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 trasportoLa rete PhoenixIl nuovo backbone fotonicoCenni alla rete di accesso

3

Architettura generale di una rete di trasporto

Piano di Gestione

Piano di Controllo

Piano Dati

Sistema DWDM

Cross-connect

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), …

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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)

5

Il problema nel suo complesso

► Nel suo complesso è un problema di Topology, Routing and CapacityAssignement, 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 leregole 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)

6

Elementi nel processo di dimensionamento

Domanda di Traffico(resilience/availability)

Sedi e Cavie/o sistemi già installati

Funzionalità Control plane(Routing, funz. UNI/NNI, Res.)

Caratteristiche Nodi(mod. interfacce, matrice)

Caratteristiche Sistemi di linea(Num. canali, gittata (MTD)*)

Topologia

Configurazionedei Nodi

Design di dettagliodei sistemi WDM

Routing

Dimensionamento delle tratte

WDM MUX/

DEMUX

1 2 n

1 2 n

1 2 n

1 2 n

O OEO OEO OEO OE

O OEO OEO OEO OE

O OEO OEO OEO OE

O OE O OEO OEO OE

O OEO OEO OEO OE

O OEO OEO OEO OE

O OEO OEO OEO OE

O OEO OEO OEO OE

1 2 n

1 2 n

1 2 n

1 2 n

Transponder (Wave-length covnverter)

Transponder (Wave-length covnverter)

SWITCH MATRIX

(optionaly withASON

functionality)

CONTROL

Local/tributary Wave-length

WDM MUX/

DEMUX

OXC

Optical Amplifiers

Optical Amplifiers

OLA and DCF

300 km

Input

Processo di Design

1.2. 3.

4.

5.

*MTD: Maximum Transparency Distance

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

► 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, …)

EXC

Schede grigieTributari

Por

te d

i ret

e

Transponder

Sistema di linea DWDM

OXC

tributariPorta di retesu fibra

Schede colorate

Rigeneratori

Switch ottico (ad es. WSS)

8

Gerarchia di multiplazione nelle reti di trasporto

40 G

10 G

2.5 G622 M

155 M155 M

STM-256 40G STM-64 10G STM-16 2.5G STM-1/4

SDH

1 G Eth

100 G(in futuro)

OP

AC

HE

OTNOTU3 40G OTU2 10G OTU1 2.5GOTU4 100 G

λ @ 40G λ @ 10G

λsw

itch

λ @ 2.5Gλ @ 100 G

TRA

SP

AR

EN

TE

9

Esempi

DGE (ogni quattro OLA)

terminale DWDM

EXC

Transponder 10 o 40 G, LH (750 km)

EXC EXC

Schede grigie SR

OLA e DCF

300 km 560 km

-> LH System (750 km)560 km max

155

M62

2 M

2.5

G

RETE SDH

terminale DWDM

EXC

Schede colorate su EXC LH (750 km)

EXC EXC

OLA e DCF

300 km 560 km

Schede grigie SR2.5

G10

G

DGE

RETE OTN

λ@

10

Gλ

@ 4

0 G

OLA e DCF

fiber

Transponders ELH (1500 km)

-> ELH System (1500 km)

OXCfiber

OXCOXC

560 km

860 km

300 km

DGE

Switch ottico

RETE TRASPARENTE

10

Topologia e collegamenti tra nodi

► La topologia spesso è assegnata e dipende da vincoli infrastrutturali o di disponibilità di risorse giàinstallate

► 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

► 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

12 3

4

5

6

7 8

910

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Grafo dei cavi di partenzaper la ricerca di una topologia subottima

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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 continuitàdella lunghezza d’onda e dal limiti trasmissivi e il problema va risolto nel suo insieme: IA-RWARP Impairment Aware – Routing, Wavelength Assignementand Regenerator Placement

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Esempio di matrice di traffico

ESIGENZA Sede A Sede Z Tipo collegamento 2008 2009 2010 2011 PROTEZIONE

RICHIESTAOPB Alessandria Milano Bersaglio STM64 1 LOWOPB Alessandria Milano Malpaga STM64 1 NOOPB Ancona Montagnola Roma Sud STM64 1 1 LOWOPB Ancona Montagnola Roma Inviolatella STM64 1 1 NOOPB Bari Dogali Roma Sud STM64 1 1 1 LOWOPB Bari Dogali Roma Inviolatella STM64 1 1 1 NOOPB Bologna Pallone Roma Sud STM64 1 1 LOWOPB Bologna Pallone Roma Inviolatella STM64 1 1 NOOPB Bolzano BG Milano Bersaglio STM64 1 LOWOPB Bolzano BG Milano Malpaga STM64 1 NOOPB Cagliari CEP Roma Sud STM64 1 LOWOPB Cagliari CEP Roma Inviolatella STM64 1 NOOPB Catania/A Roma Sud STM64 1 1 LOWOPB Catania/A Roma Inviolatella STM64 1 1 NOOPB Catanzaro Roma Sud STM64 1 1 LOWOPB Catanzaro Roma Inviolatella STM64 1 1 NOOPB Firenze Roma Sud STM64 1 1 1 LOWOPB Firenze Roma Inviolatella STM64 1 1 1 NOOPB Genova Lagaccio Milano Bersaglio STM64 1 LOWOPB Genova Lagaccio Milano Malpaga STM64 1 NOOPB Milano Bersaglio Milano Malpaga STM64 2 2 NOOPB Milano Bersaglio Roma Sud STM64 8 8 8 10 NOOPB Milano Malpaga Roma Inviolatella STM64 8 8 8 10 NOOPB Piacenza/A Roma Sud STM64 1 1 LOWOPB Bologna Pallone Roma Inviolatella STM64 1 1 LOW

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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 unitàODU1/2/3

► 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

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Schema per Quality of Protection (QoP)

DEDICATED

SHARED

N-Unprotected

DEDICATEDP- Protected

R- Restored

E- Extra-Traffic

Network resources

back-up

working

back-up

working

15

Sommario

► Architetture delle reti di trasportoLa rete PhoenixIl nuovo backbone fotonicoCenni alla rete di accesso

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Struttura Rete Ottica Phoenix

Nodi sulla maglia sede di MSH2KNodi sui raccordi sede di MSH2KNodi intermedi sulla maglia

Direttrici di evoluzione infrastrutturaleDirettrici di evoluzione dimensionale

struttura di rete a 38 nodi sede di ODXC

CIV

RMI

FGA

BAR

TAR

POMNAP

NOL

SAL

RMS

FOR

GAR

SAS

BOP

PISFIR ANC

PGA

PES

BLZ

VENVRS

TRE UDI

TRIPDS

GEN

SAV

TORALE

BREMIM

MIB

COM

LAM

RCA

CAT

MEAPAR

CAG

SCA

SAA

MAZ

CTZ

ORA

BGM

MOD

RIM Link cluster per rete magliata

Link cluster per raccordo

GRO

LOC

SIA

PCA

17

► 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 capacitàelaborativa 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)

Caratteristiche generali

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ALCUNI ESEMPI DI FUNZIONAMENTO

► Il provisioning

► Il ripristino (primo guasto e secondo guasto)

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Provisioning di un VC4 path restored

A B C

DEF

DACON

ASTN-M SG-SDH

ConnectionRequest

Working: F,E,D

1) SG-SDH invia la richiesta di attivazione del working path

Protezione a costo minimo (Dijkstra) ?

F,A, B, C, D

2) ASTN-M calcola il protection path

Sequenza di eventi:

3) ASTN-M inizia la segnalazione del pathworking verso il nodo ingress (F).

W:F, E, D

W: E, D W: D

ACK

ACK

ACK

5) Il path working è attivato

ACK

4) Il nodo egress (D) inizia il processo diacknowledge

20

A B C

DEF

ASTN-M SG-SDH

Sequenza di eventi:


6) ASTN-M inizia la segnalazione del path protection verso il nodo ingress (F). Il nodo egress (D) inizia il processo diacknowledge

P: F,A,B,C,DDACON

P: A,B,C,D

P: B,C,D P: C,D

P: DACK

ACKACK

ACK

ACK



4) Il nodo egress (D) inizia il processo di acknowledge



21

A B C

DEF

ASTN-M SG-SDH

6) ASTN-M inizia la segnalazione del pathprotection verso il nodo ingress (F). Il nodo egress (D) inizia il processo di acknowledge. ASTN-M Informa SG-SDH

DACON



4) Il nodo egress (D) inizia il processo di acknowledge


Sequenza di eventi:

Il path protection è scelto e le risorse riservate

ma le cross connessioni non sono implementate

Working pathattivato. Protection

path: F,A,B,C,D



22

Primo guasto: gli apparati: “sappiamo cosa fare!”

A B C

DEF

ASTN-M SG-SDH

Sequenza di eventi:

DACON

2) I nodi D e F iniziano la procedura di segnalazione ed informano i nodi di implementare le cross-connessioni

Effe

ttua

la x

conn

essi

one

Effe

ttua

la x

conn

essi

one

Effettuala xconnessione


1) Guasto sulla tratta ED

250 ms ≤ Tprotezione ≤ 300 ms4) ASTN-M viene informato

dell’avvenuto scambio

3) I nodi D e F effettuano lo scambio trasmettendo e ricevendo sulla nuova via (F, A, B, C, D)

Tmin massimo imposto per aspettare che arrivino tutti gli allarmi e aumentare l’efficienza dell’intervento

23

Secondo guasto e successivi: gli apparati: “ASTN-M pensaci tu!”

A B C

DEF

ASTN-M SG-SDH

Sequenza di eventi:

DACON

1) Guasto del nodo B

6) Il nodo egress inizia l’acknwledge

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

Nuova protezione a costo minimo?

F, A, E, C, D

5) ASTN-M inizia la segnalazione verso il nodo ingress (F)

P: F,A,E,C,D


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

Tprotezione ≤ 50 s

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

MSH2Kn° 20

MSH2Kn° 21

MSH2Kn° 22

MSH2Kn°23

RIGSDH

RIGSDH

SRLGOMS= (00011, 00012, 00013, 00014)

SRLGOMS=(00031, 00032, 00033)

SRLGOMS=(00021)

SRLGRS = 10002

10001

1000323001

21001

21002

2200122002

00011 00012 00013 00014

00021

00031 00032 00033

SRLGOMS=(00031, 00041)

23002 22003

00031 00041

SRLGOPH = 20001

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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

26

Sommario


27

Sommario


28

Struttura della rete di accesso in rame

FTTB FTTCabFTTEx

29

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

30

Lunghezza della rete di distribuzione nei principali paesi industrializzati

Lunghezza (km)0 2 4 6 8 10 12 14

100

90

80

70

6050

40

30

20

10

0

Perc

entu

ale

ITALIAREGNO UNITO

GIAPPONEFRANCIA

GERMANIAU.S.A.

31

VDSL2, ADSL e ADSL2+

DS1 US1 DS2 US2Band Plan 998E17

MHz

US3 DS3

14 17.6Band Plan 998E30

DS1 US1 DS2 US2

12 MHz

US3 DS3

14 21.4

US4

24.9

DS4

30

3.75 5.2 8.5 12

3.75 5.2 8.5

DS1

2.2

DS1

1.10.138

US0

0.025

0.138

US0

0.025

0.138

US0

0.025

0.138

US00.025

ADSL

ADSL2+

VDSL2DS1 US1 DS2 US2

Band Plan 998

3.75 5.2 8.5 12

US0

0.0250.138

MHz

32

Bit-rate(Mbit/s)

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

VDSL2 (profilo 17 MHz) 70Mbit/s

HDSL 2cp

ADSL 6Mbit/sADSL 2Mbit/s

DSL (160kbit/s)

Lunghezza linea (km)

Tecnologie Digital Subscriber Line: Bit-Rate vs lunghezza di linea

ADSL2+ 20Mbit/s


ADSL2 12Mbit/s

I valori di prestazioni sono puramente indicativi


33

Scenario di deployment in accesso con ADSL, ADSL2+, VDSL2

> ~1000 mOLT

ADSL/ADSL2+/VDSL2

VDSL2

ON

UVD

SL

ON

UVD

SL

Wless

CPE

< ~1000 mADSL/ADSL2+

ADSL/ADSL2+/VDSL2

ADSL2/2+

VDSL2

FTTEx

FTTCab

FTTBADSL/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?)

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Prestazioni di architetture ADSL e FTTx

Central Office Cabinet MDU CasaTecnologia Banda

ADSL2+ 0.8-20 Mbps

VDSL2Profili

12 e 17MHz20-50 M

VDSL2 Profilo30 MHz

50-100 M

GPONFibra >100 Mbps

xDSL

ON

UFTTB

OLT

20 - 150 m

xDSL

ON

UFTTCab

OLT

100 - 700 m

xDSLCO

300 - 3500 m

OLTFTTH

35

Punti di attenzione

Central Office Cabinet MDU Casa

xDSL

ON

UFTTB

OLT

20 - 200 m

xDSL

ON

UFTTCabO

LT100 - 700 m

xDSLCO

300 - 3500 m

OLTFTTH

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

Necessari forti investimenti

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