I nostri innovatori

COFFEE e DREAMER, progetti italiani di frontiera nell’ambito della Open Call di GÉANT, protagonisti dell’evoluzione della rete più veloce del mondo

Con questo articolo concludiamo la presentazione dei progetti della Open Call di GÉANT che hanno come coordinatori gruppi italiani.

Il progetto COFFEE, che introduce delle tecniche innovative per massimizzare l’efficienza spettrale delle trasmissioni in fibra ottica, e il progetto DREAMER, che lavora con il GARR per realizzare l’enorme potenziale del Software Defined Networking nelle reti di produzione degli operatori ICT.

Trasmissioni più efficienti con COFFEE

La trasmissione su fibra ottica rappresenta il gold standard per le reti telematiche. Ma questo oro può luccicare ancora di più, grazie a speciali tecniche di trasmissione che aumentano l’efficienza spettrale e quindi la capacità della fibra. Ce ne parla Luca Potì, coordinatore del progetto COFFEE:

Luca Potì
CNIT PISA
coordinatore del progetto COFFEE

La tecnica che utilizziamo nel progetto COFFEE si basa sul Time-Frequency Packing (TFP), usato comunemente nelle comunicazioni satellitari di ultima generazione. In sostanza, anche con la fibra ottica si è raggiunto un collo di bottiglia per la capacità trasmissiva della singola lunghezza d’onda. Il progetto vuole dimostrare che si può incrementare la capacità del singolo canale utilizzando tecniche che comprimano l’informazione che viene spedita. Con questo tipo di compressione si introducono delle sovrapposizioni dell’informazione trasmessa dai segnali, che però sono controllate con speciali tecniche di decodifica che permettono di recuperare tutte le informazioni trasmesse. Questa tecnica è stata provata in laboratorio da noi, e il progetto COFFEE si prefigge di utilizzarla in campo su una infrastruttura ottica in ambito europeo fornita da GÉANT.

Quanto si può guadagnare in termini di efficienza spettrale con questa tecnica?

Al momento possiamo trasmettere a circa 1 Tbps in una banda di 150 Gigahertz, ed entro fine anno dovremmo poter arrivare a 100 GHz. Per dare un termine di confronto, le schede che vengono impiegate comunemente lavorano a 100 Gigabit per secondo, quindi un decimo della informazione che trasmettiamo noi, in una banda di 50 GHz. 1 Tbps su una banda di 100 GHz è 10 volte tanto in una banda che è il doppio, quindi otteniamo un fattore 5 di guadagno.

Che attività state svolgendo adesso nel progetto?

Vogliamo aumentare ulteriormente la capacità di trasmissione. Finora abbiamo fatto una sovrapposizione dei segnali (solo) nel tempo, perchè avevamo un ricevitore a singola portante. In questo modo non si riescono a sfruttare le sovrapposizioni in frequenza; se invece si usa un ricevitore multiportante, si possono ricevere contemporaneamente 2, 3 o 4 portanti e sovrapporle un po’ in frequenza, in modo da poterle avvicinare di più e guadagnare più efficienza spettrale, riducendo la banda utilizzata. Con questa tecnica si dovrebbe poter restingere la finestra di trasmissione da 150 GHz ai 100 GHz menzionati sopra, mantenedo 100Gbps; a livello teorico è fattibile, stiamo cercando di dimostrarlo sperimentalmente. Un altro punto riguarda la compensazione, seppure parziale, dei fenomeni non-lineari di propagazione nella fibra, attualmente implementata in laboratorio mediante elaborazione di segnale, simulando una propagazione in senso opposto del segnale ottico in fibra. Abbiamo incluso nel progetto questa attività perchè il processing aggiuntivo necessario per questa operazione è abbastanza pesante e si vorrebbe evitarlo sia per una questione di latenza, sia per una questione di potenza che si consuma con queste operazioni. L’idea è quella di sfruttare tecniche innovative che riducono la complessità del ricevitore ma che consentono comunque di fare una compensazione parziale dei fenomeni non-lineari; questo è stato provato in laboratorio e vorremmo riprodurlo in campo quando andremo a montare l’attrezzatura a Milano all’inizio dell’anno prossimo.

Ci può descrivere il contesto più ampio del vostro lavoro?

Essendo il CNIT un consorzio nazionale, c'è una partnership interna con le università. Noi lavoriamo con colleghi della Scuola Superiore Sant’Anna e dell’Università di Parma. In particolare l’Università di Parma è quella che per prima (a livello mondiale) ha provato teoricamente il TFP per le applicazioni ottiche. Inoltre la concorrenza a livello internazionale in questo settore vede attori industriali come Alcatel-Lucent e Huawei; noi in particolare abbiamo una partnership con Ericsson, con cui lavoriamo da diversi anni, e ci confrontiamo regolarmente con le soluzioni dei nostri concorrenti. Abbiamo appena condotto dei test a Monaco con il nostro sistema, confrontandolo con il sistema proposto da Coriant (ex Nokia-Siemens) che è anche quello proposto da Alcatel- Lucent e Huawei. I risultati ottenuti danno ragione e forza alla nostra scelta e verranno presto pubblicati in ambito internazionale.

Quindi a livello industriale c’è un riscontro diretto per questa tecnologia?

Certo, noi ci auguriamo che venga recepita. Dipende da molti fattori, tra cui il lavoro di standardizzazione che viene fatto. Noi abbiamo già proposto i nostri standard che sono in fase di valutazione dall’ITU (International Telecommunication Union), e sono già stati inseriti tra i possibili standard da discutere.

Maggiori informazioni: www.geant.net/opencall/Optical/Pages/COFFEE.aspx

Con DREAMER, SDN è realtà

Il Software Defined Networking (SDN) è una delle innovazioni più importanti di questi anni nel campo ICT e uno dei tre pilastri fondamentali nella virtualizzazione dei servizi (calcolo, storage, reti). Il progetto DREAMER si prefigge di studiare il miglior modo per implementare SDN in ambienti di produzione. Ce ne parla Stefano Salsano, coordinatore del progetto: La maggior parte delle aplicazioni di SDN fino ad ora riguarda i data center, invece noi stiamo studiando come applicare SDN alle reti IP degli operatori. Vogliamo avvicinarci il più possibile ad una rete in produzione di un provider IP che opera su scala nazionale o europea.

Stefano Salsano
CNIT Roma, Università di Tor Vergata
coordinatore del progetto DREAMER

Lavorando col GARR

Il GARR è partner del progetto e insieme cerchiamo di capire quali sono i requisiti per una rete come quella che serve la ricerca e l’istruzione in Italia. La differenza fondamentale rispetto a un data center è ovviamente la sua distribuzione geografica; vogliamo controllare mediante SDN nodi sparsi in tutta Italia o in Europa, con i noti probemi di sincronizzazione legati alla latenza. Poi cerchiamo di capire insieme al GARR quali siano i tipi di servizi che si vogliono offrire in queste reti, in aggiunta al trasporto IP tradizionale, per esempio servizi per la creazione di reti private virtuali di vario tipo. Dobbiamo capire quali sono le prestazioni richieste, non solo in termini di capacità o di tempo di risposta in funzione del ritardo, ma soprattutto in termini di affidabilità, e cercare di studiare insieme quali siano i meccanismi più adatti per garantire prestazioni adeguate. Dal punto di vista tecnico il nostro approccio si basa su una soluzione “ibrida” IP/SDN. Il controllo SDN opera in parallelo al routing IP tradizionale che viene mantenuto per la connettività di base tra i nodi. SDN è usato per controllare i servizi aggiuntivi, quindi tutta la parte di reti private virtuali. Riteniamo questo approccio ibrido il più adatto all’evoluzione di una rete di un operatore. Abbiamo chiamato la solutione OSHI (Open Source Hybrid IP/SDN), dal momento che è la prima soluzione completamente open source che realizza questa architettura. Per creare dei tunnel SDN riutilizziamo le etichette MPLS, ma senza portarci dietro il piano di controllo MPLS: tutto il controllo è realizzato con approccio SDN.

E adesso siete nel periodo di prove di questa tecnologia?

Si, abbiamo realizzato le componenti di base e stiamo cominciando a costruirci sopra i servizi e le applicazioni. Un primo aspetto che stiamo studiando è come gestire una rete geografica con dei cluster di controllori fisicamente remoti tra di loro. Stiamo estendendo un controllore che si chiama ONOS, realizzato da ON.LAB in California, con cui abbiamo una collaborazione grazie al partner CREATE-NET. ONOS di per sè realizza il singolo cluster e ne garantisce l’affidabilità nel singolo data center; noi estendiamo questa funzionalità su rete geografica tramite il colloquio tra cluster remoti di controllori. Dal punto di vista dei servizi, ci stiamo focalizzando su circuiti pseudowire ethernet, per realizzare delle reti a livello 2 completamente trasparenti tra gli end-point del servizio.

Infine stiamo studiando come migliorare la scalabilità delle soluzioni di creazione dei tunnel MPLS sfruttando il concetto del segment routing, che è una nuova tecnologia che evita di dover creare etichette per tutti i flussi possibili nella rete, trasportando poche etichette in più nel pacchetto per non caricare troppo le tabelle d’inoltro dell’etichetta nei nodi.

Si parla di cloud distribuite, data center distribuiti. Questo tipo di soluzioni è un elemento fondamentale per questo ecosistema

Sì, dal punto di vista dell’operatore questo è il complemento abilitante per offrire al meglio servizi di tipo cloud tramite data center distribuiti, può essere proprio il pezzo che manca per poter facilmente ritagliare in maniera dinamica le porzioni di capacità e di servizi in una rete geografica di larga scala.

Vedo che siete attivi nella comunità, come evidenziato per esempio dal recente workshop che avete organizzato...

La comunità SDN italiana è particolarmente interessante; partendo da quel workshop abbiamo creato una comunità che adesso conta circa 80 iscritti. Co-promotore di questa iniziativa è stato Antonio Manzalini di Telecom Italia, co-chair della comunità SDN a livello IEEE. Insieme a lui abbiamo pensato di creare un gruppo simile in Italia per fare massa critica su queste tematiche, proprio perché forse ci sono stati dei contributi finora ma ognuno separatamente a livello internazionale.

Maggiori informazioni:
www.geant.net/opencall/SDN/Pages/DREAMER.aspx
sdn-it.it

Per vedere tutti i video e le interviste delle Open Calls: https://www.garr.tv/home/viewcategory/48/gn3-symposium-open-call