20070708g Interoute Next Next Generation Network
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Next next Generation Networks Worauf es bei Transportnetzen heute und in Zukunft ankommt Optische Transportnetze bilden die Infrastruktur für das weltweite Kommunikationsnetzwerk. Durch die immer größere Nachfrage nach Breitbandverbindungen stoßen traditionelle Transportnetze immer mehr an ihre Grenzen – sowohl in Hinblick auf die Kapazität als auch Flexibilität und Geschwindigkeit der Bereitstellung von Diensten. Interoute hat auf die stark gewachsene Kundennachfrage nach Bandbreite reagiert und ein neues digitales Netzwerk implementiert. Dabei standen analoge und digitale Systeme zur Auswahl.
n Deutschland und anderen Kernländern Mittel- und Westeuropas haben sich in den letzten zwei Jahren breitbandige DSL-Zugänge und –Verbindungen durchgesetzt. Häufig mit einer Flatrate verbunden, hat dies Anwendungen mit großem Bandbreitenbedarf begünstigt. Das spiegelt sich auch in der Auslastung der optischen Betreibernetze wider. Bei Interoute nahm von Ende 2005 an auf Grund einer rapide wachsenden Kundennachfrage der Bandbreitenbedarf massiv zu. Die bis dahin üblichen 2,5 Gigabit pro Sekunde (GpS) steigerten sich auf bis zu 10 GpS und bereits im Mai 2006 hatte das Unternehmen die Zielvorgaben für die Wellenlängenbereitstellung für ein ganzes Jahr erreicht. Parallel dazu sanken die Preise für Bandbreite kontinuierlich, und zeitweise standen die Kosten für Neuausrüstung in einem negativen Verhältnis zu den angebotenen Bandbreitenpreisen. Durch wertverminderte Aktiva und umfangreiche Graubestände konnten viele Netzbetreiber bislang dennoch wettbewerbsfähig bleiben, neuerdings begrenzen aber die (immer niedrigeren) Bandbreitenpreise deren Bereitstellung. Hierbei treiben die Betriebskosten und die Optimierung der Betriebseffizienz die Entwicklung voran und nicht mehr die Kapitalinvestitionen (CAPEX). Mit dem einhergehenden Ende des Überangebots an Bandbreite durch wertverminderte Aktiva, hatten Anbieter optischer Netze größere Schwierigkeiten, Aufträge in einer vertretbaren Zeit abzuarbeiten – in der ersten Jahreshälfte 2006 wurden Auftragsbearbeitungszeiten von 18 bis 22 Wochen registriert. Das bis zuletzt verwendete Prinzip der Netzwerkplanung und Dienstebereitstellung entsprechend der jeweiligen Nachfrage, (»Building to demand«), das weitgehend von den wirtschaftlichen Bedingungen des Einsatzes nicht beeinflussbarer optischer Verbindungen bestimmt wurde, erwies sich wegen der Dynamik großer Bandbreite als nicht mehr sinnvoll. Angesichts dieser Herausforderungen stand Interoute, wie viele andere Dienstebetreiber auch, vor der Frage, wie das eigene optische Transportnetz, sprich das Next Next Generation Network, beschaffen sein sollte. Die verfügbaren Lösungen ließen und lassen sich in zwei Gruppen unterteilen: analoge, auf ROADM-Technologie (Reconfigurable Optical Add/Drop Mux) basierende und auf herkömmlicher Elektronik aufbauende Lösungen sowie digitale Lösungen mit einem hohem Grad an Photonikintegration. Die letztgenannte Technologie bietet de facto ein Wellenlängenmultiplexing-System auf einem Chip. Ein WDM-System ist eine der bedeutendsten Technologien zur Kapazitätserhöhung faseroptischer Systeme. Es ermöglicht die gleichzeitige Übertragung mehrerer verschiedener unabhängiger Wellenlängen innerhalb einer Faser. Diese optischen mehrfarbigen Signale können verschiedene Daten mit hoher Geschwindigkeit übertragen und so die Netzwerkkapazität vervielfachen. Bei einem WDM-System auf einem Chip übernimmt ein Prozessor die Leistung, die bisher verschiedene elektronische Bauteile erbracht haben. Die Kosten der elektronischen Bauteile gegenüber dem Gesamtsystem sind daher zu vernachlässigen – eine Relation, die herkömmliche optisch-elektronische Systeme nicht aufweisen. Die Aufgabe Eine der Hauptanforderungen bestand darin, die Bereitstellungskosten für Wellenlängen auf ein realistisches Niveau für Ethernet-Services zu senken. Um Bereitstellungszeiten zu verkürzen, musste die Lösung Vorab-Provisionierung von jeweils mindestens 100G bieten. Nur so können Kapazitätsspielräume gewahrt und wiederholte Technikereinsätze vor Ort möglichst gering gehalten werden. Interoute setzte sich hierbei folgende Ziele: • Das neue Netzwerk musste bis Ende Januar 2007 implementiert und betriebsbereit sein (das Projekt hatte im Juni 2006 begonnen) – bei einer Netzwerkausdehnung von 13.500 km. • Die Kosten für die Bereitstellung von Wellenlängen mussten deutlich verringert werden. • Die Bereitstellungszeiten durften maximal 10 Tage im gesamten Netz betragen. • Die Implementierung musste stabil genug sein, um täglich mehrfache Änderungen zu verkraften.
Die Alternative Interoutes Netzwerk ist für eine äußerst breite Palette an Services ausgelegt, während es physikalisch betrachtet sehr groß und hochgradig vermascht ist. Daraus ergeben sich bei der Suche nach einer neuen optischen Technologie vier Herausforderungen an den Betrieb, was die Funktionen auf der Transportebene betrifft:
Die Nutzung der Kapazität Zunächst wurden ROADM-Lösungen untersucht. Dabei zeigte es sich, dass es zu erheblichen Wellenlängenblockierungen innerhalb des Netzwerks kommen kann. Der Grund dafür war die Kombination der benötigten Multi-Verbindungsknoten und -ringe sowie der Grad an vermaschter Konnektivität. Daraus ergaben sich Zweifel an der Skalierbarkeit einer analogen Technologie in einem großen Netzwerk, wie dem Interoutes. Sobald nach einer gewissen Zeit Kanalrouten ausgelastet sind und es zu Überlastung kommt, wird das Umleiten von Traffic bei einem ROADM-Standort zunehmend schwierig, da vergleichbare Wellenlängenkanäle bereits anderen Aufgaben zugeordnet sind. Ohne äußerst detaillierte Planung und Kapazitätsprognosen war eine Konkurrenzsituation in Rerouting-Situationen absehbar, bei denen Wellenlängen genutzt wurden, die bereits andernorts im Netzwerk beansprucht wurden, was schließlich zu einem weit schnelleren Bandbreitenverbrauch führen würde. Das unvorhersehbare Tempo und die Bewegungen des Marktes würde die Situation zudem weiter erschweren. Um dem vorzubeugen, würde die praktische Lösung entweder eine höhere Anzahl an Kanälen beinhalten oder das Einfügen einer Art von Wellenlängen-Konverter vorsehen, was die Vorteile der ROADM-Technologie de facto aufheben würde. Wahrscheinlich betrifft dieses Problem eher die europäischen Netzwerke – wie das von Interoute –und weniger die in den USA verwendeten Netze. Diese sind zwar vom Ausmaß her groß, besitzen jedoch in der Regel nicht die Anzahl an Verbindungsknoten und -ringen, wie sie in Europa üblich sind. Mit dem digitalen System wird optisch-elektronisch-optische Signalwandlungs-Regeneration (OEO-Regeneration) an jedem Netzwerkknoten verfügbar. Die so gewährleistete Wellenlängenumwandlung ermöglicht eine Regenerierung von Wellen an jedem beliebigen Punkt im Netzwerk und schließt eine Wellenlängenblockierung aus. Das digitale System stellt einfach einen Pool an verfügbaren Bandbreiten innerhalb seiner Netzwerk-Infrastruktur bereit und nicht diskrete Punkt-zu-Punkt-Wellenlängenkanäle wie bei analogen Systemen. Die digitale Lösung erlaubt zudem Kapazitätserweiterungen in 100G-Schritten, was einen enormen Fortschritt für die schnellere Provisionierung darstellt. Möglich wird dies durch photonisch integrierte Schaltkreise (Photonic Integrated Circuits = PIC). Dabei umfasst jeder PIC zehn 10G Wellenlängenmultiplexe (WDM) an optischen und elektronischen Schaltkreisen mitsamt entsprechender Funktionalität. Die Integration fast aller optischen Komponenten in einem einzelnen PIC reduziert die zwischen Knotenpunkten notwendig werdenden Korrekturen erheblich, was die Dauer der Installation drastisch verkürzt. Unsere Erfahrungen zeigen, dass Link-Installationen dadurch innerhalb von Tagen abgeschlossen werden können und nicht mehr, wie zuvor, Wochen in Anspruch nehmen. Servicetechnik & -betrieb Die Größe und Komplexität eines stark städtisch verknüpften und vermaschten Netzwerks macht es nötig, sich intensiv Gedanken zu den physischen Layern und ihren Attributen zu machen, da sie einen direkten Einfluss auf die Gesamtarchitektur haben. Gleichzeitig müssen Flexibilität und eine durchgängige Dienstefähigkeit gewährleistet sein. So auch bei Interoute. Durch ein digitales Add/Drop-System mit OEO-Umwandlung können die optischen Parameter an jedem Knotenpunkt wirkungsvoll »neu eingestellt« werden. Beeinträchtigungen, die bei ROADM-Systemen ins Gewicht fallen, wie Entfernung, Dispersion, unterschiedliche Glasfaserarten oder auch durchlaufene Knotenpunkte sind viel seltener anzutreffen. Auch wenn ROADM-Systeme der neueren Generation im Vergleich zu früheren Technologien eine stark verbesserte Reichweite bieten, erweisen sich Technik und Planung noch immer als äußerst komplex. Hier spielen praktische Fragen der End-to-End-Provisionierung, Re-Routing-Funktionalität, des Netzausbaus und der Ausfallsicherheit eine große Rolle, gerade bei einem dichten Netz, wie dem von Interoute mit redundanter Anbindung der Knotenpunkte. Soll mit analoger ROADM-Technologie über solche Knotenpunkte Traffic weiter- oder umgeleitet werden, müssen alle physischen Parameter und Einschränkungen für jeden einzelnen Pfad genau geprüft werden, um eine Beeinträchtigung des Datenverkehrs ausschließen zu können. In vielen Fällen ist ein zusätzliches OEO-Gerät nötig, um Streuungs- und Dämpfungsverluste zu vermeiden und den gewünschten Dienst bieten zu können. Das in Betracht gezogene digitale Add/Drop-Multiplexing-System macht Schluss mit einer solchen Komplexität und führt zu einer wesentlich schnelleren Implementierung und vereinfachten Planung. Der Betreiber, erhält die Kontrolle über die Wellenlängenverkehrstechnik zurück und kann dynamischer auf sich schnell ändernde Kundenanfragen reagieren. Fügt man dem noch die Möglichkeit zur entfernten (remote) End-to-End-Bereitstellung beliebiger Dienste hinzu, in Kombination mit einer SDH-vergleichbaren Leistungsüberwachung, dann entsteht eine im praktischen Betrieb und der Wartung äußerst attraktive Lösung. Eine hohe Anzahl intelligenter Netzknoten hilft potenzielle Fehler und Systemausfälle frühzeitig anzuzeigen. Funktionen für kombinierte Dienste Wegen der steigenden Nachfrage nach Gibabit Ethernet und zunehmender 2,5G-Anforderungen an das Netz, war die Fähigkeit des Systems, sub-10G-Wellenlängeservices effektiv bewältigen zu können, mit entscheidend. Die Plattform der Wahl musste einen Betrieb auf 10G-Line-Level gerecht werden und End-to-End GbE beziehungsweise 2,5G-Services effizient zusammenfassen. Bei Prüfung der möglichen ROADM-Lösungen ergab sich eine Reihe von Problemen. Besonders problematisch war, dass ziemlich umfangreiche optische Verbindungen »Back-to-Back« mit einer Kapazität von unter 10G bei Vermittlungsknoten erforderlich waren, um die Dienste durchgängig weiterzuleiten. Dies wurde noch verstärkt durch den Bedarf an mehrfachen Muxpondern zur Bewältigung verschiedener Servicearten und den damit verbunden Kosten. Die untersuchten ROADM-Lösungen boten im allgemeinen bestenfalls manuelle Wartungs- und Konsolidierungs-Optionen an, was für eine tatsächliche Nutzung der Funktionalität zusätzliche OEO-Technologie erforderlich macht. Daraus ergab sich, dass das Planen, Neukonfigurieren und Bereitstellen von sub-10G-Services über ein ROAD-basiertes Netz ohne eine effektive OEO-Funktionalität als extrem komplex erweisen würde. Mehrfache Point-to-Point-Verbindungen und potenziell »gestrandete« Kapazitäten waren zu erwarten, insbesondere, da bei einer solchen Technologie 2,5G-Services in der Regel in einfache 10G-Wellen umgewandelt werden. Eine nähere Untersuchung der digitalen Lösung ergab hingegen, dass das System bereits sämtliche Funktionen fürs Hinzufügen, die Pflege und End-to-End-Bereitstellung von sub-10G-Services enthielt. Die OEO-Funktionalität ermöglicht zusätzlich das Rerouting beziehungsweise Switchen von Services aufgrund der eingebetteten Datenleistung pro Kanal und nicht allein bezogen auf die optische Leistung. Traditionell ermöglicht das Kapseln von analogen Signalen in digitalen Abbildern es, große Mengen von digitalen Signalprozessoren einzusetzen, an Stelle eleganterer, aber teurerer analoger Systeme. Ein solches System versprach nicht nur eine größere Wirtschaftlichkeit vom ersten Tag an, sondern auch weitaus attraktivere langfristige interne Ersparnisse für 2,5G- und GbE-Dienste als eine vergleichbare ROADM-basierte Technologie. Digitale Netzwerkarchitektur Da eine komplett neue digitale Plattform in allen untersuchten Teilbereichen die erforderlichen operativen und planerischen Vorteile bot, stand nun die Frage der Architektur an. Die Wahl eines auf photonisch-integrierter Schalttechnik basierenden digitalen Systems ermöglichte es, den optischen Layer von Interoute komplett neu zu gestalten. Die Möglichkeit, durch die PIC-Technik eine rationelle OEO-Umwandlung an jedem Knotenpunkt zu erzielen, vereinfachte den Betrieb enorm und bot zugleich einen Grad an Flexibilität, Stabilität und Skalierbarkeit, der zuvor auf der WDM-Ebene nicht möglich war. Eine solche Architektur bringt Verbesserungen, die mit SDH-Systemen vergleichbar sind, die über vollständiges Performance-Management, Fehlerlokalisierung und Schaltkreisschutz verfügen sowie über die Funktionalität zur externen (remote) Konfiguration beziehungsweise Rekonfiguration von beliebigen Schaltkreisen an verschiedenen Orten mit unterschiedlichen Services und jeder Art von Wellenlänge. Durch diese Funktionalität konnte Interoute die Kern-DWDM-Architektur weitaus tiefer in die Metro-Netzwerke integrieren als es zuvor möglich war beziehungsweise als es mit einer vergleichbaren ROADM-Lösung möglich wäre. Die neue digitale Netzwerkarchitektur ermöglichte zudem die Konsolidierung von Collector- und Express-Ebenen in einer einzelnen Plattform, was deutliche Kosten- und operative Vorteile nach sich zog, da eine Kostendopplung für Betrieb und Ausrüstung ausgeschlossen ist. Um es noch einmal zu verdeutlichen: Die Serviceflexibilität und die externe Rekonfigurierbarkeit der digitalen Lösung waren die zentralen Punkte, die Cross-Connects und komplizierte Korrekturen zwischen Knoten überflüssig machten. Resümee Nach eingehender Prüfung der beiden DWDM-Technologien – »analog-basiert/vollständig optisch« gegenüber »digital/OEO« – und bezogen auf die Anforderungen eines großen und komplexen Netzwerks – erwies sich der digitale Ansatz als eindeutiger Sieger, da er der Mehrzahl der Anforderungen von Interoute hinsichtlich Betriebs und technischer Anforderungen gerecht wurde. Aus der Analyse ergab sich eindeutig, dass eine analoge ROADM-Lösung nicht so flexibel und effizient sein würde, wie eine digitale Lösung mit photonisch integrierten Schaltkreise. Auch bot die Aussicht auf »gestrandete« Kapazitäten und ein kompliziertes Routing/Re-Routing von Cross-Connections bei der ROADM-Technologie Anlass zur Sorge, da die Effizienzeffekte aus der Skalierbarkeit einer solchen Plattform nicht klar ersichtlich waren gegenüber der sehr einfachen digitalen Lösung. Die digitale Lösung bestach durch eine radikal vereinfachte Architektur und einen stark vereinfachten Netzbetrieb, was sowohl geringere Kapital- als auch Betriebskosten in Aussicht stellte. Abgesehen von der Dynamik der Architektur bot die Zukunftssicherheit der integrierten Schaltkreistechnologie ein überzeugendes Argument für Interoute, denn sämtliche Neuentwicklungen von Telekommunikations-Diensten werden bei dieser Lösung einfach über eine Softwarekonfiguration verfügbar. Nach der Entscheidung für die Technologie begann Interoute mit der Installation der neuen Plattform auf den 13.500 km der Interoute-Infrastruktur. Der Startschuss für das Projekt erfolgte im Oktober 2006 mit einem sehr ehrgeizigen Ziel für die Fertigstellung im Januar 2007. Bereits Mitte Dezember 2006 waren 225 Gbits an Live-Kundentraffic auf die neue Plattform übertragen, und nur 16 Wochen nach Beginn des Projekts waren die 13.500 km des Interoute-Netzes betriebsbereit. Dies beweist, dass die intelligenten Funktionen an jedem einzelnen Knotenpunkt die Installation, Konfiguration und den Betrieb vereinfachen und dass die versprochenen kurzen Bereitstellungszeiten Realität geworden sind. Jürgen König ___________________________________________________________ Dipl.-Ing. Jürgen König, Head of Sales-Engineering Germany & Austria
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