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

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Du brassage électronique vers le brassage optique

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De nombreuses solutions matérielles

Avec conversion de longueur d’ondeSans Conversion systématique

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Optical Space Division Switches

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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)