INFOCOM Dept.
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.
Sommario
 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 ?
 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
WDM Transport Network
Optical
Packet
• Routing
Network
• Aggregazione
di
pacchetti IP
Rete
d’accesso
IP
Edge
Router
Core
Router
Core
Router
Forwarding Core
ottico Router
Disaggregazione
dei pacchetti
ottici
Edge Router
Rete
d’accesso
IP
INFOCOM Dept.
Architettura di un nodo ottico a pacchetto
 1,  2
Optical Fiber
 1,  2
Optical Fiber
D
E
M
U
X
D
E
M
U
X
1
2
1
Space
Switching
Fabric
1
2
M
U
X
Optical Fiber
M
U
X
Optical Fiber
1
2
2
Controllo
Contesa
INFOCOM Dept.
Risoluzione delle contese
 Buffer ottici
 linee di ritardo in fibra
 lunghezza multipla (n) della durata di un pacchetto (T)
 grande complessità
 Esempio: T=1.6s, n=30  lunghezza fibra = 150 km
0
0
0
0 x T
0 x T
...
n x T
INFOCOM Dept.
Risoluzione delle contese
 Conversione di lunghezza d’onda
 convertitori di lunghezza d’onda sintonizzabili
 eliminazione o riduzione della dimensione dei buffer
 costo elevato
TOWC
0
0
0
0 x T
0 x T
...
n x T
0
0
0
0
1
n
INFOCOM Dept.
Tecnica di conversione in lunghezza d’onda
packet loss probability
1,00E+01
1,00E-01
1,00E-03
No
Converter
1,00E-05
1,00E-07
M=4
1,00E-09
M=8
1,00E-11
1,00E-13
0
4
8
12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52
number of delay lines per output fiber
Traffico
offerto
geometrico
N=16
p=0.8
INFOCOM Dept.
Classificazione 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
INFOCOM Dept.
Optical Packet Switching
 Formato del pacchetto (progetto KEOPS- ACTS)
T = 1646 ns (128 byte a 622 Mbits)
Tempo
di
Guardia
Header
Tempo
di
Guardia
64.5 ns
180 ns
26 ns
Payload
1311 ns
Tempo
di
Guardia
64.5 ns
INFOCOM Dept.
Nodo OPS
Parte Ottica
Optical
Fiber
Synch
Switching
Fabric
Regen.
&
Synch
Switch
Control Unit
Packet
Delineation
Clock
Header
swapping
O/E
Header
delineation
Packet
position
Header
recovery
Parte Elettronica
Optical
Fiber
INFOCOM Dept.
Optical Burst Switching
 L’header del pacchetto
(Burst Header Packet BHP) è inviato su una
lunghezza d’onda dedicata
Offset Time
Nodo di
ingresso
BHP
 È necessario un Offset
Time tra il BHP ed il
burst per compensare i
tempi di elaborazione del
BHP
Nodo di
transito
burst
Tempo di elaborazione
del BHP
burst
Nuovo Offset Time
Nodo di
transito
burst
 Initial Offset Time >
SBHP_node_delay
Nodo d’uscita
burst
time
INFOCOM Dept.
Struttura della rete OBS
Edge Node
Aggregazione
Edge Node
Burst
Il BHP contiene
Transit Node
•address
•burst wavelength
Processamento del BHP:
•offset • instradamento
Burst Cut Through
•length
• riservazione delle risorse
Access
Network
(LANs, MANs)
Edge Node
Transit Node
Access
Network
(LANs, MANs)
Una lunghezza d’onda
riservata per il
Transit Node trasporto dell’informazione
Edge
node (BHP)
di controllo
Disaggregazione
• formazione del burst (aggregazione e
delimitazione dei datagrammi entranti) Transit node
e diretti verso lo stesso Edge• node
d’uscita del BHP
trattamento
• inoltro del BHP e del burst
• riservazione
Transit Node
Access
delle
risorse
Network
• configurarazione della matrice
(LANs, MANs)
ottica
Edge Node
Access
Network
(LANs, MANs)
INFOCOM Dept.
Schema logico dei nodi OBS
MANAGEMENT
UNIT
ICC
IM
1
BHP
OCC
1
ROUTER
ICC N
OCC
Schedule
r
OM
Schedule
r
OM
N
Control bus
MUX
ODC 1
FDL
DEMUX
Output
fiber 1
IDC 1
OPTICAL
CROSS
CONNECT
FDL
ODC N
MUX
DEMUX
FDL opzionali per
Possiede
Separa
Eseguelel’instradamento
un
lunghezze
compensare
ladelle
riduzione
Multiplazione
lunghezze
calendario
d’onda
(BHP
Router)
degli
di
offset
d’onda
di controllo e di quelle
eventi
di
controllo
che regola
da quelli
nel dati
dati
Input
tempo
Tratta
lo istato
messaggi
optical
di
fiber 1
Matrice
di
cross
gestione
connect
della rete
commuatzione
(Managementottica
Unit), per
a es.
controllo
Gestisce
instaurazione
la elettronico
eventualmente
riservazione
mantenimento
delle
ed
abbattimento
risorse
equipaggiata
di di label
Input
switched path
convertitori
di (MPLS)
fiber N
lunghezza d’onda
e di linee di ritardo
interne (buffer ottico)
BHP
IM
Output
fiber N
IDC N
IM: input module
OM: output module
ICC: input control channel
OCC: output control channel
IDC: input data channel
ODC: output data channel
FDL: fiber delay line
INFOCOM Dept.

Instabilità ad alto
carico
Necessita di un controllo
di accesso

Gestione dell’offset time

Strategie di
aggregazione dei
pacchetti

60
Impatto sui protocolli di
alto livello (es. TCP)
50
S (Erl)

Prestazioni OBS
40
30
20
OBS
10
0
CS
50
100
150
AT (Erl)
200
250
300
INFOCOM Dept.
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)
INFOCOM Dept.
Nodo con convertitori indivisi (SPC)
1
M
U
X
1,... M
1
1
M
D
M
U
X
1
Tuneable filter
1
N
M
U
X
M
D
M
U
X
2
Optical fiber
1
Tuneable filter
Splitter
1
M
U
X
Passive coupler
M
D
M
U
X
M
Tuneable filter
N: number of input/output fibers
Tuneable wavelength
converter (TOWC)
1
Gate optical Amplifier
(SOA)
M
U
X
M
M: number of wavelengths
D
M
U
X
1
Tuneable filter
N
1,... M
1
M
U
X
1
M
D
M
U
X
2
Tuneable filter
N
1
M
U
X
M
D
M
U
X
Tuneable filter
M
Optical fiber
N
Nodo con convertitori condivisi per
terminazione d’uscita (SPL)
INFOCOM Dept.
1
M
U
X
1,... M
1
1
M
D
M
U
X
1
Tuneable filter
1
N
M
U
X
M
D
M
U
X
Optical fiber
1
Tuneable filter
Splitter
1
M
U
X
Passive coupler
M
D
M
U
X
Tuneable filter
N: number of input/output fibers
Tuneable wavelength
converter (TOWC)
1
Gate optical Amplifier
(SOA)
M
U
X
M
M: number of wavelengths
D
M
U
X
1
Tuneable filter
N
1,... M
1
M
U
X
1
M
D
M
U
X
Tuneable filter
N
1
M
U
X
M
D
M
U
X
Tuneable filter
Optical fiber
N
INFOCOM Dept.
Nodo con convertitori condivisi per nodo (SPN)
M
U
X
1
M
D
M
U
X
Tuneable filter
1
1,... M
1
N
M
U
X
D
M
U
X
Optical fiber
Tuneable filter
M
U
X
Splitter
1
M
1
M
1
D
M
U
X
Tuneable filter
Passive coupler
M
U
X
Tuneable wavelength
converter (TOWC)
M
D
M
U
X
1
Tuneable filter
M
U
X
1
M
D
M
U
X
r
Tuneable filter
Gate optical Amplifier
(SOA)
M
U
X
N
1
1
M
D
M
U
X
Tuneable filter
1,... M
M
U
X
1
M
D
M
U
X
Tuneable filter
M
U
X
1
M
D
M
U
X
Tuneable filter
Optical fiber
N
INFOCOM Dept.
Numero di convertitori
Architettura con convertitori condivisi
per terminazione d’uscita (SPL)
Architettura con convertitori condivisi
per nodo (SPN)
1,00E+00
1,00E+00
M=3
1,00E-02
1,00E-02
1,00E-04
M=7
M=9
1,00E-06
M=11
M=13
1,00E-08
M=15
1,00E-10
1,00E-12
q=0.8
N=16
1,00E-14
packet loss probability
packet loss probability
M=5
1,00E-04
1,00E-06
M=3
1,00E-08
M=5
1,00E-10
M=7
M=9
1,00E-12
M=11
q=0.8
N=16
M=13
1,00E-14
M=15
1,00E-16
1,00E-16
0
32
64
96
128
160
192
number of converters (u )
224
0
2
4
6
8
10
12
14
number of converters (u )
16
18
INFOCOM Dept.
Argomenti 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
INFOCOM Dept.
INFOCOM Dept.
INFOCOM Dept.
INFOCOM Dept.