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Disaggregazione e automazione della rete di accesso fisso

Negli ultimi anni nei laboratori di TIM è stato intrapreso un percorso di sperimentazione e sviluppo di soluzioni prototipali che sta dimostrando come sia possibile arrivare ad un elevato livello di automazione e semplificazione nella gestione e nella realizzazione di una rete di accesso, oltre che nel provisioning dei servizi che su di essa vengono implementati. Il percorso porta verso la realizzazione di una rete di accesso fisso software defined (SDAN: Software Defined Access Network) che si possa calare adeguatamente in un futuro contesto di rete Edge Cloud e si basa in particolare su tre concetti innovativi:

la disaggregazione degli apparati di accesso;
l’introduzione di una logica a intenti nella configurazione degli apparati;
l’esistenza di un’unica sorgente di verità per le configurazioni e il software degli apparati.

La disaggregazione degli apparati di accesso (Fig.1)

Un apparato di accesso tradizionale, cosiddetto OLT (Optical Line Termination), è composto da uno chassis che contiene al suo interno delle schede con le interfacce ottiche, sia per il lato rete che quello utente, una matrice di switching e delle CPU per il software di controllo e gestione di tipo proprietario.

Figura 1: I diversi livelli di disaggregazione per una OLT

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Un primo livello di disaggregazione che possiamo definire “hardware” si ottiene eliminando lo chassis che rappresenta una forte legacy per gli sviluppi successivi della rete. Esso viene sostituito da apparati più compatti in formato “pizzabox” (Fig.3) con un numero limitato di porte xPON (16, 32 o 48) e interfacce di uplink ad alta capacità. Apparati di questo tipo garantiscono scalabilità e flessibilità permettendo di scegliere di volta in volta l’architettura di nodo migliore che, qualora necessario, può prevedere anche degli switch di aggregazione. Il livello massimo di disaggregazione “hardware” (e di flessibilità di utilizzo che ne deriva) è rappresentato dalle cosiddette micro-OLT, moduli con una singola interfaccia xPON utilizzabili in uno switch generico per specializzare ciascuna porta in base alle proprie esigenze. Un secondo livello di disaggregazione definito “software”, il più importante ai fini dell’automazione, prevede di disaccoppiare l’apparato hardware dal software utilizzato per realizzare le funzionalità di controllo e gestione, che in questo modo può essere unificato. In questo caso gli apparati sono programmabili e il software è quasi del tutto indipendente dal costruttore sfruttando interfacce aperte e standard (ad es. i modelli Yang proposti dal Broadband Forum) invece delle interfacce proprietarie utilizzate al momento dalle soluzioni in campo. Al massimo livello di disaggregazione le funzionalità normalmente implementate a bordo dell’apparato vengono trasportate in modo univoco nel cloud, riducendo al minimo la legacy software dei costruttori e quindi la complessità degli apparati stessi (ad es. la soluzione VOLTHA proposta da ONF).

La logica a intenti nella configurazione degli apparati

Il software unificato di controllo e gestione della OLT può essere eseguito su server commerciali standard, ed è realizzato con un’architettura a micro-servizi per beneficiare di una elevata flessibilità gestionale, scalabilità e capacità di sviluppo evolutivo. La piattaforma software di esecuzione dei micro-servizi, considerata oramai come standard “de-facto”, è Kubernetes (K8s) con container di tipo Docker. In un simile contesto cloud è possibile semplificare l’interfaccia di controllo di una OLT mediante una northbound API che sia un’estensione delle API di K8s; la OLT viene configurata e gestita con le stesse modalità con cui si gestiscono le risorse del cloud che la ospita e cioè applicando un approccio dichiarativo «intent based», invece di quello imperativo comunemente utilizzato nella gestione degli apparati. I sistemi di gestione dichiarano lo stato desiderato dei servizi e degli apparati ad un opportuno controllore specializzato detto “OLT operator” che si occupa di mantenere automaticamente allineato l’apparato OLT.

La sorgente unica di verità

Con un approccio disaggregato e a microservizi è possibile applicare la metodologia DevOps, tipica dello sviluppo software, anche allo sviluppo e alla gestione di una OLT con i relativi benefici. Questa metodologia può essere applicata ed estesa mediante la creazione di un’unica sorgente di verità per il SW degli apparati, le configurazioni di rete e quelle di servizio. La sorgente di verità mantiene lo stato corrente desiderato per tutte le OLT dispiegate in campo e lo storico di tutte le operazioni di creazione, modifica e cancellazione, mentre ciascuna OLT si sincronizza automaticamente con la sorgente di verità in modo autonomo. I tre concetti innovativi sono stati utilizzati per sviluppare in laboratorio dei nodi di accesso secondo l’architettura descritta in Fig.2 e alcuni casi d’uso che dimostrano le potenzialità dell’approccio descritto.

Figura 2: Operare su una OLT in modalità DevOps con logica ad intenti

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In particolare, è stato possibile automatizzare completamente la procedura di provisioning di una nuova OLT (Zero Touch Provisioning) fino ad arrivare a sostituire un apparato di un costruttore con quello di un altro, ripristinando automaticamente tutta la configurazione e i servizi attivi nel giro di pochi minuti. La sostituzione è stata dimostrata utilizzando 2 OLT con lo stesso numero di porte xPON e non ha richiesto alcun intervento manuale di configurazione, se non per l’aggiornamento del serial number dell’apparato sul sistema di controllo. La maturità tecnologica degli apparati OLT disaggregati varia da costruttore a costruttore, e decresce aumentando il livello di disaggregazione. Le soluzioni dimostratesi più mature in laboratorio sono state utilizzate per un primo trial nella centrale di Nichelino (Fig.3) con l’attivazione di alcuni clienti amici, a cui sono stati forniti dei servizi di connessione dati di tipo “consumer”, simili a quelli delle offerte TIM a 10G.

Figura 3: Il trial in campo nella centrale di Nichelino

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Le attività svolte e i prototipi realizzati hanno finora dimostrato i vantaggi in termini di automazione e semplificazione che si possono ottenere disaccoppiando in modo netto l’hardware da un software unificato, sviluppato secondo paradigmi cloud native. La maturità di queste nuove soluzioni sta crescendo ed esse continueranno ad essere oggetto di studio e sviluppo da parte di TIM, con l’obiettivo di definire i futuri requisiti per la rete di accesso creando nuove opportunità per l’ottimizzazione dei processi di ingegnerizzazione/maintenance e per la creazione di nuovi servizi per la rete.

umberto.eula@telecomitalia.it
paolo.pellegrino@telecomitalia.it
marco.polano@telecomitalia.it

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