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OBS 2 Departamento de Ingeniería Telemática
Optical cross-connect switch
T4
T8
OXC • Conmutación fija entre: – Fibras – Longitudes de onda (λ) – Intervalos de tiempos
Optical Circuit Switching (OCS) Wavelength routing
Wavelength converter
OBS 3 Departamento de Ingeniería Telemática
OXC Hoy: O/E/O masivamente
Cuello de botella Productos comerciales all-optical incipientes. La tecnología ganadora
debe demostrar: Low: Insertion loss, polarization-dependent loss (PDL), wavelength
dependency, Crosstalk High: Switching speed Scalability, Small Size, Low Cost, Manufacturability, Serviceability, long-
term reliability Tecnologías
Mecánicos con óptica en espacio libre gran tamaño, peso, conmutación lenta
Guided-wave solid state switches: Actualmente: Altas pérdidas y diafonía, implican baja escalabilidad
MEMS: Óptica en espacio libre, reducido tamaño, peso, tiempos de conmutación
submilisegundo, mayor escala de integración (microóptica)
OBS 4 Departamento de Ingeniería Telemática
Tecnologías en estudio
optomechanical liquid crystal (LC) holografic micro-electrical mechanical (MEMS) thermo-optical
gel/oil-based
electro-optical acousto-optic semiconductor optical amplifier (SOA) ferro-magnetic
OBS 5 Departamento de Ingeniería Telemática
OXC basados en MEMS (Micro ElectroMechanical Systems)
Micro actuadores electro-mecánicos y micro-óptica integrados monolíticamente en el mismo substrato
NxN espejos
No adecuados para arquitecturas multietapa (e.g. redes de Clos)
OBS 6 Departamento de Ingeniería Telemática
MEMS mirrors
2D vs 3D Un 3D MEMS switch tiene espejos que Pueden rotar en 2 ejes La luz puede dirigirse con precisión con múltiples ángulos (al menos tantos como nº de entradas)
Baja pérdida de inserción Transmisión en espacio abierto reducida
Ejemplo: Agere Systems: 64x64 IL=6dB, T= 10ms
Fuente: IEEE Communications . Nov 2001
Lucent: WaveStar MEMS mirror perteneciente al router WaveStar Lambda
OBS 7 Departamento de Ingeniería Telemática
Nortel X-1000 switch
Xros 1152x1152 50ms .. en desarrollo
OBS 9 Departamento de Ingeniería Telemática
Evolución
OBS 10 Departamento de Ingeniería Telemática
IP sobre WDM OWS or OCS (Optical wavelength switching)
Granularidad de conmutación = wavelength Circuitos ópticos (lightpaths) entre routers de entrada y salida de la red óptica
(ingress y egress edge routers) Baja sobrecarga de control
Un camino por ruta o por nodo de salida preestablecidos Uso ineficiente de ancho de banda para tráfico impulsivo
OPS (Optical packet switching) Granularidad de conmutación = paquete (tamaño variable)
Más eficiente gracias a la multiplexación estadística Inconvenientes
Tecnología de memorias ópticas inmadura Alta sobrecarga de control
DWDM transporta múltiples OC-192 o OC-768 (y se requiere conmutar cada paquete)
OBS (Optical Burst switching) Granularidad de conmutación = ráfaga de paquetes (tamaño variable) Objetivo: combinar las ventajas de OWS y OPS
OLS (Optical Label Switching) Granularidad de conmutación = unidad de datos con la misma etiqueta (cualquier
tamaño) Abstracción independiente de la granularidad usada (OWS..OBS..OPS)
Objetivo: facilitar el control IP de conmutadores de circuitos
OWS OBS OPS
OBS 11 Departamento de Ingeniería Telemática
Conmutador OPS
Optical Switch fabric
Electrical header
Processor / Switch Control
O/E/O
¿cómo hacer OPS hoy?
Packet header In-band/out-band
H1
H2
Local delay
Sincron.
Requiere inteligencia en la capa óptica para extraer la cabecera de los paquetes. Se debe almacenar el paquete durante el procesamiento de la cabecera más un tiempo variable de resolución de la colisión (este “buffer óptico” implica la implementación de líneas de retardo variables)
1 pkt = 12 kbits @ 10 Gbps requiere 1.2 µs de tx retardo de 1.2 µs => 360 m de fibra FDL = Fiber Delay Loop
La tecnología de Conmutación Óptica de Paquetes es incipiente y se emplean procesos muy rudimentarios.
OBS 13 Departamento de Ingeniería Telemática
Red OBS
G = Guard band CP = Control Packet
Data burst G G
Data burst G G offset
t
CP offset
CP
Switch Controller
Wavelength interface
Optical Switch
burstifier
OBS Controller
OBS 14 Departamento de Ingeniería Telemática
OBS Core Node
Optical Switch
Switch Controller
Wavelength interface
O/E/O
OBS 15 Departamento de Ingeniería Telemática
OBS Edge Node
burstifier
OBS Controller: Burst scheduler
Burst: misma FEC (mismo egress, QoS,..)
Señalización fuera de banda:
Los Paquetes de Control de OBS llevan información necesaria para conmutar la ráfaga (destino, reserva de recursos necesarios, etc) Configura el OXC y reserva capacidad de conmutación y transmisión sólo por el tiempo necesario para conmutar la ráfaga de datos en cada router óptico troncal, de manera que dicha ráfaga pueda conmutarse en los routers de manera óptica (cut through) sin conversiones O/E/O No se espera ACK del nodo de egreso
Burst assembly/dissasembly
OBS 16 Departamento de Ingeniería Telemática
Ventajas de OBS Conmutación all-optical O/O/O Buffering de paquetes en la entrada (más económico y
distribuido) No se precisa RAM óptica ni FDL en nodos intermedios
FDLs y wavelength converters son de uso opcional para reducir la pérdida de ráfagas
Menor sobrecarga de control por bit que OPS Por Paquete vs por ráfaga
Menor número de conversiones O/E de paquetes de control que OPS “Por paquete” vs “por ráfaga”, y en una sola lambda
Multiplexación estadística con granularidad de ráfaga (vs OCS) Relación de compromiso entre OCS y OPS Explotación más eficiente ante trafico a ráfagas que OCS Se consigue con redes de conmutadores ópticos con tiempos de
establecimiento/liberación de circuitos de ~100ms
OBS 17 Departamento de Ingeniería Telemática
Comparación
Fuente: IEEE Network May/June 2004
OBS 18 Departamento de Ingeniería Telemática
Aspectos de OBS
Ensamblado de Ráfagas (Burst Assembly) Protocolos de Reserva (Burst Reservation
Protocols) Conmutación de la Ráfaga (Burst switching)
Planificación (Scheduling) Resolución de colisiones (Contention resolution)
OBS 19 Departamento de Ingeniería Telemática
Burst assembly
burstifier
OBS Controller: Burst scheduler
Burst: misma FEC (mismo egress, QoS,..)
Tareas:
• Crear el paquete de control para la ráfaga • Calcular el offset • Planificar la ráfaga en una lambda de salida • Enviar la ráfaga
Burst assembly/dissasembly
OBS 20 Departamento de Ingeniería Telemática
Ensamblado de Ráfagas
Algoritmos de ensamblado Basado en temporizador: time > Timeout Basado en longitud de ráfaga: l > b_threshold Mixto ((time > Timeout) or (l > b_threshold))
Optimizaciones Adaptación de <Timeout , b_threshold> al tráfico en
tiempo real Predicción de la longitud de ráfaga
Reservar para l + f(offset)
OBS 21 Departamento de Ingeniería Telemática
Protocolos de Reserva de ráfagas
Orígenes: TDMA, ATM - años 90 Tell-and-Wait (two-way)
Espera confirmación de reserva de vuelta (ACK) antes de enviar la ráfaga (NAK → retransmisión).
Tell-and-Go (one-way) Sin confirmación
Tell-and-wait mejor que tell-and-go sólo si retardo de propagación es despreciable frente al burst length.
Ejemplos Just In Time (JIT). Reserva inmediata Just-enough-time (1997 Yoo, Qiao)
Es el protocolo distribuido predominante en OBS
OBS 22 Departamento de Ingeniería Telemática
Protocolos de Reserva de ráfagas
Just-enough-time (JET) No requiere buffering/retardo óptico en nodos intermedios
Claves Reserva unidireccional (one-way) Paquete de control transporta información de offset, que es
actualizada en cada nodo Realiza una “reserva retardada” para la ráfaga
correspondiente La reserva comienza en el tiempo de llegada previsto para la ráfaga
Fuente: IEEE Network May/June 2004
OBS 23 Departamento de Ingeniería Telemática
Conmutación de ráfagas Optical switch: contention not resolved by buffering
Planificación Elegir una lambda para la ráfaga de acuerdo con las
reservas existentes E.g. LAUC O(W), LAUC-VF O(W.logM),… Best-fit O(log2M)
• W= # lambdas por puerto, M = Max. nº de reservas
Resolución de colisiones Resolución
Desvío (en longitud de onda, espacio o tiempo (FDL)) Descarte Requisa
Otras técnicas Segmentación de ráfaga
OBS 24 Departamento de Ingeniería Telemática
Agregación óptica y GMPLS
LOBS (Labeled OBS, 2000) GMPLS con OCS en la que las etiquetas se
corresponden con lambdas Problema:
Para agregar tráfico de varios lambdas de entrada en una se precisa: O/E/O
Solución: El paquete de control lleva información de etiquetas La asociación etiqueta-wavelength se realiza a la escala de
ráfaga en lugar de a escala de conexión Granularidad sub-wavelength es factible Multiplexación estadística LSP merging
OBS 25 Departamento de Ingeniería Telemática
Referencias “Next generation optical networks”. Peter Tomsu, Christian Schmutzer.
Prentice Hall. Optical burst switching: a new area in optical networking research. Chen,
Qiao, Yu. IEEE Network 2004 “Optical Burst Switching (OBS) – A new paradigm for an Optical Internet”.
Journal on High Speed Networking vol 8 nº 1 1999. C. Qiao, M. Yoo John Strand, “Optical Networking and IP over Optical”, Feb 4, 2002 Kumar N. Sivarajan, “IP over Intelligent Optical Networks”, Jan 5, 2001 Gaurav Agarwal, “A Brief Introduction to Optical Networks”, 2001 Vincent W. S. Chan, “Optical Networks: Technology and Architecture” Eytan Modian, “WDM-Based Packet Networks”, IEEE Communication
Magazine, March 1999 Ornan (Ori) Gerstel, Rajiv Ramaswami,, “Optical Layer Survivability—An
Implementation Perspective”, IEEE Journal on selected areas in communications, October 2000
Eytan Modiano, Aradhana Narula-Tam, “Survivable lightpath routing:a new approach to the design of WDM-based networks”, IEEE JSAC,April 2002
R. Ramaswami and K. N. Sivarajan, Optical Networks: A Practical Perspective, San Francisco: Morgan Kaufmann, 1998.