Dimensionamento e Engenharia de Tráfego: Optimização de Redes de Telecomunicações

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1 Dimensionamento e Engenharia de Tráfego: Optimização de Redes de Telecomunicações Prof. Amaro F. de Sousa DETI-UA, gab de Abril de 2008

2 Objectivos Desenvolvimento e implementação de Algoritmos de optimização Sistemas de suporte Para Dimensionamento de redes de telecomunicações Engenharia de tráfego

3 Problemas de Optimização Dimensionamento Determinação da configuração física da rede capaz de suportar um determinado conjunto de fluxos de tráfego O objectivo é minimizar o custo da rede Engenharia de tráfego Determinação do encaminhamento dos fluxos a suportar numa dada rede de telecomunicações O objectivo é optimizar o desempenho da rede Depende do tipo de serviços que o operador proporciona

4 Exemplo: OSPF C C E 2 Router de Núcleo Router de Acesso E 1 Peso OSPF C 4 C 3 40 Ligação pertencente a um percurso de peso mínimo 10 E 3 Os pesos atribuídos às ligações determinam os percursos dos fluxos Fluxo de Tráfego

5 Dimensionamento Dados: Os nós da rede e os pares de nós em que é possível estabelecer ligações Um conjunto de fluxos de tráfego Determinar: As ligações e respectivas capacidades Objectivo: Minimizar o custo da rede Restrições: Cumprir com o protocolo de encaminhamento

6 Engenharia de Tráfego Dados: Uma rede de telecomunicações Um conjunto de fluxos de tráfego Determinar: O encaminhamento a adoptar para os fluxos Objectivo: Optimizar uma (ou mais) medidas de desempenho Restrições: Cumprir com o protocolo de encaminhamento

7 OSPF: Exemplos de Medidas de Desempenho Minimizar a carga da ligação mais congestionada Melhora a robustez a picos de tráfego Maximizar a quantidade de tráfego sobrevivente a uma falha de rede Em caso de falha, o encaminhamento é dado pelos percursos de peso mínimo da nova configuração Minimizar o atraso introduzido pela rede

8 Algoritmos de Optimização Algoritmos exactos Determinam a solução óptima Baseados em Modelos de Programação Matemática Computacionalmente pesados Algoritmos heurísticos Determinam boas soluções Baseados em métodos de programação simples Fáceis de implementar e rápidos a determinar uma solução

9 Sistemas de Suporte Ferramentas de Dimensionamento de Redes ATM MPLS Ferramentas de Engenharia de Tráfego Ethernet com MSTP MSTPDesign Tool for Ethernet Network Configuration with IEEE 802.1S Multiple Spanning Tree Protocol (http://www.av.it.pt/asou/mstp.html) Sistema de Engenharia de Tráfego Projecto ETHERNET

10 ETHERNET - Motivação Ethernet tradicionalmente usada em LANs IEEE 802.1d Spanning Tree Protocol IEEE 802.1q VLAN Protocol Dois protocolos mais recentes: IEEE 802.1w Rapid Spanning Tree Protocol reduz os tempos de reconvergência da árvore abrangente após falhas de rede IEEE 802.1s Multiple Spanning Tree Protocol permite criar múltiplas árvores abrangentes e escolher para cada VLANs qual a sua árvore de encaminhamento

11 ETHERNET - Motivação A tecnologia Ethernet torna-se apelativa para as redes de área metropolitana (MANs) Baixo custo e crescimento da capacidade das portas dos switches (100 Mbps, 1Gbps, 10 Gbps...) Tempos de reconvergência baixos (RSTP) Engenharia de tráfego (MSTP) É necessário criar sistemas de engenharia de tráfego que permitam: optimizar a configuração da rede monitorizar e reconfigurar a rede de uma forma rápida e eficiente

12 ETHERNET - Objectivos Implementação de um servidor de engenharia de tráfego para redes Metro Ethernet Desenvolvimento de algoritmos de optimização adequados à engenharia de tráfego Avaliação do desempenho do sistema na rede laboratorial do IT CISCO 3750 Metro Switches CISCO 3825 Router Servidor de Engenharia de Tráfego Outras Redes Terminais Clientes

13 ETHERNET - Estado Actual Interface web baseada em ASP.NET Módulo SNMP de comunicação com os switches Base de dados MS SQL Server 2005 (armazena o estado da rede e o seu histórico)

14 ETHERNET - Protótipo Actual Gestão baseada no protocolo STP Monitorização do estado da rede Visualização da topologia da rede e das cargas das ligações Determinação dos parâmetros optimizados do STP Comparação entre os parâmetros optimizados e o estado actual da rede Configuração remota dos switches com os parâmetros optimizados da rede

15 ETHERNET - Sistema Final Gestor de engenharia de tráfego autónomo dos restantes módulos Alarmes e reconfiguração automática da rede Detecção automática da topologia da rede

16 Projectos Actuais ETHERNET Projecto nacional, financido pela Agência de Inovação (AdI) através do programa TELESAL Euro-NF Projecto europeu, do tipo Rede de Excelência, financiado pelo Programa Quadro Europeu no. 7 TelNet Projecto nacional, com a Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT)

17 Publicações ( ) Book Chapters Gouveia, L.; P. Patrício; A. F. Sousa; " Optimal Survivable Routing with a Small Number of Hops " - Chapter in Telecommunications Modeling, Policy, and Technology, Raghavan S., Golden B., Wasil E., Springer, US, 2008 Gouveia, L.; P. Patrício; A. F. Sousa; " Compact Models for Hop-Constrained Node Survivable Network Design: an Application to MPLS " - Chapter in Telecommunications Planning: Innovations in Pricing, Network Design and Management, Raghavan S., Anandalingam G., Springer, New York, USA, 2006 Papers in Journals Gouveia L.; P. Patrício; Sousa, A. F.; " Hop-Constrained Node Survivable Network Design: An Application to MPLS over WDM ", Networks and Spatial Economics, Vol. 8, No. 1, pp. 3-21, March 2008

18 Publicações ( ) Papers in Conference Proceedings Sousa, A. F.; G. Soares; " Improving Load Balance and Minimizing Service Disruption on Ethernet Networks using IEEE 802.1S MSTP ", EuroFGI Workshop on IP QoS and Traffic Control, Lisbon, Portugal, Vol. 1, pp , December 2007 Sousa, A. F.; G. Soares; " Improving Load Balance of Ethernet Carrier Networks using IEEE 802.1S MSTP with Multiple Regions ", IFIP TC6 Networking Conf., Coimbra, Portugal, Vol. LNCS 3976, pp , May 2006 Sousa, A. F.; " Improving Load Balance and Resilience of Ethernet Carrier Networks with IEEE 802.1S Multiple Spanning Tree Protocol ", International Conf. on Networking (ICN), Morne, Mauritius, Vol. 1, pp , April 2006 Lopes, C. B.; Sousa, A. F.; " Heuristics for the MPLS Network Design with Single Path Minimum Weight Routing ", International Working Conf. on Performance Modelling and Evaluation of Heterogeneous Networks (HET-NETs), Ilkley, United Kingdom, Vol. 1, pp , July 2005 Lopes, C. B.; Sousa, A. F.; L. Gouveia; " Combined Link Dimensioning and Weight Assignment of Minimum Weight Routing Networks ", International Conf. on Next Generation Internet Networks (NGI), Rome, Italy, Vol. 1, April 2005 Gouveia L.; P. Patrício; Sousa, A. F.; " Hop-Constrained Node Survivable Network Design: an Application to MPLS over WDM ", International Network Optimization Conference (INOC), Lisbon, Portugal, Vol. 3, pp , March 2005

19 Para mais esclarecimentos: Prof. Amaro F. de Sousa, DETI-UA, gab.325 apresentação disponível em:

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