{"id":275,"date":"2024-01-15T11:06:17","date_gmt":"2024-01-15T14:06:17","guid":{"rendered":"https:\/\/optlight.com.br\/?p=275"},"modified":"2024-01-15T11:21:25","modified_gmt":"2024-01-15T14:21:25","slug":"redes-opticas-x-redes-ip-papel-atual-e-perspectivas-de-evolucao-das-redes-de-transporte","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/optlight.com.br\/?p=275","title":{"rendered":"Redes \u00d3pticas x Redes IP, papel atual e perspectivas de evolu\u00e7\u00e3o das redes de transporte"},"content":{"rendered":"\n

Prop\u00f5e-se neste breve artigo discutir os pap\u00e9is das redes \u00d3ptica e IP nas redes de transporte, com foco na evolu\u00e7\u00e3o e converg\u00eancia das camadas de rede, considerando os avan\u00e7os tecnol\u00f3gicos que se descortinam j\u00e1 h\u00e1 algum tempo.<\/p>\n\n\n\n

Uma rede de comunica\u00e7\u00e3o fixa, seja de alcance metro, regional ou de longa dist\u00e2ncia, constitui-se essencialmente da implementa\u00e7\u00e3o das camadas 1 e 3 do modelo de refer\u00eancia OSI (Fig.1), conhecidas como camada f\u00edsica e camada de rede respectivamente.<\/p>\n\n\n

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Fig. 1 \u2013 Modelo de refer\u00eancia OSI<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

A camada de rede \u00e9 popularmente conhecida como camada IP, respons\u00e1vel pelo encaminhamento do tr\u00e1fego de maneira din\u00e2mica, atrav\u00e9s de elementos denominados roteadores. Para tal se utiliza de protocolos que permitem o roteamento dos pacotes entre os n\u00f3s da rede, com possibilidade de prioriza\u00e7\u00e3o, reserva de banda ou n\u00e3o, ou mesmo oferecer mecanismos de resili\u00eancia. As redes \u00f3pticas possuem a miss\u00e3o de implementar a camada f\u00edsica, utilizando a fibra \u00f3ptica como meio de transmiss\u00e3o, dada a enorme banda passante que disponibiliza (10Thz++, de spectrum dispon\u00edvel). As fibras s\u00e3o empregadas desde enlaces de poucos Kms (\u00daltima milha no acesso) at\u00e9 milhares de Kms (links trans-oce\u00e2nicos), no entanto sua utiliza\u00e7\u00e3o requer a implementa\u00e7\u00e3o de t\u00e9cnicas de acesso ao meio (DWDM) e de garantia da adequada propaga\u00e7\u00e3o dos canais \u00f3pticos ao longo do percurso, dadas as limita\u00e7\u00f5es lineares e n\u00e3o lineares existentes.<\/p>\n\n\n

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Fig. 2 \u2013 Estrutura em camadas de uma rede de transporte (\u00d3ptica e IP)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

\u00c9 usual a estratifica\u00e7\u00e3o das fun\u00e7\u00f5es de uma rede de transporte em camadas (IP e \u00d3ptica) pois permite-se que as solu\u00e7\u00f5es que endere\u00e7am os requisitos de cada camada sejam mais especializadas. Confiar a uma \u00fanica caixa todos os requisitos de um n\u00f3 de rede (\u201cGod box\u201d) exigiria que essa solu\u00e7\u00e3o atendesse aos v\u00e1rios diferentes requisitos dos dois dom\u00ednios, assim como amarraria os diferentes ciclos de evolu\u00e7\u00e3o das tecnologias eletr\u00f4nica (IP) e fot\u00f4nica. Na pr\u00e1tica, tradicionalmente, se define pontos de demarca\u00e7\u00e3o entre os equipamentos IP e \u00f3pticos, que focam em suas fun\u00e7\u00f5es espec\u00edficas de maneira \u00f3tima.<\/p>\n\n\n\n

Simplifica\u00e7\u00e3o e converg\u00eancias das camadas de rede ….<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Ao longo dos anos v\u00eam-se buscando a simplifica\u00e7\u00e3o da arquitetura de redes com intuito de redu\u00e7\u00e3o da quantidade de equipamentos, assim como facilitar sua ger\u00eancia e automa\u00e7\u00e3o. Classicamente quanto mais se sobe nas camadas de rede, mais custoso e dispendioso fica a solu\u00e7\u00e3o quanto a espa\u00e7o e consumo de pot\u00eancia (Custo por bit \u00e9 maior na camada el\u00e9trica do que na camada \u00f3ptica). No entanto, as camadas superiores possuem uma melhor visibilidade do tr\u00e1fego, permitindo um tratamento mais adequado de acordo com a sua natureza.<\/p>\n\n\n\n

As operadoras se organizam tamb\u00e9m de maneira estratificada com a separa\u00e7\u00e3o de especialistas desses dois mundos, sejam nas \u00e1reas de planejamento\/projetos ou na de opera\u00e7\u00e3o de redes.<\/p>\n\n\n\n

Ou seja, at\u00e9 ent\u00e3o a estrat\u00e9gia dominante das operadoras \u00e9 de investir nas duas camadas de rede de maneira independente, dadas as considera\u00e7\u00f5es acima e tentativas frustradas de ado\u00e7\u00e3o de IPoDWDM, no in\u00edcio da d\u00e9cada passada, devido a dificuldade de integra\u00e7\u00e3o dos componentes fot\u00f4nicos e eletr\u00f4nicos sem comprometer a efici\u00eancia e escalabilidade da caixa IP (Roteador).<\/p>\n\n\n\n

Integra\u00e7\u00e3o fot\u00f4nica num chip …<\/strong><\/p>\n\n\n\n

O ponto que se coloca \u00e9 se a recente evolu\u00e7\u00e3o da tecnologia fot\u00f4nica, com o surgimento e massifica\u00e7\u00e3o do \u201cSilicon Photonics\u201d, em especial, assim como o avan\u00e7o das solu\u00e7\u00f5es abertas de comunica\u00e7\u00e3o (SDN), seja em n\u00edvel de equipamentos ou de ger\u00eancia, marcam um ponto de inflex\u00e3o na estrat\u00e9gia de constru\u00e7\u00e3o de redes de transporte, viabilizando a t\u00e3o almejada integra\u00e7\u00e3o dos dom\u00ednios \u00f3pticos e IP, em n\u00edvel de elemento de rede e oferecendo grande oportunidade de otimiza\u00e7\u00e3o de CAPEX e OPEX.<\/p>\n\n\n\n

Entenda-se como principal evolu\u00e7\u00e3o do dom\u00ednio fot\u00f4nico, os \u201cCoherent Optics \u201c (Plug\u00e1veis coerentes de alta velocidade) que incorporam as diferentes e complexas fun\u00e7\u00f5es dos transceivers \u00f3pticos coerentes numa pequena cabe\u00e7a \u00f3ptica, o que permite eliminar a presen\u00e7a de transponders na solu\u00e7\u00e3o \u00f3ptica. Mesmo que o equipamento \u00f3ptico continue sendo necess\u00e1rio, uma vez que os demais blocos funcionais continuariam existindo (Multiplexa\u00e7\u00e3o\/Demultiplexa\u00e7\u00e3o DWDM, Amplifica\u00e7\u00e3o \u00f3ptica e eventualmente roteamento fot\u00f4nico), a incorpora\u00e7\u00e3o da fun\u00e7\u00e3o de transponder pelo elemento IP, sem preju\u00edzos as suas fun\u00e7\u00f5es e escalabilidade, permite reconsiderar a arquitetura IPoDWDM. Os transponders podem representar 70%+ dos custos dos equipamentos \u00f3pticos em poucos anos de vida da rede de transporte.<\/p>\n\n\n

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Fig. 3 – Acacia 3D \u201csiliconization\u201d. Todos os blocos funcionais encapsulados num chip<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n
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Fig. 4 \u2013 Infinera ICE-X Coherent pluggable. Outro exemplo de bem sucedida miniaturiza\u00e7\u00e3o 1<\/sup><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Padroniza\u00e7\u00e3o dos trunks \u00f3pticos e ganhos de escala …<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Importante destacar que os \u201cCoherent Optics\u201d se viabilizaram gra\u00e7as a um esfor\u00e7o conjunto da ind\u00fastria, coordenados pela OIF (Optical Interconnectivy Forum) h\u00e1 alguns anos, o que resultou no standard 400G ZR para sistemas coerentes de transmiss\u00e3o. Essa padroniza\u00e7\u00e3o foi fundamental para que os diferentes fabricantes desenvolvessem seus plug\u00e1veis coerentes utilizando as mesmas caracter\u00edsticas t\u00e9cnicas (Esquemas de modula\u00e7\u00e3o, FEC, etc … ), o que permitiu criar um \u201cecossistema\u201d de interoperabilidade, aumentar significativamente o volume de produ\u00e7\u00e3o e consequentemente baixar os custos dos m\u00f3dulos. A ind\u00fastria j\u00e1 trabalha com outros padr\u00f5es, inclusive, como o Open ZR+ que aumenta o alcance e o range de velocidades do plug\u00e1vel coerente.<\/p>\n\n\n\n

Fabricantes l\u00edderes em transceivers \u00f3pticos coerentes seguem oferecendo solu\u00e7\u00f5es propriet\u00e1rias que extrapolam os \u201cstandards\u201d, algumas otimizadas para performance (Aplica\u00e7\u00f5es de Longa e Ultra-longa dist\u00e2ncia), outras para maior flexibilidade de modula\u00e7\u00e3o,
o que permite aplica\u00e7\u00e3o \u201cmultihaul\u201d, opera\u00e7\u00e3o desde o segmento metro, curta dist\u00e2ncia em alt\u00edssima velocidade (1.2Tb\/s), at\u00e9 longa dist\u00e2ncia, com velocidades de 200G a 400Gb\/s. Esses fabricantes conseguem, assim, posicionarem-se com mais relev\u00e2ncia para defender ou ampliar mercados.<\/p>\n\n\n

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Fig. 5 \u2013 Coherent pluggable de diferentes fornecedores 1<\/sup><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

No entando, com o recente surgimento da padroniza\u00e7\u00e3o e a significativa miniaturiza\u00e7\u00e3o dos plug\u00e1veis \u00f3pticos coerentes, abre-se uma possibilidade real de simplifica\u00e7\u00e3o da arquitetura de redes, com a possibilidade de sua equipa\u00e7\u00e3o em caixas IP \u201cgen\u00e9ricas\u201d sem comprometer suas fun\u00e7\u00f5es nativas.<\/p>\n\n\n\n

Gerenciamento aberto e multi-dom\u00ednio …<\/strong><\/p>\n\n\n\n

A ind\u00fastria e os organismos de padroniza\u00e7\u00e3o (IETF, OIF, OPEN CONFIG, Open ROADM, TIP) t\u00eam avan\u00e7ado tamb\u00e9m nas discuss\u00f5es sobre os mecanismos de gerenciamento, de maneira que a interoperabilidade seja posta em pr\u00e1tica tamb\u00e9m em n\u00edvel operacional, haja visto que em n\u00edvel f\u00edsico (\u201cDataplane\u201d), o conceito j\u00e1 est\u00e1 provado.<\/p>\n\n\n\n

Os plug\u00e1veis \u00f3pticos de linha (Coerentes) precisam oferecer experi\u00eancia de gerenciamento similar a dos transponders tradicionais. At\u00e9 ent\u00e3o, os plug\u00e1veis \u00f3pticos utilizados em portas de cliente (\u201cGray Optics\u201d) tinham poucas necessidades de ger\u00eancia. Um plug\u00e1vel coerente adiciona par\u00e2metros de linha como velocidade\/modula\u00e7\u00e3o, taxa de s\u00edmbolos (baud rate), n\u00edvel de pot\u00eancia, FEC, OSNR, … a serem provisionados e gerenciados.<\/p>\n\n\n\n

Outro aspecto \u00e9 a possibilidade de equipar- se uma cabe\u00e7a \u00f3ptica coerente num roteador de terceiro. N\u00e3o se deseja, por exemplo, que a atualiza\u00e7\u00e3o de SW da caixa IP ofere\u00e7a risco ao gerenciamento dos plug\u00e1veis.<\/p>\n\n\n\n

A utiliza\u00e7\u00e3o de Controllers independentes (IP e Optical), associados a um controlador\u00a0 hier\u00e1rquico de n\u00edvel superior, que fica respons\u00e1vel pela integra\u00e7\u00e3o dos dois dom\u00ednios atrav\u00e9s de interfaces abertas de programa\u00e7\u00e3o, \u00e9 um dos padr\u00f5es em discuss\u00e3o.<\/p>\n\n\n

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Fig. 6 \u2013 Alternativas de gerenciamento e rela\u00e7\u00e3o entre controllers 2<\/sup><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Essa arquitetura prop\u00f5e a independ\u00eancia das ger\u00eancias de cada dom\u00ednio, conforme representado no fluxo 3 da figura acima. Controllers de diferentes fabricantes podem co-existir, admitindo-se que um Controller de hierarquia superior cuide do gerenciamento fim a fim e da adequada correla\u00e7\u00e3o de alarmes entre camadas, algo muito importante para uma eficiente atua\u00e7\u00e3o proativa ou reativa da opera\u00e7\u00e3o de rede. H\u00e1 ainda outras alternativas poss\u00edveis, conforme representado nos fluxos 1 e 2 da figura 6, assim como proposi\u00e7\u00e3o de um controlador \u00fanico Multi-layer que diminuiria a quantidade de Controllers, mas exigiria um esfor\u00e7o maior de padroniza\u00e7\u00e3o dos dois dom\u00ednios.<\/p>\n\n\n\n

Dada a oportunidade que se descortina com a real possibilidade de integra\u00e7\u00e3o\/simplifica\u00e7\u00e3o da arquitetura de redes de transporte, alternativas vi\u00e1veis de gerenciamento dos plug\u00e1veis \u00f3pticos coerentes est\u00e3o postas e em processo de padroniza\u00e7\u00e3o. Ficar\u00e1 a cargo da operadora, muito em breve, escolher a estrat\u00e9gia mais conveniente.<\/p>\n\n\n\n

Oportunidades de otimiza\u00e7\u00e3o da arquitetura e ganhos de CAPEX e OPEX …<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Dadas as condi\u00e7\u00f5es mencionadas acima, o momento parece prop\u00edcio para que os grandes provedores de servi\u00e7os de comunica\u00e7\u00e3o busquem simplifica\u00e7\u00e3o da arquitetura de redes de transporte atrav\u00e9s da introdu\u00e7\u00e3o dos plug\u00e1veis \u00f3pticos coerentes, assim como a ado\u00e7\u00e3o de novas estrat\u00e9gias de gerenciamento e automa\u00e7\u00e3o de rede.<\/p>\n\n\n\n

Abaixo, faz-se algumas considera\u00e7\u00f5es adicionais que tamb\u00e9m merecem aten\u00e7\u00e3o:<\/p>\n\n\n\n

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  • Planejamento\/desenho integrado (IP e \u00d3ptico) das capacidades de tr\u00e1fego, levando em considera\u00e7\u00e3o a natureza atual\/real do escoamento de tr\u00e1fego. A tend\u00eancia \u00e9 que o Core da rede seja cada vez mais esvaziado, com os grandes conte\u00fados vindo para as pontas. O tr\u00e1fego fica mais contido na rede metro.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
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    • Defini\u00e7\u00e3o de mecanismos de resili\u00eancia (prote\u00e7\u00e3o e restaura\u00e7\u00e3o de tr\u00e1fego) combinados ou n\u00e3o nas duas camadas, buscando sinergias e otimiza\u00e7\u00e3o das capacidades implantadas. N\u00f3s ROADM\u2019s (Reconfigurable Optical Add Drop Multiplex) s\u00e3o necess\u00e1rios, no entanto de acordo com a matriz de tr\u00e1fego o by-pass de roteadores pode ser relevante ou n\u00e3o.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
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      • Introdu\u00e7\u00e3o dos Plug\u00e1veis coerentes, em substitui\u00e7\u00e3o aos transponders \u00f3pticos, onde fizer sentido. Cabe avaliar em que por\u00e7\u00e3o da rede. Eventualmente enlaces muitos longos podem continuar demandando por solu\u00e7\u00f5es coerentes customizadas.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
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        • Automa\u00e7\u00e3o \u00e9 fundamental numa rede moderna e preparada para o futuro. Que tipo de Controllers devem ser considerados? Caso se admita intelig\u00eancia de Control Plane (CP) em ambas as camadas, \u00e9 razo\u00e1vel que hajam Controllers Optical e IP que conversem com um sistema de orquestra\u00e7\u00e3o superior, atrav\u00e9s de protocolos abertos. Pode-se optar por uma camada \u00f3ptica sem CP, deixando o controle somente para a camada IP, o que simplificaria a automa\u00e7\u00e3o, mas h\u00e1 de se considerar o impacto do crescimento f\u00edsico da rede IP. Pr\u00f3s e contras precisam ser considerados.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
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          • Mudan\u00e7a de estrat\u00e9gia n\u00e3o pode significar \u201cLock in\u201d a certos fornecedores. Aten\u00e7\u00e3o ao atendimento a normas, provas de conceito e garantia de existir um \u201cecossistema\u201d que garanta varias op\u00e7\u00f5es de fornecimento.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
              \n
            • Ganhos de TCO (CAPEX + OPEX). Economia de energia e espa\u00e7o, assim como oportunidades de melhoria das rotinas de opera\u00e7\u00e3o podem representar significativa redu\u00e7\u00e3o de OPEX, que somados aos ganhos de CAPEX podem baixar significativamente o custo total do neg\u00f3cio.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

              Pretendeu-se aqui contextualizar o papel das camadas \u00d3ptica e IP numa rede de transporte e estimular discuss\u00e3o sobre as melhores estrat\u00e9gias de evolu\u00e7\u00e3o, a serem consideradas tanto pelos fornecedores de equipamentos, como pelos provedores de rede. V\u00e1rios aspectos aqui abordados merecem melhor desdobramento, tanto do lado IP, como do lado \u00d3ptico, o que se pretende fazer a posteriori. Fica o convite para reflex\u00e3o e considera\u00e7\u00f5es que contribuam nessa discuss\u00e3o, assim como nossa disponibilidade para trabalhos de consultoria que enderecem cen\u00e1rios reais de redes de transporte.<\/p>\n\n\n\n

              1 Outros grandes fornecedores de componentes e sistemas fot\u00f4nicos oferecem solu\u00e7\u00f5es similares. A Ciena \u00e9 um outro bom exemplo.<\/p>\n\n\n\n

              2<\/sup> Capturada da apresenta\u00e7\u00e3o Cisco \u201cManaging Digital Coherent Optics in Routers\u201d, NANOG Feb, 2023<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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