Segnali fotonici di tecnologie diverse viaggiano sulla stessa infrastruttura ottica e anticipano l’evoluzione della rete rendendo disponibili già oggi servizi 100 GE

Le reti ottiche sono infrastrutture basate su cavi in fibra, su nodi (dove i segnali luminosi vengono generati, multiplati e trasmessi) e su amplificatori lungo le fibre che potenziano i segnali per permettere loro di arrivare al nodo di destinazione.

Su una rete ottica omogenea, la piattaforma hardware dei nodi e degli amplificatori è fornita dallo stesso produttore. Il sistema di gestione, che è specifico della piattaforma hardware, permette all’operatore di rete di gestire, monitorare e configurare da remoto sia gli apparati che i circuiti ottici.

L’infrastruttura appena descritta presenta delle limitazioni nella flessibilità di erogazione dei servizi e nella possibilità di seguire le rapide evoluzioni tecnologiche nel campo delle comunicazioni ottiche. Tali limitazioni possono essere superate attraverso l’integrazione di piattaforme trasmissive eterogenee. Questo approccio apre alla possibilità di erogare servizi trasmissivi di nuova generazione utilizzando le infrastrutture di trasporto e rigenerazione del segnale ottico preesistenti e rende possibile l’evoluzione dell’infrastruttura di rete ottica attraverso interventi mirati ed in grado di garantire la stabilità del servizio.

Per la rete GARR abbiamo studiato la possibilità di adottare la tecnica delle lambda aliene (alien wavelength), una soluzione ibrida che prevede la trasmissione e ricezione dei segnali luminosi su un’infrastruttura diversa da quella di trasporto. Le due piattaforme ottiche coinvolte devono essere in grado di interoperare ad un livello molto profondo perché le funzionalità operative dei nodi di transito, cioè multiplazione, switching ottico, instradamento e amplificazione, devono agire in modo equivalente sia sui segnali nativi della piattaforma che su quelli alieni.

D’altra parte le lambda aliene devono essere adattate alla tecnologia della piattaforma ospitante, non pregiudicarne il funzionamento e non compromettere le buone prestazioni nel trasporto delle lambda native. I sistemi di gestione delle due piattaforme interoperanti forniscono informazioni solo sulla porzione di rete di propria competenza, essendo rispettivamente ciechi l’uno sul dominio ottico dell’altro. Tutta questa complessità ha fatto sì che, pianificando la sperimentazione sulla rete GARR ci siamo subito resi conto che lavorare con gli alieni sarebbe stato tutto un altro mondo rispetto alla normale operatività sull’infrastruttura ottica. Abbiamo comunque raccolto questa sfida con una sana curiosità oltre che con l’idea che, se il metodo avesse funzionato sull’infrastruttura ottica del GARR, avremmo potuto migliorare e armonizzare la rete di trasporto in fibra su scala nazionale, facendola “invadere” dalle lambda aliene

Gli alieni in GARR-X

La rete ottica del GARR si basa sulla tecnologia di due produttori diversi. La soluzione Huawei, un po’ più datata, è operativa nel centro-nord d’Italia. L’altra, realizzata recentemente attraverso il progetto GARR-X Progress, si basa su piattaforma Infinera ed è operativa al sud. La differenza sostanziale che le distingue è che l’infrastruttura geografica del centro-nord si basa su segnali non-coerenti ed è equipaggiata con moduli per la correzione della dispersione cromatica che sono necessari per la trasmissione di canali ottici a 10 Gbps o 40 Gbps, modulati in intensità on-off. Al sud, la tecnologia adottata usa invece l’innovativa trasmissione coerente dei segnali, in grado di raggiungere capacità di banda maggiori tramite l’utilizzo di un super-channel di capacità pari a 500Gbps composto da 10 portanti con modulazione in fase (per esempio QPSK o BPSK). Questa non-omogeneità tra le tecnologie in gioco ha reso ancora più interessante la sperimentazione delle alien wavelength al GARR, che è stata eseguita tra i PoP di Napoli e Roma, prima su una porzione di rete di 345 km, scarica dal traffico di produzione, e poi su un percorso in esercizio di lunghezza pari a circa 1.200 km.

Sperimentazioni aliene in pochi passi

• Affiancamento di nodi Infinera agli apparati Huawei nei siti terminali
• Configurazione sul nodo Infinera del super-channel alieno
• Equipaggiamento dello strato di adattamento (amplificatore + filtro per separare le 10 portanti del super-channel)
• Creazione di percorsi per ciascuna delle portanti aliene all’interno dell’infrastruttura Huawei, controllando i possibili conflitti
• Equalizzazione delle frequenze sia aliene che native in transito
• Controllo delle prestazioni di canali alieni e nativi sui rispettivi sistemi di gestione

Vediamo ora i passi attraverso i quali è possibile implementare la tecnica delle lambda aliene sulla rete GARR. In primo luogo, accanto agli apparati Huawei, già presenti, si installano dei nodi Infinera nei siti dove si intende terminare i servizi 100GE. Tra questi nodi si equipaggia uno strato di adattamento, che consiste di un amplificatore e di un filtro per separare il super-channel generato dal nodo Infinera nelle sue 10 portanti, che devono essere inserite singolarmente attraverso la sezione ADD/DROP nel nodo Huawei e sulla corrispondente catena di amplificazione. La piattaforma Huawei percepisce ciascuna delle portanti del super-channel come un segnale alieno, ma lo trasporta su un percorso appositamente configurato dal nodo di ingresso a quello di destinazione all’interno della sua infrastruttura.

Schema di interazione tra le due piattaforme ottiche del GARR per la trasmissione di lambda aliene

I risultati

La sperimentazione è stata un successo: abbiamo provato sulla rete GARR di produzione che il super-channel Infinera è trasportato sulla infrastruttura equipaggiata con gli apparati Huawei con prestazioni paragonabili a quelle ottenibili sulla catena di amplificazione omogenea. La presenza di segnali nativi che viaggiano nello spettro su frequenze attigue a quelle delle portanti del super-channel influiscono solo marginalmente sul rapporto segnale-rumore (OSNR). Con modulazione di fase QPSK abbiamo verificato che si riesce a raggiungere una distanza di circa 1.200 km con prestazioni soddisfacenti; con modulazione BPSK, che rispetto a QPSK trasporta metà della capacità, le prestazioni sono ancora migliori, segno che è possibile inviare segnali su distanze ancora più lunghe senza la necessità di rigenerare completamente il segnale. I test di carico e i test di bit-error-rate effettuati su circuiti client 100GE non hanno evidenziato errori. I canali Huawei nativi si sono rivelati molto robusti, infatti con o senza la condivisione di spettro con i segnali ottici Infinera, non è stata evidenziata per loro nessuna variazione delle prestazioni, persino quando le frequenze aliene utilizzavano canali adiacenti.

Grazie ai risultati positivi ottenuti, GARR sta progettando di usare la tecnica delle lambda aliene per erogare servizi client 100GE sui principali nodi di dorsale della rete del centro-nord. Sono infatti compatibili con i risultati dei test le distanze in gioco per collegare, con una topologia chiusa, i nodi BA1-BO1-MI1-MI2-RM2. Dotando quindi i pop di MI1, MI2, B01 di un nodo Infinera e potenziando quello di RM2 sarà possibile configurare sulla rete del centro-nord il passaggio di almeno un super-channel. L’effetto più importante della sperimentazione dal punto di vista della comunità degli utenti GARR sarà quindi la possibilità di aumentare sia la disponibilità di banda, dato che l’efficienza spettrale della piattaforma Infinera è superiore, sia di erogare servizi 100GE agli utenti. Insomma, possiamo dire che l’era dei 100GE sulla rete del centro-nord comincia con l’accogliere gli alieni di nuova generazione sull’infrastruttura ottica!

Ma gli effetti speciali non finiranno qui: si sta lavorando affinché gli alieni invadano presto anche la dorsale europea della ricerca GÉANT. GARR è infatti attivamente coinvolto nell’attività JRA1 del progetto GN4-Fase 2, che ha lo scopo di studiare come far evolvere l‘infrastruttura ottica che interconnette le reti nazionali della ricerca e dell’istruzione (NREN) europee tra loro. L’idea è di condividere parte dell’infrastruttura di ciascuna rete nazionale creando collegamenti transfrontalieri e utilizzando le alien wavelength per trasmettere i segnali. L’approccio delle lambda aliene è particolarmente utile in questo contesto, dal momento che non è possibile (e probabilmente nemmeno desiderabile) che tutte le NREN adottino la medesima tecnologia ottica al loro interno