Roni Apriantoro TE-2B/15

Trio Aldi Winarto TE-2B/19

DISCUS: Sebuah Solusi End-to-end untuk Broadband Optical Access yang ada dimana-mana

ABSTRAK

Serat ke lokasi dijanjikan untuk meningkatkan kapasitas di bidang telekomunikasi jaringan akses untuk lebih dari 30 tahun. Sementara itu secara umum diakui bahwa jaringan akses berbasis serat optik akan menjadi keperluan masa depan dalam jangka pendek sampai jangka menengah, biaya dimuka yang besar dan masalah regulasi yang mendorong banyak operator untuk lebih menunda penyebaran, sementara itu menginstal solusi ambisius menengah seperti serat ke kabinet. Seperti biaya investasi yang tinggi baik peningkatan kapasitas akses jaringan dan inti sering berasal dari perencanaan yang buruk yang tidak menganggap perlunya untuk memadai merubah arsitektur jaringan untuk sepenuhnya memanfaatkan keuntungan biaya yang serat-sentris solusi dapat diambil. DISCUS adalah European Framework 7 Integrated Project yang membangu solusi optik-sentris seperti panjang jangkauan akses optik pasif dan inti optik datar, tujuannya untuk memberikan arsitektur hemat biaya untuk layanan broadband di mana-mana. DISCUS menganalisis, mendesain, dan menunjukkan arsitektur dan teknologi end-to-end yang mampu menghemat biaya dan energi dengan mengurangi jumlah pemutusan elektronik dalam jaringan dan pembagian biaya penyebaran antara sejumlah besar pengguna dibandingkan dengan sistem akses serat saat ini. Artikel ini menjelaskan arsitektur jaringan dan teknologi pendukung di balik DISCUS, memberikan gambaran tentang konsep dan metodologi yang akan digunakan untuk memberikan kami solusi end-to-end jaringan.

PENGENALAN

Jaringan komunikasi broadband berkecepatan tinggi yang efisien sangat penting untuk perkembangan masyarakat modern. Namun di banyak negara, masih eksploitasi teknologi lama transmisi tembaga menciptakan kesenjangan digital

Antara pengguna dengan akses tembaga yang baik, mirip infrastruktur operator elektronik, dan pengguna di daerah terpencil dengan buruk atau tidak ada layanan. Masalah ini sudah terlihat intervensi dari Komisi Eropa yang telah menetapkan agenda digital untuk mendorong operator nasional untuk meningkatkan kecepatan dan mencapai infrastruktur mereka pada tahun 2020 [1].

Bukti teknologi masa depan yang dapat menawarkan broadband kecepatan tinggi di mana-mana serat ke tempat (FTTP), mampu memberikan kapasitas dan layanan yang independen dari jarak antara pengguna dan node layanan. Namun, penyebaran teknologi tersebut di seluruh dunia perkembangan lebih lambat dari yang diharapkan, sebagian besar karena ketidakpastian

mengenai kelangsungan keuangan dan biaya operator tinggi yang harus dihadapi. Memang, penyebaran FTTP membutuhkan investasi dimuka yang tinggi, keuntungan belum pasti dalam jangka pendek dapat membuat investasi berisiko tinggi. Oleh karena itu, sejumlah besar operator yang memilih untuk solusi menengah (yaitu, serat ke kabinet, FTTC), yang mengurangi biaya penyebaran sebagian menggunakan kembali yang sudah ada infrastruktur tembaga berbasis-pair. Namun, teknologi ini selain memiliki keterbatasan signifikan dalam tingkat puncak maksimum, yang juga sebelumnya operator kabel sudah dapat mengirimkan saat ini, membuat isu kesenjangan digital bahkan lebih buruk, karena menekankan ketergantungan jarak layanan broadband.

Selain itu, FTTP bisa mengatasi hambatan akses di masa mendatang, jika disebarkan dengan arsitektur jaringan saat ini, itu hanya akan memindahkan hambatan dari akses ke jaringan metro dan inti. Ini akan terjadi karena jaringan FTTP memiliki kapasitas besar dan bandwith pengguna berkembang berkali lipat lebih besar dari tembaga dan teknologi nirkabel. Sejak masuknya lalu lintas jaringan metro dan inti akan tumbuh secara proporsional, kapasitas metro dan inti memerlukan skala yang sesuai. Namun, saat ini perkembangan arsitektur elektronik-sentris tidak terukur, biaya dan konsumsi daya berkembang secara linear (atau lebih buruk) dengan kapasitas yang dibutuhkan.

Masalah biaya jaringan hanya diperburuk oleh kepemilikan bangunan praktek saat ini dan infrastruktur komunikasi independen untuk layanan akses jaringan yang berbeda daripada mencoba untuk berbagi kapasitas melimpah yang satu tunggal sistem akses serat dapat diberikan. Operator jaringan ponsel adalah contoh yang umum, karena cenderung untuk membangun backhaul optik mereka sendiri untuk menghubungkan BTS. Sebagai permintaan untuk kapasitas akses ponsel terus berkembang, operator dipaksa untuk menyebarkan jumlah yang lebih tinggi dan lebih tinggi dari BTS, membuat biaya optik backhaul sebagian yang relevan dari biaya seluruh jaringan.

Gambar 1. Arsitektur awal DISCUS, berdasarkan jangkauan akses jaringan pasif optik dan inti optik datar.

Salah satu cara yang paling efektif untuk mengurangi biaya dalam jaringan telekomunikasi secara historis, berbagi kapasitas jaringan di antara beberapa pengguna. Ini telah menjadi pilihan umum di jaringan metro dan inti, di mana lalu lintas semakin dikumpulkan dalam jumlah yang lebih kecil dari kapasitas yang hubungan lebih tinggi. Namun pada akses, karena kapasitas rendah teknologi transmisi tembaga (seperti tembaga twisted pair), jaringan telah dikerahkan sebagai point-to-point menghubungkan pengguna langsung ke kantor pusat. Baru-baru ini, penyebaran teknologi serat pada akses telah dihapus kapasitas hambatan tersebut, membuat pembagian kapasitas access link yang layak dan biaya yang efektif. Memang, ide ini telah dimanfaatkan dalam penyebaran arus passive optical network (PON).

Proyek DISCUS [2] meluas dan memperluas ide ini, mengambil keuntungan dari kapasitas besar serat optik untuk mengusulkan modifikasi penting untuk arsitektur akses saat ini yang memungkinkan berbagi sumber daya di seluruh pelanggan sebanyak mungkin sehingga biaya per pelanggan diminimalkan. Selain itu, memanfaatkan transmisi loss khusus rendah serat untuk bypass (dan dengan demikian menghilangkan) sebanyak mungkin peralatan elektronik dari jaringan, solusi yang juga membahas masalah pertumbuhan konsumsi daya.

Arsitektur DISCUS dibangun berdasarkan konsep dari jangkauan PON (LR-PON) [3] pada akses dan inti optik datar disusun menjadi pulau transparansi. Arsitektur yang diusulkan adalah ditunjukkan pada Gambar. 1. LR-PON merupakan evolusi yang dikenal juga Teknologi PON (misalnya, EPON dan GPON), dikembangkan untuk meminimalkan peralatan dan infrastruktur oleh lalu lintas multiplexing dari pelangganke sebuah serat tunggal sedekat mungkin dengan pelanggan. Dengan memperkenalkan serat dijangkau lebih panjangi dari pengguna ke node jaringan (yang kita sebut sebagai DISCUS node) dan perpecahan yang lebih besar dijaringan distribusi, pelanggan dapat dilayani dengan jumlah jauh lebih besar oleh infrastruktur yang sama. Jangkauan lebih panjang optik (lebih dari 100 km telah dibuktikan secara eksperimental [4]) memungkinkan memusatkan terminasi serat dari banyak PON dalam jumlah yang lebih kecil dari node DISCUS, masing-masing mencakup daerah yang luas. Dengan demikian, sejumlah besar node digunakan dalam jaringan telekomunikasi saat ini, yang melaksanakan paket switching elektronik dan pengolahan, dapat dikonsolidasikan sebagai jangkauan panjang sistem akses yang dapat melewati pertukaran lokal dan mengakhiri langsung pada node inti.

Node DISCUS yaitu node inti tepi menyediakan satu-satunya pemrosesan interface paket elektronik antara PONs dan jaringan inti transmisi. Hal ini ditempatkan dalam posisi arsitektur yang sama dalam jaringan yang sering disebut metro-core (MC) node dalam arsitektur saat ini. Setiap node memiliki sisi akses, menghadap LR-PON, dan sisi inti, menghadap panjang gelombang yang beralih inti optik. Inti adalah sebuah flat jaringan optik interkoneksi DISCUS node melalui mesh penuh dari saluran panjang gelombang. Panjang gelombang ini melintasi inti menengah node tanpa memasuki sub-lapisan elektronik. Semua node milik inti datar sama membentuk Pulau transparan. Interkoneksi antar pulau transparan dapat dicapai melalui sinyal regenerasi, atau lalu lintas penataan dan pengolahan di mana diperlukan.

Meskipun DISCUS adalah proyek yang didanai di 2012, konsep LR-PON dan konsolidasi simpul bukan hal baru. Dimulai pada awal 1990-an di laboratorium BT, konsep tersebut telah berkembang dari waktu ke waktu dalam proyek-proyek seperti ACTSPLANET, Pieman, ACCORDANCE, dan OASE. Jadi mengapa, setelah bertahun-tahun dan berbeda proyek, kita belum melihat adanya implementasi nyata dari konsep ini? Alasan utama adalah bahwa penyebaran skala besar teknologi fiber to the home (FTTH) tidak terjadi kebanyakan negara di dunia, satu-satunya negara dengan penyebaran yang signifikan berada di Jepang dan Korea. Eropa telah tertinggal di belakang, dengan rencana penyebaran berskala nasional hanya mengandalkan pada asimetris digital subscriber line (ADSL) atau FTTC teknologi untuk pengiriman layanan broadband. Ketika FTTP akhirnya diluncurkan dalam skala besar di Eropa, solusinya harus secara ekonomi selayak mungkin untuk jangkauan terluas dengan berbeda geo-jenis, dan kami percaya DISCUS LR-PON dengan inti optik datar adalah yang paling ekonomis, fleksibel, dan tersedia solusi dapat berkembang.

Proyek PLANET membentuk dasar prinsip solusi akses LR-PON, meskipun pada kecepatan lebih rendah dari usulan DISCUS. Proyek Pieman diupayakan solusi teknologi untuk 10 Gb / s solusi bandwidth simetris (yang juga diadopsi untuk sistem dasar dalam DISCUS arsitektur) dan menetapkan bahwa teknologi dasar dapat direalisasikan. Namun, tidak diselidiki teknologi seperti burst mode electronic dispersion compensation (EDC) dan forward error correction (FEC) yang sekarang sedang dikembangkan dalam DISCUS. Perbedaan lainnya dalam arsitektur DISCUS adalah bahwa Pieman menerapkan mendekati sistem static wavelength division multiplexing (WDM), DISCUS memiliki penetapan panjang gelombang yang fleksibel sebagai fitur desain yang melekat untuk penetapan bandwidth yang sepenuhnya fleksibel.

ACCORDANCE dan OASE telah menambah teknologi untuk LR-PON untuk coherent fine wavelength granularity dan juga diatasi masalah ketahanan untuk LR-PON sebagai teknologi akses. DISCUS memperluas pekerjaan ini dengan mempertimbangkan LR-PON sebagai bagian dari solusi end-to-end lengkap dengan sumber daya investasi redistribusi sebagai bagian dari kriteria desain. Biaya redistribusi akan menjadi bagian penting dari solusi FTTP layak untuk Eropa dan dicapai dengan memaksimalkan pengurangan biaya dalam jaringan inti dan metro. Hal ini memungkinkan untuk redistribusi investasi terhadap akses tepi, sementara masih mengeksploitasi kemampuan berbagi yang ditingkatkan LR-PON untuk meminimalkan investasi infrastruktur jaringan akses, yang kami percaya juga akan ada rentang kesenjangan digital dan memungkinkan masyarakat pedesaan jarang untuk menerima layanan FTTP.

Memang, tujuan utama dari Proyek DISCUS EU adalah untuk mengkonsolidasikan pendekatan ini ke dalam desain jaringan lengkap yang end-to-end untuk mengaktifkan penyediaan broadband kecepatan tinggi di mana-mana untuk semua pelanggan dan semua layanan yang digambarkan dalam masa depan, sehingga sangat mengurangi kesenjangan digital sambil tetap ekonomis dan menghindari masalah konsumsi daya yang akan timbul hanya dengan skala jaringan saat ini. DISCUS bertujuan untuk menghasilkan bukti ekonomis keuntungan dari LR-PON dan arsitektur optik inti datar dengan menyediakan biaya end-to-end dan model bisnis dan konsumsi daya model. Hal ini juga mengembangkan teknologi yang memungkinkan untuk mengisi kesenjangan dari proyek-proyek sebelumnya, seperti lowcost tunable transceiver (dengan tunable optical filters), burst mode EDC dan FEC, dan higher rate multipoint dan point-

to-point wavelength services melalui infrastruktur PON, yang akan membuat transisi yang hemat biaya untuk arsitektur fiberlean baru ini.

Salah satu kendala dari arsitektur DISCUS adalah bahwa hal itu perlu berevolusi dari solusi jaringan saat ini dan mampu mengadopsi teknologi baru yang telah tersedia. Sementara titik awal adalah referensi arsitektur generik berdasarkan LR-PON dan inti optik datar, desainnya akan berlangsung dan berkembang sesuai dengan perkembangan diperoleh melalui jangka waktu proyek, seperti perkembangan teknologi dan hasil dari biaya dan pengelolaan model, konsumsi daya model, layanan dan lalu lintas model, dan studi peraturan dan kebijakan. Dalam sisa artikel ini kita menggambarkan arsitektur awal DISCUS, lalu rincian akses dan jaringan inti sebagai serta arsitektur DISCUS node yang diusulkan. Kami kemudian mendiskusikan arsitektur end-to-end pemodelan kami dan kerangka optimasi. A]Akhirnya, sebelum menyimpulkan artikel ini, kami menyoroti beberapa kemungkinan masalah regulasi.

AKSES JANGKAUAN PANJANG

Alasan di balik akses jangkauan panjang untuk arsitektur DISCUS adalah bahwa hal itu memaksimalkan pembagian infrastruktur, sehingga berpotensi meminimalkan biaya infrastruktur per pelanggan. Secara teknis memungkinkan melewati mayoritas bursa lokal / kantor pusat, yang dalam jangka panjang dapat ditutup, secara besar-besaran mengurangi baik biaya maupun konsumsi daya. Akses jaringan jangkauan panjang juga melewati jaringan transmisi metro, membuat lapisan hirarkis berlebihan, dan semakin mengurangi biaya dan konsumsi daya.

PON JANGKAUAN PANJANG

Jaringan akses diusulkan dalam DISCUS arsitektur adalah LR-PON, yang menggunakan kekuatan splitter untuk berbagi satu optical line terminal (OLT) dan serat pengumpan antara sejumlah besar pengguna (hingga 1024). Alasan utamanya adalah splitter pasif (tidak seperti, misalnya, demultiplexers panjang gelombang diadopsi dalam solusi PON lainnya) menghindari penggunaan perangkat selektif panjang gelombang dalam jaringan, yang mengurangi fleksibilitas dalam penyediaan jasa masa depan.

Mengingat Gambar. 1, lalu lintas dari optical network units (ONUs) di tempat pelanggan diakhiri di OLT di node DISCUS, tanpa pengolahan elektronik menengah. Berkat penggunaan amplifier optik di tahap pertama pembagian, jarak antara ONU dan OLT bisa lebih dari 100 km, dan LR-PON dapat mendukung hingga 1024 pelanggan, menyediakan tingkat berbagi yang sangat tinggi. LR-PON telah menunjukkan kemampuan untuk menawarkan biaya yang relatif rendah dan rendah konsumsi energi dengan potensi yang sangat besar untuk ekspansi kapasitas. Studi terbaru menunjukkan bahwa arsitektur DISCUS yang diusulkan akan mengurangi jumlah node melaksanakan pengolahan paket elektronik hampir dua kali lipat [5]. Dalam skenario pengujian dilakukan untuk jaringan Inggris, jumlah node dengan peralatan pengolahan elektronik dapat secara teknis dikurangi dari sekitar 5600 turun menjadi sekitar 75 (Gambar. 2) [6]. Arsitektur kami mengusulkan untuk DISCUS juga menunjukkan keuntungan besar ketika dibandingkan dengan instalasi GPON umum untuk Inggris, akan membutuhkan lebih 2000 node elektronik.

Banyak karya yang sebelumnya pada LR-PON dipusatkan pada desain berdasarkan model "lollipop" [4], di mana sambungan serat panjang di jaringan feeder, sedangkan jaringan distribusi relatif singkat. Meskipun pendekatan ini mungkin cocok daerah perkotaan yang padat, DISCUS sedang mempertimbangkan desain dengan fleksibilitas tata letak yang lebih besar, yang mungkin diperlukan untuk daerah yang lebih jarang dan pedalaman. Fitur tambahan ditangani oleh DISCUS adalah pelaksanaan konsep "prinsip kesetaraan", yaitu semua pengakhiran optik di mana saja dalam jaringan bisa memiliki kemampuan koneksi setara, sehingga pelanggan mungkin bisa meminta layanan independen jaringan dari letak geografis mereka. Hal ini dicapai dengan memungkinkan penggunaan yang fleksibel domain panjang gelombang, dengan saluran panjang gelombang yang mampu membawa berbagai layanan dan kapasitas.

Sebuah jaringan akses fiber optic yang sangat bercabang seperti LR-PON dapat melayani daerah besar dengan sangat luas (dan beragam) jumlah pengguna. Oleh karena itu penting untuk menawarkan tingkat ketahanan yang fleksibel mampu memenuhi service level agreements (SLA) yang dibutuhkan dari sistem mobile backhaul, bisnis pelanggan, dan layanan penting yang membutuhkan akses jaringan non-interrupted [7]. Dalam hal ini, ada dua tantangan utama yang berhubungan dengan penyediaan perlindungan di LR-PONs: penyebaran biaya dan fleksibilitas upgrade infrastruktur. Ada trade-off yang jelas antara tingkat ketahanan yang disediakan dan penyebaran biaya. Dari sudut pandang desain jaringan, teknik perlindungan seperti OLT dual homing dengan serat feeder secara geografis memisahkann rute yang diperkirakan sebagai bagian dari penyebaran standar EPON untuk menghindari semua pelanggan di daerah yang terputus sebagai akibat dari serat pengumpan dipotong. Namun, pengumpan cadangan tidak melindungi jaringan akses sebelum tahap pertama split. Akibatnya bagi sebagian besar pelanggan tingkat perlindungan dan ketersediaan koneksi cukup. Ini mungkin tidak memadai, namun untuk pelanggan seperti bisnis dan organisasi besar, di mana tidak terganggu akses ke jaringan sangat penting untuk operasi mereka [8]. Dalam rangka untuk memuaskan pelanggan yang membutuhkan tingkat yang lebih tinggi dari ketahanan, perlindungan penuh termasuk rute perlindungan geografis yang beragam diinstal dari tempat pelanggan juga dapat dicapai secara individual, seperti yang ditunjukkan untuk base station mobile dan pengguna bisnis pada Gambar. 1.

EVOLUSI TEKNOLOGI

Dalam rangka untuk mendukung arsitektur jaringan yang diusulkan, khususnya akses LR-PON, teknologi layer fisik baru akan disyaratkan pada kedua OLT dan ONU (seperti penawaran kemampuan alokasi gelombang dinamik dalam effektivitas biaya saat meningkatkan efisiensi energi). Dalam hal ini, evolusi teknologi memfokuskan pada tiga wilayah: pemancar dan penerima yang dapat diatur, desain advanced burst mode receiver dan efisiensi energi 40 Gb/s link downstream.

Alokasi fleksibel gelombang dinamik membutuhkan pada kedua sumber dan penerima yang dapat di ubah. Dengan deminikan komponen paling kritis pada ketangkasan gelombang ONU, laser dan filter yang dapat di tune dengan biaya murah. DISCUS telah memilih desain laser tunable berdasarkan multi-section Fabry-Perot (FP) dengan slot yang terintegrasi [9]. Desain slot FP hanya dibutuhkan pada sebuah tahap pertumbuhan single epitaxial dan

menggunakan ukuran fitur yang dapat dicapai dengan standard deep-UV optical lithography. Proses sederhana fabrikasi menghasilkan hasil yang tinggi dan berpotensi berbiaya rendah. Mengenai tunable filter, isu utama dengan alat komersial yang mereka fabrikasi pada optik masal (FP etalon, thin film, dll) dan hasilnya dalam large footprint, yang mana tidak diinginkan dalam ONU dan OLT. Oleh karena itu, DISCUS mengusulkan polarization –diverse tunable optical fiber dengan biaya murah dengan kerugian penyisipan rendah (< 3 dB) dan ukuran yang kompak (<500 x 500 µm2) berdasarkan pada teknologi photonics silikon.

Arah hulu dari LR-PON adalah berbasis time-divison multiple access (TDMA).salah satu target DISCUS adalah mendukung topologi akses yang menjauh dari model lolipop yang diperkenalan sebelumnya. Hal ini memberikan fleksibilitas untuk menempatkan splitter daya dimana saja di serat feeder, menghasilkan topologi yang dapat lebih mengefektifkan biaya dalam menggabungkan pengguna kedalam PON, terutama di daerah yang jarang penduduknya. Sebagai konsekuensinya, PON harus menangani perbedaan jangakauan yang besar ( perbedaan antara jarak maksimum dan jarak minimum antara OLT dan ONU) melampaui konvensional 10 hingga 20 km. Ini membutuhkan kemampuan untuk menangani dengan masukan pada OLT yang cepat ( yaitu, dipisahkan oleh beberapa puluh nano sekon) urutan semburan, yang amplitudonya bisa bervariasi lebih dari 25 dB, fase dari penerima mungkin tidak diketahui, dan dispersi warna dan nonlinier dapat bervariasi secara signifikan. Solusi kandidat DISCUS adalah mode persepatan disisi penerima EDC, pengaturan tap yang dapat dengan cepat disesuaikan dari percepatan ke percepatan dibawah kontrol protokol LR-PON. Hasil awal menunjukkan adaptasi persepatan ke percepatan pengaturan tap dapat dicapai menggunakan urutan singkat dari simbol pelatihan (hanya 500 simbol), sehingga berpotensi membutuhkan overhead kecil [10].

Dalam rangka untuk mendukung peningkatan kapasitas dalam arah downstream, peningkatan downstream 40 Gb/s dari 10 Gb/s LR-PON sedang diselidiki. Keadaan seni dalam bidang ini adalah 4 tumpuk hibrida PON (4x10G downstream dan 4x10G upstream) [11]. DISCUS mengevaluasi solusi single-carrier 40 Gb/s downstream berdasarkan pada modulasi duo-binary elektrik dari daya tinggi eksternal yang dimiliki oleh laser, monolithically terintegrasi dengan elektroabsorption dan penguat semikonduktor amplifier optik. Kombinasi dan teknik kompensasi dari dispersi optik dan dispersi elektrik dianggap dapat mencapai kebutuhan jangkauan luas. Dalam rangka untuk mengatasi masalah konsumsi daya yang tinggi tersebut, DISCUS mengadopsi konsep baru interleaving multiplexing PON [12] yang mampu mengurangi konsumsi energi dari downstream elektronik dengan hampir satu urutan besarnya.

JARINGAN MOBILE PON BACKHAULING

Meskipun DISCUS difokuskan pada arsitektur baru untuk jaringan tetap masa depan, itu dapat diakui bahwa perangkat mobile dan perangkat nirkabel akan menjadi yang utama, berpotensi menjadi dominan, teknologi akses. DISCUS menyelidiki optical-wireless interworking dan konvergensi yang demikian itu kami pindah ke ultra-high-speed FTTP network akses. Fokus utama dari optical-wireless integration yang dibuat DISCUS aksitektur akses yang dapat digunakan untuk mendukung layanan seperti backhauling untuk jaringan mobile. Bagaimanapun, sejak arsitektur LR-PON mengganti metro akses dan jaringan metro, arsitektur tersebut dapat berpotensial menghasilkan waktu tunda pada jaringan akses round-trip yang lebih lama dibandingkan jaringan saat ini ( hingga 2 ms waktu propagasi untuk path yang lebih lama

ditambah protokol dan delay pada proses data ). Delay tersebut mungkin terlalu panjang untuk sebuah angka dari layanan permintaan yang berkali-kali dan dengan waktu interaksi antara base station. Salah satu contohnya adalah menjadwal negosiasi antara base station intercell interference coordination (ICIC). Contoh lainnya adalah coordinated multipoint (CoMP) transmission, dimana base station menentukan aturan penggunaan spektrum lokal miliknya dan level power transmitter untuk meminimalisir saling interferensi. Pilihan untuk mengurangi delay yang terjadi pada jangkauan yang panjang dari fiber access network sedang diinvestigasi, termasuk didalamnya melewatkan beberapa pesan lewat level fisik rendah pada jaringan LR-PON dengan menggunakan tambahan intra dan inter LR-PON physical path. Untuk tambahan, delay dapat di kurangi lagi dengan menyatukan dan menjadwal lebar fungsi dari ONUs dan base station.

ARSITEKTUR INTI OPTIK DATAR

DISCUS mengetahui bahwa penyebaran nasional dari ultra-high-capacity akses network berpotensial untuk meningkatkan jalan masuk muatan lalu lintas ke inti jaringan menggunakan beberapa besarnya pesanan. Perubahan saat ini mendekati pada pengembangan jaringan, berdasarkan pada penambahan kapasitas IP routing/switching kedalam jaringan yang tidak berskala. Memang, tanpa kemajuan substansial dalam teknologi, biaya dan konsumsi energi akan tumbuh secara linier ( atau lebih buruk) dengan beban lalulintas data akan meningkat. Namun, lebih dari 10 tahun terakhir hubungan antara pendapatan dan kapasitas layanan yang tumbuh telah efektif rusak dengan pindah dari penggunaan pengisisian ke model flat rate. Artinya, pendapatan tidak akan dapat menutupi peningkatan biaya jaringan. Untuk tambahan, tipe pengurangan biaya dari waktu ke waktu yang dialami perangkat elektronik selama 40 tahun terakhir atau sehingga tidak akan cukup untuk mengurangi cukup cepat harga peralatan telekomunikasi untuk kelangsungan ekonomi. Konsumsi energi juga menjadi perhatian perkembangan sejak, berdasarkan estimasi pada [14,15], konsumsi daya yang terkait dengan sektor teknologi informasi dan komunikasi (ICT) sudah menyebabkan sekitar 2 persen dari pencemaran global gas CO2 ( yang setara dengan indistri penerbangan ), dan peralatan ICT di rekening United Kingdom / Inggris sekitar 10 persen dari total konsumsi energi listrik di negara tersebut.

Seperti lalu lintas yang berlanjut untuk terus tumbuh, mengendalikan sejumlah peralatan switching/routing pada node jaringan, pada akhirnya pengeluaran modal, konsumsi energi dan pengeluaran operasional akan membatasi kelanjutan pertumbuhan lalu lintas data. Satu-satunya jalan keluar dari dilema ini adalah dengan menyelesaikan esain ulang bottom-up dari arsitektur jaringan khusus ditujukan untuk mengatasi penomoran pada masalah ini. DISCUS melakukan pendekatan desain jaringan inti berdasarkan pada dua pilar :

Inti optik datar yang dibagi kedalam pulau optik, yang mana meminimalisir beberapa IP routers dan beberapa switch.

Mengadopsi transmisi optik grid fleksibel dan teknologi switching.Sebuah inti optik datar dengan wavelenght-switched yang saling terhubung kesemua titik DISCUS pada full mesh dari chanel gelombang dalam sebuah pulau optik. Salah satu masalah

utama DISCUS adalah membuat target pada isu dari eksploitasi channel, yang mana mempunyai tipe untuk jaringan optik datar. Untuk dapat memahami skala dari masalah ini, kami mengembangkan sebuah layanan aplikasi berbasis traffic model, yang mana akan dapat membantu mengklarifikasi bagaimana sumber lalu lintas sekarang dan masa depan akan membentuk pola lalu lintas antara node jaringan. Kami percaya ini adalah pendekatan yang lebih baik daripada praktik sebelumnya saat membuat skala matriks lalu lintas berdasarkan pada ekstrapolasi dari pertumbuhan lalu lintas yang terdahulu, yang mana akan sangat dapat diandalkan. Lalu lintas dan layanan hasil analisis kami akan menyarankan apakah sebuah full mesh dibenarkan dalam sebuah pulau optik atau arsitektur hirarki yang berbeda diperlukan untuk mengoperasikan perawatan lalu lintas elektronik.

Ukuran maksimum dari sebuah pulau pada umumnya dibatasi oleh jumlah node-nya ( seperti full mesh dari beberapa channel gelombang yang tumbuh secara kuadratik dengan jumlah node) bukan jangkauan optik. Pulau optik yang berbeda perlu saling berhubungan, yang mana dapat dicapai dengan routing elektroniki, regenerasi dan konversi gelombang, atau yang mudah dengan switching transparan jika kualitas dari sinyal optik cukup. Kedua arsitektur menunjukkan interkoneksi intra dan inter pulau , satu berdasarkan multi gateway dan arsitektur multi hub hirarki yang lain, yang ditunjukkan pada gambar 3.

Pada kapasitas jaringan yang sangat tinggi, seperti pembentukan arsitektur inti yang diusulkan dari pulau optik, salah satu tantangan yang terpenting untuk dibenahi adalah jaringan suvivability. Untuk mencegah terhentinya layanan dan hilangnya jumlah data dlam ukuran yang besar ( dan pendapatan ), desain dan control inti jaringan harus mencakup mekanisme pemulihan yang sangat efisien, dari penggalian kabel dan peralatan yang rusak serta bencana alam yang membuat gangguan pada segmen jaringan yang luas ( contohnya gempa bumi, tsunami, banjir bandang, dan pemadaman listrik ). Pendekatan kami untuk pemodelan ketahanan menganggap kedua interkoneksi antara pulau optik dan ketahanan dalam pulau optik. Diferensisasi layanan sehubungan dengan persyaratan keandalan untuk eksplorasi dalam rangka untuk meminimalisir jumlah sumber daya cadangan sangat dibutuhkan untuk memenuhi SLA untuk setiap permintaan koneksi. Selanjutnya, seperti kemampuan bertahan penjualan melawan biaya/efisiensi energi oleh analisis dianggap level dari ketahanan harus ada, dan juga bagaimana untuk memaksimalkan penggunaan dari strategi restorasi dan bagaimana untuk mengganti 1+1 dengan 1:N mekanisme perlindungan, sambil mempertahankan ketersedian jaringan dengan tingkat yang sangat tinggi.

Seperti yang telah disebutkan diatas, pilar kedua dari desain jaringan inti DISCUS adalah penggunaan yang fleksibel dan efisien dari sumber daya transport, yang dicapai melalui luas grid teknologi jaringan optik fleksibel dan terkait kontrol pesawat. Seperti peningkatan kecepatan transmisi diatas 100 Gb/s menjadi 400 Gb/s, jaringan tetap 50 GHz International Telecommunication Union (ITU) menjadi tidak cukup untuk lebar spektral pada format standar modulasi. Entah grid kasar dengan bandwith yang lebih lebar atau, disukai, grid fleksibel untuk efisiensi spektral harus lebih baik. Dalam skenario yang seperti itu kami memasukkan format modulasi dan alokasi spektrum dalam routing dan tugas algoritma gelombang ( RWA ).

ARSITEKTUR NODE DISCUS

Seperti yang disebutkan pada pendahuluan, node DISCUS hanya satu-satunya titik di dalam sebuah pulau optik dengan fungsi pengolah paket elektronik. Fleksibilitas dari arsitektur

ini salah satu tujuan desain utama dalam rangka memastikan bahwa layer dan fungsi yang berbeda dapat berkembang dan, jika diperlukan, menggantikan layer yang lain. Node arsitektur, ditunjukkan dalam gambar 4, terdiri dari dua switching layer, yaitu optik dan elektronik. Kemampuan elektronik switching dapat di implementasikan sebagai Ethernet dan layer IP yang terpisah atau dapat menyatu kedalam sebuah aliran terbuka (Openflow)/software yang diketahui jaringan (SDN) yang memungkinkan saklar elektronik , yang ditunjukkan oleh gambar 4. Backplane OLT diakhiri saat saklar elektronik pada sisi akses node.

Besarnya port-count dari saklar optik mengijinkan operasi fleksibilitas maksimum, karena setiap serat atau channel panjang gelombang yang masuk dapat di hentikan, setelah setiap demultiplexing dibutuhkan, di setiap OLT atau kartu port router/switch elektronik. Channel gelombang juga dapat di perkuat atau di regenerasi untuk membuat sebuah link menuju akses ONU yang lain terhubung ke node DISCUS atau dikirim melalui jaringan inti optik menuju node yang lain. Oleh karena itu desain dari optical switching layer merupakan aktivitas utama dalam projek DISCUS, dan itu adalah sangat penting bahwa optical switch harus dapat diukur dengan tinggi, sambil menawarkan daya rugi yang sangat rendah (idealnya , 3 dB). Dalam hal ini, multi-stage struktur non-blocking fiber switch yang ekonomis dapat diukur hingga 10,000 port yang diselidiki.

Akhirnya, salah satu target utama dari pengembangan node DISCUS adalah implementasi dari sebuah Open Flow berdasarkan kontrol protokol. Pengendali node merespon untuk mengawasi semua gelombang dinamik dan sub gelombang dengan operasi pengadaan di dalam PON menghentikan semua node. Contohnya mengoperasikan bandwith dinamik dan alokasi gelombang to meningkatkan efisiensi dari penggunaan sumber daya, dan mengoperasikan gelombang dinamik atau layanan sub gelombang pada permintaan untuk membuat jaringan virtual yang fleksibel antara ONU.

OPTIMASI DAN PEMODELAN ARSITEKTUR END-TO-END

Dari sebuah perencanaan jaringan dan perspektif penyebaran, penting untuk menunjukkan kelayakan praktis dari arsitektur DISCUS sehubungan dengan tujuan seperti investasi dan efisiensi energi. Pemodelan End-to-end dan optimasi kerja bertujuan untuk mencari solusi biaya dan efisisensi energi, dihitung melalui berbagai skenario dan kondisi yang mungkin mewakili situasi dari operator yang berbeda. Tujuan utamanya adalah untuk mencari jumlah node optimal dimana lalu lintas proses elektonik, ukuran optimal dari sebuah pulau optik dan interkoneksi mereka, dan dibutuhkan pemisahan antara kerja dan perlindungan router untuk memastikan memadainya ketersediaan jaringan dan kemampuan pemulihan bencana.

Masalah ini mempunyai tingkat saling ketergantungan, dan model yang digabungkan sehingga optimasi end-to-end dapat di peroleh. Selain itu, perbedaan regional dan nasional membuat sulit untuk mencari solusi umum, karena untuk setiap operator jaringan mereka bergantung pada beberapa keadaan dan skenario (fiber dan infrastruktur jaringan; kantor pusat, metro, dan infrastruktur backbone;penyebaran wilayah layanan geografis, termasuk jumlah dan distribusi konsumen akhir; belanja modal (CAPEX) dan pengeluaran operasional (OPEX) terjual habis; lalu lintas dan pengembangan layanan; persyaratan pengembangan dan kebijakan local serta kerangka aturan, dll). Namun, kerangka umum untuk solusi end-to-end, yang dapat dibentuk dengan persyaratan dan karakteristik spesifik dari daerah dan negara yang berbeda-beda, telah dirancang pada arsitektur DISCUS dan referensi skenario.

Skenario referensi DISCUS terdiri dari :

Topologi jaringan serat nasional untuk negara lain, termasuk lokasi kantor pusat saat ini, berdasarkan ketersediaan data oleh operator jaringan di dalam DISCUS dikombinasikan dengan ketersediaan informasi publik (seperti open street map data).

Gambar 3. Multi-gateway (top) dan multi-hub (bawah) arsitektur hirarki untuk koneksi antar pulau. Metro core (MC), disebut sebagai node DISCUS, dengan transparansi yang saling terhubung didalam sebuah pulau optik.

Jalan kabinet yang rinci dan lokasi pembangunan untuk wilayah tertentu. Layanan dan model lalu lintas mampu menangkap perubahan yang berpotensial atau

persyaratan lalu lintas yang melebihi waktu. Komponen dan model sistem untuk akses dan peralatan jaringan inti/sistem, termasuk

optik ( LR-PON, WDM, coherent dan switching, dll ), IP, Ethernet, dan fungsi tambahan lainnya.

Model CAPEX dan OPEX, menggambarkan perubahan dari evolusi modal dan belanja operasional dari waktu ke waktu, termasuk penurunan harga dari peralatan, investasi ulang dan waktu periode depresiasi, serta evolusi harga energi.

PENDEKATAN REGULASI DAN STANDARISASI

Salah satu pendekatan utama pendukung DISCUS untuk mengurangi biaya tiap pelanggan secara dinamis berbagi akses infrastruktur dengan menggunakan pemisahan besar teknologi LR-PON, menggabungkan jaringan metro dan akses saat ini. Pembagian sumber daya dinamik on-Demand mempunyai implifikasi untuk regulasi dan kebijakan dalam sistem telekomunikasi.

Kebijakan aturan di Eropa saat ini jauh teringgal dari negara lain[16], seperti pembangunan pada keberhasilan yang lalu dari Local Loop Unbuilding (LLU) pada pasangan tembaga, yang difokuskan pada kompetisi di layer fisik. Namun, seperti itu rezim pengaturan layer fisik yang memiliki jumlah kesulitan potensial untuk penyebaran FTTP :

Seperti pelanggan yang berpindah dari jaringan kabel tembaga ke FTTP, biaya opearasional jaringan pair tembaga sulit untuk diubah; biaya per baris meningkat seperti pelanggan meninggalkan platform tembaga.

Kompetisi layer fisik untuk FTTP sangat tidak efisien dan tidak ekonomis, seperti sumber daya yang tidak terbagi.

LLU mengunci pelanggan kedalam kontrak untuk periode waktu tertentu selama satu tahun atau lebih. Di dalam periode ini tidak ada persaingan, dengan efektif memproduksi monopoli bertempo. Di dalam DISCUS kami mempromosikan debat [17] tentang menyesuaikan aturan

lingkungan untuk sebuah dinamik penih dan alokasi bandwith yang fleksibel dan layanan penyediaan rezim. Kami bertujuan untuk memaksimalkan keuntungan ekonomis dari alokasi dinamis sumber daya jaringan, mungkin juga memungkinkan kompetisi penuh pada sercice layer. Contohnya, seorang pelanggan bisa dengan cepat dan mengubah layanan dari provider untuk memberikan sebuah layanan ( seperti koneksi internet, TV on demand), sehingga memperoleh layanan ini dari beberapa provider secara bersamaan.

Upaya standarisasi terutama diarahkan untuk Full Service Access Network (FSAN) dan ITU Telecommunication Standards Sector (ITU-T). DISCUS mengikuti standard yang ada saat mengusulkan, dimana mungkin, mengubah fungsi penomoran yang dibutuhkan untuk mendukung arsitektur DISCUS. Sebagai contoh, kami mengusulkan untuk memperpanjang protokol XGPON untuk mendukung jangkauan yang lebih luas dan panjang gelombang yang dinamis.

Gambar 4. Skema node fungsional DISCUS dengan node kontroller.

KESIMPULAN DAN JARINGAN MASA DEPAN

Pada artikel ini kami telah menguraikan alasan untuk mengubah arsitektur yang diperlukan jika jaringan masa depan yang tetap ekonomis layak sebagai persyaratan layanan dan pertumbuhan bandwith jaringan. Artikel ini dapat dilihat sebagai artikel posisi dimana kami menyajikan dan mengusulkan jaringan dan simpul arsitektur, yang bertujuan menjadi kelayakan ekonomi, berkelanjutan dan dapat berkembang. Kami sangat yakin bahwa arsitektur ini bersama-sama dapat menawarkan kebutuhan masa depan untuk mendukung kemunculan layanan dan pertumbuhan lalu lintas berdasarkan permintaan pada cara ekonomi. Arsitektur jaringan ini berdasarkan pada LR-PON untuk bypass dan mengkonsolidasi mayoritas kantor pusat, saat juga mengeliminasi jaringan transmisi metro yang terpisah. Untuk meminimalis biaya pada jaringan inti, diusulkan sebuah struktur gelombang circuit-switched datar, dimana gelomang melintasi jaringan dari masuknya ke keluarnya node, mem-bypass perjalanan router elektronik, sehingga dapat menjaga di domain optik.

Kami telah menyelidiki sejumlah topik penelitian yang menarik dan tantangan yang harus di atasi dalam rangka mendukung arsitektur kami, juga menyediakan beberapa solusi awal.

Artikel ini memulai serangkaian publikasi dan akan diikuti oleh kiriman masa depan yang hasil dari studi yang disorot disini. Dalam pekerjaan kami ke depan, arsitektur DISCUS akan akan divalidasi melalui model kerangka, investigasi biaya dan konsumsi energi untuk sejumlah skenario realistik. Seperti studi kelayakan itu akan diimplementasikan dengan peraturan dan kegiatan standarisasi dalam rangka untuk menguji kelayakan pasar dari arsitektur yang diusulkan, dengan perkembangan teknologi baru yang memungkinkan high-speed dynamic multi-wavelenght services.

PengakuanPenelitian yang mengarah ke artikel ini telah menerima dana dari European Union Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) dibawah kesepakatan no. 318137 (Collaborative project “DISCUS”) and Science Foundation Ireland dibawah hibah nos. 12/IA/1270 dan 10/CE/11853.

REFERENSI[1] European Commission, A Digital Agenda for Europe, 2010.[2] M. Ruffini et al., “DISCUS: End-to-End Network Design for Ubiquitous High Speed Broadband Services, “invited paper, ICTON 2013, paper We.B3.1.[3] D. B. Payne and R. P. Davey, “The Future of Fibre Access Systems?,” BT Tech J., vol. 20, no. 4, 2002, pp. 104–14.[4] P. Ossieur et al.,“Demonstration of a 32 ×512 Split, 100 km Reach, 2 ×32 ×10 Gb/s Hybrid DWDM-TDMA PON Using Tunable External Cavity Lasers in the ONUs,” IEEE J. Lightwave Tech., vol. 29, no. 24, Dec.15, 2011, pp. 3705, 3718[5] M. Ruffini, et al., “Protection Strategies for Long-Reach PON,” ECOC 2010, paper Tu.5.B.2.[6] M. Ruffini et al., “Deployment Strategies for Protected Long-Reach PON,” IEEE/OSA JOCN, vol. 4, no. 2, Jan.2012, pp. 118–29.

[7] P. Chanclou et al., “Network Operator Requirements for the Next Generation of Optical Access Networks,” IEEE Commun. Mag., vol. 50, no. 2, Feb. 2012, pp. 8–14.[8] OASE Project, Deliverable D3.2, “Description and Assessment of the Architecture Options.”[9] S. O’Brien et al., “Design, Characterization, and Applications of Index-Patterned Fabry-Perot Lasers,” IEEE J. Sel.Topics Quantum Electron., vol. 17, no. 6, Dec. 2011,pp. 1621–31. [10] S. Porto et al., “Requirements for Adaptive Electronic Dispersion Compensation in Burst-Mode Systems,” OFC 2013, Paper OTh3B.5.[11] P. Iannone et al., “Bi-Directionally Amplified Extended Reach 40 Gb/s CWDM-TDM PON with Burst-Mode Upstream Transmission,” OFC 2011, postdeadline paper PDPD6.[12] H. Chow, et al., “Demonstration of Low-Power BitInterleaving TDM PON,” ECOC 2012, paper Mo.2.B.1.[13] D.B.Payne, “FTTP Deployment Options and Economic Challenges,” ECOC 2009, tutorial paper 1.6.1.[14] Global Action Plan Report, “An Inefficient Truth,” 2007, http://www.globalactionplan.org.uk[15] SMART 2020 Report, “Enabling the Low Carbon Economy in the Information Age,” http://www.theclimategroup.org, 2008.[16] S. Beardsley, et al., “Creating a Fibre Future: The Regulatory Challenge,” Global Information Technology Report 2010–2011, World Economic Forum.[17] M. Ruffini et al., DISCUS white papers: “Business and Ownership Models for Future Broadband Networks” and “Wavelength Usage Options in Access Networks,” http://www.discus-fp7.eu/white-papers.