Nesta seção, a efetividade do esquema proposto foi comparada com a de uma implemen- tação do protocolo OBGP [8, 25]. A ferramenta de simulação utilizada foi uma extensão
Algoritmo 5.1 Cálculo de Caminho Óptico Inter-domínio
Require: Cada PCE executa um algoritmo de vetor de caminho com múltiplos caminhos. Require: Cada entrada da TED tem uma lista de comprimentos de onda disponíveis. Ensure: Um caminho óptico m-a- m multi-domínio.
1: O PCE fonte recebe uma requisição para estabelecimento de um caminho óptico m-
a- m (PCEPreq). Ele consulta sua TED para selecionar para qual vizinho irá repassar a mensagem de PCEPreq;
2: Use a política de seleção de caminho (Algoritmo 5.2);
3: Escolha um comprimento de onda aleatoriamente da lista de comprimentos de onda
disponíveis para a rota escolhida;
4: Sinalize para os nós intra-domínio alocarem recursos necessários para receber a cha- mada do nó fonte ao nó de borda escolhido;
5: repeat
6: PCE recebe uma mensagem;
7: if é uma mensagem de backtracking then 8: Atualize sua TED;
9: Consulte sua TED para selecionar para qual vizinho rapassar a mensagem PCEPreq;
10: Use a política de seleção de caminho (Algoritmo 5.2); 11: if Não há caminho para o destino then
12: Envie de volta uma mensagem backtrack juntamente com informações de atuali-
zação dos recursos disponíveis;
13: else
14: Sinalize para os nós intra-domínio alocarem recursos necessários para receber a
chamada do nó de borda de entrada ao nó de borda de saída escolhido;
15: until A PCEPreq alcançar o domínio destino OR n backtracks serem disparados;
16: if A PCEPreq alcançou o destino then
17: execute o cálculo do caminho m-a- m e com a reserva de recursos;
18: else
19: A chamada é bloqueada;
20: desaloque recursos não utilizados;
Algoritmo 5.2 Política de Seleção de Caminho
Require: Um domínio destino e todos os possíveis caminhos (cadeia de domínios) para alcançá-lo.
Ensure: Retorne um único caminho para o destino.
1: if Há mais de uma opção de caminho para alcançar o destino then
2: Escolha a que tiver mais comprimentos de onda disponíveis para alcançá-lo; 3: if Há mais de uma opção then
4: Escolha a que tiver o menor caminho (número de domínios na cadeia); 5: if Há mais de uma opção then
6: siga as regras de desempate do BGP.
multi-domínio do simulador WDMSim [41, 20].
As topologias de rede utilizadas nas simulações foram a NOBEL-EU (Figura 5.4.) e a NEWYORK (Figura 5.5.), que podem ser encontradas na biblioteca de casos de teste para projeto de redes de telecomunicações (library of test instances for Survivable xed
PCE1 PCEPreq DC: D1-D2-D3-D5 PCEPreq DC: D1-D2-D3-D5 PCEPreq DC: D1-D2-D3-D5 PCEPreq DC: D1-D2-D3-D4-D5 PCEPreq DC: D1-D2-D3-D4-D5 PCEPresp P: D1-D2-D3-D4-D5 PCEPresp P: D1-D2-D3-D4-D5 PCEPresp P: D1-D2-D3-D4-D5 PCEPresp P: D1-D2-D3-D4-D5
Backtracking com atualização por vetor caminho, muda a cadeia de domínios
BRPC: para calcular o caminho fim-a-fim na cadeia de domínios D1-D2-D3-D4-D5 Atualiza TED
Requisição de cálculo de rota na cadeia D1-D2-D3-D5
Figura 5.3: Fluxo de requisições PCEPreq e mensagens de atualização.
telecommunication Network Design - SNDLib) [2]. A topologia NOBEL-EU foi de nida no projeto europeu COST 266 [1], e tem sido usada para avaliação de protocolos. Ela é composta por 28 domínios e 41 enlaces inter-domínio, resultando numa conectividade média de 2.93. Os nós foram escolhidos incluindo alguns dos principais pontos de troca da Internet. A topologia NEWYORK representa uma rede de telecomunicações da Grande Nova York, mas sua origem exata não é conhecida devido a acordos de con dencialidade. Ela é composta por 16 domínios e 49 enlaces inter-domínio, resultando numa conectividade média de 6.12. As duas topologias tem diferentes números de nós e de conectividade.
Figura 5.5: Grafo representando a rede da topologia NEWYORK.
Os nós em cada domínio são completamente conectados e o número de nós de borda é igual ao número de enlaces inter-domínio, sendo que cada nó de borda possui apenas um enlace inter-domínio. Dessa forma, bloqueios devido a falta de recursos intra-domínio são evitados. O algoritmo de menor caminho de Dijkstra é usado para de nir os caminhos intra-domínio.
As requisições de chamadas são uniformemente distribuídas entre todos os pares de nós da rede. A carga na rede varia entre 20 e 200 erlang e cada simulação realiza 100.000 requisições de chamadas. Os intervalos de con ança com nível de con ança de 95% foram obtidos pelo método de replicação independente. Foram geradas 10 replicações para cada ponto. A probabilidade de bloqueio, a sobrecarga de sinalização e a relação entre chamadas bloqueadas e mensagens de backtrack foram avaliados nas simulações.
A sobrecarga de sinalização considera toda sinalização de controle gerada pelo pro- tocolo de roteamento inter-domínio para descobrir e manter rotas e recursos disponíveis na rede. No esquema proposto, essas mensagens são disparadas por eventos de backtrack enquanto que no OBGP são disparadas a cada 30 segundos para o eOBGP [25] e para cada mudança intra-domínio detectada para o iOBGP.
As Figuras 5.6 e 5.7 mostram a probabilidade de bloqueio para as topologias NOBEL- EU e NEWYORK, repectivamente. A probabilidade de bloqueio em função do aumento da carga na rede gerada pelo OBGP aumenta numa proporção maior do que a gerada pela solução proposta. A diferença entre as curvas aumenta signi cativamente com o aumento da carga nas duas topologias. Para a topologia NOBEL-EU, a diferença chega a 13% enquanto para a NEWYORK chega a 4%. Para a topologia NEWYORK, que tem maior grau de conectividade, o aumento na probabilidade de bloqueio produzido pela nossa proposta é pequeno mesmo para os valores mais altos de carga, cando em torno de 0.1%, enquanto que para o OBGP chega a 3,5%.
O esquema proposto é centrado principalmente na divulgação de NRA. Além da maior disponibilidade de informações sobre recursos ópticos, a política de seleção de caminho
0 5 10 15 20 25 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Probabilidade de Bloqueio Carga OBGP Proposta 1
Figura 5.6: Probabilidade de bloqueio em função da carga na topologia NOBEL-EU.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Probabilidade de Bloqueio Carga OBGP Proposta 1
Figura 5.7: Probabilidade de bloqueio em função da carga na topologia NEW YORK. balanceia a distribuição de carga na rede escolhendo os enlaces que possuem o maior nú- mero de comprimentos de onda disponíveis. Ademais, a utuação das rotas OBGP causa degradação no desempenho da rede, aumento da carga de processamento nos roteadores e mudanças na distribuição de carga na rede. Ao atualizar as tabelas de roteamento apenas na ocorrência de backtracks, a proposta apresentada leva a tabelas de roteamento mais estáveis, com atualização sob-demanda. Essas características resultam na menor taxa de bloqueio observada nos grá cos.
As Figuras 5.8 e 5.9 mostram a sobrecarga de sinalização para as topologia NOBEL- EU e NEWYORK. A diferença entre os resultados do OBGP e os da proposta é bastante signi cativa. Enquanto o OBGP gera 7 a 8 vezes mais mensagens na topologia NOBEL- EU, o número de mensagens enviadas pelo OBGP na topologia NEWYORK é 5 ordens de
magnitude maior do que a gerada pela solução proposta. Essa diferença marcante deve-se principalmente ao esquema de atualização sob demanda da solução proposta, em clara oposição ao esquema de atualização por inundação do OBGP.
0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Sobrecarga de controle Carga OBGP Proposta 1
Figura 5.8: Sobrecarga de controle em função da carga na topologia NOBEL-EU.
0 200000 400000 600000 800000 1e+06 1.2e+06 1.4e+06 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 Sobrecarga de controle Carga OBGP Proposta 1
Figura 5.9: Sobrecarga de controle em função da carga na topologia NEW YORK. As Figuras 5.10 e 5.11 mostram a probabilidade de backtracking e a probabilidade de bloqueio para as topologias NOBEL-EU E NEWYORK. A probabilidade de backtracking é a fração das chamadas que demandaram backtracking para serem estabelecidas e a probabilidade de bloqueio a fração das chamadas que não puderam ser estabelecidas. Na topologia NOBEL-EU, pode-se constatar que o uso de backtracking levou a uma redução de 50% no bloqueio. As requisições que demandaram backtracking e foram estabelecidas geraram, em média, 2,39 mensagens de backtrack. Para a topologia NEWYORK, como
a taxa de bloqueio é muito baixa, houve uma redução de no máximo 25% no bloqueio devido ao uso de backtracking. As requisições que demandaram backtracking e foram estabelecidas geraram, em média, 3,37 mensagens de backtrack.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 (%) Carga Probabilidade de Backtracking Probabilidade de Bloqueio
Figura 5.10: Backtracking e probabilidade de bloqueio em função da carga na topologia NOBEL-EU. 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 (%) Carga Probabilidade de Backtracking Probabilidade de Bloqueio
Figura 5.11: Backtracking e probabilidade de bloqueio em função da carga na topologia NEWYORK.
Política de Seleção de Caminhos e
Atribuição de Comprimento de Onda
A proposta de aprovisionamento de caminhos de luz inter-domínio apresentada neste capítulo é uma evolução da proposta apresentada no capítulo anterior. Ela apresenta um novo esquema para cálculo da cadeia de domínios e uma política para atribuição de comprimento de onda que visa alocar um comprimento de onda identi cado como efetivamente disponível ao nal do processo de cálculo da cadeia de domínios.
A arquitetura de múltiplos PCEs com comunicação inter-PCE continua sendo adotada. As mensagens trocadas no processo de disseminação de informações de estado da rede incluem informações acerca da alcançabilidade e da disponibilidade de recursos. O que permite explorar a possibilidade de selecionar um comprimento de onda identi cado como disponível durante o cálculo da cadeia de domínios para se estabelecer o caminho de luz m-a- m. Explora-se, também, a técnica de backtracking para lidar com a possibilidade de haver informação desatualidada nas TEDs, o que resulta em maiores chances de sucesso no cálculo da cadeia de domínios.
O esquema de divulgação de mensagens dispara troca de mensagens apenas quando da ocorrência de eventos de backtracking. Essa divulgação atinge apenas o domínio anterior, permitindo que o domínio que recebe a atualização possa escolher um caminho baseado em informações atualizadas sem inundar toda a rede com mensagens de controle. Finalmente, a proposta de atribuição de comprimento de onda permite que a cadeia de domínios seja calculada com base na distribuição dos comprimentos de onda efetivamente disponíveis na rede.
Todos os PCEs rodam um protocolo de vetor de distância com cache das cadeias de domínio. A exibilidade de poder escolher um entre vários caminhos para se alcançar o domínio destino, possibilitada pelo uso do cache das cadeias de domínio, aumenta a efetividade do protocolo proposto. Cada registro de uma TED possui, além da cadeia de domínios entre a fonte e o destino, uma lista de comprimentos de onda disponíveis e o nó de borda de saída para o próximo domínio da cadeia. Quando um PCE recebe uma PCEP request (PCEPreq) de um nó intra-domínio, ele deve escolher uma rota dentre as disponíveis para o destino. O primeiro critério para escolha do melhor caminho determina que deve ser escolhido o caminho com maior número de comprimentos de onda disponíveis. Se houver mais de uma opção, o caminho com a menor cadeia de domínios deve ser
escolhido. Por último, se houver mais de uma opção, segue-se as regras de desempate do BGP.
Uma das principais diferenças da proposta deste capítulo em relação ao capítulo an- terior é o esquema de atribuição de comprimento de onda. Na proposta anterior, o PCE fonte escolhia um comprimento de onda disponível de acordo com as informções que ele tenha acerca do estado de toda a rede. Contudo, dada a variação de disponibilidade de recursos da rede no decorrer do tempo, essa decisão poderia ser feita com base em informações desatualizadas, o que pode resultar em bloqueio da chamada. Na proposta de atribuição de comprimento de onda de nida pelo PCE destino, quando a constru- ção de rota chega ao PCE destino, este escolhe um comprimento de onda dentre aqueles identi cados como disponíveis duranto o processo de cálculo da rota.
Outra diferença fundamental é a política de seleção dos domínios que comporão a cadeia de domínios do nó fonte ao nó destino. Ao invés de selecionar o caminho com o maior número de comprimentos de onda disponíveis, um PCE intermediário seleciona o caminho que maximiza a interseção entre os comprimentos de onda disponíveis para alcançar o destino e os comprimentos de onda candidatos recebidos pelo PCE anterior (Algoritmo 2). O PCE fonte encaminha uma requisição PCEP (PCE Protocol) para o próximo PCE da cadeia e lhe informa sobre os comprimentos de onda candidatos a estabelecer o circuito óptico. O PCE vizinho que recebeu a requisição segue o mesmo procedimento considerando o conjunto dos comprimentos de onda candidatos e o nó de borda de saída do domínio anterior. Esse procedimento é repetido até que o PCE destino seja encontrado e um circuito óptico m-a- m possa ser estabelecido. Por último, é realizado o cálculo da rota m-a- m e a reserva dos recursos para estabelecimento do circuito óptico, esses procedimentos devem ser realizados por protocolos como o BRPC e o RSVP.
A solução proposta pode ser melhor compreendida por meio de um exemplo. Considere a rede representada pela Figura 5.1. O PCE2 tem conhecimento completo e atualizado sobre o estado de todos os enlaces do domínio D2 e portanto tem conhecimento para determinar a melhor maneira de alcançar o domínio D1 partindo de qualquer dos nós per- tencentes a D2. Mensagens de atualização recebidas do PCE3 pelo PCE2 são analisadas e gravadas na TED do PCE3, que adquire o conhecimento necessário para de nir a melhor rota para alcançar D1. Essas mensagens contêm informações sobre i) o domínio D1; ii) os nós de borda de entrada no domínio D2; e iii) os comprimentos de onda disponíveis entre o nó de borda de entrada no domínio D2 e o nó de borda de entrada no domínio D1. Da mesma forma, o PCE3 pode disseminar suas informações de alcançabilidade e de disponibilidade de recursos para a TED do PCE4, estendendo o caminho para alcançar D1 e de nindo os comprimentos de onda disponíveis ao calcular a interseção entre os comprimentos de onda disponíveis no caminho D1-D3 e D3-D4. A TED do PCE5 pode nalmente ser atualizado da mesma maneira por PCE3 e PCE4.
Ao m desse processo, PCE5 deve ter uma visão geral da topologia como represen- tada na Figura 5.2, que inclui dois possíveis caminhos para alcançar D1 - um via D3 (linha pontilhada) e outra via D4 (linha cheia) - além de todos os comprimentos de onda disponíveis entre D5 e D1. Ademais, PCE5 não tem nenhuma informação sobre as topo- logias internas de qualquer domínio, que é uma característica importante para assegurar
o diferencial competitivo dos provedores de serviços da Internet. O protocolo apresentado é representado pelos algoritmos 6.1 e 6.2 Algoritmo 6.1 Cálculo de Caminho Óptico Inter-domínio
Require: Cada PCE executa um algoritmo de vetor caminho com múltiplos caminhos. Require: Cada entrada da TED tem uma lista de comprimentos de onda disponíveis. Require: O valor inicial do vetor de comprimentos de onda candidatas é "vazio". Ensure: Um caminho óptico m-a- m multidomínio.
1: repeat
2: PCE recebe uma mensagem;
3: if é uma mensagem de backtracking then 4: Atualize sua TED;
5: O PCE consulta sua TED para selecionar para qual vizinho ele rapassa a mensagem
PCEPreq;
6: if não há caminho para o destino then
7: Envie de volta uma mensagem backtrack juntamente com informações de atuali-
zação dos recursos disponíveis;
8: Use a política de seleção de caminho (Algoritmo 6.2);
9: until A PCEPreq alcançar o domínio destino OR n backtracks serem disparados; 10: if a PCEPreq alcançou o destino then
11: Escolha aleatoriamente um comprimento de onda dentre os comprimentos de onda
candidatos;
12: Execute o cálculo do caminho m-a- m e com a reserva de recursos;
13: else
14: A chamada é bloqueada;
Algoritmo 6.2 Política de Seleção de Caminho
Require: Um vetor de comprimentos de onda candidatos
Require: Um domínio destino e todos os possíveis caminhos (cadeia de domínios) para alcançá-lo.
Ensure: Retorne um único caminho para o destino.
1: if Há mais de uma opção de caminho para alcançar o destino then
2: Escolha o caminho em que a interseção entre os comprimentos de onda disponíveis
para o destino e o vetor de comprimentos de onda candidatos seja máxima.
3: if Há mais de uma opção de domínio de saída then 4: Escolha a menor cadeia de domínios;
5: if Há mais de uma opção de domínio de saída then 6: Siga as regras de desempate do BGP.
Se uma requisição PCEP chega a um PCE e a interseção entre o conjunto dos com- primentos de onda disponíveis para alcançar o destino e o conjunto dos comprimentos de onda candidatos é vazia para todos os registros da TED, um backtracking é disparado e uma mensagem é enviada de volta para o PCE anterior, que deve escolher um outro PCE vizinho para continuar o cálculo de rota. Quando uma mensagem de backtrack é enviada, uma mensagem de atualização também é enviada para o PCE anterior para que este possa se atualizar em relação ao estado da rede do PCE que iniciou o evento de backtracking.
Na verdade, as mensagens que indicam a ocorrencia de um evento de backtracking pe- gam carona nas mensagens de atualização. Dessa forma, a sobrecarga de mensagens de atualização periódica é evitada. A Figura 6.1 representa o uxo de requisições PCEP e de mensagens de atualização quando da ocorrência de eventos de backtracking durante uma requisição de cálculo de rota numa rede composta por cinco domínios (Figura 5.1). Um limite no número de mensagens de backtracking que podem ser disparadas deve ser de nido, ao se exceder esse limite a chamada é bloqueada.
PCEP req DC:D1-D2-D3-D5
PCEP req
DC:D1-D2-D3-D5 PCEP req DC:D1-D2-D3-D5
Backtracking With Path Vector Update, change in domain sequence update available
wavelength set{} Path Computation Request
on chain D1-D2-D3-D5
PCEP req DC:D1-D2-D3-D4-D5
PCEP req DC:D1-D2-D3-D4-D5
PCE1 PCE2 PCE3 PCE4 PCE5
PCEP resp P:D1-D2-D3-D4-D5 PCEP resp P:D1-D2-D3-D4-D5 PCEP resp P:D1-D2-D3-D4-D5 PCEP resp P:D1-D2-D3-D4-D5 BRPC: used to compute end-to-end path on chain D1-D2-D3-D4-D5
Figura 6.1: Fluxo de requisições PCEPreq e mensagens de atualização.
Quando uma requisição chega ao PCE destino, ele escolhe um comprimento de onda entre aqueles efetivamente identi cados como disponíveis durante o processo de cálculo da cadeia de domínios. Esse esquema é mais e ciente do que o apresentado no capítulo anterior já que o PCE destino escolhe o comprimento de onda após receber informações atualizadas sobre o estado da rede, diferentemente da primeira proposta apresentada que escolhe o comprimento de onda baseado em informações recebidas em momentos anteriores ao cálculo de rota.
Não obstante, a proposta apresentada nesse capítulo apresenta todas as vantagens da primeira proposta, tal como (i) capacidade de divulgar informações necessárias para engenharia de tráfego; (ii) múltiplas possibilidades de rota para atingir um dado destino, possibilitado pelo esquema de cache de caminhos; (iii) sinalização trocada sob demanda, dado que as as mensagens de atualização da rede pegam carona com as mensagens de backtracking são disparadas apenas quando necessário duranto o processo de cálculo de rota.
6.1 Experimentos Realizados
Nesta seção, a efetividade do esquema proposto foi avaliada e comparada com a apresen- tada no capítulo anterior, que mostrou melhor desempenho do que o OBGP. O simulador WDMSim foi estendido para implementar esta segunda proposta. Para ns de compara- ção, os mesmos cenários de simulação considerados no capítulo anterior foram considera- dos. As topologias de rede utilizadas nas simulações foram a NOBEL-EU (Figura 5.4.) e
a NEWYORK (Figura 5.5.) As requisições de chamadas são uniformemente distribuídas entre todos os pares de nós da rede. A carga na rede varia entre 20 e 200 erlang e cada si- mulação realiza 100.000 requisições de chamadas. Os intervalos de con ança com nível de con ança de 95% foram obtidos pelo método de replicação independente. Foram geradas 10 replicações para cada ponto. A probabilidade de bloqueio, a sobrecarga de sinalização e a relação entre chamadas bloqueadas e mensagens de backtrack foram avaliados nas simulações.
As Figuras 6.2 e 6.3 mostram a probabilidade de bloqueio para as topologias NOBEL- EU e NEWYORK, repectivamente. Os resultados gerados pela proposta do capítulo 5 são identi cados pela legenda seleção na fonte. A probabilidade de bloqueio gerada pela proposta 1 aumenta a medida que a carga na rede aumenta, o que não acontece com a probabilidade de bloqueio gerada na proposta 2. A diferença entre as curvas aumenta signi cativamente com o aumento da carga para as duas topologias. Nos dois casos, a probabilidade de bloqueio quando a carga atinge o pico (200 Erlang) é 10 vezes maior na proposta 1 do que na proposta 2. Devido ao alto grau de conectividade inter-domínio da topologia NEWYORK a probabilidade de bloqueio é bem baixa para esta topologia, mesmo assim, a proposta 2 gera probabilidade de bloqueio próximo de zero para todos