Résumé
Les MSO connaissent une demande accrue d'expansion sur de nouveaux marchés et commencent à exiger une plus grande capacité dans leurs réseaux d'accès. Ce changement a accéléré la transition vers une architecture d’accès distribué (DAA) qui permet aux MSO d’innover avec des réseaux d’accès de plus grande capacité.
Le DAA exige la désagrégation des fonctions physiques et logiques du réseau. La désagrégation du nœud d’accès permet la simplification et la miniaturisation des dispositifs physiques du réseau. Il permet également de centraliser les fonctions basées sur les logiciels. Cette architecture génère le besoin de ressources de calcul supplémentaires dans le noyau et exige une nouvelle méthode pour orchestrer ces fonctions et ces ressources.
Harmonic™ CableOS® Pebble R-PHY et Fin OLT Plug (OEM de Tibit Communications) prennent en charge IEEE 10G-EPON et ITU-T XGS-PON, et sont installés dans le même boîtier de nœud HFC, tandis que les fonctions DOCSIS MAC et OLT Controller sont exécutées en tête de réseau sous la plateforme centrale cloudnative Harmonic™ CableOS alimentée par des processeurs Intel® Xeon®.
Ce document traite de cette combinaison unique qui permet aux MSO de tirer parti de la prochaine génération de technologie de réseau d’accès, tout en prolongeant la longévité de leur infrastructure de réseau existante sans changement de grosseur.
Présentation
De nombreux MSO améliorent leur portefeuille de services en déployant des réseaux optiques passifs (PON), principalement axés sur les applications résidentielles et les services aux entreprises. À court terme, le PON peut également être utilisé pour étendre la valeur de l’infrastructure de réseau DOCSIS existante grâce à des solutions innovantes impliquant des technologies d’accès DOCSIS et PON co-localisées sur le même nœud d’accès périphérique. Cette combinaison fait partie d’un DAA qui héberge la plupart des fonctions de réseau exécutées en logiciel à la tête de réseau MSO. L'utilisation de cette architecture fournit une plate-forme unifiée capable de supporter à la fois DOCSIS et PON, avec de nombreux avantages, notamment un délai de mise sur le marché réduit car les équipes d'exploitation et de support n'ont pas à être formées à plusieurs systèmes.
À l’exception de la couche PHY, les éléments constitutifs de DOCSIS et de PON sont très similaires. Il en résulte une solution logicielle unifiée pour les technologies d'accès au réseau DOCSIS et PON.
La désagrégation et l’architecture d’accès distribué
Présentation
La normalisation d’un DAA a déclenché une transformation majeure des réseaux DOCSIS ces dernières années. Les principales variantes de DAA, Remote-PHY et Remote MAC-PHY.
Pour la variante R-PHY, les composants MAC et PHY de DOCSIS sont déployés séparément sur la tête de réseau d’accès et le nœud respectivement. Pour le MAC-PHY à distance, le MAC et le PHY de DOCSIS sont situés au même endroit que le nœud d'accès.
Cette architecture permet la transition vers des fonctions de réseau basées sur des logiciels sur des plates-formes informatiques génériques, ce qui facilite l'introduction de PON pour compléter les réseaux DOCSIS. Le lien entre la tête de réseau et le nœud est désormais numérique. La liaison numérique permet d'ajouter un logiciel à la tête de réseau, qui peut acheminer le trafic par Ethernet standard à partir du nœud d'accès sur PON ainsi que sur DOCSIS. Cette solution n’était pas possible dans le passé car la portée aurait été trop longue pour un réseau PON.
Comprendre le matériel désagrégé
Les fonctions de mise en réseau qui étaient traditionnellement assurées par un CMTS intégré, un système DPoE basé sur un châssis ou un système PON BNG+OLT sont désormais réparties sur plusieurs composants du réseau qui remplissent des fonctions plus spécialisées.
Trois principaux domaines de désagrégation ont été identifiés :
- Moteur de routage : Exécute toutes les fonctions de routage avancées, y compris le routage IGP et EGP, la gestion VXLAN, le tunnelage et le transfert L3. Cette fonctionnalité est généralement confiée à un commutateur L3 dense et performant, ou elle peut également être virtualisée.
- Plateforme d’accès natif en nuage: Chargé de toutes les fonctions de QoS, de filtrage et de classification des abonnés, de FCAPS et de MAC (en cas de R-PHY). Cette fonctionnalité est devenue un parfait candidat pour la virtualisation, car elle peut être exécutée dans des grappes de serveurs x86 haute performance prêts à l’emploi. En outre, une désagrégation supplémentaire pourrait être possible en dissociant la gestion du plan de données. La majeure partie de la fonctionnalité de gestion des abonnés partage la même architecture pour DOCSIS et PON.
- Couche physique : Dispositifs à faible puissance qui convertissent le trafic en RF ou en lumière pour l’accès au dernier kilomètre.
Déploiement de logiciels désagrégés
L'avènement de la conteneurisation des logiciels a permis le développement de solutions plus flexibles et plus résilientes. Plutôt que de disposer d’une plateforme logicielle unique et monolithique, une solution logicielle désagrégée sépare les fonctions logicielles spécialisées dans leurs propres conteneurs qui fonctionnent ensemble de manière transparente mais peuvent aussi être gérés indépendamment.
Les plateformes d’accès qui hébergent des applications multilocataires sont d’excellents candidats à la désagrégation, car les composants communs à un CMTS virtualisé et à une solution PON virtualisée pourraient être réutilisés dans les éléments qui gèrent les deux réseaux d’accès. Ces éléments peuvent fonctionner simultanément sous le même module de calcul, offrant ainsi une plateforme d’accès unifiée.
DAA et technologies habilitantes
Pourquoi PON ?
En raison de la pression concurrentielle, ou afin d’offrir un portefeuille de services plus large, ou simplement pour assurer l’avenir de leurs réseaux d’accès, de nombreux câblo-opérateurs ont déjà déployé une version d’une solution PON pour des applications résidentielles et/ou professionnelles.
Le PON peut offrir une bande passante plus rapide et une meilleure fiabilité, mais aujourd’hui, l’utilisation du PON est idéale pour les solutions sur site.
La possibilité de colocaliser une prise OLT PON dans le même dispositif Remote-PHY ou Remote MAC ouvre de nouvelles possibilités de revenus aux MSO, car ils peuvent désormais offrir un service PON dans des zones ciblées de friches industrielles qui pourraient nécessiter une plus grande capacité de bande passante, ou simplement pour décharger les clients professionnels ou à forte consommation de DOCSIS vers PON.
De plus, l'architecture matérielle et logicielle distribuée donne lieu à une plate-forme unifiée capable de fournir à la fois DOCSIS et PON, ce qui permet de réduire les délais de commercialisation, car les équipes d'exploitation et d'assistance n'ont pas à être formées à deux systèmes distincts.
Le rôle du NFV et du Cloud-natif
La virtualisation des fonctions de réseau (NFV) et les concepts d'informatique dématérialisée ont entraîné une transformation de l'infrastructure des réseaux d'accès filaires et sans fil vers des architectures plus axées sur les logiciels et dotées de capacités de type informatique dématérialisée.
Il s’agit d’une vue de haut niveau de l’infrastructure des réseaux filaires et sans fil, montrant les fonctions de réseau virtualisées telles que le CMTS (Cable Modem Termination System) virtualisé, le BNG (Broadband Network Gateway) virtualisé et l’UPF (User Plane Function) virtualisé de la 5G, qui sont maintenant déployés en logiciel sur des plateformes de calcul génériques alimentées par des CPU Intel Xeon.
La virtualisation des fonctions de réseau afin de les découpler et de les abstraire du matériel est une approche bien établie et passe rapidement à la phase suivante des déploiements natifs du cloud. Cela favorise l'adoption des principes du cloud tels que la conteneurisation avec l'orchestration Kubernetes dans une architecture de micro-services.
Ce parcours de transformation du réseau a permis l'adoption d'un éventail de modèles de déploiement et de technologies évolutives. Les MSO peuvent désormais bénéficier d'une efficacité accrue grâce à la réduction de l'espace et de la consommation d'énergie, ainsi que d'une maintenance et de mises à niveau plus faciles grâce à l'évolutivité granulaire.
La flexibilité d’un déploiement NFV natif dans le nuage permet également de consolider les solutions logicielles avec des fonctions réseau co-localisées.
Une approche unifiée de DOCSIS et PON
Étant donné que le DAA facilite le maillage entre DOCSIS et PON afin de fournir un meilleur service global pour répondre aux besoins en bande passante des abonnés, les câblo-opérateurs peuvent obtenir un avantage concurrentiel.
Un exemple spécifique où les flux de trafic dominants proviennent d'un petit nombre d'abonnés. Ce petit groupe d’utilisateurs est responsable de la majorité du trafic dans un groupe de services. Ce petit groupe d'utilisateurs est responsable de la consommation de la majorité de la bande passante de données disponible pour le groupe de services, ce qui limite la quantité de bande passante disponible pour les autres utilisateurs. Ce problème est généralement résolu en divisant un nœud de fibre, ce qui entraîne des dépenses supplémentaires pour l'opérateur. Dans certains cas, cette approche ne permet pas de résoudre le problème car les gros utilisateurs sont toujours présents dans le nœud nouvellement divisé.
La méthodologie de déchargement de DOCSIS vers PON constitue un excellent moyen de résoudre le dilemme de la gestion de ces gros utilisateurs de bande passante pour les fournisseurs de services par câble.
Une fois que les utilisateurs lourds d’un dispositif DOCSIS R-PHY sont identifiés, un Harmonic Fin OLT Plug SFP+ peut être installé dans l’un des ports Ethernet du nœud Harmonic. Cette approche simple permet au MSO de convertir ses nœuds R-PHY existants en OLT PON sans avoir à installer d’équipement supplémentaire, ce qui réduit considérablement la barrière d’entrée au PON dans un déploiement sur site. Au fur et à mesure que les plus gros consommateurs de bande passante de données sont transférés vers un réseau PON iber, cette fibre nouvellement installée passe maintenant par d'autres foyers et entreprises, ce qui élargit encore la base de clients potentiels pour les services PON.
Le déchargement de DOCSIS vers PON peut être contrôlé par logiciel à la tête de réseau avec un changement minimal de la plate-forme existante qui fournit déjà la fonction vCMTS par logiciel. Les câblo-opérateurs peuvent désormais résoudre le problème de la largeur de bande de données en garantissant une largeur de bande plus élevée à leurs principaux utilisateurs tout en améliorant l’accès pour les autres abonnés de leur zone.
Cette approche présente également l’avantage considérable d’étendre la longévité de l’infrastructure existante du réseau DOCSIS sans qu’il soit nécessaire de procéder à des changements de grosseur.
Le déchargement du PON est essentiellement rendu possible par l'ajout d'un logiciel d'acheminement et de contrôle OLT sur les serveurs de tête de réseau MSO Intelpowered et l'insertion de la fiche OLT Fin dans l'un des ports Ethernet Harmonic CableOS Pebble R-PHY qui est à son tour connecté par fibre optique au domicile des abonnés ciblés.
Le dispositif Harmonic Pebble R-PHY est déjà équipé d’un commutateur permettant de connecter d’autres nœuds en guirlande. Ces ports Ethernet peuvent donc être utilisés pour cette solution. Notez que la liaison entre la tête de réseau MSO et le nœud peut être mise à niveau vers deux longueurs d'onde si les besoins en bande passante sont dans les limites des capacités de la bande passante Lambda existante.
Comment cette solution se présente avec du matériel réel de Harmonic (CableOS Pebble R-PHY avec Fin OLT Plug). Ceux-ci sont contrôlés par des serveurs alimentés par Intel à la tête de réseau MSO.
Cet exemple pratique nous montre comment les technologies d'accès DOCSIS et PON peuvent coexister et être complémentaires, en offrant les avantages de la bande passante supplémentaire du PON et en prolongeant la longétivité de l'infrastructure des réseaux câblés existants.
Un autre élément très important d’une solution unifiée pour PON et DOCSIS est l’intégration au système d’approvisionnement et au back-office. DOCSIS Provisioning of X (DPoX) permet aux opérateurs d'utiliser leur système de provisionnement de modem câble existant pour provisionner également les ONUs (XSG ou 10GEPON). Cela permet également une gestion unifiée de l’adressage IP à travers le réseau PON et DOCSIS.
Une solution simplifiée pour DOCSIS et PON qui favorise l’agilité des entreprises.
L'architecture d'accès distribué permet aux MSO d'étendre de manière transparente leurs réseaux d'accès au-delà de DOCSIS. Le plug Fin OLT permet aux nœuds Harmonic Pebble R-PHY de devenir également des OLT PON, le tout géré sous une seule plateforme CableOS alimentée par des processeurs Intel® Xeon®.
Les zones désaffectées qui étaient auparavant hors de portée des réseaux PON peuvent désormais être facilement desservies à partir d'un nœud existant tout en réutilisant la fibre principale. Les nouveaux déploiements bénéficient également d'une mise sur le marché plus rapide grâce à l'utilisation d'une plateforme commune pour DOCSIS et PON, qui minimise la formation et l'intégration du back-office.
À l’avenir, la désagrégation permettra également d’unifier davantage les technologies d’accès, comme l’Ethernet et le sans fil, gérées dans le cadre d’une solution commune en nuage.
Référence
1. Plate-forme Harmonic CableOS : https://www.harmonicinc. com/hubfs/solution-brief/cableos.pdf
2. Dispositifs de pointe Harmonic CableOS : https://www.harmonicinc.com/cable-access/cableos-phy
3. Tibit Microplug (OEM) : https://tibitcom.com