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

. . .

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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

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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

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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

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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

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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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