Por Serge Melle, Rick Dodd y Chris Liou *
El tráfico anual IP (Internet Protocol) aumenta un75% de media, lo que tiene implicaciones muy importantes en las redes actuales. Entre los distintos retos que esto supone destacarían la adaptación de interfaces de 40 Gigabit/segundo (Gb/s) de los routers troncales IP a tasas de transferencia superiores, que se supone que podrán escalar hasta los 100 Gb/s a corto plazo, así como el soporte para una amplia gama de servicios en el rango desde 1 Gb/s hasta los 100 Gb/s como SONET/SDH, OTN, Fibre Channel y vídeo, y la maximización de la competitividad dentro del mercado mediante una mayor agilidad en la entrega de capacidad de servicio. Mientras tanto, los operadores de redes han de asegurarse un alto grado de simplicidad operativa en la planificación, ingeniería, despliegue y operación de sus servicios.
En muchos casos, tratar de resolver estos problemas con las tecnologías actuales supone importantes restricciones y costes para los operadores. Las actuales redes ópticas de transporte están construidas sobre WDM y tecnologías ROADM (Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexing) para maximizar la capacidad de la fibra y las posibilidades de reconfiguración del servicio, respectivamente. En una red WDM normal la interfaz de servicio –pongamos, una entrada de 10 Gb/s de un router- se acopla directamente a una longitud de onda y se transmite después a través de la red de transporte óptica (Fig.1).
En este caso, la comercialización de servicios de ancho de banda ultraelevado a 40 Gb/s -y en un futuro próximo con 100 Gigabit Ethernet (100 GbE) obliga a los operadores a hacer funcionar sus redes WDM a unas tasas de transmisión realmente elevadas. Las redes WDM, por su parte, han de adaptarse y compensar las restricciones ópticas que escalan –a menudo de manera exponencial- con las tasas de transmisión.
En consecuencia, los sistemas actuales de transporte, diseñados habitualmente para transmitir a 10 Gb/s por longitud de onda, han de ser reconstruidos o ampliados para soportar tasas de transmisión de 40 Gb/s por longitud de onda. Pero la reconstrucción de la red puede requerir la inversión de mucho tiempo y esfuerzo, y la ampliación de la capacidad actual, aunque a corto plazo sea más económica, exige una amplia reingeniería de los enlaces ópticos y generalmente impone limitaciones en la distancia máxima de transmisión del sistema. Estos problemas seguramente se agudizarán aún más en el caso de la transmisión a 100 Gb/s y volverán a aparecer en cuanto se hagan realidad los servicios de 100 GbE.
Al mismo tiempo, una vez que un servicio de alta velocidad se trasponde sobre una longitud de onda, tiene que enrutarse de extremo a extremo sobre una red ROADM óptica pura. Esto supone añadir nuevos elementos de complejidad a la red:
– La incorporación de regeneradores y la compensación de la distorsión cuando la distancia de la demanda del servicio supera los costes previstos del enlace óptico de extremo a extremo.
– La conversión de longitud de onda utilizando regeneradores para cambiar la longitud de onda del servicio cuando aparece algún bloqueo debido a la contención con otras longitudes de onda.
– La gestión de la planificación y la complejidad de la ingeniería asociada con la multiplexación de servicios de baja velocidad dentro de una longitud de onda utilizando transpondedores múltiplex (“muxponders”)
A medida que estos problemas se acumulan, la complejidad operativa –y los desembolsos de capital- aumentan debido a que aumenta la necesidad de intervención manual por parte de los técnicos y los ciclos de despliegue de las nuevas capacidades se ralentizan de manera significativa. Pero además, todos estos problemas pueden limitar la flexibilidad del operador a la hora de responder a nuevas peticiones de servicio de sus clientes actuales o potenciales. En consecuencia, la velocidad de servicio ya no puede utilizarse como un elemento diferenciador que mejore su posición competitiva en el mercado.
Creación de una red óptica programable
Idealmente los operadores de redes deberían poder desplegar capacidad adicional y dar cabida a nuevos tipos de servicios de forma rápida y sencilla, con un mínimo de intervención manual, despliegue de hardware y complejidad ingenieril. En un escenario así el despliegue de servicios debería consistir en una reconfiguración de la red por software (ver Fig.2).
Una nueva arquitectura de red llamada Virtualización de Ancho de Banda permite establecer este tipo de red óptica “programable”. El aprovisionamiento de servicio de extremo a extremo se desacopla de la ingeniería óptica a nivel de enlace de los sistemas WDM, lo que permite activar una amplia gama de servicios con tasas de transmisión de datos por debajo y por encima de la longitud de onda, sobre una red WDM normal operando a una tasa de transmisión optimizada para operar al mínimo coste.
Aquí, cuando hablamos de servicio por debajo de la longitud de onda nos referimos a servicios con tasas de transmisión de datos que son una fracción de la tasa de transmisión nominal de una longitud de onda de una línea WDM, y los servicios por encima de la longitud de onda son aquellos cuya tasa de transmisión es superior a la capacidad de la longitud de onda en la línea WDM. En la práctica, la multiplexación eléctrica o “digital” se utiliza para mapear, bien múltiples servicios por debajo de la longitud de onda dentro de una misma longitud de onda, o servicios por encima de la longitud de onda sobre varias longitudes de onda que se “empaquetan” conjuntamente para lograr el ancho de banda necesario para cubrir la transmisión extremo a extremo.
La Virtualización del Ancho de Banda exige la convergencia de distintos elementos esenciales de arquitectura dentro de la red WDM, como son:
– Una capacidad de la línea WMD entre nodos escalable, probada de antemano, con un coste optimizado y lista para el servicio. La integración fotónica a gran escala es una plataforma ideal para un despliegue de capacidad WDM consolidado y económico como el que se persigue.
– Una gestión integrada del ancho de banda que integre el transporte WDM de alta capacidad con la conmutación digital a fin de habilitar el mapeo remoto y reconfigurable de cualquier servicio contra cualquier capacidad de línea disponible.
– Interfaces de cliente multiservicio/multiprocolo independientes y desligadas de los elementos ópticos de la línea WDM, con lo que se consigue que cualquier servicio, por encima o por debajo de la longitud de onda, pueda mapearse contra cualquier capacidad de línea WDM disponible.
– Inteligencia mediante software, empleando un plano de control GMPLS para establecer un modelo automatizado, remoto y reconfigurable de aprovisionamiento de servicio extremo a extremo y routing, sin necesidad de intervención manual o presencia de técnicos en los sitios intermedios.
En esencia, la Virtualización de Ancho de Banda permite que servicios de todo tipo o tasa de transmisión puedan entregarse utilizando el banda disponible en el lado de línea del WDM en forma de agrupamiento o “pool”, en vez de acoplar un servicio a una longitud de onda y tasa de transmisión específicos como se hace en las redes WDM convencionales. EN la figura 3 se muestra cómo la Virtualización de Ancho de Banda permite el desacoplamiento del aprovisionamiento de servicios con respecto a los elementos de ingeniería de enlace óptico para hacer posible que cualquier servicio pueda mapearse a un pool de ancho de banda del lado de línea WDM.
El reciente desarrollo y la adopción generalizada de circuitos integrados fotónicos a gran escala (PICs) son factores esenciales para el despliegue de la Virtualización de Ancho de Banda. Conceptualmente son similares a los circuitos integrados electrónicos, pero los PICs a gran escala integran centenares o miles de componentes ópticos como láseres, moduladores, detectores, atenuadores, multiplexores/demultiplexores y amplificadores ópticos dentro del mismo dispositivo.
Los PICs que operan con 10 longitudes de onda a 10 GB/s por longitud de onda -con lo que logran una capacidad total WDM de 100 GB/s por dispositivo- ya están presentes en muchas redes de transporte óptico desde el año 2004. Aún más: los últimos progresos en I+D han permitido obtener PICs capaces de lograr tasas agregadas de transmisión superiores a 1,6 Tb/s por dispositivo, poniendo así de manifiesto el enorme potencial de la integración fotónica a gran escala para lograr en el futuro una capacidad e integración funcional aún mayores. Los PICs juegan dos papeles esenciales en la Virtualización del Ancho de Banda. El primero, la consolidación del ancho de banda a partir de múltiples canales de longitud de onda dentro de un sistema WDM integrado en un solo chip, con 100 Gb/s de capacidad agregada, aportando con ello el agrupamiento de capacidad del lado de línea necesario, el cual puede pre-desplegarse a un coste reducido y susceptible de mapearse contra cualquier tipo de servicio.
El segundo, que los PICs permiten a los diseñadores de sistemas realizar de manera económica una conversión óptica-eléctrica-óptica (OEO) en cualquier nodo de la red. Las tecnologías ópticas digitales, a diferencia de las analógicas, pueden utilizarse para habilitar funciones avanzadas de valor añadido, como puede ser la multiplexación reconfigurable add/drop por debajo de la longitud de onda y la gestión del ancho de banda, así como la protección digital y la monitorización del rendimiento, elementos que permiten poner en marcha nuevas funcionalidades de servicio como son la protección digital rápida, restauración GMPLS y redes privadas virtuales ópticas de Nivel 1 (O-VPNs). La combinación de un sistema WDM preparado para cualquier tipo de servicio, una gestión digital integrada del ancho de banda y una inteligencia de software embebida para automatizar el aprovisionamiento de servicios de extremo a extremo abre un nuevo paradigma de red óptica programable. Este paradigma de red se caracteriza por su enfoque “plug-and-play” para cualquier servicio y en cualquier lugar sobre redes ópticas a partir de su capacidad de reconfiguración por software, en lugar del modelo actual basado en ingeniería de hardware, instalación e intervención manual. Y ofrece toda una serie de ventajas a los operadores de redes, entre las que destacan:
– Soporte para nuevos servicios: la Virtualización de Ancho de Banda permite la transmisión de servicios de altísimo ancho de banda, entre 10 y 100 Gb/s sobre el mismo sistema de línea utilizando una misma tasa de transmisión común, a bajo coste, en la línea WDM, sin necesidad de reconstruir el sistema de línea en explotación. Los sistemas WDM basados en transpondedores, por el contrario, exigen una reingeniería de la línea WDM para dar cobertura a las tasas de servicio más elevadas que han de soportar, y con ello incrementan el coste y el nivel de complejidad de la red, además de retardar la capacidad del operador para ofrecer nuevos servicios.
– Despliegue rápido de servicios: al aplicar inteligencia por software y eliminar la dependencia entre el despliegue del servicio y la necesidad de rediseñar la red óptica, la Virtualización del Ancho de Banda permite el aprovisionamiento rápido de nuevos servicios sobre las infraestructuras existentes mediante la conexión de una interfaz de cliente en cada extremo de la ruta del servicio. Así los operadores pueden dar rápida respuesta a nuevas peticiones de ancho de banda, comercializar nuevos servicios de última generación y utilizar esas ofertas como elementos diferenciadores en un mercado que se caracteriza sin duda por una fuerte competencia a nivel de precios y modalidades de suministro.
– Facilidad de operación: la Virtualización de Ancho de Banda permite la activación de servicios de manera rápida y sencilla. Las interfaces de servicio se añaden únicamente en los extremos de la red, independientemente del tipo de servicio, sin necesidad de ampliar los recursos de la red o intervenir de forma manual para resolver los bloqueos de longitud de onda o acometer una reingeniería de los enlaces.
– Uso eficiente de las inversiones de capital: la Virtualización de Ancho de Banda permite además a los operadores elegir la capacidad de línea WDM más económica para cada tasa de transmisión, con independencia del tipo de servicio, y operar dichos servicios sobre las infraestructuras existentes. Con ello evitan la necesidad de intervenir sobre los elementos de la línea óptica (es decir, regeneradores adicionales, compensación de la dispersión compleja cromática o del modo de polarización, conversión de longitud de onda, muxponders en conexión directa back-to-back, etc.) a la hora de aprovisionar nuevos servicios de ancho de banda ultraelevado. Además mejora el retorno de las inversiones de capital al evitar los excesos de capacidad de línea, ya que consigue un uso más optimizado de la onda y evita el despilfarro de capacidad en el caso de servicios por debajo de la longitud de onda. Al desacoplar los servicios ofrecidos con respecto a los medios de transmisión óptica subyacentes, la Virtualización de Ancho de Banda permite a los operadores poner en marcha “máquinas ópticas” heterogéneas (por ejemplo, utilizando longitudes de onda de 10G en una zona de la red y 40G en otra), y al mismo tiempo disponer de una oferta de productos consistente para toda clase de servicios y en todos los lugares.
Transporte de servicios a 40 y 100 Gb/s
La Virtualización de Ancho de Banda implementada mediante el uso de sistemas de transporte WDM basados en PIC ya se ha probado con éxito en distintos escenarios de test para la transmisión de servicios tanto a 40 como a 100 Gb/s sobre redes de larga distancia entre puntos situados a miles de kilómetros entre sí.
En la primera demostración práctica de Virtualización de Ancho de Banda, se transmitió un servicio de 40 Gb/s sobre una distancia récord de 8.477 Kms. a través de una red transoceánica. Esta red transoceánica incluía enlaces terrestres desde Frankfurt, conectándose vía París y Londres a un cable submarino que enlaza el Reino Unido y Estados Unidos, seguido de un enlace terrestre en EE.UU hasta un punto final en Nueva York. En este caso, la Virtualización de Ancho de Banda se utilizó para mapear una interfaz de 40 Gb/s desde un router Juniper T640 en Frankfurt sobre cuatro longitudes de onda transmitidas desde un PIC a 100 Gb/s, que finalmente se fue reconstruida en forma de servicio a 40 Gb/s en Nueva York, con lo que se consiguió establecer el primer enlace IP a 40 Gb/s a través del océano Atlántico.
La Virtualización de Ancho de Banda se ha utilizado también para lograr la primera transmisión de servicio pre-estándar de 100 GbE sobre una WAN, en el marco de un proceso de prueba que tuvo lugar en noviembre de 2006 durante la SC06 International Conference on High-Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis. En este caso, la señal de 100 GbE se mapeó contra 10 longitudes de onda transmitidas desde un sistema de transporte WDM basado en PIC y se transportó en ambas direcciones desde Tampa (Florida) a Houston (Texas) a través de una fibra óptica proporcionada por la empresa Level 3 Communications, cubriendo una distancia total de 4.000 Kms. La demostración supuso la primera vez que se lograba transmitir una señal pre-estándar 100 GbE a través de una red en producción real sobre la WAN. Con ello se demostró que la tecnología de 100 GbE no solo es viable, sino que se puede implementar sobre las actuales redes WDM diseñadas para soportar tasas de 10 Gb/s por longitud de onda.
Conclusión
La previsible demanda de servicios de transporte de alta capacidad a 40 y 100 Gb/s, junto con la necesidad de proporcionar una entrega rápida de esos servicios, está haciendo que los operadores orienten su atención hacia alternativas que satisfacen estas demandas de una forma eficiente, desde el punto de vista económico y operativo. Nuevos conceptos de arquitectura, como la Virtualización de Ancho de Banda, permiten el aprovisionamiento y gestión de extremo a extremo de servicios de ancho de banda elevado que se desacoplan de los elementos de transmisión óptica subyacentes.
Es por eso que la Virtualización de Ancho de Banda ayuda a los operadores de redes a evolucionar el aprovisionamiento de servicios desde el modelo actual, basado en reingeniería y hardware, hacia una actividad basada en el empleo de software, consiguiendo así una mayor agilidad y flexibilidad, además de una reducción de costes. La Virtualización de Ancho de Banda hace posible la implementación práctica de una capa óptica “programable”. * Serge Melle es vicepresidente de Marketing Técnico. Rick Dodd es vicepresidente de Marketing de Producto. Chris Liou es vicepresidente de Gestión de Producto de Infinera Corp. (www.infinera.com).
