HERD for the Gigabit Era | Data Center | Corning

Por Katia Safonova y Kevin Bourg, Corning Optical Communications
Presente en el Broadband Technology Report del 29 de agosto de 2018

A medida que los operadores de cable continúan expandiendo la capacidad de sus redes híbridas de fibra coaxial (del inglés HFC), el espacio dentro del headend o hub se vuelve escaso. Cada ciclo de actualización trae nuevos transmisores y receptores implantados, junto con nuevos sistemas de terminación de cable módem (del inglés CMTS). Con la próxima ola de actualizaciones hacia la fiber deep o una planta coaxial completamente pasiva, los operadores pueden encontrar 10 veces más nodos en el campo, y una bonificación aún mayor en el espacio dentro de sus instalaciones.

La buena noticia es que no solo los operadores de cable, sino también la industria de las telecomunicaciones en su conjunto, se han enfrentado a estos desafíos durante años. Los operadores de telefonía, televisión por cable, competitivos y municipales luchan contra el espacio limitado en sus instalaciones de comunicación y no tienen espacio para una expansión continua. Ahora, podemos preguntar: “¿Por qué se considera esto una buena noticia?” La verdad es que la industria se ha centrado durante muchos años en formas de proporcionar un entorno más ágil, un método para implementar capacidad y escalabilidad mientras se aleja de las plataformas propietarias para la prestación de servicios en la red de acceso. Por lo tanto, hoy existe un caso establecido para abordar estas inquietudes, aprovechando la virtualización de las funciones de la red (del inglés NFV).

La infraestructura de red de la oficina central implantada hoy y desarrollada durante más de 50 años se ha vuelto inadecuada para una futura expansión. El concepto de rediseñar una oficina central como centro de datos (del inglés CORD) ha obtenido resultados probados: al alejarse del hardware y adoptar el uso de estructuras de software flexibles y ágiles, las empresas de telecomunicaciones están cosechando los beneficios de la escalabilidad y la implementación de servicios nuevos y ampliados.

CORD ofrece tres ventajas principales, la primera de las cuales es el uso escalable de software mantenido en la nube. Esto sigue siendo una ventaja versátil y fundamental del enfoque. Sin embargo, dos ventajas adicionales, el uso de redes definidas por software (del inglés SDN) y NFV – no deben pasarse por alto como ventajas de CORD cuando se aplica al centro de control.

La creciente necesidad de capacidad de red proviene del ansia mundial de velocidades más altas. Se necesitan redes ultrarrápidas para cumplir la promesa de las tecnologías emergentes, las ciudades inteligentes y el “Internet de las cosas”. En el caso de los operadores de sistemas múltiples (del inglés MSO), la demanda de servicios extendidos, que incluyen todo, desde vídeo bajo demanda hasta televisión de alta definición, junto con los datos que los acompañan, crea más presión en el headend y la red adyacente, especialmente cuando llega a escala.

Los aumentos en el tráfico se pueden abordar con la adición de nodos y fibra, pero este enfoque solo es viable y escalable hasta cierto punto. En el centro de control, el uso excesivo de fibras puede crear la necesidad de una identificación compleja y lenta de las longitudes y las rutas de los puentes ideales, así como la congestión en los gabinetes. Peor aún, puede conducir a riesgos operativos y problemas de rendimiento y, en última instancia, a un aumento de precios.

La aplicación de un paradigma CORD es una forma sólida para que los operadores de cable innovadores aprovechen las ventajas escalables, ayudándoles a anticipar la demanda, aumentando la capacidad de la red y, al mismo tiempo, reduciendo los costos.

Observe el enfoque en capas de la arquitectura de fibra óptica que se ve en las redes HFC, como se muestra en la Figura 1, con tres niveles de fibra desde uno headend hasta el nodo final. Si bien este caso general puede no aplicarse a todos los MSO (ya que algunos no incluyen un nodo secundario), sí muestra cómo se puede reducir el voltaje en el headend aplicando múltiples capas para administrar los requisitos de cableado.

A medida que aumentan las implementaciones de dispositivo PHY remoto (del inglés RPD), los MSO están en condiciones de iniciar la virtualización del centro de control. En una implementación de RPD, la capa física DOCSIS se mueve del headend al campo en un nodo HFC distribuido. El espacio para grandes transmisores analógicos y receptores digitales/analógicos ya no es necesario en el headend o en la ubicación del hub. Además, el CMTS comienza a parecerse a una máquina de conmutación basada en MAC de capa 2, que se puede virtualizar en una plataforma de servicio no propietaria. Esta nueva arquitectura basada en RPD reduce las restricciones de espacio y refrigeración en el headend y el hub, con equipos estándar inspirados en el centro de datos que reemplazan a los CMTS y a los transmisores/receptores patentados. Por lo tanto, el concepto de rediseño como centro de datos se puede aplicar de manera efectiva en lo que llamaremos un headend rediseñado como centro de datos (del inglés HERD).

Al adoptar una estructura más ágil, los operadores de CATV pueden crear una red simplificada que se puede escalar de manera efectiva y, comparativamente, económica. Una arquitectura spine-leaf de dos niveles, como se muestra en la Figura 2, puede ayudar a simplificar el HERD, que es más conveniente para transferir datos desde módems de cable o decodificadores al enrutador (de este a oeste).

Esta arquitectura de red consta principalmente de dos partes: una capa de conmutación spine y una capa de conmutación leaf. Cada switch leaf está conectado a cada switch spine, lo que mejora en gran medida la eficiencia de las comunicaciones y reduce la demora entre servidores. Además, la arquitectura de red spine-leaf de 2 niveles permite a los MSO evitar la compra de costosos dispositivos de conmutación de capa de núcleo, al tiempo que facilita la adición de switches y dispositivos de red para expansión según las necesidades de la empresa, en lugar de adquirirlos como parte de la inversión inicial.

Con el enfoque HERD, los operadores de cable pueden optimizar sus infraestructuras moviendo las funciones de control y plan de datos desde la red de acceso dentro de las plataformas CMTS propietarias, ubicadas en el headend o distribuidas dentro de los hubs, para servidores estándar de caja blanca y switches en el headend.

Una implementación SDN permite simplificar la estructura de la red, lo que proporciona una separación de los planes de control y los datos de una red, al tiempo que permite la programación de control. La función SDN se implementa mediante software que se ejecuta en servidores disponibles en la industria, controlando switches estándar y blades de E/S, a través de una interfaz abierta. (Sin embargo, todavía habrá desafíos en los que algunos blades de E/S deberán usarse en sitios o ubicaciones de hub remotos).

En el ejemplo de NFV, que promueve el uso de la virtualización dentro del plan de datos, los servidores de caja blanca nuevamente proporcionan un hub central dentro de la cabecera, para permitir una orquestación basada en software más ágil.

Un enfoque rediseñado para hacer frente a la mayor demanda de datos y la agilidad en las redes MSO ofrece beneficios principalmente en la integración y el posicionamiento mejorados de una solución de software. Sin embargo, también requiere hardware adecuado para el propósito, para obtener un resultado HERD completo.

Para una implementación real optimizada y escalable de racks virtuales en el headend, se debe combinar un sistema de gestión de fibra de alta densidad con fibras optimizadas. Un gabinete de alta densidad con acceso frontal o posterior que permite aplicaciones de conexión cruzada e interconexión se traduce en la implementación más sencilla de las integraciones SDN y NFV. Un hardware escalable también significa que, incluso si hay un crecimiento significativo en una red MSO determinada, el nodo principal puede seguir haciendo frente a las crecientes demandas y requisitos.

La adopción de un enfoque HERD aprovecha el software y el hardware disponibles para habilitar una red lista para el futuro. Las demandas de capacidad y las tecnologías MSO en evolución continuarán agregando presión a la infraestructura heredada existente, que necesita tecnología en evolución para adaptarse.

La transformación a una red de distribución basada en estándares brinda a los MSO la oportunidad de aumentar la escala y la eficiencia hacia una infraestructura óptica preparada para el futuro. Para proporcionar el rendimiento y las funciones que esperan sus clientes, los operadores de cable ahora están migrando sus redes para estar preparados para la era del gigabit. Los recursos de alta velocidad en el horizonte ocuparán toda la red, y esto comienza en el headend con un movimiento hacia la virtualización.