Apresentação Qualificação Mestrado

Coleta e Disseminação de Informações de Camada Física em Redes Ópticas Baseadas no Padrão GMPLS Através do Protocolo LMPFábio Dassan dos Santos04/02/11

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


• 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


• Modelagem da rede segundo a definição de planos


• 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


• 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


• 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 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


• 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


• 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 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


• 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


• 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


• 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


• 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


• 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


• 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)


• 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


• 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


• 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

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