Model Implementasi Packet Optical Transport Network (P-OTN) pada IP / MetroE Network Eksisting

(1)

Model Implementasi Packet Optical

Transport Network (P-OTN) pada

IP / MetroE Network Eksisting

Bambang Cahyono

Researcher of Broadband Core Network

(2)

Daftar Isi

1 Latar Belakang

2 Formulasi Masalah

3 Penyelesaian Masalah

(3)

Daftar Isi

1 Latar Belakang

2 Formulasi Masalah

3 Penyelesaian Masalah

(4)

Latar Belakang

• Trafik bertumbuh sangat cepat, baik secara global maupun nasional. Dipicu peningkatan konten video, peningkatan

jumlah smartphone dan semakin besar bandwidth yang ditawarkan ke user.

• Network harus bertumbuh juga, hal ini memunculkan masalah meningkatnya kompleksitas jaringan dan

meningkatkan Capex dan Opex.

• Munculnya teknologi Packet-Optical Transport Netork (P-OTN), yang merupakan perkembangan dari teknologi OTN

dan WDM yang diberi kapabilitas packet switch (Layer-2).

• Dibandingkan network berbasis router/Metro Ethernet, P-OTN secara teoritis menawarkan penyederhanaan jaringan

dan efesiensi total cost (capex dan opex).

• Permasalahahan:

• Bagaimana teknologi P-OTN bila dibandingkan teknologi eksisting (router dan Metro Ethernet)?

• Bagaimana strategi deployment P-OTN pada jaringan eksisting, khususnya Metro Ethernet?

(5)

Pertumbuhan Trafik Yang Sangat Cepat

• IP traffic akan berlipat 3 kali pada 2021 disbanding 2016. Atau menjadi 9,1 EB/hr. (Exabyte = 1018_{byte = 1 milyar gigabyte).}

• Trafik akan didominasi oleh trafik video yang diperkirakan akan mencapai 70% dari total trafik. Trafik video baik yang berupa IPTV, VoD maupun yang OTT seperti youtube.

• Kontributor lain dari meningkatnya trafik adalah bertumbuhnya pengguna

smartphone dan semakin besarnya BW mobile akses yang tersedia. Misalnya dengan meluasnya jaringan 4G dan diperkenalkannya jaringan 5G.

(6)

Pertumbuhan Trafik Yang Sangat Cepat - Lanjutan

• Tidak berbeda dengan tren global, pertumbuhan trafik di Indonesia bahkan lebih besar lagi.

• Diperkirakan trafik IP akan berlipat hampir 5 kali dalam rentang 2016 ke 2021.

• 21 PB/hari pada 2016 menjadi 102 PB/hari pada 2021. Atau 7,7 EB/thn pada 2016 menjadi 37,3 EB/thn pada 2021. (PB = Petabyte = 1015_byte,

EB = Exabyte = 1018_byte)

(7)

Perkembangan Teknologi IP-Transport

• Saat ini teknologi WDM sudah banyak digunakan baik untuk jarak jauh maupun untuk inner city. Keunggulan WDM dalam membawa trafik besar dalam 1 pair fiber optic menjadi solusi bagi mahalnya biaya penarikan fisik fiber optic.

• Kebutuhan untuk membawa trafik tipe lain selain trafik IP masih ada, misalnya trafik SDH, fiber channel ataupun raw video. Hal ini menjadi salah satu pendorong dikembangkannya teknologi Optical Transport network (OTN). OTN memiliki keunggulan dalam membawa berbagai tipe trafik tanpa perlu mengkonversinya terlebih dahulu. OTN hanya melakukan “pembungkusan” trafik dengan header-headernya tanpa mengubah bentuk asli trafik.

• OTN memiliki beberapa fitur yang tidak dimiliki oleh WDM, seperti kemampuan mengaggregasi beberapa stream trafik menjadi satu stream trafik yang lebih besar. Misalnya beberapa trafik 1 Gbps menjadi 1 trafik 10 Gbps atau bahkan langsung ke 100 Gbps. Bila WDM hanya bias menawarkan model proteksi berbasis fiber optic atau lamda, maka OTN dapat menawarkan proteksi sampai level sub-lambda.

• WDM dan OTN sudah biasa digabungkan dalam satu perangkat ataupun dalam satu system, untuk mendapatkan keunggulan dari masing-masing teknologi tersebut.

• Saat ini, meskipun masih terdapat tipe trafik selain IP/Ethernet seperti disebutkan di atas, hampir seluruh trafik yang dilewatkan dalam suatu jaringan adalah trafik IP/Ethernet. Sehingga untuk membawa trafik tersebut dibutuhkan perangkat router ataupun switch.

(8)

Perkembangan Teknologi IP-Transport

• Dengan semakin meningkatnya trafik, yang diperkirakan akan menjadi lipat 5 kali pada tahun 2021 disbanding tahun 2016. Kebutuhan akan network elemen yang dapat membawa trafik besar secara murah menjadi signifikan.

• Penggabungan teknologi packet switch, OTN dan WDM dalam satu perangkat saat ini banyak dikembangkan untuk menyederhanakan network disamping untuk menghemat biaya baik CAPEX maupun OPEX. Penggabungan ini dianggap lebih unggul dalam membawa trafik yang besar, khususnya dalam kecilnya cost-per-bit, maupun dalam kompleksitas jaringan.

• Penggabungan ini biasa dikenal dengan nama Packet-Optical Transport Network (P-OTN) atau Multi Service-Optical Transport Network (MS-OTN). Beberapa vendor menggunakan istilah P-OTN sementara lainnya menggunakan MS-OTN. Dalam materi ini kita menggunakan istilah P-OTN karena lebih menggambarkan cara kerjanya.

• Beberapa platform DWDM eksisting yang digunakan Telkom, sebenarnya telah memiliki kapabilitas OTN yang dapat dikembangkan menjadi P-OTN. Hanya saja saat ini hanya digunakan hanya untuk sebagian fungsinya, yaitu fungsi OTN framing dan DWDM. Platform DWDM tersebut antara lain adalah Nokia, Huawei, Coriant dan ZTE.

• Fungsi switching packet pada network eksisting Telkom dilaksanakan oleh GPON/MSAN/DLAM pada layer akses, Metro Ethernet pada layer regional dan inner city dan router IP Backbone pada layer nasional. Fungsi ini disandingkan dengan network DWDM untuk transport jarak jauh atau untuk menghemat fiber pada reginal/inner city.

• Dengan adanya P-OTN ini sebagai solusi teknologi transport ada potensi terjadinya komplemen bahkan subtitusi teknologi Metro Ethernet dan IP Backbone dengan P-OTN ini.

(9)

Daftar Isi

1 Latar Belakang

2 Formulasi Masalah

3 Penyelesaian Masalah

(10)

Masalah

Permasalahan yang akan dibahas adalah:

• Bertumbuhnya kompleksitas jaringan yg dihadapi akibat pertumbuhan jaringan IP/metro Ethernet.

• Kebutuhan system proteksi dan QoS dalam memenuhi kebutuhan layanan di dalam jaringan.

(11)

Kompleksitas Jaringan

• Secara umum network IP/MetroE dapat digambarkan seperti contoh gambar disamping. • Network dibagi menjadi beberapa level (misalnya Primary, secondary dan tertiary). Setiap

level dapat terdiri atas beberapa ring yang saling independent. Dalam 1 ring umumnya terdapat beberapa router terpasang serial.

• Penambahan trafik pada salah satu node router, akan berdampak kebutuhan pertambahan kapasitas seluruh node dalam ring tersebut. Dalam contoh gambar dibawah, penambahan kapasitas di interface a pada ME1, akan meningkatkan kebutuhan kapasitas pada interface b sd J dari ME2 sd ME5.

• Banyaknya node dalam satu ring dan banyaknya leveling juga berpenaruh terhadap kompleksitas jaringan dan delay yang terjadi di dalamnya. Secara teoritis semakin sedikit leveling dan semakin sedikit hop akan membuat jaringan semakin simple dan delay semakin kecil.

delay

a b c d e f g h i j

ME₁ _ME₂ ME₃ _ME₄ _ME

(12)

Kebutuhan Proteksi dan QoS

• Untuk menjamin terjadinya kelangsungan layanan, dibutuhkan kemampuan network untuk menh=ghadapi kejadian multiple failure. Dalam network eksisting, terdapat kemampuan untuk menghadapi kondisi tersebut.

• Kelemahan system eksisting adalah bila network merupakan campuran router dan WDM, maka system proteksinya berdiri terpisah dan tidak saling mengetahui. Sehingga akan terdapat kemungkinan terjadi flapping akibat ketidaksinkronan keduanya.

• Kapabilitas QoS yang paling umum dibutuhkan adalah bandwidth limiting dan traffic priority.

• Bandwidh limiting dibutuhkan untuk membatasi besar BW yang dialokasikan untuk suatu layanan atau suatu customer.

• Traffic priority digunakan untuk memberi prioritas berbeda dari service yang berbeda. Sehingga trafik dari service VIP mendapat layanan lebih dahulu daripada service non-VIP.

• Network IP/metroE mengenali sangat banyak type prioritas seperti PCP, MPLS-Exp, IP Prec dan DSCP, dengan jumlah kelas yang bias sangat banyak (DSCP maks 64 kelas).

IP/metroE

WDM

Protection system

(13)

Model Migrasi ke P-OTN

Core Network PEs _PEs Akses NW _{Akses NW} PEs _PEs OTN Access OTN Core

Topologi eksisting Topologi dengan P-OTN

Bagaimana model

migrasi yang dilakukan?

(14)

Daftar Isi

1 Latar Belakang

2 Formulasi Masalah

3 Penyelesaian Masalah

(15)

Hal-Hal yang perlu diperhatikan dalam penyelesaiana masalah

• Bagaimana P-OTN dapat meyederhanakan topologi network.

• Model implementasi QoS yang dapat digunakan.

• Sistem proteksi yang digunakan.

• Tahapan Migrasi.

(16)

Perbandingan model kerja Router/MetroE vs P-OTN

• Router bekerja pada layer-2 dan layer-3 OSI. Sementara P-OTN bekerja pada Layer-0, layer-1 dan layer-2 OSI.

• Untuk koneksi jarak jauh atau untuk menghemat dark fiber, router memerlukan node WDM. Sedangkan P-OTN sudah

memiliki kapabilitas WDM yang terintegrasi didalamnya.

• Router+WDM tidak memiliki kapabilitas layer-1 (OTN switch), sehingga untuk membawa trafik non-IP perlu

melakukan konversi trafik tersebut ke format IP/Ethernet. P-OTN hanya akan membungkus trafik non-IP tersebut

kedalam OTN frame, tanpa perlu konversi.

• Router dapat memberikan layanan berbasis layer-3 seperti IP-VPN, IP-multicast yang tidak dapat diberikan oleh P-OTN

yang hanya bekerja sampai layer-2 OSI.

L2 L0

Router

WDM

L3 L2 L1 L0

P-OTN

Router + WDM

_P-OTN

(17)

Implementasi P-OTN untuk menyederhanakan Topologi.

Core Network PEs _PEs Akses NW _{Akses NW} PEs _PEs OTN Access OTN Core

Topologi eksisting Topologi dengan P-OTN

Dengan implementasi P-OTN:

• Jumlah node dapat disederhanakan dari formasi router+WDM menjadi P-OTN. • jumlah hop layer-2/3 dapat dikurangi

menjadi 2 atau maks 3 hop.

• Sementara pada topologi eksisting jumlah hop layer-2/3 adalah sebanyak jumlah router/metro Ethernet yang dilewati. • Kebutuhan layanan layer-3 membutuhkan

(18)

Penyederhanaan Topologi

• Banyaknya hop router/ME adalah meningkatnya Capex dan Opex dan bertambahnya delay end-to-end.

• Meningkatnya capex dan opex akibatnya banyaknya hop dijelaskan contoh gambar ME dibawah. Untuk membawa trafik dari interface a pada ME₁menuju interface j di ME₅, dengan menghemat dari 4 hop pada gambar di atas menjadi 1 hop pada gambar dibawah, penghematan capex dan opex sebab tidak diperlukan interface c,d,e,f,g dan h. Bahkan ME diantaranya dapat dipilih yang lebih kecil.

• Kerugian kedua dari banyaknya hop adalah bertambahnya delay end-to-end. Dalam gambar dibawah delay layer-2 processing pada ME_2,ME₃dan ME₄tidak perlu terjadi, sehingga secara end-to-end delay akan menjadi lebih kecil.

Layer-2 delay

a b c d e f g h i j a b i j ME1 ME₂ ME3 ME4 ME₅ ME₁ _ME₅ a b c d e f g h i j a b i j ME1 ME₂ ME3 ME4 ME5 ME₁ ME₅

(19)

Implementasi QoS

• Model QoS yang diperlukan dalam network dengan kemampuan minimal untuk bandwidth limiting dan priority.

• P-OTN dapat melakukan bandwidth limiting dengan 2 cara:

• Menggunakan kemampuan OTN switch. Pada kemampuan ini setiap trafik dibatasi berdasarkan tipe ODU yang

dialokasikan untuknya. Pada model ini ukuran bandwidth tidak sefleksibel pengaturan menggunakan kapabilitas

packet switch. Model ini jarang digunakan untuk membatasi trafik IP, hanya digunakan untuk trafik non-IP.

• Menggunakan kemampuan Packet switch. Kemampuannya setara dengan router/metro Ethernet dalam

fleksibilitas besar bandwidth yang dialokasikan. Model ini yang banyak digunakan untuk trafik IP.

• Model prioritas yang dapat dikenali antara lain:

• VLAN priority (802.1p).

• Exp-bit untuk network yang bekerja menggunakan MPLS-TP.

• IP-Precedence atau DSCP untuk marking pada IP header (layer-3)

• Karena P-OTN bekerja pada layer-2, tidak dapat memproses langsung prioritas pada Layer-3. P-OTN akan melakukan

mapping terlebih dahulu ke dalam prioritas layer-2 sesuai mode kerjanya. Karena prioritas DSCP bias sangat banyak

(64 kalas) sementara prioritas layer-2 hanya terbagi 8 kelas. Semua kelas prioritas akan dimapping menjadi hanya 8

kelas.

(20)

Sistem Proteksi

• Berbeda dengan prioritas pada packet switching, dimana masing-masing paket diberi “mark” tingkat prioritasnya. Saat terjadi kongesti akibat lonjakan trafik, maka trafik dengan prioritas tinggi akan dilewatkan terlebih dahulu, sementara trafik dengan prioritas rendah akan ditunda (buffer) atau bahkan dibuang (drop).

• Pada OTN switch tidak ada lagi pengenalan prioritas perpaket, sebab model koneksi OTN adalah “connection oriented” sebagaimana pada circuit switch. Sementara packet switch menggunakan konsep “connectionless oriented”.

• Prioritas pada OTN dilakukan bukan pada saat terjadi kongesti, tetapi pada saat terjadi gangguan seperti fiber cut atau loss connection. Koneksi OTN dengan prioritas tertinggi mempunyai model proteksi terbanyak/terbaik (backup koneksi terbanyak). Sedangkan koneksi dengan prioritas lebih rendah akan mendapat proteksi lebih sedikit bahkan dapat saja tidak memiliki backup koneksi sama sekali.

• Klasifikasi prioritas pada OTN umumnya dibagi sebagai berikut: Diamond, Platinium, Gold dan Silver. Semakin tinggi kelas prioritas menunjukkkan semakin baik sistem proteksi dan restorasi yang diberikan. Kelas tertinggi (Platinium) biasanya menggunakan Protection Restoration Combined (PRC), dan kelas terendah (Silver) biasanya tanpa proteksi.

• Perbedaan pengertian mekanisme Proteksi dan mekanisme Restorasi dalam OTN/xWDM/ASON:

• Proteksi adalah mekanisme yang menggunakan rute/path yang telah disiapkan sebelumnya (pre-built path) sebagai path

back-up, untuk meningkatkan efektifitas koneksi.

• Restorasi adalah mekanisme untuk mengganti path yang gangguan/failure dengan path baru yang dibentuk setelah

gangguan terdeteksi.

(21)

Model Proteksi

• Dari ke-3 layer dalam P-OTN semuanya memiliki kemampuan system proteksi. Ketersediaan tipe proteksi ini bisa

berbeda-beda dari tiap type produk. Tidak setiap produk menyediakan seluruh tipe proteksi.

• Ketiga layer proteksi ini dapat dibuat bekerja secara terpisah maupun secara terintegrasi. Beberapa model proteksi

terdapat pada produk semua vendor, beberapa lainnya hanya diadopsi oleh vendor-vendor tertentu.

• Beberapa model proteksi yang tersedia adalah:

o

Ethernet Ring Protocol (ERP). Bekerja pada L2 packet switch. ERP digunakan untuk proteksi pada network dengan

topologi ring. Proteksi dilakukan ring-by-ring.

o

Tunnel MPLS-TP. Bekerja pada L2. Hanya bekerja pada network yang menggunakan MPLS. Proteksi dilakukan

berbasis service, bukan berbasis ring seperti ERP.

o

Proteksi OTN. Dilakukan pada L-1 OTN switch. Proteksi dilakukan berbasis alokasi frame OUT. Biasa juga disebut

proteksi sub-lambda.

o

ASON Electrical. Bekerja pada L1 OTN. Menggunakan kemampuan OTN switch membelokkan trafik. Hanya dapat

dilakukan pada node yang memiliki OTN switch.

o

SNCP (1+1 protection). Bekerja pada L0 DWDM. Proteksi berbasis card lambda dan jalur fiber. Model proteksi

adalah 1 jalur aktif diproteksi oleh 1 jalur standby.

(22)

Tahapan Implementasi (1/2)

Implementasi P-OTN pada network IP/metro area dilakukan secara bertahap. Tahapan ini harus berbasis ring, sebab P-OTN tidak dapat bekerja secara individual, dan tidak interoperable dengan perangkat dari vendor berbeda.

Adapun tahapan dari implementasi ini adalah:

1. Dibuat desain ultimate dengan memilih node-node yang akan menjadi ring utama, dan node-node yang akan jadi ring akses, serta hubungan antara ring akses dengan ring utama.

2. Node anggota ring utama adalah node dengan trafik tinggi dan memiliki koneksi fisik optik ke lebih dari 2 node lain di ring utama. Sehingga dapat dibuat topologi mesh atau semi-mesh di ring utama ini.

3. P-OTN diimplementasikan pada Ring utama (core ring). Dengan koneksi berbasis OTN switch (sub-lambda/L1) kapasitas 100G per lambda.

Idealnya tidak ada kebutuhan penggantian router/ME dalam tahapan ini. Bahkan okupansi ME seharusnya menurun dibandingkan sebelum implementasi P-OTN.

Core Ring Access Ring Core Ring Access Ring = OTN = Routra/MetroEthernet = Akses (GPON/MSAN)

(23)

Tahapan Implementasi (2/2)

4. Setelah ring utama menggunakan P-OTN. Implementasi P-OTN pada ring2 akses dilakukan secara bertahap dan terpisah. Tidak ada saling ketergantungan antara sing akses yang satu dengan ring akses lainnya. Dilakukan Yaitu saat kebutuhan trafik mencapai batasan interface ME eksisting atau batasan switching kapasitasnya.

5. Ring akses yang telah dimigrasikan ke P-OTN, dapat menggunakan topologi ring, dapat juga menggunkan semi-mesh, tergantung ketersediaan fisik fiber optik.

6. Sebagaimana saat implementasi di ring utama, tidak ada kebutuhan penggantian ME eksisting. Untuk perluasan wilayah, GPON/MSAN dapat langsung terhubung ke P-OTN tanpa melalui router/ME

7. Dalam implementasi ini tidak diperlukan rekonfigurasi service di level ME.

8. Node akses (GPON, MSAN atau DSLAM) secara logik terhubung ke ME, tatapi secara fisik dapat saja terhubung langsung ke ME ataupun melalui P-OTN. Tergantung jarak dari ME induknya.

Core Ring Access Ring Core Cloud Access Ring = OTN = Router/Metro Ethernet = Akses (GPON/MSAN)

(24)

Daftar Isi

1 Latar Belakang

2 Formulasi Masalah

3 Penyelesaian Masalah

(25)

Kesimpulan

1. Tren pertumbuhan trafik sangat tinggi, baik secara global maupun nasional. Dipicu oleh pertumbuhan trafik video, pertumbuhan jumlah smartphone dan perkembangan teknologi mobile access (3G, 4G, 5G).

2. Untuk melayani pertumbuhan trafik tersebut, network IP-Transport harus ikut berkembang. Hal ini membawa konsekuensi kompleksitas network meningkat dan meningkatnya total cost of ownership (TCO).

3. Kemunculan teknologi Packet-OTN (P-OTN), yang merupakan perkembangan teknologi OTN yang dilengkapi kapabilitas packet switch, menawarkan solusi atas penyederhanaan topologi jaringan dan TCO yang lebih rendah.

4. P-OTN seluruh kelebihan teknologi WDM (layer-0), seluruh kelebihan teknologi OTN (layer-1) dan sebagian dari teknologi switch/Metro Ethernet (layer-2). Tetapi P-OTN belum memiliki kapabilitas layer-3 sebagaimana router.

5. P-OTN memiliki fungsi proteksi yang dapat dipilih dan terinterasi antara proteksi pada layer-0 (fiber and lambda protection), proteksi pada layer-1 (sub-lambda/OTU protection) dan proteksi pada layer-2 (ring and service protection). Dibandingkan dengan gabungan DWDM dan router yang memiliki sistem proteksi yang tidak terintegrasi.

6. P-OTN juga memiliki kapabilitas QoS, seperti bandwidth limiting, marking priority, policing and shaping. Karena tidak memiliki kapabilitas layer-3, inputan marking QoS layer-3 akan diabaikan atau di-remarking ke marking QoS layer-2. 7. Untuk memberikan service berbasis layer-3, jaringan berbasis P-OTN harus dilengkapi router baik pada sisi pelanggan/CE

(26)

Saran

1. Migrasi dari jaringan eksisting ke jaringan berbasis P-OTN dapat dilakukan bertahap: • Dilakukan secara ring-by-ring, tidak bisa node-by-node.

• Tahap awal migrasi dilakukan pada ring utama, dengan topologi mesh atau semi mesh. • Tahap selanjutnya pada ring akses secara bertahap, dengan topologi ring atau semi-mesh. 2. Leveling jaringan dapat direduksi menjadi 2 level pada regional dan 1 level pada backbone. 3. Node eksisting tetap dapat dimanfaatkan untuk memberikan layanan layer-3.

4. Perlu dikaji lebih dalam terhadap bilamana, dimana dan menggunakan platform vendor siapa dalam melakkan migrasi, khusunya terkait TCO dan rencana jangka panjangnya.

(27)