Il futuro delle telecomunicazioni: la virtualizzazione delle reti

di Maurizio Dècina, Professore Emerito del Politecnico di Milano

Internet diventa sempre più capillare con la diffusione degli smartphone e sempre più veloce grazie a Wi-Fi e ai sistemi cellulari di quarta generazione. Capillarità e banda di trasmissione sono due ingredienti fondamentali per lo sviluppo del Cloud Computing che ha avuto la sua diffusione dapprima con i servizi per i consumatori (motori di ricerca, mappe, applet store, musica, video, ecc.) e attualmente con i servizi per le piccole e grandi imprese (Infrastructure as a Service - IaaS; Platform as a Service – PaaS; Software as a Service – SaaS, ecc.). Le economie di scala, la flessibilità nella fornitura e la scalabilità dei servizi sono gli ingredienti vincenti del cloud computing.

Mentre il Cloud Computing si rivolge alla fornitura di servizi online a partire da data center distribuiti nel nucleo della rete (network core), si parla di Edge Computing quando i servizi sono erogati ai bordi della rete (network edge) in vicinanza di Base Station, Point of Presence o Customer Premises. Il paradigma Edge Computing trova la sua applicazione quando è essenziale che il trattamento dei segnali avvenga in prossimità dell’utenza o degli apparati di rete: tipico è il caso delle applicazioni di Content Delivery Networking, ove i server con le cache dei segnali video sono posti a livello di PoP.

Lo scenario del Cloud Computing si sta estendendo al business degli operatori di telecomunicazioni secondo i paradigmi della Network Function Virtualization (Nfv) e delle Sofware Defined Networks (Sdn). Per comprendere Nfv e Sdn è necessario fare prima riferimento al concetto di Virtual Machine (Vm) in informatica, un concetto che domina oggi lo sviluppo dei grandi data center. La realizzazione tradizionale di un server prevede un hardware dedicato, un sistema operativo e delle applicazioni. Secondo il principio delle Vm, vedi Figura 1, si realizza invece un hardware generico secondo standard di mercato e uno strato di virtualizzazione detto “Hypervisor” realizzato con del software generico. Sullo strato di virtualizzazione operano le Vm, ciascuna intesa come un insieme di hardware virtualizzato, sistema operativo e applicazione. In questo modo si riescono a sfruttare alti volumi di hardware standard e software generico per gestire una molteplicità di virtual machine ciascuna dedicata ad una specifica applicazione.

Il paradigma Sdn è quello più antico e fa riferimento esplicito agli apparati di rete detti router che risiedono nei Pop, nei centri di rete o nelle customer premises e provvedono a commutare i pacchetti Ip sulle varie linee di trasmissione. L’idea Sdn è quella di usare router con hardware standard e strato di virtualizzazione standard delegando l’esecuzione del software di esercizio e manutenzione a macchine virtuali eseguite in cloud computing. Lo Etsi (European Telecommunications Standard Institute) è l’organizzazione che ha invece sviluppato il concetto di Nfv secondo l’approccio illustrato nella Figura 2.

L’approccio Nfv prevede la totale trasformazione delle funzioni di ogni apparato di rete fissa e mobile (reti convergenti) in Virtual Machine. Le Virtual Machine di rete si chiamano Virtual Network Function e sono gestite tramite sistemi globali di orchestrazione e manutenzione dei servizi in data center distribuiti geograficamente. La Figura 2 illustra l’uso di standard di mercato ad alti volumi per tre categorie di apparati, server, storage e switching (macchine di calcolo, memorie e commutatori). Questi stessi apparati possono essere usati nei data center con grandi economie di scala per fornire qualsiasi funzionalità Vm: Amazon si presenta oggi come gestore di data center per il cloud computing aperto agli operatori di telecomunicazioni per applicazioni Nfv/Sdn. I vantaggi per gli operatori sono grandi: la Figura 2 mostra un elenco non esaustivo degli apparati di rete che possono essere virtualizzati e gestiti con piattaforme Nfv/Sdn.

Per la rete mobile sono presenti tutti gli elementi della Radio Access Network e del Mobile Core, inclusi i router, il mobility management e il policy enforcement. Per la rete fissa sono compresi tutti gli elementi, inclusi: deep packet inspection, session border controller, broadband access server, content management, ecc. Sono infine comprese le funzioni di rete convergente fissa-mobile, quali il sistema Ims (Ip Multimedia System), i server di autenticazione e i registri di rete.

L’aspetto più qualificante dell’approccio Nfv/Sdn è senza dubbio quello della possibilità di orchestrare e cioè di distribuire e coordinare la gestione del ciclo di vita delle funzioni di rete virtualizzate. Etsi ha lanciato il progetto Zoom (Zero-touch Orchestration, Operations and Management) per lo sviluppo dei moduli software di gestione e orchestrazione da parte di vendor indipendenti e con garanzia dell’interoperabilità.

La centralizzazione delle funzioni di controllo della rete nell’approccio Nfv/Sdn consente il controllo capillare delle risorse di rete e quindi permette l’ottimizzazione del loro uso con conseguenti risparmi di costo. Inoltre, tale centralizzazione apre nuove possibilità per l’esecuzione di schemi sofisticati di instradamento dei pacchetti del tipo end-to-end per ciascuna applicazione o transazione. Si parla di “application aware routing” e cioè della possibilità di personalizzare la selezione dell’instradamento di ciascun pacchetto sulla base dei bisogni/desideri del cliente, in termini di qualità di servizio, privacy/security, valore strategico della transazione, ecc.

In un recente studio di Bell Labs Consulting si fanno alcune proiezioni, a partire dal 2015 fino alla fine del 2020, sui risparmi di costo ottenibili per i sistemi cellulari di quarta generazione 4g in Nord America, tramite l’uso estensivo delle tecnologie Nfv/Sdn e della tecnica delle piccole celle. Quindi non ancora sistemi 5g, ma piccole celle e Nfv. Lo studio mostra che l’introduzione massiccia di tecnologie Nfv/Sdn permette all’operatore cellulare nordamericano nei prossimi cinque anni una riduzione di costo per erogare un Gigabyte al mese per utente, che va da circa 6 US$ fino a circa 1,35 US$: un risparmio quasi dell’80%.

Le tecnologie Nfv/Sdn hanno un impatto “disruptive” sul modello di business dei Telco: viene coinvolto tutto l’assetto di esercizio e manutenzione degli operatori e del loro ecosistema (integratori, aziende di rete, ruolo degli Ott, ecc.). Inoltre, oggi la leadership delle tecnologie Nfv/Sdn è in mano ad operatori nordamericani e asiatici: At&t, Verizon, Ntt Docomo, e SkTelecom sono tra i più attivi nel mondo. L’Europa ancora una volta, nonostante la spinta dell’Etsi risulta indietro a Nord America e Asia in un settore (piccole celle, Nfv/Sdn, 5g) che è cruciale per lo sviluppo del business delle telecomunicazioni. Come si può sostenere la leadership nello sviluppo dei futuri sistemi cellulari 5g (sui quali impattano anche i nuovi settori della Internet of Things e delle Smart Cities), quando questa leadership sembra persa nello sviluppo dei sistemi 4g?

Lo studio previsionale dei Bell Labs si sofferma infatti sullo stato dello sviluppo dei sistemi 4g nel mondo e mostra la distanza, in termini di uso del 4g, che c’è tra l’Europa e il resto del mondo. Alla fine del 2020 si prevede che a ciascun utente 4g possano essere forniti con profitto per l’operatore: 14,5 Gigabyte al mese in Nord America, 10,2 Gigabyte nella regione Asia Pacifico, 6,1 Gigabyte in Cina e 4,8 Gigabyte nell’Europa Occidentale. Il maggior uso dei dati in mobilità che gli utenti 4g presentano in Nord America, Asia Pacifico e Cina è dovuto anche alla estrema frammentazione del mercato cellulare europeo e alla conseguente minore velocità di diffusione dei sistemi 4g/Lte.

Figura 1 - Virtual Machines

Figura 2 - Virtualizzazione delle funzioni di rete secondo ETSI

Ultimo aggiornamento:13/05/2016 10:15:56