Metropolitan networks without transponders: how to reduce CAPEX by 65%

Doświadczenia firm, które wdrożyły architekturę IP over DWDM, wskazują na oszczędności kosztów inwestycyjnych w sieciach szkieletowych sięgające 65% w porównaniu z tradycyjnymi strukturami opartymi na transponderach i muxponderach. To liczba, która brzmi jak obietnica marketingowa, dopóki nie rozłoży się jej na składniki. Poniżej robimy dokładnie to: pokazujemy, z czego wynika i w jakich warunkach potwierdza się w sieci metropolitalnej.

Jak wygląda klasyczna sieć metro z transponderami

Typowa sieć metropolitalna operatora obsługuje kilka do kilkunastu węzłów rozłożonych na obszarze miasta i strefy podmiejskiej. Dystanse między węzłami mieszczą się zwykle w przedziale od kilku do kilkudziesięciu kilometrów. W klasycznej architekturze każde połączenie przechodzi przez tę samą sekwencję. Router wysyła sygnał przez moduł kliencki, tak zwany szary, do zewnętrznego transpondera. Transponder konwertuje sygnał na konkretną długość fali DWDM i podaje go do systemu linii optycznej. Na drugim końcu ta sama konfiguracja w odwrotnym kierunku.

Na jedno łącze przypadają więc dwa transpondery, dwa moduły klienckie po stronie routerów oraz miejsce dla transponderów w szafie. Przy sieci z dwunastoma węzłami połączonymi w topologii pierścieniowej z redundancją liczba transponderów szybko przekracza dwadzieścia sztuk.

Co zmienia architektura IP over DWDM

IP over DWDM to idea realizacji połączeń DWDM bez transponderów i modułów szarych, które do tej pory były niezbędne do połączenia przełączników i routerów z systemami transmisyjnymi. W tej architekturze moduł koherentny wsuwa się bezpośrednio do portu QSFP-DD routera lub przełącznika. Moduł sam nadaje sygnał na wybranej długości fali DWDM i wchodzi bezpośrednio do systemu linii optycznej. Dzięki faktycznej standaryzacji moduły koherentne GBC Photonics DWDM 400G można instalować wprost w portach QSFP-DD sprzętu dowolnego producenta, przez co struktura systemu DWDM znacznie się upraszcza.

Moduł koherentny wsuwa się wprost do portu QSFP-DD i wchodzi do systemu linii optycznej. Cała warstwa pośrednia znika.

Skąd bierze się 65% oszczędności

Redukcja CAPEX o 65% nie wynika z jednego czynnika. To suma czterech pozycji, z których każda ma inną wagę w zależności od skali i charakterystyki sieci.

Największą wagę ma eliminacja transponderów, bo transponder klasy operatorskiej jest znacznie droższy niż moduł pluggable o porównywalnej przepustowości. Razem z nim znika moduł kliencki po stronie routera, a więc podwójna optyka. Do tego dochodzi oszczędność powierzchni, która w centrach danych dochodzi do 80%, oraz brak dodatkowej infrastruktury zasilania i chłodzenia, bo moduły pluggable korzystają z infrastruktury routera, która już istnieje.

Oszczędności operacyjne jako druga strona rachunku

CAPEX to tylko część obrazu. Obniżenie poboru mocy w zależności od obszaru sieci sięga od 70% na brzegu do 90% w szkielecie, a przy większej skali oszczędności operacyjne bywają na poziomie nawet 90%. Moduł koherentny GBC Photonics zamontowany bezpośrednio w routerze zużywa nawet dziesięciokrotnie mniej energii niż konwencjonalne rozwiązanie z transponderem.

Do tego dochodzi znacznie obniżona emisja ciepła, co przy dużej gęstości połączeń w węźle metropolitalnym ma realne znaczenie dla projektu chłodzenia. Poza energią liczy się też liczba urządzeń do zarządzania. Każdy wyeliminowany transponder to jedna pozycja mniej w systemie inwentaryzacji, jeden rekord mniej w systemie zarządzania siecią i jedno urządzenie mniej, które może ulec awarii.

Warunek techniczny, od którego wszystko zależy

Architektura IP over DWDM w sieci metropolitalnej jest atrakcyjna kosztowo pod jednym warunkiem: moduł koherentny musi wejść do istniejącego systemu DWDM bez dodatkowego sprzętu. Większość systemów DWDM jest wyregulowana tak, że na multiplekser musi trafić sygnał o mocy około 0 dBm. Tymczasem większość dostępnych modułów OpenZR+ nadaje sygnał zbliżony do −10 dBm, co wymusza użycie dodatkowych wzmacniaczy i nie zawsze możliwą regulację całego systemu.

Jeśli moduł wymaga wzmacniacza, część oszczędności znika.

Konkurencyjne moduły nadające 0 dBm zbudowano przez dodanie do modułu z mocą −10 dBm miniaturowego wzmacniacza EDFA, przez co mają znacznie większy pobór mocy i gorsze parametry OSNR nadajnika. Moduł GBC Photonics 400G OpenZR+ nadaje 0 dBm natywnie, bez dobudowanego wzmacniacza, więc może pracować w działających systemach DWDM bez żadnych modyfikacji.

Moc nadawania można przy tym precyzyjnie regulować w zakresie 10 dB, dopasowując ją do konkretnego toru. OSNR nadajnika wynosi 43 dB, a pobór mocy pozostaje poniżej 22 W.

Dlaczego sieć metro to szczególnie dobre miejsce na IP over DWDM

Dystanse w sieci metropolitalnej mieszczą się zwykle w przedziale, w którym moduły koherentne pracują z pełną przepustowością bez kompromisów. Dwa standardy dają tu różne poziomy elastyczności.

W praktyce dla sieci metropolitalnej oznacza to, że pełne 400G na module pluggable jest osiągalne na większości połączeń bez potrzeby schodzenia na niższe tryby modulacji. Ten sam moduł obsłuży również dłuższe łącza wychodzące z metro w kierunku sieci regionalnej.

Co sprawdzić przed decyzją

Cztery pytania determinują, czy kalkulacja 65% redukcji CAPEX potwierdzi się w konkretnej sieci.

Redukcja CAPEX o 65% w sieci metropolitalnej jest realna i wynika z eliminacji transponderów, modułów klienckich, zajętości przestrzeni w szafach i dodatkowej infrastruktury zasilania. Do tego dochodzą oszczędności operacyjne rzędu od 70 do 90 procent na poborze energii.

‍
Warunkiem jest wdrożenie modułów, które wchodzą do istniejącego systemu DWDM bez dodatkowych wzmacniaczy, oraz przygotowanie planu zarządzania warstwą IP i optyczną przed decyzją sprzętową.

CAPEX niższy o 65% jest realny, pod warunkiem że moduł wchodzi do istniejącego DWDM bez wzmacniacza, a warstwą IP i optyczną da się zarządzać wspólnie.

‍

Źródła:
GBC Photonics 400G OpenZR+ i moduły koherentne DWDM 400G dla IP over DWDM. Odniesienia techniczne: OIF 400ZR Implementation Agreement, MSA OpenZR+, CMIS (obsługa modułów koherentnych po stronie hosta). Parametry modułu: moc wyjściowa 0 dBm natywnie, regulacja w zakresie 10 dB, OSNR nadajnika 43 dB, pobór mocy poniżej 22 W.

‍