Redes ópticas abiertas: 20 años de trabajo

¿No llevamos años hablando de «longitudes de onda ajenas» y «sistemas de línea abierta»? La realidad es que las redes ópticas abiertas no surgieron de la noche a la mañana.

Parece que las estrellas se han alineado para las redes ópticas multiproveedor, abiertas y desagregadas. Las interfaces de programación de aplicaciones (API) abiertas con modelos de datos basados en YANG, las plataformas modulares compactas, los transceptores coherentes de alto rendimiento y las múltiples iniciativas de estándares confluyen para habilitar redes ópticas en las que los transpondedores/muxpondedores coherentes de uno o varios proveedores pueden funcionar sobre un sistema de línea abierta de otro proveedor, como se muestra en la Figura 1. Entre los beneficios se encuentran la aceleración de la innovación, la optimización y diferenciación de las redes y la transformación de la economía. Pero, ¿es esto realmente nuevo? ¿No llevamos años hablando de «longitudes de onda ajenas» y «sistemas de línea abierta»? La realidad es que las redes ópticas abiertas no surgieron de la noche a la mañana. El sector óptico ha ido dando pasos graduales hacia las redes ópticas abiertas de múltiples proveedores durante los últimos 20 años. Estos son algunos de los principales hitos de esta trayectoria.

Figura 1: Redes ópticas abiertas: Xponders abiertos, sistemas de línea abiertos, modulares compactos y API abiertas

La actualización de G.709 en 2001 supuso un primer paso en el camino hacia las redes ópticas abiertas. Originalmente especificada para SDH por el CCITT, la organización precursora del UIT-T, la Recomendación UIT-T G.709 (2001/02), «Interfaces para la red de transporte óptico», marcó el inicio de la era de la red de transporte óptico (OTN). En ella se especifica cómo la sobrecarga, a veces denominada «envoltura digital», proporciona la funcionalidad para soportar los aspectos de operación, administración y gestión de la OTN.  También especifica las estructuras de trama y las tasas de bits utilizadas en la red (2,5G, 10G y 40G) y el mapeo de las señales de los clientes en ella. La estructura de tramas preveía el transporte (opcional) de la corrección de errores hacia adelante (FEC), mientras que un anexo describía una FEC Reed-Solomon de primera generación (255,239). G.709 ha sido revisada y modificada en múltiples ocasiones desde 2001; la actual G.709 (2020/06) incluye ahora velocidades de señal de 25, 50 y N x 100G. 

Una red que utilice la multiplexación por división de longitud de onda requiere un esquema de asignación de canales para que los transceptores sepan qué longitud de onda pueden utilizar y el ancho espectral de la señal que pueden transmitir para evitar interferir con otros usuarios de la red. Esto se consigue especificando una «red de frecuencias», por lo que el segundo paso importante en el camino hacia las redes ópticas abiertas fue la especificación en 2002 de una red DWDM de frecuencia fija en la norma ITU-T G.694.1. Diez años después, en 2012, una revisión añadió la definición de una red flexible. En 2020, se añadieron las definiciones de «ranura de frecuencia» y «ancho de ranura» para las redes de malla flexible.

Una longitud de onda ajena se refiere a una longitud de onda generada por un transpondedor de un proveedor u operador que se transporta por el sistema de líneas ópticas de otro proveedor u operador. Es difícil precisar quién utilizó por primera vez el término «longitud de onda ajena» y cuándo lo hizo. Según Wikipedia, la primera mención fue en 2009. Sin embargo, según Google Scholar, la primera referencia a una longitud de onda ajena fue en un artículo de 2004, «OMNInet: A Metropolitan 10 Gb/s DWDM Photonic Switched Network Trial»: «escribir de forma transparente la identificación de la señal en las longitudes de onda ajenas antes de permitirlas en la red fotónica».

El primer estándar para interfaces DWDM interoperables entre varios proveedores llegó en 2005. Una de las principales motivaciones de las redes ópticas abiertas es que permiten a los operadores obtener componentes de red de múltiples proveedores. Un aspecto de esto es la interoperabilidad de las interfaces de múltiples proveedores, que la CE 15 del UIT-T denomina «compatibilidad transversal». Para ello, el UIT-T especifica un enfoque de «enlace negro» con «códigos de aplicación» (AC) para los transceptores, con la idea de que, independientemente de su origen, se garantice la interoperabilidad de dos dispositivos que lleven el mismo AC cuando se conecten a través de un canal óptico que también se ajuste a la especificación AC. La recomendación UIT-T G.698.1 de 2005 especifica las CA para señales de longitud de onda de 2,5 Gb/s y 10 Gb/s en sistemas DWDM punto a punto no amplificados que utilizan una malla de 100 GHz, lo que permite alcances en el rango de 30 a 80 km.  Una revisión de la recomendación en 2006 permitió la inclusión de OADMs en el enlace y proporcionó un medio para calcular el número que podría ser acomodado. A diferencia de G.698.1, que sólo trataba de los enlaces no amplificados, G.698.2 especifica las CA para los sistemas que contienen amplificadores. A partir de la modulación NRZ de 2,5G y 10G, G.698.2 cubre ahora las aplicaciones coherentes de 100G con FEC de tercera generación, tal como se especifica en G709.2 y G.709.3.

El IETF publicó por primera vez el Protocolo de Configuración de Red (NETCONF), un elemento clave para las API abiertas, como RFC (RFC 4741) en 2006. Posteriormente, actualizó NETCONF con el RFC 6421 en 2011. Apareciendo por primera vez como un borrador de Internet en 2013, RESTCONF proporciona un subconjunto de la funcionalidad de NETCONF implementada sobre HTTP/HTTPS. Se convirtió en un estándar del IETF (RFC 8040) en 2017. El lenguaje de modelado de datos YANG puede utilizarse para escribir modelos de datos de configuración y estado de elementos de red para protocolos como NETCONF y RESTCONF, y como tal es también un habilitador clave para las redes definidas por software (SDN) y las API abiertas. El IETF publicó YANG 1.0 (RFC 6020) en 2010, seguido de YANG 1.1 (RFC 7950) en 2016.

Tras definir por primera vez los requisitos de la SDN de transporte en 2013, el Optical Internetworking Forum (OIF) publicó en 2015 un marco de SDN de transporte que comparaba la entonces emergente arquitectura SDN con los planos de control ASON establecidos e identificaba las interfaces abiertas candidatas para el control SDN de las redes ópticas.  En 2014, la Open Networking Foundation (ONF) puso en marcha el proyecto Transport API (TAPI) para crear un estándar para la interfaz norte de un controlador SDN de transporte. En 2016, se publicó TAPI 1.0 en colaboración con la OIF, y su lanzamiento se programó para alinearse con una demostración de interoperabilidad conjunta de la OIF y la ONF en 2016. En 2017, la ONF, la OIF y el Metro Ethernet Forum (MEF) publicaron conjuntamente TAPI 2.0, seguido de TAPI 2.1 en 2018. En 2020, concluyeron las pruebas de interoperabilidad de TAPI 2.1.3, con la participación de múltiples proveedores, entre ellos Infinera.

En septiembre de 2014, Infinera lanzó Cloud Xpress, el primer dispositivo muxponder de la industria, que ofrece 500 Gb/s de capacidad del lado de la línea y 500 Gb/s de capacidad del cliente en 2RU. Esto fue un habilitador clave para la desagregación de la red óptica en aplicaciones de interconexión de centros de datos (DCI). En 2016, Coriant, que fue adquirida por Infinera en 2018, evolucionó el concepto original de dispositivo transpondedor de Infinera con un dispositivo compacto de 1RU con cuatro ranuras para sleds, el Groove G30, creando una nueva categoría para equipos ópticos: modular compacto.

OpenConfig, un grupo de trabajo informal de operadores de redes, se formó en 2015 con el objetivo de mover las redes hacia una infraestructura más dinámica y programable, utilizando los principios de SDN, con un enfoque en los modelos de datos comunes y la telemetría de flujo. También en 2015, Google Remote Procedure Call (gRPC) fue desarrollado inicialmente por Google y actualmente es un borrador de Internet. gRPC proporciona un método muy rápido y eficiente de transmisión de datos. gRPC Network Management Interface (gNMI) es un protocolo de gestión basado en gRPC para la telemetría de streaming y la gestión de configuración.

Un sistema de línea abierta es un sistema de línea óptica (filtros mux/demux, conmutador selectivo de longitud de onda, amplificadores, etc.) que puede admitir longitudes de onda generadas a partir de dispositivos de terceros, con algunas definiciones que hacen obligatoria la gestión abierta basada en SDN. Al igual que ocurre con el término «longitud de onda ajena», es difícil precisar la fecha exacta en que este término entró en el léxico. Sin embargo, Google Scholar da una primera referencia al documento «SDN Control of a Coherent Open Line System» de Microsoft en 2015.

La Open ROADM MSA se formó en 2016 con el objetivo de producir especificaciones para las redes ROADM interoperables con múltiples proveedores. La MSA publica especificaciones ópticas para la interoperabilidad del plano de datos, incluidos los transpondedores, los conmutadores OTN y los enchufables, así como las API abiertas y los modelos de datos YANG asociados. Las primeras especificaciones fueron para un transpondedor compatible con G.698.2 de 100 Gb/s y un ROADM de red fija incoloro. En 2017, se añadieron el Xponder/switch OTN, los amplificadores en línea y la red flexible. En 2018, se añadieron tasas de señal adicionales (200 Gb/s, 300 Gb/s y 400 Gb/s) junto con OTUCn y FlexO. En 2019, se añadieron a las especificaciones ODUflex, clientes de 400 G, amplificadores de bajo ruido, telemetría de flujo y transpondedores bookended.  Open ROADM fue la primera organización en adoptar el apropiadamente llamado Open FEC (OFEC) como el FEC para las velocidades de línea más allá de 100G.

Telecom Infra Project (TIP) fue fundado por Facebook, también en 2016, como una comunidad diversa que trabaja conjuntamente para desarrollar, probar y desplegar soluciones abiertas, desagregadas y basadas en estándares. El grupo Open Optical & Packet Transport (OOPT) dentro de TIP, que trabaja en la definición de tecnologías, arquitecturas e interfaces abiertas en redes ópticas e IP, también se formó en 2016, y Facebook contribuyó con el diseño de la plataforma de transpondedor DWDM de paquetes abiertos Voyager. Iniciado en 2017, Gaussian Noise Model in Python (GNPy) dentro del grupo TIP Open Optical & Packet Transport-Physical Simulation Environment (OOPT-PSE) define y desarrolla una biblioteca de algoritmos común, de código abierto y neutra en cuanto a proveedores para herramientas de planificación y optimización de rutas ópticas de múltiples proveedores.

En 2018, la ONF formó el proyecto Open Disaggregated Transport Network (ODTN), una iniciativa dirigida por los operadores para construir DCI utilizando equipos ópticos desagregados. Luego, en marzo de 2020, el grupo OOPT de TIP publicó las especificaciones para el transpondedor óptico desagregado y abierto Phoenix de 400 Gb/s con capacidad de longitud de onda, con Infinera seleccionada como uno de los seis proveedores en julio de 2020.

Figura 2: El camino de 20 años hacia las redes ópticas abiertas

Así que, para resumir, aunque ningún elemento fue suficiente por sí solo para hacer posible las redes ópticas abiertas, el efecto acumulativo de estas numerosas iniciativas durante los últimos 20 años, como se muestra en la Figura 2, nos ha llevado a un lugar donde las redes ópticas abiertas son ahora una realidad práctica.

Por Paul Momtahan, Director de Marketing, Infinera



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