Metodologia para análise da disponibilidade de uma rede de dados multisserviços : Methodology for the analysis of the availability of a multi-service data network

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS Faculdade de Tecnologia

HENRY DE CASTRO LOBO DOS SANTOS

METODOLOGIA PARA ANÁLISE DA DISPONIBILIDADE DE UMA REDE DE DADOS MULTISSERVIÇOS

METHODOLOGY FOR THE ANALYSIS OF THE AVAILABILITY OF A MULTI-SERVICE DATANETWORK

Limeira Julho/2019

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METHODOLOGY FOR THE ANALYSIS OF THE AVAILABILITY OF A MULTI-SERVICE DATANETWORK

Dissertação apresentada à Faculdade de Tecnologia da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Mestre em TECNOLOGIA, na Área de SISTEMAS DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO.

Dissertation presented to the Faculty of Technlogy of the University of Campinas in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master, in the area of INFORMATION AND COMMUNICATION SYSTEMS.

Supervisor/Orientador: Prof. Dr. Edson Luiz Ursini

Co-supervisor/Coorientador: Prof. Dr. Paulo Sérgio Martins Pedro

ESTE TRABALHO CORRESPONDE À

VERSÃO FINAL DISSERTAÇÃO

DEFENDIDA PELO ALUNO HENRY DE CASTRO LOBO DOS SANTOS, E ORIENTADA PELO PROF. DR. EDSON LUIZ URSINI.

Limeira Julho/2019

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Ficha catalográfica

Universidade Estadual de Campinas Biblioteca da Faculdade de Tecnologia

Felipe de Souza Bueno - CRB 8/8577

Santos, Henry de Castro Lobo dos, 1994- Sa59m SanMetodologia para análise da disponibilidade de uma rede de dados

multisserviços / Henry de Castro Lobo dos Santos. – Limeira, SP : [s.n.], 2019.

SanOrientador: Edson Luiz Ursini.

SanCoorientador: Paulo Sérgio Martins Pedro.

SanDissertação (mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia.

San1. Confiabilidade (Engenharia) - Métodos estatísticos. 2. Convergência

(Telecomunicação). 3. Análise de redes (Planejamento). 4. Redes de computadores. 5. Comunicações multimídia. I. Ursini, Edson Luiz, 1951-. II. Martins Pedro, Paulo Sérgio, 1967-. III. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Tecnologia. IV. Título.

Informações para Biblioteca Digital

Título em outro idioma: Methodology for the analysis of the availability of a multi-service data network

Palavras-chave em inglês:

Reliability (Engineering) - Statistical methods Convergence (Telecommunication)

Network analysis (Planning) Computer networks

Multimedia communications

Área de concentração: Sistemas de Informação e Comunicação Titulação: Mestre em Tecnologia

Banca examinadora:

Edson Luiz Ursini [Orientador] Cristhof Johann Roosen Runge Marcelo Tsuguio Okano Data de defesa: 30-07-2019

Programa de Pós-Graduação: Tecnologia Identificação e informações acadêmicas do(a) aluno(a)

- ORCID do autor: https://orcid.org/0000-0003-1400-3811 Currículo Lattes do autor: http://lattes.cnpq.br/3884137732632652

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BANCA EXAMINADORA:

• Prof. Dr. Edson Luiz Ursini

• Prof. Dr. Cristhof Johann Roosen Runge

• Prof. Dr. Marcelo Tsuguio Okano

A ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros da banca encontra-se no SIGA/Sistema de Fluxo de Dissertação/Tese e na Secretaria do Programa da

Unidade.

Limeira Julho/2019

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Resumo

O progresso das novas tecnologias exige, por meio de estudos acadêmicos, o seu aperfeiçoamento, para que assim, sejam compreendidas e aplicadas às novas demandas exigidas pelo ambiente tecnológico. No cenário atual da tecnologia, a rede IP recebe diferentes serviços (sejam de tráfego elástico, sensíveis a perda, ou stream, sensíveis a atraso), também chamados de multisserviços ou de redes convergentes, onde todos os tipos de tráfego (vídeo, áudio, dados ou voz) trafegam pelo mesmo meio de transmissão. As redes IP, no entanto, não foram inicialmente preparadas para o cenário de multisserviços. Para a melhoria desse ambiente foram se desenvolvendo requisitos de QoS (Quality of Service), provendo recursos para o aumento sustentável da demanda da utilização de rede de dados no mundo. Este trabalho tem como objetivo o estudo da disponibilidade de uma infraestrutura multisserviços de uma rede de televisão brasileira, levando em conta o SLA (Service Level Agreement) que essa rede traz para alguns cenários de reparo em caso de falhas (1:00 hora, 24:00 horas, 7 dias e 30 dias), os hardwares e tipos de serviços utilizados na infraestrutura. Os estudos de disponibilidade foram realizados por meio da análise do Mean Time Between Failure (MTBF) e do Mean Time to Repair (MTTR). Este trabalho baseia-se no estudo bibliográfico que visa o entendimento das técnicas utilizadas e nos resultados obtidos que podem ser otimizados por meio da readequação da sua infraestrutura. Os resultados permitem ainda verificar se os requisitos de SLA (Service Level Agreement) são ou não cumpridos pela arquitetura apresentada.

Palavras-chave: Disponibilidade; MTBF; MTTR; Confiabilidade; QoS; SLA; Rede de

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Abstract

The progress of new technologies requires, through academic studies, their improvement, so that they can be understood and applied to the new demands required by the technological environment. In the current technology scenario, the IP network receives different services (either elastic traffic, loss-sensitive or stream, delay-sensitive), also called multiservices or converged networks, where all types of traffic (video, audio, data or voice) travel through the same transmission medium. IP networks, however, were not initially prepared for the multiservice scenario. To improve this environment, QoS (Quality of Service) requirements have been developed, providing resources for a sustainable increase in the demand for data network usage in the world. This work aims to study the availability of a multiservice infrastructure of a Brazilian television network, taking into account the SLA (Service Level Agreement) that this network brings to some repair scenarios in case of failures (1:00 hour, 24:00 hours, 7 days and 30 days), the hardware and types of services used in the infrastructure. The availability studies were performed through Mean Time Between Failure (MTBF) and Mean Time to Repair (MTTR) analysis. This work is based on the bibliographic study that aims at understanding the techniques used and, on the results, obtained that can be optimized through the re-adaptation of its infrastructure. The results also allow us to verify whether SLA requirements are met or not by the presented architecture.

Keywords: Availability; MTBF; MTTR; Reliability; QoS; SLA; Multi-service data

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Lista de Figuras

Figura 1. Topologia de rede multisserviços. ... 16

Figura 2. Processo de concepção de SLA ... 18

Figura 3. Exemplo de diagrama de blocos de confiabilidade ... 20

Figura 4. Exemplo de redes de dados multisserviços ... 21

Figura 5. Representação de dados das ligações físicos funcionais ... 22

Figura 6. Redundância dos componentes ... 22

Figura 7. Caso hipotético para cálculo da disponibilidade ... 24

Figura 8. Configuração com dois elementos em paralelo ... 27

Figura 9. Diagrama de estados para dois elementos em paralelo (acima), com a repetição da Figura A5 do Apêndice A (abaixo) para efeito de comparação utilizando os tempos Δt ... 27

Figura 10. Diagrama para dois elementos em paralelo com dois reparadores ... 29

Figura 11. Diagrama de estados para dois elementos em paralelo com dois reparadores ... 29

Figura 12. Diagrama para três elementos em paralelo ... 31

Figura 13. Diagrama de estados para três elementos em paralelo ... 31

Figura 14. Diagrama para n elementos em série ... 32

Figura 15. Diagrama de estados para n elementos em série e n reparadores ... 33

Figura 16. Anel Nacional: Rede em anel e ponto a ponto ... 36

Figura 17. Detalhamento da rede estudada ... 37

Figura 18. Equipamento de Belém lado esquerdo ... 41

Figura 19. Equipamento de Belém lado direito... 42

Figura 20. Equipamento de Distrito Federal lado esquerdo ... 43

Figura 21. Equipamento de Distrito Federal lado direito ... 43

Figura 22. Equipamento de Minas Gerais lado esquerdo ... 45

Figura 23. Equipamento de Minas Gerais lado direito ... 46

Figura 24. Equipamento de São Paulo 01 lado esquerdo ... 48

Figura 25. Equipamento de São Paulo 01 lado direito ... 49

Figura 26. Equipamento de Belém lado esquerdo ... 51

Figura 27. Equipamento de Belém lado direito... 52

Figura 28. Equipamento de Distrito Federal lado esquerdo ... 53

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Figura 30. Equipamento de Salvador lado esquerdo ... 55

Figura 31. Equipamento de Salvador lado direito ... 56

Figura 32. Equipamento de Benfica lado esquerdo ... 58

Figura 33. Equipamento de Benfica lado direito ... 58

Figura 34. Equipamento de São Paulo 02 lado esquerdo ... 61

Figura 35. Equipamento de São Paulo 02 lado direito ... 62

Figura 36. Diagrama de disponibilidade módulo IP Trunk ... 66

Figura 37. Diagrama de disponibilidade módulo ASI ... 72

Figura 38. Diagrama de disponibilidade módulo GBE ... 74

Figura 39. Diagrama de disponibilidade das fontes de energia ... 76

Figura 40. Diagrama de disponibilidade dos módulos SW40/80 Gbps ... 80

Figura 41. Diagrama de disponibilidade dos módulos 10GE e IP Trunk ... 82

Figura 53. Diagrama de disponibilidade dos módulos IP Trunk e 10GE ... 99

Figura 54. Diagrama de disponibilidade módulo ASI ... 101

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Lista de Tabelas

Tabela 1. Exemplo de disponibilidade do sistema ... 19

Tabela 2. Exemplo de MTBF ... 23

Tabela 3. Probabilidade de ocorrência de falhas para três sistemas (blocos) em série ... 24

Tabela 4. Velocidade de portas ... 38

Tabela 5. MTBF dos componentes ... 39

Tabela 6. Disponibilidade de hardware para serviços em Belém ... 104

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Sumário 1. Introdução ... 12 1.1. Justificativa ... 14 1.2. Objetivos ... 14 1.3. Contribuição esperada ... 15 1.4. Organização do texto ... 15

2. Embasamento Teórico e Trabalhos Relacionados ... 15

2.1. A rede multisserviços ... 16

2.2. Qualidade de Serviço (Quality of Service - QoS) ... 16

2.3. Service Level Agreements (SLA) ... 17

2.4. Monitoramento da infraestrutura de uma rede de dados... 19

2.5. Diagramas de blocos de confiabilidade (RBDs - Reliability Block Diagrams) 20 2.6. Modelos para disponibilidade ... 20

2.6.1. Exemplo de aplicações do conceito de disponibilidade a vários tipos de sistemas ... 23

2.6.2. Blocos típicos para cálculo da indisponibilidade ... 25

2.6.3. Um bloco e um único reparador ... 25

2.6.4. Sistema com dois blocos em paralelo e reparador único ... 26

2.6.5. Sistema com dois blocos e um único reparador (estado estacionário) .. 26

2.6.6. Dois reparadores e dois blocos iguais ... 28

2.6.7. Sistema com dois blocos em paralelo e com dois reparadores ... 29

2.6.8. Sistema com três blocos e um único reparador ... 30

2.6.9. Sistema com n blocos em série e com n reparadores ... 32

3. Metodologia de Pesquisa, Plano de Trabalho e Abordagem Proposta 34 3.1. Metodologia de pesquisa e plano de trabalho ... 34

3.2. Levantamento de dados ... 35

3.3. Aplicação dos cálculos para disponibilidade do equipamento ... 65

3.3.1. Belém ... 66

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3.3.3. Minas Gerais... 84

3.3.4. Salvador ... 88

3.3.5. Benfica (Rio de Janeiro) ... 93

3.3.6. São Paulo ... 97

4. Resultados ... 103

4.1. Disponibilidade do sistema por hardware ... 104

4.2. Disponibilidade do sistema por serviço ... 105

5. Considerações Finais ... 108

Referências ... 110

APÊNDICE A: Considerações sobre as equações dos sistemas Operação-Falha para determinação da disponibilidade dos sistemas ... 113

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1. Introdução

Em 1969, como decorrência de uma série de eventos da Guerra Fria, foi construída a primeira rede de computadores, denominada ARPANET (Pastor-Satorras e Vespignani, 2007). O desenvolvimento da rede IP, inicialmente, não foi preparado para o cenário de multisserviços, ou seja, foi concebida sem um conglomerado de diferentes mídias de comunicação (vídeo, áudio, dados e voz), conforme citado por Clark, Braden e Shenker (1994).

Com a evolução da tecnologia e a necessidade desse ambiente multimídia, por requisitos de redução de custo, foi também necessária a convergência das mídias de comunicação através do mesmo enlace de dados (Sigurdsson, Thorsteinsson e Stidsen, 2004).

De maneira geral, pode-se dividir o ambiente multisserviços em dois tipos de tráfego, elástico e stream. O tráfego elástico ou de transferência de arquivos ou equivalente a isso (p. ex., HTTPS, FTP, TFTP, SSH) não tolera perda de pacotes, mas tolera algum atraso no envio/recebimento. O tráfego stream (p. ex., VoIP, Videoconferência) não tolera atrasos no envio/recebimento dos pacotes, mas tolera algum tipo de perda, imperceptíveis aos usuários (Clark, Braden e Shenker, 1994; Trindade et. al., 2003).

Para que a rede IP tivesse um crescimento sustentável foram criados requisitos de QoS (Quality of Service), que segundo o ITU-T (International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector) (2012), tem a função de fornecer aos usuários do sistema requisitos de qualidade, conforme a necessidade do cliente final. A rede Internet, em sua concepção original, funciona em um modelo de melhor esforço (best effort), não se utilizando de prioridades para serem roteadas dentro da rede. De outro modo, o QoS trata de forma quantitativa a qualidade esperada pelos usuários dos serviços, visando alguns aspectos. Citamos a seguir os aspectos de QoS mais importantes relacionados a este trabalho:

• Disponibilidade: operabilidade do sistema para entrega das aplicações para os usuários, levando em consideração paradas dos sistemas, programadas ou não (falhas), interrompendo totalmente ou parcialmente a sua funcionalidade;

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• Confiabilidade: garantia de entrega dos pacotes de dados das aplicações de forma integra, entre sistemas e/ou usuários;

• Desempenho: funcionamento sistêmico de forma satisfatória para os usuários, de fim-a-fim.

Ao se quantificar o QoS requerido pelo cliente, os provedores de serviço preparam contratos com níveis de serviço (SLA – Service Level Agreement). Tais contratos são efetivados para que se atenda às expectativas dos clientes com relação ao tipo de serviço contratado e que se garanta a velocidade com que seja restabelecido o serviço, no caso de ocorrência de falha, com a qualidade esperada. Por exemplo, contratos entre um cliente e o provedor de serviço que garante o funcionamento de seu sistema 99,5% e outros que garantem o restabelecimento do serviço (reparo) em 4 horas, em média.

Neste trabalho, o objetivo foi a análise de disponibilidade do sistema. Para isto, foi desenvolvido um modelo de disponibilidade analisando os componentes de uma solução de conectividade de uma rede multisserviços, com a função de transporte de dados de mídia televisiva.

Para o desenvolvimento do modelo, foram necessárias duas características essenciais, o MTBF (Mean Time Between Failures) dos componentes do sistema e o MTTR (Mean Time to Repair). O MBTF significa o tempo médio de falha dos componentes, ou seja, cada componente de um sistema juntamente com sua montagem contabiliza um tempo, e este forma a medida de confiabilidade de um dispositivo, em tempo de vida. O MTTR significa o tempo médio de reparo do sistema, ou seja, a partir do momento que o dispositivo/componente falha, qual o tempo que se leva para corrigi-lo. Outras características do sistema são essenciais e que devem também ser consideradas: a qualidade do sistema de supervisão que pode detectar com rapidez a ocorrência da falha, o estoque de sobressalentes que permite que o componente seja rapidamente reposto, e a logística da equipe de manutenção para que o componente em falha seja reparado.

Esta dissertação aborda um estudo de caso, onde foi levado em consideração, prioritariamente, a topologia, os MTBFs e os MTTRs dos componentes/dispositivos. Os valores reais desses parâmetros foram fornecidos, porém, os dados do estudo foram mudados, a pedido do proprietário da rede e do fabricante dos componentes/dispositivos, para dar caráter confidencial. No entanto, isso não impede

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a realização deste estudo, que tem o caráter metodológico e pode ser aplicado a outros casos similares para o desenvolvimento de um modelo de disponibilidade para redes IP.

1.1. Justificativa

QoS é um termo amplamente estudado nas mais diversas áreas. Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC) é umas das principais áreas que se utiliza dessa terminologia, sendo de suma importância para o acompanhamento do funcionamento do sistema como um todo, pois trata da percepção dos usuários com relação à qualidade e requisitos para o funcionamento do mesmo.

Para atender aos requisitos de QoS para disponibilidade e ao SLA contratado pelo cliente, este trabalho propõe o desenvolvimento de um projeto de disponibilidade do sistema abordado, baseado em modelos de nascimento e morte. Para elucidação, utilizaremos a topologia de uma infraestrutura de uma empresa de mídia televisiva, o MTBF e MTTR dos componentes desse sistema. Quanto mais próximo de um (=1) o SLA obtido para a disponibilidade pelo modelo, mais tempo em operação terá o sistema (menos tempo em falha).

1.2. Objetivos

A disponibilidade de um sistema é um dos principais requisitos de QoS solicitados pelos usuários finais. O objetivo deste trabalho é analisar, dentro de um contexto de topologia e infraestrutura de rede, a disponibilidade do sistema por meio de um modelo de nascimento e morte, utilizando valores dos MTBFs e MTTRs estimados ou fornecidos para a rede, bem como das distribuições de probabilidade dos tempos de falha e de reparo (inicialmente supostas exponenciais), e da logística de reparo.

A análise de disponibilidade de uma rede é um assunto amplamente abordado na literatura. Porém, ainda existem necessidades de estudo nesse campo quando se trata da convergência de diferentes mídias em um mesmo meio de comunicação, com diferentes requisitos a serem satisfeitos, apresentando novos desafios.

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1.3. Contribuição esperada

A contribuição principal deste trabalho é o desenvolvimento de um modelo de disponibilidade, que neste estudo, se dará em um determinado contexto (estrutura de uma emissora de televisão brasileira), porém, este modelo poderá ser utilizado em quaisquer outros casos de uso de redes similares.

Espera-se também contribuir com a melhoria do desempenho da rede apresentada, promovendo resultados úteis para planejamento e/ou dimensionamento da disponibilidade. Para isso, a fundamentação teórica deste trabalho será aplicada a um estudo de caso.

1.4. Organização do texto

A organização deste estudo é a seguinte:

• 2º capítulo: referencial teórico que embasa as terminologias técnicas

utilizadas;

• 3º capítulo: metodologia utilizada na pesquisa, plano de trabalho e

abordagem proposta;

• 4º capítulo: resultados;

• 5º capítulo: considerações finais;

• Apêndice: fornece base teórica para os modelos utilizados e fórmulas

no Matlab representando os cálculos efetuados na dissertação.

2. Embasamento Teórico e Trabalhos Relacionados

Para compor a revisão bibliográfica deste estudo, foram selecionados livros, revistas e artigos científicos da área de TIC (Tecnologia da Informação e Comunicação). Os documentos foram extraídos de bases eletrônicas que são consideradas relevantes pela comunidade científica, sejam elas da IEEE (Institute of Electrical and Eletronics Engineers), ScienceDirect (Elsevier) e Scielo.

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2.1. A rede multisserviços

O cenário apresentado é o de uma rede IP, trafegando através de um enlace de dados, com conectividade via fibra ótica.

A rede multisserviços foi criada com intuito de melhorar os custos da tecnologia da informação nas empresas, sendo capaz de transmitir todas as mídias de comunicação por um único meio de transmissão, como mostrado na Figura 1.

Figura 1. Topologia de rede multisserviços.

Conforme citado por Filipiak (1988), a rede multisserviços tem capacidade de transmitir diferentes tipos de tráfego, como voz, vídeo, imagem interativa, texto interativo e dados em massa. Muito embora estejamos definindo QoS para redes de dados de maneira geral, nosso estudo tem como objetivo específico os requisitos de confiabilidade e disponibilidade.

2.2. Qualidade de Serviço (Quality of Service - QoS)

As redes convergentes, também chamadas de redes multisserviços, estabelecem um novo paradigma com relação à QoS. A QoS implica na necessidade de um correto dimensionamento quando se trata da rede multisserviços. Por exemplo: a rede de voz sobre IP (VoIP) e de videoconferência são muito sensíveis a atrasos por se tratar de tráfegos stream, sabe-se que, a transmissão desse tipo de dado não tolera atrasos na entrega do pacote, porém tolera uma determinada perda (Clark, Braden e Shenker, 1994; Trindade et. al., 2003). Por outro lado, a concepção original das redes de dados não previu os serviços stream, estando limitada à transferência de arquivos por meio do best effort (por exemplo, o serviço de transferência de arquivos FTP, um dos serviços do tipo elástico), segundo Clark, Braden e Shenker

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(1994). Dessa maneira, os esforços mais recentes são para a inclusão de requisitos de QoS também para o tráfego do tipo stream.

Segundo o ITU-T (2012), os parâmetros de QoS são os níveis percebidos de qualidade de aspectos de um serviço oferecido, gerando, por fim, a satisfação do cliente. Os parâmetros representam de forma subjetiva e abstrata valores numéricos (quantificados), assim, dando base para se constituir os requisitos de SLA para sistemas informatizados.

O QoS trata da percepção de qualidade de serviço que o usuário final tem de suas respectivas aplicações. Segundo Menasce et. al. (2004), os atributos de QoS para sistemas dependem do contexto que os usuários estão incluídos. Este trabalho irá tratar de apenas dois dos atributos, que são:

• Confiabilidade e disponibilidade: a confiabilidade de um sistema é a probabilidade de que ele funcione de forma satisfatória e contínua em um período determinado. A disponibilidade é mais abrangente e inclui a confiabilidade e o reparo. Como descrito, confiabilidade e disponibilidade são conceitos diretamente relacionados, mas são atributos distintos. Em sistemas em que a confiabilidade é relativamente muito grande (tempo de operação sem falha), quando comparada ao tempo de reparo, o valor da confiabilidade tende ao valor da disponibilidade (próximos a um).

2.3. Service Level Agreements (SLA)

Ao definir os atributos de QoS, que serão quantificados, é possível parametrizar o SLA com os provedores de serviço do sistema que se está contratando. Segundo Menasce et. al. (2004), para definição do SLA é necessário trabalhar junto com o usuário final, pois é necessário arquitetar a lista de serviços e qualificar os atributos, como tempo de resposta, disponibilidade, confiabilidade, tempo de reparo e custos. Os valores dos atributos do SLA são especificados para cada empresa junto à gerência e aos usuários.

Definidos todos os atributos, é fechado um contrato junto à prestadora de serviço, onde ela irá garantir que o serviço prestado estará dentro dos requisitos mínimos desejáveis ao cliente. Ainda segundo Menasce et. al. (2004), o contrato pode ter diferentes formas, e por exemplo, pode ser dividido em diferentes níveis de

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performance, sendo básico, avançado ou premium. Cada nível de contrato tem diferentes custos e exige da gerência a avaliação sobre a relação de custo x benefício. A Figura 2 ilustra a estrutura de concepção de um serviço de SLA, onde há o planejamento dos níveis de serviço desejados, o monitoramento para assegurar que o contratado está sendo cumprido por meio de monitoramento do nível de serviço, a identificação do problema responsável pelo não atingimento do nível de serviço e indicadores de desempenho, responsáveis por dar suporte à gestão do SLA (Menasce et. al., 2004).

Figura 2. Processo de concepção de SLA (adaptado de Menasce et. al., 2004).

Neste trabalho, foca-se no atributo de confiabilidade e disponibilidade. Disponibilidade, como já foi descrita, é a probabilidade de que um sistema funcione de forma satisfatória e por um tempo contínuo. Para isto, a melhor maneira para quantificar é a medida dos “noves”. Segundo Chumash (entre 2005 e 2019), essa medida refere-se à quantidade de tempo (por ano) em que um sistema está em funcionamento. Ainda segundo o autor, o inverso é mais útil, pois, mostra a quantidade de tempo de inatividade de um sistema, quando não for atividade programada. Conforme visto na Tabela 1, um sistema com nível de serviço de seis “noves”, tem apenas 31,54 segundos de indisponibilidade por ano.

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Tabela 1. Exemplo de disponibilidade do sistema (adaptado de Chumash, entre 2005 e 2019). Nível de Serviço Disponibilidade por Ano Indisponibilidade por Ano 90% 328,50 dias 36,50 dias 99% 361,35 dias 3,65 dias 99,90% 364,64 dias 8,76 horas 99,99% 364,96 dias 52,56 minutos 99,999% ̴ 365 dias 5,26 minutos 99,9999% ̴ 365 dias 31,54 segundos

2.4. Monitoramento da infraestrutura de uma rede de dados

Segundo Khan et. al. (2013), o termo monitoração de rede de dados descreve um sistema de monitoração contínuo de toda a topologia de rede, identificando interferências, delay e/ou falhas nos componentes e enviando as notificações para os responsáveis pela administração do ambiente, podendo ser via e-mail, SMS, ou outros tipos de ferramentas integradas para a visualização dos alarmes. Um bom sistema de monitoramento de rede ajuda aos administradores a manter a rede funcionando a maior parte do tempo, bem como diminuir o tempo médio de reparo (MTTR) da infraestrutura.

Com ajuda de uma ferramenta eficiente de monitoramento, pode-se detectar problemas e tomar medidas para o reparo dos equipamentos. Dhillon (2002) cita em seu livro os principais tipos de reparo:

• Manutenção preventiva: reparos realizados de forma planejada, periódica, com cronograma específico para manter um item/equipamento em condições de funcionamento através do processo de verificação e recondicionamento. É uma medida cautelar para evitar ou diminuir a probabilidade de falhas e/ou degradação dos serviços; • Manutenção corretiva: manutenção ou reparo não programado,

executado somente quando há percepção da deficiência e/ou falhas de um item/equipamento;

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• Manutenção preditiva: realizado através de métodos para identificar o tempo de vida útil e condições do item/equipamento, assim, realizando a manutenção antes do tempo de vida previsto acabar.

2.5. Diagramas de blocos de confiabilidade (RBDs - Reliability Block Diagrams)

Os diagramas de blocos descrevem a inter-relação entre os componentes e/ou subcomponentes para definir um sistema (Reliasoft, 2015). Quando são usados para descrever a disponibilidade, então são chamados de diagrama de blocos de confiabilidade.

A Figura 3 exemplifica um diagrama de blocos de confiabilidade simples de um computador, que geralmente é representado por retângulos, que representam os componentes, os subsistemas ou as montagens e linhas direcionais que representam a relação de confiabilidade entre os blocos (Reliasoft, 2015).

Figura 3. Exemplo de diagrama de blocos de confiabilidade (adaptado de Reliasoft, 2015).

Para auxiliar na modelagem do modelo de disponibilidade, utiliza-se o diagrama de blocos de confiabilidade (RBD - Reliability Block Diagram) que é uma representação gráfica de como os componentes de um sistema estão ligados para propósitos de análise de falha (Shooman, 2002).

2.6. Modelos para disponibilidade

Inicialmente, alguns modelos de disponibilidade já foram estudados por Trivedi (1982). Neste trabalho considera-se uma rede de dados com multisserviços heterogêneos, baseada em IP. A Figura 4 ilustra uma rede desse tipo.

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Figura 4. Exemplo de redes de dados multisserviços.

Supõe-se que os sistemas são reparáveis, isto é, sistemas que durante sua vida útil passam por períodos repetidos de falhas e de reparos e, quando falham, são reparados e restaurados de modo a ficarem tão bons quanto se fossem novos. Na prática é muito comum que, conforme sejam detectados os defeitos, haja a substituição dos componentes (por exemplo, a troca de placas). Eles operam continuamente e períodos curtos em que ficam fora de serviço podem ser tolerados.

Cada bloco do RBD representa um componente do sistema e a cada um desses blocos são associados dois parâmetros: a taxa média de falhas (λ) e a de reparação (µ). Para Parthasarathy e Lenin (2004) a disponibilidade é definida como a probabilidade de que o sistema esteja funcionando em um dado instante, essa definição entra de acordo com o que Trivedi (1982) cita em seu trabalho. Ela é a métrica mais apropriada para avaliar a eficiência de um sistema reparável (Goyal, Lavenberg e Trivedi, 1987). Para efeito de ter uma ideia intuitiva do conceito de disponibilidade: se um sistema deve ter uma disponibilidade de quatro noves, ou seja, de 99,99%, significa que o sistema pode ficar fora de operação por 0,88 horas por ano (menos de 53 minutos fora de operação por ano).

Inicialmente, é analisada a disponibilidade de um sistema no estado transiente, período inicial quando as probabilidades de estado dependem significativamente do tempo e no estado estacionário por meio do correspondente RBD (Gnedenko, 1969; Feller, 1970; Bazovsky, 1961; Shooman, 2002). No caso dos componentes eletrônicos, em que o tempo médio entre falhas é muito maior que o tempo médio de reparo (por exemplo, troca de placas), é muito mais utilizada a análise de estado estacionário. Esse fato fica claro na análise feita no apêndice A.

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A Figura 5 mostra um exemplo de dados para cálculo da disponibilidade. Se faz necessário conhecer o MTBF de cada componente e a forma como eles estão ligados funcionalmente (série ou paralelo):

Figura 5. Representação de dados das ligações físicos funcionais.

A Figura 6 mostra um exemplo de componentes redundantes. Neste caso, são 12 componentes, cada par de componente são de um mesmo modelo, por isto a representação está com números iguais em cada par, porém, cada par está em série com outro par, ou seja, caso um dos pares fiquem indisponíveis juntos, toda a funcionalidade deste equipamento terá indisponibilidade:

Figura 6. Redundância dos componentes.

A Tabela 2 exemplifica o tempo médio entre falhas (MTBF) de equipamentos/componentes diferentes em horas.

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Tabela 2. Exemplo de MTBF.

Para os cálculos efetuados da seção 2.6.1 até 2.6.10, podemos considerar que:

• PO = Disponibilidade do sistema = D;

• PF = Indisponibilidade do sistema = I;

• λ = Taxa de falha; • µ = Taxa de reparo.

No Apêndice B é representado os modelos destas seções através do Matlab, assim, sendo possível mostrar os cálculos e os resultados da metodologia por meio de um software matemático.

2.6.1. Exemplo de aplicações do conceito de disponibilidade a vários tipos de sistemas

Uma forma de calcular a disponibilidade é como o da Tabela 3, que mostra o valor da disponibilidade para três sistemas funcionando em série e em que cada um possui a mesma disponibilidade D. Estado “O” significa em operação e estado “F” significa em falha.

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Tabela 3. Probabilidade de ocorrência de falhas para três sistemas (blocos) em série.

Sist. A Sist. B Sist. C Disponibilidade

O O O 𝑫𝟑 F O O 𝑫𝟐(𝟏 − 𝑫) O F O 𝑫𝟐_{(𝟏 − 𝑫)} O O F 𝑫𝟐_{(𝟏 − 𝑫)} F F O 𝑫(𝟏 − 𝑫)𝟐 F O F 𝑫(𝟏 − 𝑫)𝟐 O F F 𝑫(𝟏 − 𝑫)𝟐 F F F (𝟏 − 𝑫)𝟑

Na prática, os sistemas se interligam das mais variadas maneiras e cada caso deve ser analisado em particular.

Para exemplificar, a Figura 7 ilustra uma situação e mostra como o cálculo da disponibilidade deve ser feito. Trata-se de um sistema série-paralelo. Os modelos individuais básicos de disponibilidade, a serem descritos nas próximas seções, são usados como componentes do sistema completo.

A disponibilidade total deve ser calculada a partir da disponibilidade dos blocos individuais, D1, D2, D3 e D4.

Figura 7. Caso hipotético para cálculo da disponibilidade.

Observamos que o sistema do lado esquerdo (DE) estará indisponível quando

D1 e D2 estiverem indisponíveis 𝑰_𝑬 = (𝟏 − 𝑫_𝟏)(𝟏 − 𝑫_𝟐), ou seja, a disponibilidade será

um menos esse valor:

(25)

O sistema do lado direito (DD) estará indisponível quando D3 e D4 estiverem

indisponíveis 𝑰𝑫= (𝟏 − 𝑫𝟑)(𝟏 − 𝑫𝟒), ou seja, a disponibilidade será um menos esse

valor:

𝑫𝑫 = 𝟏 − (𝟏 − 𝑫𝟑)(𝟏 − 𝑫𝟒)

A disponibilidade do sistema completo será 𝑫 = 𝑫_𝑬𝑫_𝑫.

Cada um desses blocos descreve a situação de um determinado sistema. Podemos, a priori, calcular a disponibilidade individual de cada bloco e depois estimar a disponibilidade global do sistema. Para isso é necessário que a disponibilidade individual de cada conjunto seja estudada.

2.6.2. Blocos típicos para cálculo da indisponibilidade

As condições para cálculo da disponibilidade e indisponibilidade, tanto na situação transiente quanto na situação de estado estacionário são descritas no Apêndice A. No Apêndice A também estão colocados outros conceitos importantes relacionados a esse tipo de modelo.

Para um único bloco em que pode ocorrer uma falha e para um único reparador, e utilizando a distribuição exponencial, podemos dizer que o valor de 𝐸[𝑇] =1

𝜆 é

chamado de Tempo Médio entre Falhas (do inglês, MTBF). Por sua vez, a taxa de reparo para um bloco é μ. De maneira semelhante para a taxa de falha, o valor de 𝐸[𝑅] =1

𝜇 é chamado de Tempo Médio para Reparo (do inglês, MTTR).

Pode-se mostrar que a disponibilidade (vide Apêndice A) 𝐷 = 𝑀𝑇𝐵𝐹

𝑀𝑇𝐵𝐹+𝑀𝑇𝑇𝑅 para

o caso de um único bloco e de um reparador. Podemos notar que se o MTBF for muito alto, D tende a 1. Da mesma forma, se MTTR for próximo de 0, D também tende a 1.

2.6.3. Um bloco e um único reparador

O Apêndice A descreve um modelo bastante básico com um único bloco e um reparador. Nessa condição foram analisadas as situações de estado transiente e de estado estacionário. As equações A6 e A7 do Apêndice A descrevem o estado estacionário.

(26)

𝑃𝑂 = 𝜇 𝜆𝑃𝐹 (𝐴6) 𝑃𝑂+ 𝑃𝐹 = 1 (𝐴7). D = P0 e I = PF.

A Figura A3 (apêndice A) mostra os estados estacionário e transiente.

2.6.4. Sistema com dois blocos em paralelo e reparador único

Este modelo também foi explorado no Apêndice A com relação aos estados transiente e estacionário. As equações A14, A15 e A16 do Apêndice A descrevem o estado estacionário. 2𝜆𝑃0 = 𝜇𝑃1 (A14) 𝑃1 = 2𝜆 𝜆+𝜇𝑃0+ 𝜇 𝜆+𝜇𝑃2 (A15) 𝜇𝑃₂ = 𝜆𝑃₁ (A16)

A Figura A7 (no apêndice A) mostra os estados transiente e estacionário desse modelo. A seguir, outras situações comuns de ocorrer na prática serão descritas. Para efeito de simplificação, dado que as análises serão no estado estacionário, não serão colocados os termos Δt como é feito no Apêndice A. A Figura 9 faz uma comparação com a Figura A5 do Apêndice A.

2.6.5. Sistema com dois blocos e um único reparador (estado estacionário)

Para exemplificar o cálculo da disponibilidade em regime estacionário, vamos abordar uma situação com dois elementos em paralelo, que podem falhar, com apenas um deles sendo reparado por vez (um único reparador ou equipe de reparo) e que representam uma pequena parte de um subsistema, como mostrado na Figura 8.

(27)

Figura 8. Configuração com dois elementos em paralelo.

A suposição é de que as falhas ocorrem segundo uma distribuição exponencial, com taxa λ para cada dispositivo.

Dessa maneira, neste caso simples denotamos os estados na Figura 9, melhor detalhado no apêndice A.

Figura 9. Diagrama de estados para dois elementos em paralelo (acima), com a repetição da Figura A5 do Apêndice A (abaixo) para efeito de comparação utilizando os tempos Δt.

• S0: nenhum elemento em falha (mas dois podem falhar, 2λ);

• S1: 1 elemento em falha (só mais um pode falhar, λ);

• S2: 2 elementos em falha.

λ, μ λ, μ

(28)

Como há um único reparador (ou equipe de reparo), existe uma taxa constante de reparo, μ com as respectivas probabilidades denotadas por:

( )

S0 P0 P = ,

( )

S1 P1 P = , e (7)

( )

S2 P2 P =

As equações de transição de estados em regime estacionário (obtidas a partir da consideração de que as taxas de saída são iguais às taxas de chegada, entre as linhas tracejadas da Figura 9, são dadas por:

2𝜆𝑃0= 𝜇𝑃1

𝜆𝑃1= 𝜇𝑃2

𝑃0+ 𝑃1+ 𝑃2= 1 (8)

Resolvendo o sistema de três equações e três incógnitas, obtém-se:

(9)

2.6.6. Dois reparadores e dois blocos iguais

Este é uma variação do caso anterior. A única diferença em relação à Figura 9 é a de que quando existir o estado com dois blocos em falha, é possível que ambos sejam reparados ao mesmo tempo.

2𝜆𝑃₀ = 𝜇𝑃₁ 𝜆𝑃₁ = 2𝜇𝑃₂ (10) 𝑃0+ 𝑃1+ 𝑃2 = 1 2 2 2

2

2 













+



+



+

=

D

(29)

2.6.7. Sistema com dois blocos em paralelo e com dois reparadores

Uma situação em que existem dois blocos em paralelo, mas cada qual com seu reparador pode ser representada como na Figura 10.

Figura 10. Diagrama para dois elementos em paralelo com dois reparadores.

Desta maneira, na Figura 11, denotamos o diagrama de estados da Figura 10.

Figura 11. Diagrama de estados para dois elementos em paralelo com dois reparadores.

• S0: nenhum elemento em falha (mas dois podem falhar, 2λ);

• S(1)

1: 1 elemento em falha (só mais um pode falhar, λ1);

• S(2)

1: 1 elemento em falha (só mais um pode falhar, λ2);

• S2: 2 elementos em falha. ₁, ₁

(30)

Como há dois reparadores (ou equipes de reparo), existem taxas de reparo, μ1

e μ2, com as respectivas probabilidades de estado estacionário denotadas por:

( )

S0 P0 P = , 𝑃(𝑆(1) 1) = 𝑃10 (12) 𝑃(𝑆(2) 1) = 𝑃11 e

( )

S2 P2 P = 𝜆₂𝑃₁₀= 𝜇₂𝑃₂ 𝜆₁𝑃₁₁= 𝜇₁𝑃₂ (13) 𝜆1𝑃0 = 𝜇1𝑃10 𝜆₂𝑃₀ = 𝜇₂𝑃₁₁ 𝑃0+ 𝑃10+ 𝑃11+ 𝑃2 = 1

Após alguma manipulação,

𝑃0 = (1−𝑃2) 1+𝜆1 𝜇1+𝜇2𝜆2 e 𝑃₂(𝜇₁+ 𝜇₂) = 𝑃₀𝜆₁𝜆₂₍_𝜇1 1+ 1 𝜇2)

Pode-se calcular a indisponibilidade, I = P2, e a disponibilidade D = 1 –

I:

(14)

2.6.8. Sistema com três blocos e um único reparador

A seguir, a situação em que existem três componentes em paralelo e um único reparador e, portanto, uma única taxa de reparo, µ, conforme a Figura 12. Da mesma maneira, 𝑃(𝑆𝑖) = 𝑃𝑖. 2 1 2 1 1 2 2 1 2 1 1 2 2 1



















 +  +  +   +  +  = D .

(31)

Figura 12. Diagrama para três elementos em paralelo.

A Figura 13 mostra o diagrama de estados correspondentes à situação da Figura 12.

Figura 13. Diagrama de estados para três elementos em paralelo.

De maneira similar ao caso anterior, é possível calcular a disponibilidade de estado estacionário, com quatro equações e quatro incógnitas. Inspecionando os valores entre as linhas pontilhadas, temos:

3𝜆𝑃0 = µ𝑃1

2𝜆𝑃₁ = µ𝑃₂ 𝜆𝑃₂ = µ𝑃₃

𝑃0 + 𝑃1+ 𝑃2+ 𝑃3 = 1

Após algumas manipulações,

𝑃3 = 6𝜆3_𝜇3𝑃0 e 𝑃0 = 1 1+3𝜆_𝜇+6𝜆2 𝜇2+ 6𝜆3 𝜇3 λ, μ λ, μ λ, μ

(32)

A disponibilidade do conjunto, denotada por D, é dada por 3 2 1 0

P

1 P

P

D

=

+

=

−

. Portanto, 3 2 2 3 2 2 3 6 6 3 6 3             +   +   +   +   + = D . (15)

Assim, esse conjunto de três elementos idênticos em paralelo é equivalente a um único elemento com taxa média de falha e taxa média de reparo denotadas, respectivamente, por



e e



e, dadas por:

3

6 



_e

=



e (16)











=

3

+



2

+



2



6

3

e .

2.6.9. Sistema com n blocos em série e com n reparadores

Temos n elementos em série com n reparadores e, portanto, com taxas 𝜆₁, 𝜆₂, ⋯ , 𝜆_𝑛 𝑒 𝜇₁, 𝜇₂, ⋯ , 𝜇_𝑛;, conforme visto na Figura 14. Na Figura 15, é demonstrado o diagrama de estados correspondente a Figura 14.

Figura 14. Diagrama para n elementos em série.

1 2 … n

(33)

Figura 15. Diagrama de estados para n elementos em série e n reparadores.

Nesse caso, inspecionando entre as linhas pontilhadas:

µ₁P(S₁1) = λ₁𝑃_𝑜 → 𝑃₁ = λ1 µ₁𝑃𝑜 µ₂P(S₁2) = λ₂𝑃_𝑜 → 𝑃₂ = λ2 µ₂𝑃𝑜 ⋮ µ_𝑛P(S₁n) = λ_𝑛𝑃_𝑜 → 𝑃_𝑛 = λ𝑛 µ_𝑛𝑃𝑜

Esta equação é válida porque todo P(S₁(i)) = P_i= P_F (é a probabilidade de falha ou indisponibilidade). A disponibilidade é o estado P0 = PO.

𝑃₀ + 𝑃₁+ ⋯ + 𝑃_𝑛 = 1 → (1 + ∑ 𝜆𝑖 𝜇_𝑖 𝑛 𝑖==1 ) 𝑃₀ = 1 𝑫 = 𝑷𝟎= 𝟏 𝟏+∑ 𝝀𝒊 𝝁𝒊 𝒏 𝒊=𝟏 (17)

(34)

3. Metodologia de Pesquisa, Plano de Trabalho e Abordagem Proposta

3.1. Metodologia de pesquisa e plano de trabalho

Para desenvolver este trabalho, contextualiza-se um caso de implementação de convergência de rede multisserviços. Este trabalho se embasou na topologia e descritivos fornecidos pela organização, em que o caso de estudo se baseou, para que se tenha máxima aproximação da realidade.

O ambiente apresentado foi analisado a partir de documentos fornecidos em caráter confidencial e dos quais iremos descrever os pontos essenciais. Desse modo, esta pesquisa trata da análise de documentos por descrever os fatos que ocorrem atualmente nessa infraestrutura. Foram feitas leituras documentais e visualização do ambiente já implantado. Essa linha de raciocínio se encaixa com que Rampazzo (2005, p. 53) menciona em sua publicação:

A pesquisa descritiva observa, registra, analisa e correlaciona fatos ou fenômenos (variáveis), sem manipulá-los; estuda fatos e fenômenos do mundo físico e, especialmente, do mundo humano, sem interferência do pesquisador.

Há também neste estudo a pesquisa bibliográfica, que visa embasar tecnicamente e explicar todas as ideias e terminologias técnicas utilizadas neste documento para o entendimento de todos os fatos.

Para o desenvolvimento da metodologia de disponibilidade da rede foram necessárias determinadas informações que foram concedidas de forma confidencial para a nossa pesquisa, como as taxas de MTBFs (Tempos Médios Entre Falhas) e MTTRs (Tempos Médios para Reparos); e os RBDs (Diagrama de Blocos de Confiabilidade).

Os MTBFs foram concedidos pela fabricante do equipamento, abordado neste estudo, por meio de documentação técnica. Os MTTRs foram informados pelos responsáveis por suportar a tecnologia, na empresa estudada, por meio de entrevistas presenciais e remotas. Os RBDs foram modelados por meio das informações cedidas nas entrevistas e pela documentação da infraestrutura, fornecida para a elaboração desta dissertação. Dentro do possível, os dados mais próximos dos valores reais serão utilizados. Dessa maneira, a metodologia foi aplicada com os melhores dados disponíveis até a conclusão desta dissertação. Por outro lado, quando for possível

(35)

obter dados e distribuições estatísticas com medidas mais atualizadas ou mais precisas, a metodologia desenvolvida estará pronta para trabalhar com esses novos valores.

3.2. Levantamento de dados

A tecnologia tratada neste trabalho é capaz de multiplicar o sinal de vídeo, áudio, dados e voz sobre IP e é responsável por escolher o melhor protocolo a ser encapsulado pela rede de fibra ótica.

Com esta tecnologia, há a convergência de todas as mídias de comunicação para transmissão em um único meio de comunicação e a criação de uma rede em anel, gerando custo benefício e alta disponibilidade, como mostrado na Figura 16.

(36)

Figura 16. Anel Nacional: Rede em anel e ponto a ponto.

Nas principais localidades, houve a implementação da tecnologia com conexão em anel e as localidades remotas possuem conexão ponto a ponto, apelidados de “anel nacional” e “anel radial”, respectivamente.

A Figura 17 mostra o detalhamento da distribuição da rede em que foram efetuados os estudos de disponibilidade. A rede tem origem em São Paulo, onde são transmitidos os dados que trafegam no meio de transmissão. O anel nacional possui velocidade de 500 Mbps, e os anéis radiais possuem conexão a 50 Mbps. Para que a contingência funcione, são necessários dois equipamentos em São Paulo com conexão a 10 Gbps entre eles (destacados em verde), pois além do anel nacional, existem outros anéis de transmissão a outras localidades.

(37)

O objeto de estudo escolhido para mostrar a aplicação da metodologia é a disponibilidade da rede entre Belém do Pará até a matriz (São Paulo), passando pelo anel nacional (destacado em vermelho), com 500 Mbps e anel radial (destacado em azul), com 50 Mbps.

Figura 17. Detalhamento da rede estudada.

Para propósitos didáticos, deu-se foco na topologia entre Belém e São Paulo e todo seu meio de comunicação. Por meio do estudo desse ambiente, o modelo de disponibilidade poderá ser replicado para quaisquer outras localidades da empresa e/ou quaisquer outras infraestruturas de tecnologia da informação.

(38)

Podemos verificar na Figura 17 que há dois caminhos possíveis para o transcorrer o tráfego entre Belém e São Paulo. O primeiro é o tráfego passando por Brasília, Minas Gerais e São Paulo, identificado como lado A; outro é o tráfego passando por Brasília, Salvador, Benfica (RJ) e São Paulo, identificado como lado B do anel.

A Tabela 4 mostra a distribuição da velocidade das portas no anel nacional. As portas com descrição vídeo são as de transmissão de vídeo e áudio feitas pelos programas de televisão. As portas com descrição Edição são as de edição de vídeo, quando precisam ser feitas alterações em gravações feitas nas localidades. As portas com descrição TI são as de transmissão de dados e voz sobre IP da rede corporativa. As portas com descrição comunicação são de uma tecnologia de voz sobre IP apartada de voz sobre IP utilizada pela rede corporativa; ela é utilizada pela engenharia nos ramais onde os programas são editados.

Tabela 4. Velocidade de portas.

Na topologia, para o uso de cada localidade, são 02 portas disponíveis para transmissão vídeo (16 Mbps cada), 01 porta para dados (10Mbps), 01 porta para voz sobre IP (1 Mbps), 01 gerenciamento da rede (1 Mbps) e 01 porta para comunicação da engenharia (1 Mbps).

A empresa fabricante da tecnologia, forneceu, em caráter confidencial, o MTBF dos produtos utilizados nessa topologia. São três modelos de equipamentos, sendo duas linhas de fabricação. A Tabela 5 mostra os MTBFs. No entanto, não será divulgado o nome do fabricantee nem seus componentes.

PONTA A

PONTA

B qtde desc qtde desc qtde desc qtde desc

SP BNF 15 16 Mbps vídeo 1 150 Mbps Edição 1 100 Mbps TI 1 10 Mbps Comun. DF BH 15 16 Mbps vídeo 1 150 Mbps Edição 1 80 Mbps TI 1 10 Mbps Comun. BH SP 15 16 Mbps vídeo 1 150 Mbps Edição 1 80 Mbps TI 1 30 Mbps Comun. SDR DF 15 16 Mbps vídeo 1 150 Mbps Edição 1 80 Mbps TI 1 30 Mbps Comun. RJ BNF 0 16 Mbps vídeo 2 150 Mbps Edição 1 80 Mbps TI 1 30 Mbps Comun. BNF RJ 15 16 Mbps vídeo 1 150 Mbps Edição 1 80 Mbps TI 1 30 Mbps Comun.

(39)

Tabela 5. MTBF dos componentes.

Modelo Belém

Módulo/Dispositivo MTBF

4 x DS3/E3 Trunk Module 19 anos

Gigabit Ethernet Access Module 15 anos ASI Transport Access Module 18 anos

Modelos SP/localidades do anel nacional

Módulo/Dispositivo MTBF

Node Control Module 23 anos

Switch Module 40/80 Gbps 23 anos

ASI - Video Access Modulev2 23 anos

JPEG2000 Video Access Module 23 anos 8 x Gigabit Ethernet Access Module 23 anos

IP/Ethernet Trunk Module 23 anos

10GE Module 23 anos

PSU 100-260 VAC/600W 17 anos

Ao analisar a topologia e os componentes de cada bastidor, é possível a montagem de um esquema, identificando qual sua função, quantidade de conjuntos, criticidade, comprometimento do sistema em caso de falha, a possibilidade de substituição em caso de falha e o MTBF de cada módulo. Para melhor didática do modelo de disponibilidade, este foi separado em duas partes escoando essas informações, uma pelo lado A e outra pelo lado B do anel.

Cada módulo possui uma função específica, iguais para todos os equipamentos, porém, por se tratar de modelos diferentes, pode haver diferenças no MTBF apresentado. Para melhor entendimento de cada função, a seguir há um breve descritivo sobre cada componente estudado:

• Módulos ASI;

▪ Função: transmissão e recepção de vídeo (dados stream); ▪ Criticidade: alta;

▪ Comprometimento do serviço: pode interromper a transmissão e recepção de dados stream para a localidade. Caso haja falha no

(40)

módulo ou em portas específicas, deve-se verificar a possibilidade de alteração do módulo ou portas.

• Módulos IP trunk ou 10GE;

▪ Função: responsável pela conectividade com o provedor de serviço de conectividade (link); ambos os módulos, devido a exercerem a mesma função, podem um substituir o outro, com isso, a disponibilidade e confiabilidade do sistema aumenta;

▪ Criticidade: alta;

▪ Comprometimento do serviço: em caso de falha desse módulo e/ou portas: há interrupção total da transmissão de dados entre as localidades.

• Módulos SW 40/80 Gbps;

▪ Função: controladora do equipamento, responsável pela “inteligência” e processamento de dados;

▪ Criticidade: alta;

▪ Comprometimento do serviço: a falha deste módulo interrompe todo processamento do equipamento e inviabiliza seu funcionamento. • Módulos NC;

▪ Função: porta serial para conectividade a console do equipamento; ▪ Criticidade: baixa;

▪ Comprometimento do serviço: a falha deste módulo não acarreta em interrupção de serviços, somente interrompe a conexão física a console de configuração.

• Módulos GBE;

▪ Função: conectividade de dados, voz sobre IP (VoIP), comunicação e monitoramento da engenharia do produto;

▪ Criticidade: média;

▪ Comprometimento do serviço: não acarreta em parada total dos serviços da localidade em caso de falha.

• Módulos Jpeg 2000;

▪ Função: transmissão e recepção de pacotes stream (vídeo e áudio) sem compressão;

(41)

▪ Comprometimento do serviço: para a topologia estudada (Belém-São Paulo), não acarreta em nenhum comprometimento de serviço, pois este módulo está disponível para outra localidade que não envolve o estudo aqui presente.

• Power Supply.

▪ Função: energização do equipamento; ▪ Criticidade: alta;

▪ Comprometimento do serviço: acarreta em parada total do sistema em caso de falha.

Cada equipamento possui slots para módulos no lado direito e no lado esquerdo. Para melhor visualização desse documento, será separado cada lado. É importante destacar neste estudo que cada módulo/componente possui sua quantidade de conjuntos, e cada quantidade de conjuntos possui determinada quantidade de falhas para acarretar na interrupção do (s) serviço (s), que será descrito juntamente com as tabelas de cada bastidor. Vale destacar que as Figuras desta seção representam os bastidores (racks), onde se encaixam os módulos. Desta forma, podem haver slots vazios, que serão representados como slot vazio na imagem.

Em seguida, será apresentado o sistema pelo lado A do anel, iniciando em Belém até SP01 (São Paulo).

• Belém, a Figura 18 detalha lado esquerdo dos slots e módulos. A Figura 19 detalha lado direito dos slots e módulos.

Figura 18. Equipamento de Belém lado esquerdo.

Módulo Qual Função? Quantidade de Conjuntos? Qual a Criticidade? Compromete o serviço? Pode ser substituído? MTBF 8p ASI Transmissão e recepção de vídeo

1 módulo de 8 portas (usa

1 porta fisica e 3 virtuais) Alta sim

Sim, pelas portas

sobressalentes 20 anos 4p IP TR

Conexão de Operadoras

2 módulos de 2 trunks ,

total 4p (usa 1 porta) Alta Totalmente Não, é onboard 19 anos Lado esquerdo

(42)

Figura 19. Equipamento de Belém lado direito.

o Módulo ASI (Belém);

▪ Total de módulos: 01; ▪ Total de portas: 08;

▪ Total de portas utilizadas: 01; ▪ Total de portas disponíveis: 07;

▪ Quantidade máxima de falhas de módulos: 0; ▪ Quantidade máxima de falhas de portas: 07. o Módulo IP Trunk (Belém);

▪ Total de módulos: neste caso, as portas IP trunk são “on board”, são fixas a este tipo de equipamento e não podem ser trocadas como módulo;

▪ Total de portas: 04;

▪ Quantidade máxima de falhas de módulos: n/a; ▪ Quantidade máxima de falhas de portas: 03. o Módulo GbE (Belém);

▪ Quantidade máxima de falhas de módulos: 0; ▪ Quantidade máxima de falhas de portas: 04.

• Distrito Federal, a Figura 20 detalha lado esquerdo dos slots e módulos. A Figura 21 detalha lado direito dos slots e módulos.

Módulo Qual Função?

Quantidade de Conjuntos?

Qual a

Criticidade? Compromete o serviço? Pode ser substituído? MTBF

GbE (8p) Dados e Voz 8 portas (usa 4 portas) média sim

Sim, pelas portas

sobressalentes 15 anos Lado direito

Belém lado direito

(43)

Figura 20. Equipamento de Distrito Federal lado esquerdo.

Figura 21. Equipamento de Distrito Federal lado direito.

o Módulo ASI (DF);

▪ Quantidade máxima de falhas de módulos: 01; ▪ Quantidade máxima de falhas de portas: 10.

Módulo Qual Função? Quantidade de Conjuntos? Qual a Criticidade? Compromete o serviço? Pode ser substituído? MTBF 6p IP TR Conexão de Operadoras 6 portas idenpendentes (usa 5 portas, para o anel

radial e nacional) Alta Totalmente

Pela porta sobressalente ou substituição do módulo 23 anos 8p ASI Transmissão e

recepção de vídeo Usam 6 portas, sobram 2 Alta sim

Sim, pelas portas sobressalentes e pelo módulos

sobressalentes 23 anos 8p GE Dados e Voz 8 portas (usa 4 portas) média sim

Sim, pelas portas

sobressalentes 23 anos 40 Gbps

SW

Controladora do

Nimbra (inteligência) 1 módulo, não tem porta Alta

Não se tiver o bkp ao lado

Sim, pelo bkp do

outro barramento 23 anos

NC

Porta Serial do

equipamento 1 módulo Baixa não Sim 23 anos

Power Sup Fonte de energia 1 módulo Alta sim

Sim, pela fonte

sobressalente 17 anos Lado esquerdo

DF lado esquerdo

Slot vázio

Qual a

2p 10GE

Porta trunk para operadora

1 módulo de 2 portas

(usa 1 portas) Alta totalmente

Sim, pelas 6p tr do outro barramento 23 anos 8p ASI Transmissão e recepção de

vídeo Não usa Alta sim

Sim, pelas portas sobressalentes e pelos módulos sobressalentes 23 anos 40 Gbps SW Controladora do Nimbra

(inteligência) 1 módulo, não tem porta Alta

Sim, pelo bkp do

NC

Porta Serial do

Power Sup

Fonte de

energia 1 módulo Alta sim

Sim, pela fonte

sobressalente 17 anos Lado direito

DF lado direito

Slot vázio Slot vázio

(44)

o Módulo IP Trunk (DF); ▪ Total de módulos 01; ▪ Total de portas: 06;

▪ Quantidade máxima de falhas de módulos: 0;

▪ Quantidade máxima de falhas de portas: 02 (1 pelo módulo trunk e 1 pelo módulo 10GE).

o Módulo 10GE (DF);

▪ Quantidade máxima de falhas de portas: 02 (1 pelo módulo trunk e 1 pelo módulo 10GE).

o Módulo GbE (DF);

▪ Quantidade máxima de falhas de módulos: 0; ▪ Quantidade máxima de falhas de portas: 04. o Módulo SW 40/80 (DF);

▪ Total de módulos: 02; ▪ Total de portas: n/a;

▪ Total de portas utilizadas: n/a; ▪ Total de portas disponíveis: n/a;

▪ Quantidade máxima de falhas de módulos: 01; ▪ Quantidade máxima de falhas de portas: n/a. o Módulo NC (DF);

(45)

▪ Total de portas disponíveis: n/a;

▪ Quantidade máxima de falhas de módulos: 01; ▪ Quantidade máxima de falhas de portas: n/a. o Módulo Power Supply (DF);

▪ Quantidade máxima de falhas de módulos: 01; ▪ Quantidade máxima de falhas de portas: n/a.

• Minas Gerais, a Figura 22 detalha lado esquerdo dos slots e módulos. A Figura 23 detalha lado direito dos slots e módulos.

Figura 22. Equipamento de Minas Gerais lado esquerdo.

Módulo Qual Função? Quantidade de Conjuntos? Qual a Criticidade? Compromete o serviço? Pode ser substituído? MTBF 6p IP TR Conexão de Operadoras 6 portas idenpendentes (usa 3 portas, para o anel

radial e nacio) Alta Totalmente

Pela porta sobressalente ou substituição do módulo 23 anos 8p ASI Transmissão e recepção de vídeo

Usam 2 portas, sobram 6

(1x encoder, 1x decoc) Alta sim

Sim, pelas portas sobressalentes e pelo módulos

sobressalentes 23 anos 8p GE Dados e Voz 8 portas (usa 4 portas) média sim

Sim, pelas portas

sobressalentes 23 anos 80 Gbps

SW

Controladora do

Nimbra (inteligência) 1 módulo, não tem porta Alta

Sim, pelo bkp do

NC

Porta Serial do

Power Sup Fonte de energia 1 módulo Alta sim

Sim, pela fonte

sobressalente 17 anos

MG lado esquerdo

Slot vázio Lado esquerdo

(46)

Figura 23. Equipamento de Minas Gerais lado direito.

o Módulo ASI (MG);

▪ Quantidade máxima de falhas de módulos: 01; ▪ Quantidade máxima de falhas de portas: 12. o Módulo IP Trunk (MG);

▪ Total de módulos 01; ▪ Total de portas: 06;

▪ Quantidade máxima de falhas de portas: 04 (3 do módulo trunk e 1 do módulo 10GE).

o Módulo 10GE (MG);

Qual a

2p 10GE

Porta trunk para operadora

1 módulo de 2 portas

(usa 1 porta) Alta totalmente

Sim, pelas 6p tr do outro barramento 23 anos 8p ASI Transmissão e recepção de vídeo

Usam 2 portas, sobram 6

(1x encoder, 1x decoc) Alta sim

Sim, pelas portas sobressalentes e pelos módulos sobressalentes 23 anos 80 Gbps SW Controladora do Nimbra

(inteligência) 1 módulo, não tem porta Alta

Sim, pelo bkp do

NC

Porta Serial do

Power Sup

Fonte de

energia 1 módulo Alta sim

Sim, pela fonte

sobressalente 17 anos

MG lado direito

Slot vázio Slot vázio Lado direito

(47)

▪ Quantidade máxima de falhas de portas: 04 (3 do módulo trunk e 1 do módulo 10GE).

o Módulo GbE (MG);

▪ Quantidade máxima de falhas de módulos: 0; ▪ Quantidade máxima de falhas de portas: 04. o Módulo SW 40/80 (MG);

▪ Quantidade máxima de falhas de módulos: 01; ▪ Quantidade máxima de falhas de portas: n/a. o Módulo NC (MG);

▪ Quantidade máxima de falhas de módulos: 01; ▪ Quantidade máxima de falhas de portas: n/a. o Módulo Power Supply (MG);

▪ Quantidade máxima de falhas de módulos: 01; ▪ Quantidade máxima de falhas de portas: n/a.

• São Paulo 01, a Figura 24 detalha lado esquerdo dos slots e módulos. A Figura 25 detalha lado direito dos slots e módulos.