Evoluzione delle Tecniche di Commutazione e Architettura dei Nodi in Tecnologia Fotonica
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INFOCOM Dept.
Evoluzione delle Tecniche di Commutazione e
Architettura dei Nodi in Tecnologia Fotonica
Evoluzione delle Tecniche di Commutazione e
Architettura dei Nodi in Tecnologia Fotonica
Marco Listanti
INFOCOM Dept
Università di Roma “La Sapienza”
e-mail: marco@infocom. uniroma1.it
INFOCOM Dept.
SommarioSommario
Principi architetturali
Tecniche di commutazione ottica di pacchetto Optical Packet Switching (OPS)
Optical Burst Switching (OBS)
Architetture di nodi ottici a commutazione di pacchetto in tecnica WDM
Argomenti allo studio
INFOCOM Dept.Perchè la commutazione di pacchetto ottica ?
Perchè la commutazione di pacchetto ottica ?
Maggiore capacità di commutazione Aumento del traffico Internet
raddoppio ogni 6-8 mesi
Incremento del “bit rate” nelle reti di trasporto 2, 10, 40 Gbit/s
Prevedibile (?) bottleneck nella commutazione elettronica
Trasparenza al bit rate Indipendenza, almeno parziale, dalla rete di trasporto
bit-rate
protocolli
INFOCOM Dept.Architettura di una rete ottica a pacchetto
Architettura di una rete ottica a pacchetto
Reted’accesso
IP
Reted’accesso
IP
EdgeRouter
Edge Router
CoreRouter
CoreRouter
CoreRouter
OpticalPacket
Network
WDM Transport Network
• Routing• Aggregazione di pacchetti IP
Disaggregazionedei pacchetti
ottici
Forwardingottico
INFOCOM Dept.
Optical Fiber
DEMUX
Optical Fiber
DEMUX
Optical Fiber
Optical FiberMUX
1, 2
2
1
2
1
Controllo
SpaceSwitching
Fabric
2
1
2
1
MUX
1, 2
Architettura di un nodo ottico a pacchetto
Architettura di un nodo ottico a pacchetto
Contesa
INFOCOM Dept.
Risoluzione delle conteseRisoluzione delle contese
Buffer ottici linee di ritardo in fibra
lunghezza multipla (n) della durata di un pacchetto (T)
grande complessità
Esempio: T=1.6s, n=30 lunghezza fibra = 150 km
0 x T
0 x T
n x T
. . .
INFOCOM Dept.
Risoluzione delle conteseRisoluzione delle contese
Conversione di lunghezza d’onda convertitori di lunghezza d’onda sintonizzabili
eliminazione o riduzione della dimensione dei buffer
costo elevato
0
0
0
0 x T
0 x T
n x T
. . .
0
0
0
0
1
n
TOWC
INFOCOM Dept.Tecnica di conversione in lunghezza d’onda
Tecnica di conversione in lunghezza d’onda
1,00E-13
1,00E-11
1,00E-09
1,00E-07
1,00E-05
1,00E-03
1,00E-01
1,00E+01p
ac
ke
t lo
ss
pro
ba
bil
ity
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52
number of delay lines per output fiber
Trafficoofferto
geometrico
N=16p=0.8
NoConverter
M=4
M=8
INFOCOM Dept.
Classificazione TecnicheClassificazione Tecniche
Commutazione sincrona (Optical Packet Switching - OPS)
payload di durata (in tempo) costante
lunghezza del payload (in bit) dipendente dal bit-rate
header di durata costante trasportato serialmente al payload con bit rate fissato
header elaborato elettronicamente
necessità di funzioni di allineamento di pacchetto
Commutazione asincrona (Optical Burst Switching - OPB)
payload di dimensione variabile
header trasportato su un canale separato
header elaborato elettronicamente
INFOCOM Dept.
Optical Packet SwitchingOptical Packet Switching
Formato del pacchetto (progetto KEOPS- ACTS)
Tempodi
GuardiaHeader Payload
Tempodi
Guardia
Tempodi
Guardia
64.5 ns 180 ns 26 ns 1311 ns 64.5 ns
T = 1646 ns (128 byte a 622 Mbits)
INFOCOM Dept.
Nodo OPSNodo OPS
OpticalFiber
Headerdelineation
Packetposition
Headerrecovery
SwitchControl Unit
Clock
PacketDelineation
Headerswapping
OpticalFiberSynch
SwitchingFabric
Regen.&
Synch
O/E
Parte Ottica
Parte Elettronica
INFOCOM Dept.
L’header del pacchetto (Burst Header Packet - BHP) è inviato su una lunghezza d’onda dedicata
È necessario un Offset Time tra il BHP ed il burst per compensare i tempi di elaborazione del BHP
Initial Offset Time >
BHP_node_delay
Optical Burst SwitchingOptical Burst Switching
burst
BHP
Nodo d’uscita
Tempo di elaborazionedel BHP
Offset Time
Nuovo Offset Time
time
Nodo ditransito
Nodo ditransito
Nodo diingresso
burst
burst
burst
INFOCOM Dept.
AccessNetwork(LANs, MANs)
AccessNetwork(LANs, MANs)
AccessNetwork(LANs, MANs)
AccessNetwork(LANs, MANs)
Struttura della rete OBSStruttura della rete OBS
Edge Node
Edge Node
Edge Node
Edge Node
Transit Node
Transit Node
Transit Node
Transit Node
Burst Cut Through
Disaggregazione
Aggregazione
Transit node • trattamento del BHP• riservazione delle risorse• configurarazione della matrice ottica
Una lunghezza d’ondariservata per il
trasporto dell’informazione di controllo (BHP)
Processamento del BHP:• instradamento• riservazione delle risorse
Il BHP contiene•address•burst wavelength•offset•length
Burst
Edge node • formazione del burst (aggregazione e delimitazione dei datagrammi entranti) e diretti verso lo stesso Edge node d’uscita• inoltro del BHP e del burst
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Esegue l’instradamento (BHP Router)
Tratta i messaggi di gestione della rete (Management Unit), per es. instaurazione mantenimento ed abbattimento di label switched path (MPLS)
FDL opzionali per compensare la riduzionedi offset
Matrice di commuatzione otticaa controllo elettronico eventualmenteequipaggiata di convertitori di lunghezza d’ondae di linee di ritardo interne (buffer ottico)
Schema logico dei nodi OBSSchema logico dei nodi OBS
Possiede un calendario degli eventi che regola nel tempo lo stato optical cross connect
Gestisce la riservazione delle risorse
BHPBHP ROUTERROUTER
OPTICAL OPTICAL CROSS CROSS
CONNECTCONNECT
IM
IM
Scheduler
Input fiber 1
Input fiber N
ICC 1
ICC N
OCC 1
OCC N
ODC N
Output fiber 1
Output fiber N
OM
OM
Control bus
IDC 1
FDL
FDL
DE
MU
X
MU
X
ODC 1
IDC N
Scheduler
BH
P
DE
MU
X
MU
X
MANAGEMENTMANAGEMENTUNITUNIT
IM: input moduleOM: output moduleICC: input control channel
OCC: output control channelIDC: input data channelODC: output data channelFDL: fiber delay line
Separa le lunghezze d’ondadi controllo da quelli dati
Multiplazione delle lunghezzed’onda di controllo e di quelledati
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50 100 150 200 250 3000
10
20
30
40
50
60
AT (Erl)
S(E
rl)
OBS
CS
Prestazioni OBSPrestazioni OBS
Instabilità ad alto carico
Necessita di un controllo di accesso
Gestione dell’offset time
Strategie di aggregazione dei pacchetti
Impatto sui protocolli di alto livello (es. TCP)
INFOCOM Dept. Architetture di nodi di commutazione
Architetture di nodi di commutazione
Nodi a pacchetto in tecnica WDM
Risoluzione delle contese nel dominio della lunghezza d’onda
Obiettivo: minimizzare il numero di convertitori di lunghezza
d’onda
Architetture possibili Architetture con convertitori indivisi (SPC)
Architetture con convertitori condivisi per terminazione d’uscita (SPL)
Architetture con convertitori condivisi per nodo (SPN)
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Nodo con convertitori indivisi (SPC)Nodo con convertitori indivisi (SPC)
Tuneable filter
11,... M
N1,... M
1
N
1Optical fiber
1
M
Tuneable filter
1
1
M
Tuneable filter
2
1
M
Tuneable filter
M
NOptical fiber
1
M
Tuneable filter
1
1
M
Tuneable filter
2
1
MM
1
N
MUX
MUX
MUX
MUX
MUX
MUX
DMUX
DMUX
DMUX
DMUX
DMUX
DMUX
Tuneable wavelength converter (TOWC)
Gate optical Amplifier (SOA)
Splitter
Passive coupler
M: number of wavelengths
N: number of input/output fibers
INFOCOM Dept.Nodo con convertitori condivisi per terminazione d’uscita (SPL)
Nodo con convertitori condivisi per terminazione d’uscita (SPL)
Tuneable filter
11,... M
N1,... M
1
N
1Optical fiber
1
M
Tuneable filter
1
1
M
Tuneable filter
1
M
Tuneable filter
NOptical fiber
1
M
Tuneable filter
1
1
M
Tuneable filter
1
M
1
N
MUX
MUX
MUX
MUX
MUX
MUX
DMUX
DMUX
DMUX
DMUX
DMUX
DMUX
Tuneable wavelength converter (TOWC)
Gate optical Amplifier (SOA)
Splitter
Passive coupler
M: number of wavelengths
N: number of input/output fibers
INFOCOM Dept.Nodo con convertitori condivisi per nodo (SPN)
Nodo con convertitori condivisi per nodo (SPN)
11,... M
N1,... M
1
N
1
M
Tuneable filter1
M
Tuneable filter
1
r
1Optical fiber
1
M
Tuneable filter
1
M
Tuneable filter1
M
Tuneable filter
NOptical fiber
1
M
Tuneable filter
1
M
Tuneable filter1
M
Tuneable filter
DMUX
DMUX
DMUX
DMUX
DMUX
DMUX
DMUX
DMUX
MUX
MUX
MUX
MUX
MUX
MUX
MUX
MUX
Tuneable wavelength converter (TOWC)
Gate optical Amplifier (SOA)
Splitter
Passive coupler
INFOCOM Dept.
1,00E-16
1,00E-14
1,00E-12
1,00E-10
1,00E-08
1,00E-06
1,00E-04
1,00E-02
1,00E+00
0 32 64 96 128 160 192 224
number of converters (u )
pac
ket
loss
pro
bab
ilit
y
M=3
M=5
M=7
M=9
M=11
M=13
M=15
q=0.8N=16
1,00E-16
1,00E-14
1,00E-12
1,00E-10
1,00E-08
1,00E-06
1,00E-04
1,00E-02
1,00E+00
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
number of converters (u )
pac
ket
loss
pro
bab
ilit
y
M=3
M=5
M=7
M=9
M=11
M=13
M=15
q=0.8N=16
Architettura con convertitori condivisi per terminazione d’uscita (SPL)
Architettura con convertitori condivisi per nodo (SPN)
Numero di convertitoriNumero di convertitori
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Argomenti allo studioArgomenti allo studio
Architetture di nodo per traffico multicast dimensionamento del numero di convertitori
confronto tra architetture
Uso di convertitori con range di conversione limitato
costo inferiore
criteri di dimensionamento
algoritmi di controllo
Strategie di aggregazione di pacchetti per la formazione del pacchetto ottico
Impatto sui protocolli di strato superiore eventuali strategie di controllo nel dominio ottico
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