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Apresentação Qualificação Mestrado
 

Apresentação Qualificação Mestrado

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Proposta de extensão do protocolo LMP para redes ópticas.

Proposta de extensão do protocolo LMP para redes ópticas.

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    Apresentação Qualificação Mestrado Apresentação Qualificação Mestrado Presentation Transcript

    • Coleta e Disseminação de Informações de Camada Física em Redes Ópticas Baseadas no Padrão GMPLS Através do Protocolo LMP Fábio Dassan dos Santos 04/02/11
    • Sumário
      • Introdução
      • Arquiteturas de Redes Ópticas
      • Parâmetros de Camada Física
        • Parâmetros Lineares
        • Parâmetros Não Lineares
      • Gerenciamento de Redes Ópticas
        • SONET/SDH
        • GMPLS
          • Criação de Rotas
      • Aquisição de Parâmetros de Camada Física
      • Gerenciamento de Enlaces (LMP)
      • Proposta do trabalho
      • Próximas Atividades
    • Introdução
      • Demanda por maior capacidade de transmissão de dados
        • Mais serviços aos usuários (residenciais e comerciais)
        • Maior número de pessoas com acesso às novas tecnologias
        • Exigência natural por qualidade de serviço (QoS)
      • Single Play, Double Play, Triple Play
      • Redes maiores
        • Necessidade de eficiência na transmissão
        • Capacidade de gerenciamento/manutenção
      • Otimizações para
        • Criação de rotas
        • Localização/Correção de falhas
    • Arquiteturas de Redes Ópticas
      • Podem ser classificadas em redes de núcleo, acesso e longa distância
      • Duas alternativas para transmissão de dados:
        • Aumentando a taxa, compartilhando os recursos da rede entre diversas conexões por espaços de tempo determinados (TDM)
        • Transmitindo simultaneamente em canais diferentes em uma mesma fibra (WDM)
      • TDM é custoso operacionalmente, pois é feito no domínio eletrônico (equipamentos com hardware muito específico e caro)
      • WDM é mais flexível e eficiente, porém exige técnicas avançadas de modulação, transmissão e recepção
    • Arquiteturas de Redes Ópticas
      • Diferença entre TDM e WDM
    • Arquitetura de Redes Ópticas
      • Historicamente, as redes ópticas tiveram três grandes fases
        • Primeira Geração
          • Fibras multimodo, diodos para transmissão e fotodetectores para recepção, na janela de 1300 nm
        • Segunda Geração
          • Fibras monomodo, regeneradores eletrônicos, janela de transmissão em 1550 nm
        • Terceira Geração
          • Fibras monomodo, lasers DFB com regeneradores/amplificadores ópticos (EDFAs), na janela de 1550 nm
      • Sob outro ponto de vista, é possível notar
        • Inicialmente, as transmissões ópticas eram ponto-a-ponto
        • Em um segundo momento, vieram as redes em anéis
        • Atualmente, as redes mesh são possíveis graças a novas tecnologias de comutação de sinais ópticos
    • Parâmetros de Camada Física
      • Limitam a transmissão de dados em velocidades muito altas
      • Originados por fatores inerentes do processo de fabricação das fibras e dos transmissores
      • Podem ser classificados em:
        • Lineares – dependem do meio de transmissão, e não do sinal transmitido, com comportamento linear
          • Dispersão do Modo de Polarização – devido a um fenômeno chamado birefringência, os modos de polarização do sinal percorrem a fibra em velocidades diferentes entre si, alargando o pulso e causando a dispersão.
          • Atenuação – relação entre a potência de entrada e saída do sinal, diretamente proporcional à distância percorrida
          • Dispersão Cromática – efeito relacionado às diferentes velocidades de propagação das diferentes componentes espectrais de um sinal
    • Parâmetros de Camada Física
      • Limitam a transmissão de dados em velocidades muito altas
      • Originados por fatores inerentes do processo de fabricação das fibras e dos transmissores
      • Podem ser classificados em:
        • Não Lineares – dependem da potência do sinal transmitido, da taxa de transmissão e do formato de modulação
          • Four-Wave Mixing (FWM) – interação entre 3 frequências transmitidas simultaneamente na fibra, originando uma quarta, indesejada, que pode interferir em outro canal transmitido
          • Modulação de Fase Cruzada – alteração na fase de um campo elétrico devido a alteração no índice de refração do meio causada por outro sinal transmitido simultaneamente na fibra
          • Auto Modulação de Fase – variação do índice de refração do meio sob a ação do campo elétrico do sinal transmitido na fibra
    • Gerenciamento de Redes Ópticas
      • As redes ópticas são classificadas em:
        • Transparentes: não há conversão OEO na rede;
        • Opacas: há conversões OEO em cada nó comutador da rede;
        • Translúcidas: meio termo entre as duas primeiras, com conversões em alguns pontos da rede;
      • No caso das redes opacas e translúcidas, a conversão para o domínio eletrônico permite um controle mais preciso da rede
        • Monitoração, inserção de mensagens de controle
      • Por outro lado,
        • A conversão insere um atraso na propagação do sinal
        • Os equipamentos são muito caros, com manutenção complexa, muito sensíveis e com hardware muito específico
    • Gerenciamento de Redes Ópticas
      • As redes transparentes tem se tornado a principal alternativa entre as operadoras, por oferecerem taxas maiores
        • Exigem um controle mais complexo da rede
      • Uma proposta para controle da rede é a divisão em planos
        • Plano de Dados: transmissão da informação dos usuários
        • Plano de Controle: protocolos para controle dos recursos disponibilizados pelo Plano de Dados
        • Plano de Gerência: interface para os administradores da rede, abstraindo as tarefas do Plano de Controle
      • Esta abordagem é definida pela ASON, de acordo com a IETF
        • ASON: Automatically Switched Optical Network
        • IETF: Internet Engineering Task Force
    • Gerenciamento de Redes Ópticas
      • Modelagem da rede segundo a definição de planos
    • Gerenciamento de Redes Ópticas
      • SONET/SDH – Synchronous Optical Network/Synchronous Digital Hierarchy
        • Padrão de transmissão de dados baseado em quadros de tamanho definido, com uma área de dados e uma área de controle
      • Agrega várias funcionalidades de controle à rede
        • Capacidade de gerenciamento
        • Interoperabilidade
        • Confiabilidade
      • O padrão é dividido em camadas, e em cada uma delas são inseridas/removidas informações de controle
    • Gerenciamento de Redes Ópticas
      • GMPLS – Generalized Multi-Protocol Label Switching
        • Uma “implementação” concreta da arquitetura ASON voltada para o Plano de Controle, formada por um conjunto de protocolos que permite
          • Interface para administração pelo Plano de Gerência;
          • Suporte para configuração dos equipamentos do Plano de Dados;
      • O controle é dividido em três áreas:
        • Roteamento: encarregada de encontrar as rotas na topologia
        • Sinalização: dado uma rota, os recursos para sua efetivação precisam ser reservados
        • Gerenciamento de Falhas: responsável por estabelecer procedimentos para detecção, localização e recuperação de falhas
    • Gerenciamento de Redes Ópticas
      • Especificamente, na área de roteamento
        • As redes ópticas possuem algumas particularidades:
          • Um mesmo comprimento de onda deve ser utilizado em todos os trechos do caminho (restrição de continuidade de comprimento de onda)
          • Os parâmetros físicos do Plano de Dados interferem na qualidade do caminho estabelecido, por isso devem ser considerados
        • Para atingir estes objetivos, tanto a lista de comprimentos de onda livres quanto o conjunto de parâmetros físicos devem estar disponíveis para os algoritmos de cálculo de rota
        • Estes valores podem ser captados de duas formas:
          • Modelagem matemática
          • Aquisição (estática ou dinâmica)
    • Aquisição de Parâmetros
      • A modelagem através de equações matemáticas traz um certo grau de precisão, mas ainda distante dos valores em situação real
        • Alguns parâmetros são muito complexos para serem modelados
      • A outra alternativa é utilizar processos de monitoração para adquirir estes valores, área conhecida como OPM ( Optical Performance Monitoring)
        • Dividida em duas etapas
          • Coleta dos parâmetros, através de interface com o Plano de Dados
          • Incorporação dos valores nos protocolos de controle
      • Duas abordagens principais
        • Centralizada
        • Distribuída
    • Aquisição de Parâmetros
      • Na abordagem centralizada, cada elemento da rede envia seus dados de camada física para uma entidade central, com uma base de dados única para toda a rede
        • TED – Traffic Engineering Database
      • Na abordagem distribuída, existem duas hipóteses:
        • Os dados de camada física são coletados localmente e disseminados através de protocolos de levantamento da topologia (OSPF-TE)
          • Cada nó da rede possui as informações de camada física de todos os outros nós, permitindo que o cálculo de rota seja local
        • Os dados de camada física são coletados localmente, mas não são disseminados. Cada nó tem sua base de dados local, e somente no processo de sinalização de uma rota os parâmetros são utilizados
    • Gerenciamento de Enlaces (LMP)
      • LMP – Link Management Protocol
      • É um protocolo de gerenciamento dos enlaces de uma rede de dados, garantindo a conectividade dos canais de controle desta topologia
      • Constitui-se de quatro procedimentos
        • Gerenciamento do Canal de Controle
        • Correlação das Propriedades Físicas dos Enlaces
        • Verificação de Conectividade dos Enlaces
        • Gerenciamento de Falhas
      • Atualmente, os dois primeiros são mandatórios (toda implementação do LMP deve contê-las), enquanto que os dois últimos são opcionais
    • Gerenciamento de Enlaces (LMP)
      • Gerenciamento do Canal de Controle
        • Um canal de controle é uma conexão lógica entre dois elementos adjacentes da topologia, caracterizada por um par de interfaces, estabelecendo um canal de comunicação entre eles
          • Não existe uma especificação concreta sobre as características físicas desta conexão
        • Este canal é utilizado para o envio e recebimento de mensagens de controle da rede
          • Todas as mensagens de controle são trocadas por estes canais, exceto as mensagens de teste do meio físico de transmissão de dados no Plano de Dados
        • Através da troca de mensagens de configuração, o canal de controle é estabelecido
          • De tempos em tempos é verificado através de mensagens Hello
    • Gerenciamento de Enlaces (LMP)
      • Correlação das Propriedades Físicas dos Enlaces
        • Intercomunicação de todas as propriedades físicas dos enlaces que deixam um nó e chegam a um elemento adjacente
        • Permite que seja realizada uma agregação lógica de vários enlaces físicos, denominada Link TE
        • De forma semelhante ao processo de ativação do canal de controle, mensagens são trocadas entre os nós para correlacionar os dados de camada física dos enlaces
    • Gerenciamento de Enlaces (LMP)
      • Verificação de Conectividade dos Enlaces
        • Procedimento opcional para testar a conectividade dos enlaces no Plano de Dados
          • Como não há obrigação do Canal de Controle ocupar o mesmo meio físico do Plano de Dados, podem ocorrer cenários de inconsistência, com o Plano de Dados em falha e o Plano de Controle funcionando, e vice-versa
        • Idealmente, uma mensagem específica de teste é enviada periodicamente ao nó adjacente através do canal de dados
          • A resposta do teste é encaminhada pelo Canal de Controle
        • Em redes ópticas transparentes, este procedimento é inviável
          • Não é possível inserir ou remover dados dos sinais ópticos entre comutadores
    • Gerenciamento de Enlaces (LMP)
      • Gerenciamento de Falhas
        • Como responsável pelos enlaces, o LMP deve possuir mecanismos que permitam identificar, localizar, notificar, corrigir e restaurar uma falha ocorrida no Plano de Dados
        • Esta área ainda está sob pesquisa, pois os cenários de falha/recuperação são muito complexos
        • Em redes ópticas, parte do processo de gerenciamento de falhas é feito pelo próprio Plano de Dados, implicando em uma maior interação com o Plano de Controle, ainda não definida pelos órgãos de padronização
    • Proposta do Trabalho
      • Os dados de camada física utilizados atualmente pelos algoritmos de cálculo de rota são cadastrados estaticamente, no início da operação da rede
        • Durante a execução do Plano de Controle, há a possibilidade de atualizá-los através de comandos de configuração, mas ainda assim manualmente
      • Não existe um procedimento definido para coletar dinamicamente os dados dos elementos de camada física
      • No Plano de Controle, a entidade lógica responsável pelos enlaces do Plano de Dados é o LMP
        • Portanto, faz sentido que um procedimento que envolva a coleta destes dados seja feito através dele
    • Proposta do Trabalho
      • Através de uma metodologia definida de acesso às informações de cada equipamento, pretende-se coletar os parâmetros físicos dos enlaces
      • Em conjunto com os valores já existentes relacionados com as definições de Engenharia de Tráfego, o intuito é construir uma base de dados muito mais completa em comparação às existentes atualmente
    • Proposta do Trabalho
      • Alguns requisitos devem ser atendidos para a execução deste projeto:
        • Cada enlace (ou conjunto de enlaces) do Plano de Dados deve possuir um canal de controle associado a ele no Plano de Controle, pois as mensagens do LMP são trocadas através dele
        • Cada elemento do Plano de Dados deve possuir uma interface de comunicação pela qual seja possível realizar a leitura dos valores de camada física que serão disponibilizados no Plano de Controle
        • O processo de monitoração do meio físico deve ser realizado de forma independente, cabendo ao procedimento proposto somente a coleta dos valores
        • Os elementos que pretendem ter seus valores lidos precisam, ao menos, ser alcançáveis pelo Plano de Controle. Não precisam executar todos os protocolos, mas ao menos o LMP é requerido
    • Proposta do Trabalho
      • No Plano de Controle, uma extensão ao protocolo LMP é proposta
        • Permitir que informações de camada física sejam transportadas nos campos dedicados a customizações proprietárias nas mensagens;
      • Um procedimento adicional inclui implementar um canal de comunicação com o equipamento no Plano de Dados para coletar os dados, e inseri-los nas mensagens
      • O procedimento do LMP que conterá esta extensão é a Correlação de Propriedades dos Enlaces
        • Adicionalmente, todos os elementos contidos nos enlaces (amplificadores, medidores de potência, outros) poderão ter seus dados lidos
    • Proposta do Trabalho
      • O acesso aos dados de camada física é representado como uma comunicação entre a instância do Plano de Controle e o firmware do equipamento no Plano de Dados
    • Proposta do Trabalho
      • Nas mensagens do processo de Correlação de Propriedades, existe um campo dedicado à inserção de dados físicos do enlace. Este campo, chamado Data Link, pode ser usado para inserir novos dados de camada física que não estão previstos na definição do protocolo
    • Proposta do Trabalho
      • Alguns parâmetros de camada física já são considerados pelo protocolo LMP, embora a forma pela qual eles serão obtidos não seja escopo da definição
        • Link Group ID – identificador que permite localizar o ponto de uma falha no caso de alarmes gerados em efeito cascata
        • SRLG ID – identificação de qual grupo de risco contém determinado recurso (enlace ou nó)
        • BER Estimate – estimativa da taxa de erro de bit do enlace
        • Optical Protection – indica o tipo de proteção usado no enlace
        • Total Span Length – informa o comprimento (metros) do enlace
        • Administrative Group (Color) – mostra a qual grupo administrativo determinado enlace pertence (geralmente utilizado pelo Plano de Gerência)
    • Proposta do Trabalho
      • Alguns parâmetros de camada física já são considerados pelo protocolo LMP, embora a forma pela qual eles serão obtidos não seja escopo da definição
      • O intuito é incluir novas informações nesta lista, além de especificar claramente um processo de coleta destes dados
        • Potência de cada canal transmitido na fibra
        • Potência total em cada enlace
        • Relação sinal-ruído óptica (OSNR)
        • Atenuação de cada enlace, em cada trecho
      • A inclusão destes (e outros parâmetros) está sujeita à disponibilidade de processos/equipamentos que coletem estes dados
    • Proposta do Trabalho
      • Os dados de camada física de cada enlace (e dos equipamentos intermediários contidos nele) serão armazenados localmente nos elementos comutadores adjacentes que o possuem
      • A partir daí, duas abordagens de disponibilização podem ser adotadas
        • Centralizada: os dados de cada nó são enviados para um único elemento centralizado, que contém uma base de dados central
        • Distribuída: os dados são inseridos no protocolo OSPF-TE e disseminados entre todos os nós da rede
      • Cada abordagem possui suas vantagens e desvantagens, e parte do trabalho constitui-se na análise destas possibilidades
    • Proposta do Trabalho
      • Síntese do trabalho proposto
    • Próximas Atividades
      • Emulação do protocolo LMP
        • Execução correta das funcionalidades previstas na definição do protocolo LMP, para garantir a compatibilidade da versão que será desenvolvida para as já existentes
      • Protocolo para coleta dos dados de camada física
        • Definição de códigos e padrões para reconhecimento dos equipamentos do Plano de Dados, e implementação das interfaces de comunicação com estes elementos
      • Complementação da base de dados de Engenharia de Tráfego
        • Uma vez coletadas, os parâmetros de camada física precisam ser inseridos corretamente na base de dados de Engenharia de Tráfego, tornando-se disponíveis para utilização por outros processos