Un nuovo servizio per la condivisione dello spettro in Europa

Le reti aperte hanno rappresentato un vero cambio di paradigma nel mondo del networking. Grazie ad esse ed all’unione con la programmabiltà e la nuova tecnologia Flex Grid si rende possibile la condivisione di spettro multi-dominio: un importante passo avanti per la realizzazione di percorsi ottici su misura che potranno sfruttare al massimo la capacità delle reti europee della ricerca (NREN).

Molte NREN, infatti, hanno infrastrutture ottiche in grado di sfruttare la banda C estesa (un intervallo di frequenza di 4.8 Thz) e quindi godono di abbondanza di spettro a disposizione. In alcuni segmenti di rete una parte dello spettro può essere considerato in eccedenza rispetto alle esigenze attuali e di crescita delle singole reti della ricerca. Sebbene questa componente sovrabbondante dello spettro possa essere in percentuale marginale (5-10%), essa rappresenta un’opportunità se correttamente condivisa e utilizzata. Contestualmente cresce la domanda di collegamenti sempre più veloci: si pensi, ad esempio, ai collegamenti tra più data centre dislocati a centinaia se non a migliaia di km di distanza (data lake) che necessitano di percorsi dedicati e ad altissima capacità. Ovviamente questo tipo di connessioni si potrebbero realizzare acquisendo fibra dedicata, ma ciò comporterebbe delle conseguenze che vanno dall’impatto economico alla gestione stessa della fibra da parte delle organizzazioni che ne fanno richiesta. Serve quindi uno strumento per collegare sedi dislocate in paesi (e quindi in domini) diversi che sia flessibile, tecnologicamente avanzato e, al contempo, economicamente sostenibile.

Con il progetto ‘Spectrum Connection Service’ (SCS) GÉANT ha voluto rispondere proprio a questa esigenza, ottimizzando le risorse già disponibili tra le reti della ricerca nazionali in Europa. In particolare il servizio permetterà ai grandi consumatori di capacità di lanciare segnali ottici direttamente sulle infrastrutture ottiche nazionali e internazionali, rendendo quindi possibile per gli utenti costruire infrastrutture di rete internazionali ad un costo accessibile.

Abbiamo intervistato Gloria Vuagnin e Paolo Bolletta del dipartimento Infrastruttura GARR, che partecipano attivamente al progetto GN4-3 WP7 in cui si stanno definendo le specifiche di questo servizio.

Cos’è il servizio di Spectrum Sharing e a cosa serve?

PB: Il servizio SCS (Spectrum Connection Service) è un nuovo servizio proposto dalla rete paneuropea GÉANT e un prototipo per la condivisione di spettro tra NREN. A questo progetto partecipa l’italiana GARR insieme alla serba AMRES, la ceca CESNET, l’ungherese KIFU, la francese RENATER, la greca GRENT e la norvegese UNINETT.

Il servizio si basa sulla capacità di condividere lo spettro ottico DWDM disponibile tra reti otticamente connesse. L’idea è che gli utilizzatori possano iniettare un segnale ottico direttamente nel sistema di linea della propria NREN, che diventa così il primo dominio ospitante e che da qui viene trasportato attraverso diversi domini amministrativi fino alla sede di destinazione. Se vogliamo, si tratta della versione avanzata delle lamda aliene (alien wavelength): mentre queste permettono la trasmissione di un singolo segnale su una porzione di spettro limitata (tipicamente di 50-100 GHz), lo Spectrum Sharing permette la trasmissione simultanea di diversi segnali ottici su una più ampia porzione di spettro (es. 400 GHz).

Con questo tipo di servizio è possibile cedere una parte di spettro ad un ente della ricerca che faccia richiesta di capacità extra, per esempio per connettere dei data lake o delle server farm, ad un costo inferiore rispetto ad un’offerta commerciale e con un livello di controllo diretto della connessione che non sarebbe possibile utilizzando un’infrastruttura di terzi. È una soluzione che ha numerosi benefici, in quanto permette di ottimizzare le risorse e ne migliora la gestione, attraverso la delega all’ente ricevente della gestione del segnale.

Come funziona?

GV: Lo spectrum sharing è un disaccoppiamento del sistema di linea dagli apparati terminali, che riprende il concetto delle lambda aliene e lo supera, rendendo possibile la trasmissione di diverse connessioni sulla stessa porzione di spettro. Prima di tutto è necessario avere a disposizione delle reti ottiche coerenti (DWDM) e dotate della tecnologia flexible grid, che permette di sezionare lo spettro in porzioni variabili, e di controllare il sistema di linea (line system) e generatori di segnale (tranceiver) attraverso dei controller indipendenti.

Gli attori coinvolti in questo servizio sono 2: gli utilizzatori dello Spectrum Service, che gestiscono l’apparato che genera il segnale ottico, e i diversi fornitori di spettro (Spectrum Service providers - SCS) che sono le reti della ricerca nazionali o GÉANT, che possiedono o operano il sistema di linea della loro rete (dominio).

L’interazione tra questi attori avviene tramite delle interfacce che indicano i confini tra le diverse aree di competenza. Una prima interfaccia, SCS-UNI (User-Network Interface), definisce la linea di demarcazione tra la rete dedicata al servizio e l’utilizzatore. La seconda interfaccia, SCS-NNI (Network-Network Interface) indica invece il confine tra le due (o più) reti che partecipano al servizio. Ci sono alcuni aspetti che devono essere ancora approfonditi dal progetto, come ad esempio la gestione dell’operatività e il monitoraggio della rete, ma anche i livelli di sicurezza e le misure per garantire la riservatezza delle comunicazioni.

Per che tipo di utenza è stato pensato questo servizio?

PB: Oltre ai già menzionati grandi consumatori di capacità, come i data centre della Big Science, che prevedono un aumento nella domanda di traffico nell’ordine del Terabit al secondo, gli altri beneficiari di questo servizio sono gli istituti di ricerca che necessitano di inviare segnali ottici sulla fibra, come per i servizi di tempo/frequenza.

Un esempio di applicazione?

GV: Dopo i primi collegamenti prototipali tra Amsterdam e Londra e sulla rotta Copenaghen-Helsinki, è in corso di pianificazione un pilot multi-provider che colleghi, nel 2022, il CERN di Ginevra con l’INFN-CNAF di Bologna. Il collegamento CERN-CNAF prevede un percorso di circa 1.200 km (senza rigenerazione) e comporta l’attraversamento della rete GARR e dell’europea GÉANT. Proprio grazie a questo servizio, sarà possibile aumentare la connettività per lo scambio di dati tra le due sedi arrivando alla capacità del Terabit al secondo e questa sarà una delle prime applicazioni della nuova rete GARR-T.

DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) ed è una tecnologia che permette di multiplare su una sola coppia di fibre, in un unico flusso ottico, diverse lunghezze d’onda (o canali ottici) ad un estremo di una connessione e di separare ogni singola lunghezza d’onda all’altro estremo.