Sieť OBS
| 1. | WDM optické siete |
| 2. | Sieť OBS |
| 3. | Simulačné prostredie NCTUns |
| 4. | Simulácia v NCTUns |
| 5. | Vyhodnotenie simulácie vlastností generátorov prevádzkových tokov
|
Všeobecne chrbticu OBS sietí tvoria OBS uzly – OBS smerovače. Používatelia sú tvorení elektronickými smerovačmi a OBS rozhraním.
OBS siete sa dostali do pozornosti v minulých rokoch ako riešenie, ktoré poskytuje určitú kvalitu služieb - QoS a zvyšuje výkon sieťovej prevádzky. Funkciou OBS je na vyšších vrstvách sieťovej prevádzky vytvárať zhluky dát variabilnej veľkosti. Presný algoritmus popisujúci vytvorenie zhlukov je daný sieťovým vyťažením, čo umožňuje ovládať sieťovú prevádzku paketových zhlukov.
Algoritmus môžeme popísať nasledovnými parametrami:
- Plánovač
- Maximum a minimum paketového zhluku
Plánovač je použitý s cieľom definovať, kedy dôjde k vytvoreniu nového paketového zhluku. Maximum a minimum charakterizuje veľkosť paketového zhluku. Dlhé zhluky môžu alokovať zdroje po dlhú dobu a môže dôjsť k veľkej paketovej strate, naopak krátke zhluky umožňujú úspešný transport veľkému množstvu paketov. Algoritmus nahromadenia môže byť použitý v prípade, ak dôjde k vytvoreniu zhluku minimálnej veľkosti. Ďalšia možnosť využiť zhluky je v zastavovacom procese diferencovania tried sieťovej prevádzky. Zhluky tvorené algoritmami môžu vytvoriť triedu kvality služieb QoS, kvalita služieb je teda závislá na veľkosti zhluku. [1]
Blokové znázornenie tvorby zhlukov je možné vidieť na obrázku nižšie:
Generátor paketových zhlukov zapojený v laboratóriu je možné vidieť na obrázku č. 4.
Nasleduje využitie technológie SOA založenej na fast OBS prepínači.
Mechanizmus zostavovania spojenia v OBS
OBS zostaví spoj pre každý zhluk dát. Proces zostavovania spojenia pozostáva z troch hlavných častí:
- Signalizácia
- Smerovanie
- Alokovanie vlnovej dĺžky
Signalizácia v OBS
Signalizácia sa používa pri zostavovaní spojenia pre zhluky, ktoré sú následne smerované cez OBS sieť. V alokovaní vlnovej dĺžky sa rozhodne, na ktorej konkrétnej dĺžke sa bude transportovať zhluk. Signalizácia je jedným z dôležitých aspektov, ktoré sú použité v OBS architektúre. Špecifikuje protokol, ktorý používajú uzly v sieti pri zostavovaní spojenia. [1]
Jednocestná signalizácia
Väčšina z OBS architektúr využíva jednocestnú signalizáciu, znázornená na obrázku 6.
Pred samotným prenosom je odoslaný riadiaci paket, ktorý nesie informácie o zhluku, ktorý bude nasledovať, aktivuje tým príslušné OBS uzly v sieti, ktoré sú nutné pre transport do cieľového miesta. Riadiaci paket je prenášaný mimo rozsah dátového pásma, ktoré je určené na špecializovanú signalizáciu, ako to býva napríklad v IP, ATM sieťach. Práve separácia riadenia a samotných dát v každom smere je najväčšou výhodou OBS. V prípade oneskorenia - offset, dôjde k preposlaniu zhluku i bez čakania na potvrdenie. Z tohto plynie jednoznačná výhoda pre implementovanie metódy na siete s veľkou dĺžkou zo zdroja na cieľové miesto. Znižuje sa tým réžia potrebná na zostavenie spojenia. Avšak práve to môže mať za následok stratu zhlukov v OBS, ak riadiace pakety neumožnia rezervovanie všetkých uzlov v OBS sieti. Mimo tohto môže dôjsť k strate, ak je dátové pásmo preťažené, preto je zhluková stratovosť jeden z dôležitých ukazovateľov OBS architektúry. Zaujímavý fakt je, že napriek možnej zhlukovej strate, nie je implementované preposielanie stratených zhlukov. Dôvod je jednoduchý, rýchly prenos dát robí nemožným vytvorenie kópie na preposlanie cez rovnaké uzly. O preposielanie dát sa teda musia postarať protokoly vo vyšších vrstvách referenčného modelu. Iné riešenie je, že aplikácie budú tolerovať určité straty zhlukov. [1]
Centralizovaná signalizácia
Princíp fungovania tejto metódy je centralizovaná signalizácia spojenia. Požiadavky sú centralizované na server - plánovač, ktorý je zodpovedný za fungovanie OBS siete. Server musí vedieť globálne informácie o stave siete a o schopnosti optických vlákien viesť vlnovú dĺžku. Výhody takého riešenia sú:
- kontrolovanie prichádzajúcich požiadaviek
- smerovanie na požadovanú adresu
- riadenie paketov
- generovanie potvrdení pre paketové zhluky
Smerovanie
Smerovanie zhlukov môže byť riešené podobne ako v IP sieťach, t.j. použitím algoritmu next hop. Iný spôsob riešenia je multiprotocol label switching. Podstatou tohto riešenia je, aby riadiaci paket bol zaradený do príslušnej triedy a OBS klient definuje potrebný čas na spracovanie. Na základe tohto času bude smerovaný paket z triedy. Tretí spôsob riešenia je explicitly precalculated, teda hovoríme o explicitnom predvídaní. Explicitné smerovanie je veľmi užitočné v OBS sieťach, nakoľko sa stretávame s požiadavkou určitej kvality služieb - QoS, napr. oneskorenie, šírka pásma, bitová chybovosť a i.. Nevýhodou explicitného smerovania je využívanie smerovacích tabuliek, ktoré sa môžu zdať zastaralé. [1]
Alokovanie vlnovej dĺžky
V OBS sieti, kde nie je použitý prevodník vlnovej dĺžky, je daná celá cesta od zdroja po cieľ jednou vlnovou dĺžkou. Druhá možnosť je využiť prevodník vlnovej dĺžky v každom OBS uzle. V tomto prípade, dva paketové zhluky sú spojené na rovnakej vlnovej dĺžke na rovnakom vstupnom porte, OBS uzol môže konvertovať jeden signál na inú výstupnú vlnovú dĺžku. Konvertovanie vlnovej dĺžky môže byť klasifikované na:
- úplné konvertovanie
- čiastočné konvertovanie
Vo všeobecnosti by malo platiť, že na každú jednu vlnovú dĺžku by mal existovať jeden prevodník. Práve konvertovanie vlnovej dĺžky je charakteristickým znakom OBS siete. Nemenej podstatnou výhodou je znižovanie pravdepodobnosti strát paketových zhlukov. Na druhú stranu treba spomenúť i nevýhody, t.j. finančná náročnosť ošetrenia konvertorom každý OBS uzol. Dôležitú úlohu v problematike OBS hrá aj fairness, zdieľanie prenosových kapacít pre úspešné prenosy zhlukov ako pre krátke tak pre dlhé spojenia. Problematika zdieľania nie je problémom len OBS sietí, ale všetkých optických sietí. Globálne je ľahšie nájsť voľnú vlnovú dĺžku na kratšie spojenie, než na dlhšie. Existuje riešenie, ktoré hovorí o segmentovaní zdrojov, kde sa použijú celé súbory vlnových dĺžok na dlhé spojenia, a len určité časti súborov na kratšie spojenia. [1]
Rezervovanie zdrojov
Riadiaci paket vyslaný OBS užívateľom nesie informácie o rezervovaní zdrojov. OBS architektúry rozdeľujú a rezervujú zdroje. Schémy, ktoré hovoria o alokovaní zdrojov môžu byť:
- Explicit setup
- vlnová dĺžka je rezervovaná a spojenie má alokované zdroje okamžite od vytvorenia riadiaceho paketu.
- Estimated setup
- OBS uzol pozdrží rezervovanie a cestu zostaví, až keď aktuálny paketový zhluk dorazí.
Alokované zdroje môžu byť uvoľnené po vykonaní svojich úloh. Vykonanie týchto úloh je detegované buď nastavením päty v kontrolnom pakete pre Explicit Setup, alebo u Estimated Setup každý OBS uzol pozná veľkosť paketového zhluku a na základe toho vie vypočítať, kedy môže uvoľniť zdroje. [1]
Explicitné zostavenie a rozpad spojenia
Na obrázku číslo 8 je možné vidieť proces zostavovania spojenia pre túto metódu.
Explicitné zostavenie a odhadovaný rozpad spojenia
Na obrázku číslo 9 je možné vidieť proces zostavovania spojenia pre túto metódu.
Odhadované zostavenie a explicitný rozpad spojenia
Proces zostavovania je možné vidieť na obrázku 10.
Odhadované zostavenie a rozpad spojenia
Každá zo spomenutých možností má svoje výhody i nevýhody. Napríklad Estimated Released v OBS uzle pozná veľkosť paketového zhluku a teda vie, kedy môže uvoľniť zdroje. To má za následok kratšiu dobu držania zdrojov, čo vedie k zvýšeniu hranice priechodnosti. Naopak, nevýhodou je zložitosť celej schémy a fakt, že výkon je závislý na správnosti údajov ako je offset, veľkosť paketového zhluku. Explicit setup/released je naopak možné jednoducho implementovať, nevýhodou je, že alokuje dlhšie zdroje než je potrebné pre transport paketového zhluku, čo má za následok vyššiu stratovosť.
Ak je známa veľkosť paketového zhluku ešte pred odoslaním riadiaceho paketu, je možné využiť Estimated Released. Avšak, ak bol riadiaci paket odoslaný ešte pred zostavením kompletného paketového zhluku, OBS uzol musí použiť Explicit Released'Kurzíva.
Ponúka sa otázka, prečo nevyužiť výhody oboch metód a implementovať ich do jedného celku. Práve takto je klasifikovaná metóda Horizon. Metódu môžeme klasifikovať ako Explicit Setup a Estimated Released. Riadiaci paket teda koordinuje offset time a aj dĺžku paketového zhluku. [1]
Oneskorenie
Tak ako je zobrazené na obrázku 12, v OBS je najprv predoslaný riadiaci paket a až po uplynutí offset time dôjde k preposlaniu paketového zhluku.
Riadiaci paket alokuje všetky potrebné zdroje, ktoré sú potrebné pri posielaní zhluku. V praxi to znamená, že odpadá nutnosť dáta bufferovať na nejakom uzle v sieti. Teoretické nastavenie offset time vychádza z počtu úsekov medzi vysielateľom a prijímateľom a z aktuálnej vyťaženosti siete. V prípade zlého odhadu môže dôjsť k strate dát, pretože paketový zhluk bol odoslaný skôr ako bola skompletizovaná cesta do cieľa. Preto práve správny výpočet offset time je kľúčová úloha pre všetky OBS siete.
Fixné oneskorenie
Najrozšírenejšia schéma, ktorá vychádza z JET OBS protokolu. Offset time je pevná hodnota, ktorá je daná ako priemer všetkých procesov potrebných na vykonanie next hop. Pri tomto spôsobe riešenia je teda nutné poznať počet úsekov. [1]
Štatistické oneskorenie
Metóda je založená na náhodnom – štatistickom generovaní offset time. Každý OBS užívateľ vygeneruje príznak, podľa Poissonovho algoritmu, ktorý určuje hodnotu offset time. Pri tejto metóde je regulovaná veľkosť paketových zhlukov a znižuje sa stratová pravdepodobnosť. [1]
WR OBS oneskorenie
V tejto metóde je hodnota offset time daná centrálnym plánovačom ako súčet časov ktoré žiada užívateľ od plánovacieho servra Mnoho OBS metód, ktoré generujú offset time sú založené na predpoklade, že riadiaci paket je odoslaný až po vytvorení paketového zhluku. Alternatíva k tomuto riešeniu je napr. aby bol kontrolný paket odoslaný už počas tvorenia zhluku, čo môže eliminovať zdržania. [1]
