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Architecture et Ingénierie des cœurs
de réseaux
André-Luc BEYLOT
ENSEEIHT
Département Télécommunications et Réseaux
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Plan Général
Architectures : OADM
OXC
Routing and Wavelength Assignment (RWA)
Robustesse
Vers un plan de contrôle unifié Solutions ITU-T, OIF
Interfaces Normalisées
Evolutions des réseaux WDM
Introduction d’OADM
Liens point à point
Réseau WDM avec OXCOXC
li
WDM
ADM
WDM
ADM
lk
l1
l2
lN
l1
l2
lN
4
Du brassage électronique vers le brassage optique
5
De nombreuses solutions matérielles
Avec conversion de longueur d’ondeSans Conversion systématique
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Optical Space Division Switches
7
Réseaux d’interconnexion
Exemple : Réseaux de Clos à 3 étages
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MicroElectroMechanical systems (MEMS)
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Conversion de Longueur d’onde
Transpondeurs
Interféromètre
Reste d’un coût élevé, la plupart du temps sans conversion
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Optical Add Drop Multiplexer
WS = Wavelength Selective (utilise DEMUX/MUX + matrice de commutation)
BS = Broadcast Selective (utilise des filtres adaptables + coupleurs/splitter passifs)
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Routing and Wavelength Assignment
Deux cas de figure: Si les nœuds peuvent réaliser de la conversion de longueur
d’onde : cf. problèmes classiques des réseaux à commutation de circuit (e.g. téléphonie)
Sinon, Un chemin optique = une longueur d’onde sur plusieurs liens consécutifs doit être trouvé pour chaque « demande »
Deux familles d’algorithmes : Planification du réseau : METHODES STATIQUES
Matrice de trafic de chemins à établir (en nombres 0-1);
On cherche le nombre minimal de longueur d’ondes nécessaires pour satisfaire ces demandes.
Performances : METHODES DYNAMIQUES Matrice de trafic (en Erlangs) – cnx dynamiques;
On cherche alors à minimiser les probabilités de blocage
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RWA – Méthodes Statiques
2 sous-problèmes: Routage; Allocation longueurs d’onde
Routage (Minimiser le nbr max de cnxs/lien) : Ordre Séquentiel:
Chemin le plus court (Shortest Path) en nombre de liens par ex.
Chemin le plus court pondéré: on fait évoluer les poids en fonction du nombre de routes déjà « établies »
OU Recherche des k plus courts chemins Sélection séquentielle d’un de ces chemins
• ordre de sélection parmi les cnxs (aléatoire, cnxs les + courtes ou les + longues)
• En choisissant une règle de sélection (choix aléatoire parmi les routes, la première qui convient, avec des probabilités, celle qui minimise le max du nbr de connexions déjà établies)
En utilisant un algorithme d’optimisation combinatoire • Exact (programmation en nombre entier) ou heuristique
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RWA – Méthodes Statiques Allocation de longueurs d’onde
Méthodes Séquentielles: Ordre de sélection :
Routes les plus longues d’abord
Routes les plus courtes
Aléatoirement
Règle de sélection : La première longueur d’onde qui convienne
La plus utilisée mais qui est utilisable sur le chemin
La moins utilisée
Aléatoirement
Méthodes combinatoires: Exactes (méthode exhaustive)
Heuristiques (recuit simulé, méthode Tabou …)
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RWA – Méthodes Dynamiques
Topologie donnée, nbr de longueurs d’onde donné
Quand une connexion se présente : On établit un graphe à plusieurs niveaux : 1 plan/longueur
d’onde correspondant au graphe d’accessibilité
On regarde parmi les différents plans s’il existe un chemin entre la source et la destination Plus court chemin ou premier chemin disponible …
Dans le cas de présence de convertisseurs de longueurs d’onde, on trace des arcs supplémentaires entre les différents plans.
Objectif: Minimiser les probabilités de blocage des connexions.
Analyse: par simulation ou par modèles analytiques (approchés)
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RWA – Méthodes Dynamiques: Modèles Analytiques
Arrivées des demandes de routes : Poisson
Durée des routes : Exponentielles
Mais imposent un routage fixe et allocation des longueurs d’onde aléatoire (ie si l’on a n1 cnxs en cours sur un lien et n2 sur le lien suivant, on suppose qu’il y a indépendance entre les longueurs déjà allouées)
Difficulté: corrélation entre les liens
On calcule en général itérativement les probabilités qu’il y ait j cnxs en cours sur les n premiers liens du chemin.
Il y a encore potentiellement du travail à faire !
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Ingénierie des réseaux optiques
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Robustesse
Point Fort des réseaux SDH (temps de réponse en cas de panne inférieur à 50ms)
Protection des transmissions Chemins de secours (réseaux maillés)
Reconfiguration (anneaux SDH)
Tests de connectivité en permanence
Observation du taux d’erreur binaire
Par plan de gestion en grande partie
Les réseaux WDM doivent offrir les mêmes fonctionnalités Tirer partie des protocoles du plan de contrôle
Mais informations au niveau optique
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Robustesse
Protection 1 pour 1 : 1:1 ou 1+1 Protection 1 pour n
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Protection
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Pannes dans les réseaux WDM
MTTR = Temps Moyen de Réparation
FIT = Nombre de pannes sur 10**9 heures
Hypothèse : Single Failure Scenario
Erreur d’un lien ou d’un nœud et le temps de réparation est faible par rapport au temps entre pannes
Remarque:
les mécanismes des « clients » des réseaux optiques (messages HELLO) ne sont pas à la bonne échelle de temps
Détection d’une perte de signal ou d’un BER anormalement élevé prend quelques ms
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Protection des liens et des chemins optiques
Solution Intermédiaire : Sub-path protection
Schémas de protection : réversibles (panne réparée => ressources initiales)
Irréversibles (on conserve les nouvelles ressources)
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Comparaison des différents schémas
Chemins disjoints
(M:N) : Chemins protégés disjoints également
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S-RWA : Survivable Routing and Wavelength Assignment
Protection prise en compte dès l’établissement des chemins (recherche de chemins de secours disjoints) On cherche le plus court chemin ;
On cherche le deuxième plus court en supprimant les liens empruntés (attention pas toujours optimal)
Des propositions ont été faites pour le trafic statique (avec ou sans conversions de longueurs d’onde)
Egalement pour le trafic dynamique !!!!
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Analyse de Performances
CHEMINS PARTAGES : Sûreté de fonctionnement
Durée de bon fonctionnement : exponentielles
Durée de pannes/réparation : exponentielles
Analyse par chaîne de Markov : on détermine pour une configuration la probabilité que le reroutage échoue
Problème dual : pour un taux d’échec de reroutage/QoS, on détermine un niveau de protection minimal
Dans tous les cas : Temps de reroutage (forcément plus long pour chemins
partagés) Chemin vs. Sous-chemin vs. Lien
Comparaison statique vs. dynamique
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Plan de contrôle pour les réseaux optiques
Interopérabilité entre le plan de contrôle du réseau optique et le plan de contrôle du réseau « électronique » (IP) Opaque
Overlay
Peer to Peer
Utilité du plan de contrôle Resource-discovery protocol : physical link, virtual link
Signaling protocol (RSVP-TE ou CR-LDP)
Algorithme de routage (cf. précédemment)
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Plan de contrôle pour les réseaux optiques
ITU-T : ASON Automatic Switched Optical Network Offre un modèle de référence du plan de contrôle pour les
réseaux optiques (SDH, OTN)
Ne spécifie pas les protocoles. Il reposera donc en particulier sur des protocoles du monde IETF
OIF : Optical Internetworking Forum
IETF : GMPLS (Generalized MultiProtocol Label Switched) a pour objectif de fournir une exploitation efficace des réseaux Internet optique en généralisant MPLS.
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4 modes de fonctionnements (vision GMPLS)
(Modèle Opaque : c’est la situation actuelle. Les deux réseaux « vivent leur vie ». Pas de plan de contrôle dans les réseaux optiques. La configuration est effectuée dans le plan de gestion)
Modèle Overlay : Les plans de contrôle coexistent. Le réseau IP agit comme un « client » du réseau optique. Le routage et la signalisation sont indépendants. Ils interagissent au travers d’une interface Usager Réseau UNI. (par exemple celle normalisée par l’OIF) – c’est la vision ITU-T
Modèle Pair à Pair : les routeurs IP/MPLS et les OXCs agissent comme des pairs. Un seul protocole de routage fonctionne sur les deux niveaux (e.g. OSPF, IS-IS) permettant d’échanger des informations topologiques. Ils doivent donc utiliser un plan d’adressage commun (dans le plan de contrôle ; attention nombreuses fibres et longueur d’onde entre deux nœuds potentiellement)
Modèle augmenté : on sépare le routage mais on conserve les informations d’accessibilité
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Architecture ASON
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Architecture ASON – Vision hiérarchique
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Fonctions Réalisées
Contrôle des connexions et des appels (y compris une fonction CAC)
Contrôle du chemin y compris la dissémination des informations sur l’état du réseau
Processus de découverte pour l’auto-configuration du réseau
Ces spécifications sont neutres vis-à-vis des choix protocolaires effectués.
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Exemple: Modélisation client-serveur des ressources
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Exemple: processus de découverte
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Routage
Protocoles de routage : ISIS-TE, OSPF-TE
Réservation de ressources : RSVP-TE et CR-LDP
(PNNI était un candidat – par exemple pour ses fonctions de crankback)
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Plan d’ensemble des standards(septembre 2007 – source Deutsche Telecom)
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Conclusion
Le modèle ASON permet de modéliser un plan de contrôle pour les réseaux optiques
L’interopérabilité entre réseaux optiques sera aussi mise en œuvre
Les solutions protocolaires de l’IETF vont permettre les déploiements (ces solutions ont largement été pensées et complétées dans un contexte ASON)