Agregação de Tráfego

Em redes WDM, um caminho óptico pode estender-se por vários enlaces de fibra sendo que o tráfego transportado pode ser roteado por roteadores ópticos intermediários. A alocação de banda passante ocorre em múltiplos da capacidade de um comprimento de onda, que, nos dias de hoje, corresponde a 40 ou 100 Gbps [11, 15]. Quando a demanda de banda passante é consideravelmente inferior à capacidade de um comprimento de onda (na ordem de Mbps), o mecanismo de agregação de tráfefo (em inglês, traffic grooming) deve ser utilizado para agregar diversos fluxos com pequenas demandas de banda em caminhos ópticos [11, 21]. Um dos requisitos necessários para agregação de tráfego é a resolução do problema de roteamento e alocação de comprimento de onda (do inglês, routing and wavelength assignment - RWA), ou seja, definir a rota a ser utilizada para o estabelecimento da conexão e o comprimento de onda a ser utilizado ao longo da rota [11, 21].

Capítulo 3

Trabalhos Relacionados

Esta seção apresenta trabalhos relacionados à comutação óptica híbrida, que considera múltiplos paradigmas de comutação em um mesmo nó da rede, utilizadas como base para o desenvolvimento da arquitetura de comutação e do algoritmo de escalonamento propostos. Em [49], é realizada uma avaliação de desempenho das redes OCS e OBS. Os resultados são incipientes mas apontam para uma maior utilização das redes OBS em relação às redes OCS. Em [31], é realizada uma avaliação de desempenho de uma rede híbrida OBS/OCS levando-se em consideração critérios de QoS como perda e atraso de pacotes. O artigo considera uma rede híbrida paralela em que a rede OBS é utilizada para tráfego sensível a atraso enquanto a rede OCS é utilizada para tráfego sensível a perdas.

Em [44], propõem-se modelos analíticos para um nó da rede óptica híbrida integrada considerando tanto o caso em que os circuitos possuem prioridade sobre as rajadas quanto o caso em que não existe prioridade entre os paradigmas de comutação óptica.

Em [46], é apresentada uma arquitetura de rede óptica híbrida integrada não pre- emptiva em que as reservas da rede OBS não são descartadas em função das reservas da rede OCS. Na proposta, quando um pedido de reserva para rede OCS chega ao nó de borda, caso o único comprimento de onda disponível esteja sendo utilizado por rajadas, a requisição do circuito é enfileirada até que as rajadas tenham sido transmitidas.

Em [45], propõe-se um modelo de rede híbrida integrada, denominado HyLABS (do inglês Hybrid Lightpath and Burst Switching). Nesta arquitetura, os pacotes são enca- minhados prioritariamente pela rede OCS em caminhos ópticos estabelecidos do nó de borda ao nó de destino dos pacotes. A topologia virtual da rede OCS é inicialmente cons- truída usando programação linear com uma matriz de tráfego estática. Assim, quando um pacote chega ao nó de borda, o mesmo realiza uma busca à procura de caminhos ópticos que conectem o nó de borda ao nó de destino. Caso não existam caminhos ópticos diretos, ou os existentes não possuam capacidade para transportar os pacotes, uma nova busca a caminhos com mais saltos é realizada. Caso não obtenha sucesso, os pacotes são encaminhados usando-se o paradigma OBS.

Em [20], é apresentada uma arquitetura de rede híbrida baseada no modelo cli- ente/servidor em que o tráfego excedente dos circuitos já provisionados é encaminhado pela rede através do paradigma OBS. Inicialmente, circuitos de diferentes classes de ser- viço, denominados circuitos primários, são criados entre os múltiplos comutadores híbridos de borda. Assim, quando um pacote de controle associado à uma rajada chega a um dos

CAPÍTULO 3. TRABALHOS RELACIONADOS 34 nós, é verificado, usando informações relativas ao seu destino, e prioridade, se existe um circuito primário que possa ser usado para se transmitir a rajada. Caso exista, a mesma é encaminhada. Caso não exista, canais adicionais são inspecionados à procura de algum que possa acomodar a demanda. Apesar da proposta ser simples, ela não especifica como os recursos devem ser reservados, como as rajadas são criadas e como é o processo de seleção de canal.

Em [17], propõe-se uma arquitetura de nó híbrido OBS/OCS. Esta arquitetura parte do conceito de MG-OXC (do inglês Multi-Granular Optical Cross Connect), que são co- mutadores que englobam duas matrizes de comutação em um único nó.

Em [22], é apresentada uma avaliação de desempenho quantificando o impacto pro- duzido pela rede OBS na probabilidade de bloqueio da rede OCS. Além disso, o artigo apresenta uma estratégia para atualização de informações capaz de diminuir as perdas na rede devido a informações desatualizadas.

Em [39], propõe-se uma arquitetura de rede óptica híbrida para a interconexão de DCN (do inglês Data Center Networks), denominada HyScaleII. Nessa arquitetura, OCS e OBS são usadas para transmitir fluxos de baixa e alta granularidade, respectivamente. O artigo propõe como a topologia da rede deve ser organizada de forma que seja escalável e tolerante a falhas, além de capaz de suportar o grande volume de dados transmitido. Além disso, os autores apresentam um algoritmo de roteamento capaz de levar vantagem da topologia empregada, aumentando assim o desempenho da rede.

Diferentemente das arquiteturas de comutação híbrida existentes na literatura, que consideram diferentes paradigmas de comutação que interagem no mesmo nó, o paradigma de comutação proposto no presente trabalho, alia somente as melhores características dos paradigmas OCS, OBS e OFS visando flexibilizar o aprovisionamento de tráfego dinâmico, utilizar a banda passante disponível de forma eficiente e garantir qualidade para os serviços fornecidos.

Capítulo 4

Comutação de Mensagens Ópticas -

OMS

Este capítulo apresenta um novo paradigma de comutação óptica, a comutação de men- sagens ópticas, definida aqui como OMS, que combina os benefícios dos paradigmas OCS, OFS e OBS para oferecer garantia de serviço, multiplexação estatística e capacidade de lidar com tráfego dinâmico.

4.1

Arquitetura Proposta

O paradigma proposto, denominado Comutação de Mensagens Ópticas (Optical Message Switching OMS), capitaliza nas melhores características dos paradigmas de comutação de circuitos (OCS), de comutação de fluxos (OFS) e de comutação de rajadas (OBS) para aumentar o número de fluxos aceitos, bem como utilizar os recursos disponíveis de forma eficiente e garantir a qualidade do serviço oferecido.

A motivação para o desenvolvimento do paradigma OMS baseia-se em duas obser- vações: i) a ocupação dos circuitos em redes OCS e OFS é baixo quando há grandes flutuações de tráfego ou longos períodos de inatividade nas fontes de tráfego e ii) uma condição suficiente para oferecer garantia de serviço para um fluxo é que os recursos devem estar disponíveis em todos os instantes de tempo em que são necessários. No entanto, esta condição não implica necessariamente em reserva contínua. A partir destas duas obser- vações, ao invés de usar circuitos com reservas contínuas, a OMS propõe o uso de várias reservas curtas antecipadas, formando uma espécie de circuito descontinuo no tempo. O comprimento destas reservas e o tempo entre elas são projetadas para coincidir com a emissão de tráfego pela fonte de dados. Assím, se um dado fluxo é admitido, os recursos estarão sempre disponíveis quando necessários e não permanentemente como em OCS. Além disso, os períodos entre reservas podem ser alocados a outros fluxos, permitindo multiplexação estatística e, consequentemente, aumentando o número de tráfego que flui no interior da rede.

Para sanar a deficiência de dinamicidade e flexibilidade na reserva de recursos, ao invés de usar circuitos com reservas contínuas do ponto de vista temporal, a OMS propõe o uso de múltiplas reservas avançadas, através da multiplexação estatística, com menor

CAPÍTULO 4. COMUTAÇÃO DE MENSAGENS ÓPTICAS - OMS 36 duração. Cada reserva avançada é utilizada para transmitir uma porção dos dados, ou seja uma mensagem do fluxo. Adicionalmente, contrapondo-se ao OBS, que provê uma relação 1:1 entre pacotes de controle e rajadas, o OMS prove uma relação de 1:N entre pacotes de controle e mensagens, significando que para um conjunto de “N” mensagens, apenas um único pacote de controle é usado.

Além disso, o número de mensagens para um fluxo é determinado em função da quan- tidade de dados requisitada e do tamanho máximo da mensagem em bytes, informações que são obtidas através das especificações para estabelecimento do fluxo. Assim, na abor- dagem proposta, utiliza-se o conjunto de reservas avançadas para comutar um conjunto de mensagens ópticas. Na comutação OMS, a duração das reservas e o tempo entre elas são projetados para coincidir com o comportamento do tráfego. Desta forma, após a reserva de recursos, se um dado fluxo é admitido, os recursos estarão sempre disponíveis pelo tempo necessário. Além disso, os períodos entre reservas podem ser alocadas para comutar mensagens de outros fluxos, ou seja realizar multiplexação estatística, e, conse- quentemente, aumentar a capacidade de aprovisionamento de fluxos na rede. Finalmente, em um cenário de mudança de tráfego, seja por aumento da carga ou prioridade de tráfego, as últimas reservas feitas para um fluxo podem ser liberadas em favor de novas reservas, aumentando a flexibilidade para lidar com tráfego dinâmico.