Несмотря на то, что конвергенция IP/оптики не относится к числу отраслевых инноваций, новая динамика рынка, необходимость модернизации IP-сетей, а также технологические инновации придают этой теме особое значение в рамках актуального обсуждения эволюции архитектур.  

Ландшафт коммуникаций сегодня коренным образом меняется. Динамика рынка, связанная с изменением сочетания корпоративных услуг, 5G, облачной среды, а также с коммуникациями в жилом секторе и ЦОД, создает новые сценарии использования и открывает новые возможности для увеличения прибыли поставщиков услуг. Потоки клиентского трафика уверенно смещаются в сторону жилого сектора, что обусловлено распространением домашних офисов, многопользовательских игр и дистанционного обучения. Предприятия ускоряют цифровую трансформацию и переходят на виртуализированные сетевые функции (VNF) и облачные приложения, включая программно-определяемую глобальную сеть (SD-WAN). Тем самым они планируют сократить расходы. Все чаще реализуются проекты по развертыванию 5G: операторы оценивают варианты модернизации xHaul и планируют перейти с 4G на 5G.

Эти изменения способствуют оттоку трафика к периферии сети. На практике это означает, что вычислительные мощности потребуется размещать не централизованно, а с распределением. По мере приближения к периферии сети приложения продолжат виртуализироваться, что позволит сократить задержки и повысить качество обслуживания (QoE) конечных пользователей — как людей, так и машин. Точки подключения к облачным услугам и точки доступа потребуется разместить ближе к границе сети. В результате многие поставщики услуг сегодня обсуждают создание новых точек доступа к городским сетям и точек доступа Edge Cloud. Также они оценивают новые технологии, поскольку им необходимо подготовиться к поддержке новых потоков трафика с экспоненциальным ростом количества новых услуг, ожидаемым в течение следующих нескольких лет.

Необходимость развития сети для извлечения выгоды из этих новых возможностей является движущей силой модернизации IP-сетей. К ключевым элементам модернизации IP относится эволюция сетей доступа и агрегирования от инфраструктуры уровня 2 к уровню 3. В этих условиях плоскость управления уровня 3 распространяется на сеть доступа, что требует перехода к упрощенной сквозной передаче услуг через Ethernet VPN (EVPN) для отдельных услуг, а также маршрутизации по сегментам (SR) для отдельного транспорта.  Другим важным аспектом на стадии оценки является конвергенция IP/оптики. Согласно недавнему исследованию, 87 % поставщиков услуг считают конвергенцию IP/оптики важной и даже решающей для сетей нового поколения.*

Конвергенция оптических/IP-сетей имеет как аппаратные, так и программные аспекты, и некоторые из них весьма эффективно упрощают работу сети.  В аппаратном аспекте новые технологические инновации в области DSP и миниатюризации электрооптики способствуют интеграции когерентной оптики в платформы маршрутизаторов посредством компактных когерентных модулей, соответствующих форм-фактору клиентской оптики, например 100GbE и 400GbE. Рассматриваются два популярных форм-фактора:

  • QSFP-DD для агрегирования и передачи Ethernet высокой емкости без влияния на плотность коммутации маршрутизатора
  • CFP2-DCO для повышения производительности и упрощения эксплуатации существующей инфраструктуры ROADM

Поскольку стоимость оптики составит более 80 % стоимости маршрутизатора, важно выбрать когерентный модуль, мощность и производительность которого подойдет для решения той или иной конкретной задачи.

Информационные бюллетени
Реализация конвергенции IP и оптики на основе существующих сетей

Несмотря на то, что когерентный модуль QSFP-DD эквивалентен физическому размеру клиентской оптики 400GbE, имеется ряд важных различий. Когерентные QSFP-DD обеспечивают передачу DWDM на дальние расстояния с возможностью достичь 60-кратного увеличения пропускной способности оптоволокна. Также они потребляют на 5 Вт больше энергии благодаря более сложной DSP для расширенной модуляции и электронной компенсации нарушений, связанных с распространением. Поэтому когерентные модули QSFP-DD поддерживаются только на маршрутизаторах, соответствующих требованиям к дополнительному рассеиванию тепла.

Современные маршрутизаторы и примеры когерентных модулей

Изображение современного маршрутизатора и когерентного модуля

Увеличения пропускной способности волокна в 60 раз можно будет достичь только в том случае, если когерентный модуль будет объединен с соответствующей фотонной линейной системой. Для обеспечения необходимой гибкости и стоимости в конкретном варианте использования в сети выбирается соответствующая конструкция линейной системы. Интегрированные интеллектуальные функции этих платформ важны для ускорения и упрощения процесса развертывания и эксплуатации сервисов. 

В программном аспекте краеугольным камнем архитектур следующего поколения станет централизованный многоуровневый контроллер SDN, который обеспечивает систему вычисления маршрутов (PCE) и расширенные сетевые приложения. Необходимо использовать потоковую передачу данных телеметрии и анализ сети для направления PCE и повышения эффективности операций. Вместе эти элементы обеспечивают расширенные возможности визуализации, анализа и оптимизации услуг, а также автоматический расчет и обеспечение пути. Чтобы раскрыть сетевой  функционал, разработчикам необходимы открытые API. Они позволят быстро внедрять инновации и новые услуги. Кроме того, они обеспечивают простой доступ и интеграцию с устройствами сторонних производителей, что крайне важно для практического развертывания. Наконец, программная конвергенция включает многоуровневое управление в мультивендорной среде и оптимизацию ресурсов с помощью унифицированного интерфейса, включая планирование, устранение сбоев, отказоустойчивость услуг и оптимизацию емкости.

Многоуровневое управление в мультивендорной среде и оптимизация ресурсов с помощью унифицированного интерфейса

Многоуровневое управление в мультивендорной среде и оптимизация ресурсов с помощью унифицированного интерфейса — диаграмма

Мы считаем, что конвергенция IP/оптики имеет стратегическое значение для многих операторов, поскольку сейчас они находятся на этапе оценки преимуществ данного подхода к эволюции архитектуры. Результаты недавнего глобального опроса поставщиков услуг* показывают, что посредством конвергенции IP/оптики они стремятся достичь трех следующих основных преимуществ.

  • Оптимальная эксплуатация на уровнях IP и оптики (61 % респондентов)
  • Полная конвергенция оптических и IP-функций, включая общую плоскость управления (47 % респондентов)
  • Многоуровневая оптимизация с использованием программной оптимизации/автоматизации (47 % респондентов)

Путь к конвергенции IP/оптики и реализация вышеуказанных преимуществ зависят от текущей сетевой среды и среды оператора. Очевидно, однако, что конвергенция IP/оптики призвана сыграть ключевую роль в модернизации IP-сетей в надежде реализовать более экономичные, отказоустойчивые и унифицированные сети.

Подход Ciena к конвергенции IP/оптики основан на концепции Adaptive Network™. Первый этап ее реализации — Adaptive IP™, автоматизированный, открытый и экономичный способ реализации IP, в сочетании с когерентной оптикой  WaveLogic™ 5, предусматривающей оптимизацию в соответствии с конкретными сетевыми требованиями. Интеллектуальная самонастраиваемая фотонная основа Ciena обеспечивает гибкое управление потоками IP-трафика, а Ciena Manage, Control and Plan (MCP) и ПО Blue Planet® обеспечивают интеллектуальное управление сетью, упрощая и автоматизируя многоуровневые операции с компонентами различных производителей на базе открытого облачного подхода.

*Heavy Reading, «IP and Optical Convergence Survey», май 2021 г., n = 220