Reti di trasporto ottico di Telecom Italia

GRUPPO TELECOM ITALIA
Reti di trasporto ottico di
Telecom Italia
Marco Schiano
Transport & OPB Innovation
Sommario
Architetture delle reti di trasporto
La rete Phoenix
Il nuovo backbone fotonico
Cenni alla rete di accesso
Architettura generale di una rete di trasporto
Piano di Gestione
Piano di Controllo
Sistema informativo con le seguenti funzioni:
Configurazione manuale dei circuiti e delle protezioni,
Performance Monitoring, Gestione degli alarmi …
Sistema informativo con le seguenti funzioni:
Configurazione automatica dei circuiti e delle protezioni,
Protezione su risorse condivise (restoration), …
Sistema DWDM
Crossconnect
Piano Dati
3
Dimensionamento di una rete di trasporto
►
Determinare
►
►
►
La domanda di traffico con determinate esigenze del servizio trasportato
[protezione (resilience), dinamicità, disponibilità (availability), …]
In presenza dei vincoli e delle scelte progettuali preliminari
►
►
►
Il dimensionamento dei link e dei nodi (quanti sistemi su ogni tratta
interfacce tributarie e di rete, matrice di commutazione, rigeneratori)
Per soddisfare
►
►
La topologia della rete e l’instradamento (routing) delle domande di traffico
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
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
Elementi nel processo di dimensionamento
Domanda di Traffico
(resilience/availability)
Input
Sedi e Cavi
e/o sistemi già installati
Caratteristiche Nodi
(mod. interfacce, matrice)
Caratteristiche Sistemi di linea
(Num. canali, gittata (MTD)*)
Processo di Design
1.
2.
Funzionalità Control plane
(Routing, funz. UNI/NNI, Res.)
Dimensionamento
delle tratte
3.
Routing
Topologia
300 km
4.
OLA and DCF
Local/tributary Wave-length
Design di dettaglio
dei sistemi WDM
5.
Configurazione
dei Nodi
WDM
MUX/
DEMUX
1 2
n
1 2
n
1 2
n
1 2
n
Optical
Amplifiers
Transponder
(Wave-length
covnverter)
Transponder
(Wave-length
covnverter)
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
SWITCH
MATRIX
(optionaly with
ASON
functionality)
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
OEO
O EO
OEO
OEO
OEO
OEO
CONTROL
WDM
MUX/
DEMUX
1 2
1 2
n
n
1 2
Optical
Amplifiers
OXC
*MTD: Maximum Transparency Distance
n
1 2
6
n
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
Schede grigie
Sistema di linea DWDM
EXC
Transponder
►
Rete traslucida (al limite trasparente)
►
►
►
Connessioni instradate in trasparenza
ottica senza conversioni (se possibile)
tributari
Porta di rete
su fibra
Schede colorate
OXC
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, …)
Rigeneratori
Switch ottico (ad es. WSS)
7
Gerarchia di multiplazione nelle reti di trasporto
2.5 G
622 M
10 G
λ @ 100 G
λ @ 40G
λ @ 10G
λ @ 2.5G
OTU4 100 G
OTU3 40G
OTU2 10G
OTU1 2.5G
STM-256 40G STM-64 10G STM-16 2.5G
STM-1/4
SDH
100 G
(in futuro)
OTN λ switch
1 G Eth
40 G
OPACHE TRASPARENTE
155 M
155 M
8
Esempi
Schede grigie SR
2.5 G
155 M
622 M
RETE SDH
Transponder 10 o 40 G, LH (750 km)
300 km
terminale DWDM
560 km
EXC
EXC
EXC
OLA e DCF
DGE (ogni quattro OLA)
560 km max -> LH System (750 km)
2.5 G
10 G
RETE OTN
terminale DWDM
Schede grigie SR
Schede colorate su EXC LH (750 km)
300 km
560 km
EXC
EXC
EXC
OLA e DCF
DGE
λ @ 40 G
λ @ 10 G
RETE TRASPARENTE
Transponders ELH (1500 km)
300 km
560 km
fiber
OXC
Switch ottico
fiber
OXC
OLA e DCF
DGE
OXC
860 km -> ELH System (1500 km)
9
Topologia e collegamenti tra nodi
►
La topologia spesso è assegnata e dipende da
vincoli infrastrutturali o di disponibilità di risorse già
installate
6
5
2
►
►
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
3
1
7
9
10
8
4
Grafo dei cavi di partenza
per la ricerca di una
topologia subottima
13
12
11
14
15
17
18
19
16
20
La topologia si può ridurre manualmente per
tentativi oppure utilizzando algoritmi di
ottimizzazione
22
30
21
31
25
27
►
►
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
29
28
23
32
33
26
34
35
24
36
38
37
10
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
Esempio di matrice di traffico
ESIGENZA
Sede A
Sede Z
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
OPB
Alessandria
Alessandria
Ancona Montagnola
Ancona Montagnola
Bari Dogali
Bari Dogali
Bologna Pallone
Bologna Pallone
Bolzano BG
Bolzano BG
Cagliari CEP
Cagliari CEP
Catania/A
Catania/A
Catanzaro
Catanzaro
Firenze
Firenze
Genova Lagaccio
Genova Lagaccio
Milano Bersaglio
Milano Bersaglio
Milano Malpaga
Piacenza/A
Bologna Pallone
Milano Bersaglio
Milano Malpaga
Roma Sud
Roma Inviolatella
Roma Sud
Roma Inviolatella
Roma Sud
Roma Inviolatella
Milano Bersaglio
Milano Malpaga
Roma Sud
Roma Inviolatella
Roma Sud
Roma Inviolatella
Roma Sud
Roma Inviolatella
Roma Sud
Roma Inviolatella
Milano Bersaglio
Milano Malpaga
Milano Malpaga
Roma Sud
Roma Inviolatella
Roma Sud
Roma Inviolatella
Tipo
collegamento
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
STM64
2008
2009
2010
2011
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
8
8
1
1
1
1
2
8
8
1
1
8
8
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
10
10
1
1
PROTEZIONE
RICHIESTA
LOW
NO
LOW
NO
LOW
NO
LOW
NO
LOW
NO
LOW
NO
LOW
NO
LOW
NO
LOW
NO
LOW
NO
NO
NO
NO
LOW
LOW
12
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
Schema per Quality of Protection (QoP)
DEDICATED
N-Unprotected
ing
k
r
wo
P- Protected
ba
c
DEDICATED
kup
ing
k
r
wo
R- Restored
ba
c
E- Extra-Traffic
kup
SHARED
Network resources
14
Sommario
►
Architetture delle reti di trasporto
La rete Phoenix
Il nuovo backbone fotonico
Cenni alla rete di accesso
15
Struttura Rete Ottica Phoenix
BLZ
UDI
TRE
COM
BGM
MIM
BRE
VEN
PCA
ALE
TOR
struttura di rete a 38
nodi sede di ODXC
TRI
PDS
VRS
MIB
MOD
GEN
Link cluster per raccordo
Link cluster per
rete magliata
RIM
BOP
SAV
FIR
ANC
PIS
PGA
GRO
PES
Direttrici di evoluzione
infrastrutturale
Direttrici di evoluzione
dimensionale
RMI
CIV
FGA
RMS
BAR
NOL
POM
FOR
SAS
NAP
TAR
GAR
Nodi sulla maglia sede di MSH2K
Nodi sui raccordi sede di MSH2K
Nodi intermedi sulla maglia
SAL
ORA
SCA
CTZ
CAG
LAM
SIA
MEA
PAR
LOC
SAA
RCA
CAT
MAZ
16
Caratteristiche generali
►
►
►
Phoenix è una ASTN basata su cross-connect ad alta capacità (80 - 960 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 (80-250 ms)
►
Restoration end-to-end on the fly per guasti successivi al primo (40-50 s)
17
ALCUNI ESEMPI DI FUNZIONAMENTO
►
Il provisioning
►
Il ripristino (primo guasto e secondo guasto)
18
Provisioning di un VC4 path restored
ASTN-M
Protezione a costo
minimo (Dijkstra) ?
F,A, B, C, D
DACON
ACK
Connection
Request
Working: F,E,D
W:F, E, D
A
SG-SDH
B
C
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).
ACK
4)
W: E, D
F
ACK
5) Il path working è attivato
W: D
E
ACK
Il nodo egress (D) inizia il processo di
acknowledge
D
19
Provisioning di un VC4 path restored
ASTN-M
DACON
SG-SDH
P: F,A,B,C,D
ACK
A
ACK
B
ACK
C
Sequenza di eventi:
P: B,C,D
1) SG-SDH invia la richiesta di attivazione
del working path
2) ASTN-M calcola il protection path
P: C,D
ACK
3) ASTN-M inizia la segnalazione del path
working verso il nodo ingress (F).
ACK
P: D 4) Il nodo egress (D) inizia il processo di
acknowledge
P: A,B,C,D
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
Provisioning di un VC4 path restored
ASTN-M
SG-SDH
DACON
A
B
C
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
Il path protection è scelto
e le risorse riservate
ma le cross connessioni
non sono implementate
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 SGSDH
21
Primo guasto:
gli apparati: “sappiamo cosa fare!”
ASTN-M
SG-SDH
DACON
A
Effettua
la xconnessione
B
Effettua
la xconnessione
C
Sequenza di eventi:
Effettua
la xconnessione
Effettua
la xconnessione
1) Guasto sulla tratta ED
2) I nodi D eTF iniziano
la procedura di
min massimo imposto per
segnalazione
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 ≤ Tprotezione ≤ 300 ms
4) ASTN-M viene informato
dell’avvenuto scambio
F
E
D
22
Secondo guasto e successivi:
gli apparati: “ASTN-M pensaci tu!”
P: F,A,E,C,D
ASTN-M
SG-SDH
DACON
Nuova protezione
a costo minimo?
F, A, E, C, D
A
B
Sequenza di eventi:
1) Guasto del nodo B
C
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
Effettua
la xconnessione
Tprotezione ≤ 50 s
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
F
E
D
9) ASTN-M informa SG-SDH
dell’avvenuto switch
23
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
SRLGOPH = 20001
SRLGOMS= (00011, 00012, 00013, 00014)
21001
00011
MSH2K
00012
00013
00014
MSH2K
n° 20
n° 21
21002
10001
RIG
SDH
SRLGRS = 10002
00021
RIG
SDH
SRLGOMS=(00021)
23001
10003
SRLGOMS=(00031, 00032, 00033)
22001
22002
MSH2K
00031
00032
00033
n°23
MSH2K
n° 22
23002
22003
00031
00041
SRLGOMS=(00031, 00041)
24
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 11000
►
►
►
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): 6000
25
Sommario
►
Architetture delle reti di trasporto
La rete Phoenix
Il nuovo backbone fotonico
Cenni alla rete di accesso
26
Sommario
►
Architetture delle reti di trasporto
La rete Phoenix
Il nuovo backbone fotonico
Cenni alla rete di accesso
27
Struttura della rete di accesso in rame
FTTB
FTTCab
FTTEx
28
Consistenza della rete di accesso di TI
►
~ 530.000 km cavi
►
~ 110.000.000 km coppie
►
~ 140.000 Armadi ripartilinea
►
~ 5,5 milioni di Distributori
►
>20 milioni di Clienti
29
Lunghezza della rete di distribuzione nei principali paesi
industrializzati
100
90
Percentuale
80
70
60
50
ITALIA
REGNO UNITO
GIAPPONE
FRANCIA
GERMANIA
U.S.A.
40
30
20
10
0
0
2
4
6
8
10
12
14
Lunghezza (km)
30
VDSL2, ADSL e ADSL2+
US0 DS1
ADSL
0.025
1.1
0.138
ADSL2+
US0 DS1
0.025
2.2
0.138
Band Plan 998
US0
DS1
0.025
0.138
US0
US0
3.75
US2
8.5
5.2
US1
3.75
12 MHz
DS2
US2
8.5
5.2
12
DS3
US3
14
17.6 MHz
Band Plan 998E30
DS1
0.025
0.138
DS2
Band Plan 998E17
DS1
0.025
0.138
US1
VDSL2
3.75
US1
DS2
5.2
US2
8.5
12
US3
14
DS3
US4
21.4
24.9
DS4
30 MHz
31
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
DSL (160kbit/s)
HDSL 2cp
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
Lunghezza linea (km)
I valori di prestazioni sono puramente indicativi
32
Scenario di deployment in accesso con ADSL, ADSL2+,
VDSL2
ADSL/ADSL2+/VDSL2
ADSL2/2+
ADSL/ADSL2+
< ~1000 m
VDSL
ONU
FTTEx
FTTCab
VDSL2
OLT
ADSL/ADSL2+/VDSL2
> ~1000 m
Wless
VDSL2
CPE
VDSL
ONU
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?)
FTTB
33
Prestazioni di architetture ADSL e FTTx
Central Office
MDU
Casa
xDSL
CO
Cabinet
300 - 3500 m
ONU
xDSL
OLT
FTTCab
100 - 700 m
ONU
xDSL
OLT
FTTB
20 - 150 m
OLT
FTTH
Tecnologia
Banda
ADSL2+
0.8-20 Mbps
VDSL2
Profili
12 e 17MHz
20-50 M
VDSL2
Profilo
30 MHz
50-100 M
GPON
Fibra
>100 Mbps
34
Punti di attenzione
L’impiego di tecnologie innovative e di nuove
architetture comporta:
Dispiegamento fibra in accesso
►
Uso di apparati attivi al cabinet
xDSL
ONU
20 - 200 m
FTTH
OLT
Definizione di regole chiare per abilitare la
convivenza di sistemi da centrale e sistemi
da cabinet/building
FTTB
100 - 700 m
OLT
►
Uso di tecniche evolute per l’alimentazione
del cabinet (es. TAL)
Casa
xDSL
ONU
►
Uso di sistemi di permutazione automatica
FTTCab
al cabinet
MDU
300 - 3500 m
OLT
►
CO
Cabinet
xDSL
►
Central Office
Necessari forti investimenti
35