HERD for the Gigabit Era | Data Center | Corning

Por Katia Safonova e Kevin Bourg, Corning Optical Communications
Presente no Broadband Technology Report em 29 de agosto de 2018

À medida que as operadoras de cabo continuam a expandir a capacidade de suas redes de fibra-coaxial híbrida (do inglês HFC), o espaço dentro do headend ou do hub torna-se escasso. Cada ciclo de atualização traz novos transmissores e receptores implantados, junto com novos sistemas de terminação de modem a cabo (do inglês CMTS). Com a próxima onda de atualizações em direção à fiber deep ou uma planta coaxial totalmente passiva, as operadoras podem se deparar com10 vezes o número de nós no campo – e um abono ainda maior no espaço dentro de suas instalações.

A boa notícia é que não apenas as operadoras de cabo, mas também o setor de telecomunicações como um todo enfrenta esses desafios há anos. Operadoras de telefonia, de TV a cabo, operadoras competitivas e municipais lutam contra o espaço limitado em suas instalações de comunicação e não têm espaço para a expansão contínua. Agora, podemos perguntar: “Por que isso é considerado uma boa notícia?” A verdade é que o setor está há muitos anos focado em maneiras de fornecer um ambiente mais ágil, um método para implantar capacidade e escalabilidade enquanto se afasta de plataformas proprietárias para entrega de serviço na rede de acesso. Portanto, hoje existe um caso estabelecido para resolver essas preocupações, aproveitando a virtualização das funções da rede (do inglês NFV).

A infraestrutura de rede do escritório central implantada hoje e desenvolvida ao longo de mais de 50 anos tornou-se inadequada para uma expansão futura. O conceito de rearquitetar um escritório central como um data center (do inglês CORD) tem resultados comprovados: ao se afastar do hardware e adotar o uso de estruturas de software flexíveis e ágeis, as empresas de telecomunicações estão colhendo os benefícios da escalabilidade e da implantação rápida de serviços novos e ampliados.

O CORD oferece três vantagens principais, sendo a primeira o aproveitamento escalonável de software mantido na nuvem. Esta continua sendo uma vantagem versátil e fundamental da abordagem. No entanto, duas vantagens adicionais – o uso de redes definidas por software (do inglês (SDN) e da NFV – não deve ser negligenciado como vantagens do CORD quando aplicado à central de controle.

A necessidade crescente de capacidade de rede vem de uma ânsia mundial por velocidades mais altas. As redes super-rápidas são necessárias para cumprir a promessa de tecnologias emergentes, cidades inteligentes e a “Internet das coisas”. No caso de operadores de sistema múltiplo (do inglês MSO), a demanda por serviços estendidos, incluindo de tudo, desde vídeo sob demanda até televisão de alta definição, junto com os dados que os acompanham, criam mais pressão no headend e na rede adjacente, especialmente em se tratando de escala.

Os aumentos de tráfego podem ser tratados com a adição de nós e fibra, mas essa abordagem só é viável e escalonável até certo ponto. Na central de controle, o uso excessivo de fibras pode criar a necessidade de identificação complexa e demorada de comprimentos e rotas de jumper ideais, bem como congestionamento em gabinetes. Pior ainda, pode levar a riscos operacionais e problemas de desempenho e, em última análise, a um aumento de preço.

A aplicação de um paradigma CORD é uma maneira robusta das operadoras de cabo inovadoras aproveitarem as vantagens escalonáveis, ajudando-as a antecipar a demanda, aumentando a capacidade da rede e, ao mesmo tempo, reduzindo custos.

Dê uma olhada na abordagem em camadas da arquitetura de fibra óptica vista em redes HFC, conforme mostrado na Figura 1, com três níveis de fibra de um headend até o nó final. Embora esse caso geral possa não se aplicar a todas as MSOs (já que algumas não incluem um nó secundário), ele mostra como a tensão no headend pode ser reduzida aplicando várias camadas para gerenciar os requisitos de cabeamento.

À medida que aumentam as implantações de dispositivo PHY remoto (do inglês RPD), as MSOs estão em posição para iniciar a virtualização da central de controle. Em uma implantação RPD, a camada física DOCSIS é movida do headend para o campo em um nó HFC distribuído. O espaço para grandes transmissores analógicos e receptores digitais/analógicos não é mais necessário no headend ou no local do hub. Além disso, o CMTS começa a se parecer com uma máquina de comutação baseada em MAC de Camada 2, que pode ser virtualizada em uma plataforma de serviços não proprietária. Essa nova arquitetura baseada em RPD reduz as restrições de resfriamento e espaço no headend e no hub, com equipamentos padrão inspirados em data centers substituindo os CMTS e transmissores/receptores proprietários. Portanto, o conceito de rearquitetura como um data center pode ser aplicado efetivamente no que chamaremos de headend rearquitetado como um data center (do inglês HERD).

Ao adotar uma estrutura mais ágil, os operadores de CATV podem criar uma rede simplificada que pode ser dimensionada de forma eficaz e, em termos comparativos, de maneira econômica. Uma arquitetura spine-leaf de dois níveis, conforme demonstrado na Figura 2, pode ajudar a simplificar o HERD, que é mais conveniente para transferir dados de modems a cabo ou decodificadores para o roteador (de leste a oeste).

Essa arquitetura de rede consiste principalmente em duas partes – uma camada de comutação spine e uma camada de comutação leaf. Cada switch leaf é conectado a cada switch spine, melhorando muito a eficiência das comunicações e reduzindo o atraso entre os servidores. Além disso, a arquitetura de rede spine-leaf de 2 níveis permite que as MSOs evitem a compra de dispendiosos dispositivos de comutação da camada de núcleo, ao mesmo tempo que torna mais fácil adicionar switches e dispositivos de rede para expansão com base nas necessidades do negócio, em vez de adquiri-los como parte do investimento inicial.

Com a abordagem HERD, as operadoras de cabo podem agilizar suas infraestruturas através da movimentação de funções de controle e plano de dados da rede de acesso dentro de plataformas CMTS proprietárias, localizadas no headend ou distribuídas dentro de hubs, para servidores caixa-branca padrão e switches no headend.

Uma implementação de SDN permite simplificar a estrutura de rede, que fornece uma separação dos planos de controle e dados de uma rede, ao mesmo tempo que permite a programação de controle. O recurso SDN é implementado por software sendo executado em servidores disponíveis no setor, controlando switches padrão e blades de E/S, por meio de uma interface aberta. (No entanto, ainda haverá desafios nos quais alguns blades de E/S precisarão ser usados em sites ou locais de hub remotos.)

No exemplo da NFV, que promove o uso da virtualização dentro do plano de dados, os servidores caixa-branca novamente fornecem um hub central dentro do headend, para permitir uma orquestração baseada em software mais ágil.

Uma abordagem rearquitetada para lidar com o aumento na demanda por dados e agilidade nas redes MSO oferece benefícios principalmente na integração e no posicionamento aprimorados de uma solução de software. No entanto, também exige um hardware adequado para a finalidade, para obter um resultado HERD completo.

Para uma implementação real otimizada e escalonável de racks virtuais no headend, um sistema de gestão de fibra de alta densidade deve ser acoplado a fibras otimizadas. Um gabinete de alta densidade, com acesso frontal ou traseiro permitindo aplicativos de conexão cruzada e interconexão se traduz na implementação mais fácil das integrações SDN e NFV. Um hardware escalável também significa que, mesmo se houver um crescimento significativo em uma determinada rede MSO, o nó principal pode continuar a lidar com o aumento das demandas e requisitos.

A adoção de uma abordagem HERD aproveita as vantagens do software e hardware disponíveis para permitir uma rede pronta para o futuro. As demandas de capacidade e as tecnologias de MSO em evolução continuarão a adicionar pressão à infraestrutura legada existente, que precisa de uma tecnologia em evolução para se adequar.

A transformação para uma rede de distribuição baseada em padrão dá às MSOs a oportunidade de aumentar a escala e a eficiência em direção a uma infraestrutura óptica pronta para o futuro. Para oferecer o desempenho e os recursos que seus clientes esperam, as operadoras de cabo estão migrando suas redes agora para estarem prontas para a era do gigabit. Os recursos de alta velocidade no horizonte ocuparão toda a rede, e isso começa no headend com uma mudança para a virtualização.