzo per aggiungere digitalmente un overhead al segnale del client OCh, ha senso utilizzarlo per supportare tutti i requisiti OAM a livello OCh.
In particolare, l'overhead aggiunto digitalmente rende quasi banale risolvere il principale problema di monitoraggio delle prestazioni dell'OTN, ovvero fornire l'accesso a Bbit Eerror Rrate (BER) in modo indipendente dal client. Inoltre, utilizzando facoltativamente FEC, il metodo del wrapper digitale può migliorare in modo significativo le prestazioni BER del segnale client, riducendo ulteriormente al minimo la necessità di conversione optoelettronica.
Un metodo per migliorare le prestazioni della rete di trasporto è attraverso l'uso di FEC, che è attualmente fornito in alcune apparecchiature. Quindi, un ulteriore vantaggio della tecnica del wrapper digitale è la capacità di supportare facoltativamente FEC per il miglioramento dei margini del sistema.
Struttura del telaio OCh
In termini funzionali, il carico utile OCh e OAM dovrebbero essere separabili dal meccanismo FEC. Ciò consente di trasportare il carico utile e OAM end-to-end attraverso la rete, utilizzando diversi schemi FEC su collegamenti diversi. Un ovvio esempio di dove ciò potrebbe accadere è tra i collegamenti sottomarini e terrestri. Nel primo caso, nuovi codici FEC sono allo studio per la prossima generazione di sistemi.
Figura seguente La figura seguente illustra la struttura del frame di base proposta di OCh e i tipi di funzioni che possono essere svolte nella struttura del frame OCh. Anche se si potrebbe sostenere che questa proposta è incoerente con gli obiettivi a lungo termine di tutte le reti ottiche, non dovremmo aspettarci che la necessità di rigenerazione scompaia.
La distanza tra i punti di rigenerazione continuerà ad aumentare; tuttavia, la necessità di rigenerazione nei punti di trasferimento del segnale rimarrà. Insieme all'uso di Ooptical Ssupervisory Cchannel (OSC) per gestire gli OCh all'interno di sottoreti otticamente trasparenti, i wrapper digitali supporteranno la gestione end-to-end degli OCh (lunghezza d'onda) attraverso OTN nazionali o globali.
La rigenerazione 3R (Reshaping, Retiming e Regeneration) viene fornita mediante conversione ottico-elettrica e viceversa, e la proposta di wrapper digitale ne approfitta. L'immagine cambierebbe se fosse disponibile la rigenerazione 3R completamente ottica? Se la rigenerazione completamente ottica è in grado di aggiungere overhead, l'argomento rimane invariato; cambierebbe solo l'implementazione del rigeneratore.
Se i rigeneratori ottici non sono in grado di aggiungere overhead, la necessità di overhead OChs non scomparirà. ; I rigeneratori ottici aumenterebbero quindi semplicemente la distanza potenziale tra i punti di rigenerazione optoelettronica e il wrapper digitale li attraverserebbe in modo trasparente. Le implicazioni dell'uso di wrapper digitali sull'evoluzione della rete di trasporto ottico possono essere profonde, soprattutto se prese nel contesto delle tendenze della rete di dati.
Scelte dello stack di protocollo
Il protocollo IP è chiaramente il livello di convergenza nelle reti di comunicazione dati odierne ed è prevedibile che negli anni a venire espanderà questo ruolo alle reti multiservizio. L'IP può essere trasportato su un'ampia varietà di protocolli a livello di collegamento dati e infrastrutture di rete sottostanti. Figura seguente La figura seguente mostra alcuni dei possibili stack di protocollo, o mappature, di IP in un'infrastruttura di rete WDM.
Cos'è l'IP su WDM?
Gli stack di protocollo etichettati a, b e d nella figura sopra riportata sono i più comunemente utilizzati oggi. Usano il classico IP su ATM su mappatura SDH come mostrato in Fig (a) ;. pacchetto su SDH (POS) come mostrato in Fig. (b); o il classico e ben esteso IP su Ethernet come mostrato in Fig. (d). I casi (e) e (f) utilizzano Simple Data Link (SDL), un nuovo livello di collegamento dati recentemente proposto come alternativa al POS. Lo stack di protocollo etichettato (c) è un'alternativa al caso (a), in cui lo strato SDH intermedio viene eliminato e viene eseguita una mappatura diretta delle celle ATM in WDM.
Questi diversi stack di protocolli forniscono funzionalità diverse, in termini di overhead della larghezza di banda, scalabilità della velocità, gestione del traffico e QOS. Affermare che una qualsiasi mappatura in particolare rappresenta l'IP su WDM è estremamente falso.
Questa diversità di protocolli a livello di collegamento dati e mappature di IP in diverse infrastrutture di rete sottostanti è uno dei principali punti di forza dell'IP ed è una caratteristica che non scomparirà. Al contrario, è molto probabile che venga proposta una mappatura di protocollo nuova, innovativa e più efficiente per il trasporto di pacchetti IP. Questo è già il caso delle reti a bassa larghezza di banda e bassa affidabilità, e lo sarà anche per le reti ottiche ad alta larghezza di banda e altamente affidabili. Questa visione rientra anche nella visione di "tutto su IP e IP su tutto".