Roger - LIFL
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Evaluation des Performances dans une Architecture Réseau Optique Transparente avec Accès PON Charlotte Roger, Julio Orozco, Philippe Niger 16 janvier 2008 PLAN Introduction 1 Le contexte 2 L'architecture OBS/PON 3 Passive Optical Network Optical Burst Switching Principe Fonctionnement réseau Evaluation des performances Résultat antérieur Objectif et performances Conclusion 2 Introduction Fibre optique : support privilégié pour le haut débit accès aux services TV HD, voix, peer to peer FTTH (Fiber To The Home) : Ammène la fibre optique au plus près de l'abonné, part du central jusqu'à l'usager Pallier aux contraintes de la boucle locale (portée limitée, débit de quelque Mbits/s) Le débit offert à l'usager : plusieurs centaines de Mbits/s Déploiement mondial : en Asie : 8 millions d'abonnés "fibre" au Japon pour 2006 En Europe : France Telecom déploie depuis 2006 son réseau PON => 200 000 raccordés pour 2008 3 1 Le contexte 4 PON (Passive Optical Network) Eléments constitutifs de l'architecture : OLT (Optical Link Terminal) : élément actif au niveau du central ONT (Optical Network Terminal) : interlocuteur direct de l'OLT, placé au niveau de chaque logement Coupleur : équipement passif, divise le signal dans le sens descendant et additionne les signaux dans le sens montant Fonctionnement interne : règles de partage de la fibre Sens descendant : • Tous les ONT reçoivent toutes les données de l'OLT • Les données sont étiquetées en fonction du destinataire • Filtrage au niveau de l'ONT Sens montant : • partage du temps de parole, l'OLT attribue un intervalle de temps à chaque ONT à tour de rôle • Les ONT émettent tous dans la même longueur d'onde 5 PON actuel et futur Générations Les actuelles : EPON et GPON prochaines générations tendent à s'orienter vers trois axes : Augmenter la capacité du PON • Accroître le nombre de longueurs d'onde • Utilisation du multiplexage par longueurs d'onde (WDM) Etendre le nombre d'usager par PON Augmenter la portée entre ONT et OLT 6 OBS (Optical Burst switching) Permet de réaliser une communication transparente de bout en bout, sans conversion opto-électronique Solution intermédiaire entre la commutation de paquets et la commutation de circuits Consiste en une séparation fonctionnelle du réseau : Le plan de contrôle (=signalisation) Le plan de transfert ou plan de données Deux types de noeuds : Edge node Core node 7 Principe de l' OBS Réservation unidirectionnelle (Tell-and-go) L'entête et les données sont transmisent en différées sur deux longueurs d'onde différentes Les paquets sont agrégés au niveau des edge nodes Les nœud d'accès envoient l'entête du burst dans le plan de contrôle Après un offset, les edge nodes envoient le burst dans le plan de transfert Aucun acquittement attendu burst header control control control control core node core node edge node burst edge node Réservation bidirectionnelle (Two-way) Le chemin est réservé en totalité avant l'envoi des données sur le réseau. La réservation est gérée par l'entité centralisée Connu sous le nom de Wavelength Routed OBS Orienté connexion 8 2 L'architecture OBS/PON 9 L'architecture OBS/PON : le principe Architecture tout optique définie pour un réseau métropolitain qui intègre plusieurs PON WDM et utilise la commutation par rafale optique WR-OBS ⇒ L’envoie des données se fait sous forme de burst (agrégation de paquets) Comprend deux types d’équipement : les ONT et l’entité centrale Son fonctionnement se déroule sur deux plans : Les ONT sont les points d’accès au réseau L’entité centrale : - gère toute la signalisation (allocation des ressources) - la commutation des paquets Le plan de contrôle : signalisation des paquets Le plan de transfert : envoie des données (communication tout optique) Utilisation de plusieurs longueurs d’onde 2 pour le plan de contrôle (une pour le sens montant et une pour le sens descendant) Plusieurs pour le plan de transfert 10 Le plan de transfert Le plan de transfert est découpé en trame de 1 ms Chaque trame est divisée en slots de taille identique Chaque slot correspond à un burst ou à une partie d'un burst slots burst Trame de donnée = 1ms Les paquets sont commutés au niveau du switch optique de l'entité centrale sans traitement électronique 11 Le plan de contrôle Signalisation ont src Repose sur le principe requête/grant Une seule longueur d’onde pour le sens montant → partage du temps de parole entre les différents ONT d’un même PON ont dest req resource allocation Allocation des ressources control grant Centralisé Technologie courante des PON (Dynamic Bandwidth Allocation) data 12 config Rôle de l'ONT Reçoit un flux de paquet approximant un flux de type internet Agrège les paquets en burst de même destination Taille maximale de burst fixée Temporisation Dest 1 Dest 2 File de paquets Burst Taille maximale du burst atteinte ou expiration de la temporisation ⇒ Envoie de l'entête du burst (ou requête) Nécessite un acquittement (ou grant) pour pouvoir envoyer les données sur le plan de transfert 13 Rôle de l'entité de centrale Réceptionne les requêtes de demande de ressources Exécute le processus d'allocation et réserve les ressources Allocation des slots pour une longueur d'onde en fonction de la taille du burst et @PON de destination Slots alloués pour l'ONT01 @ destination ONT11 Contraintes dues au partage des longueurs d'onde • Deux ONT ne peuvent émettre en même temps sur une même longueur d’onde • Un ONT ne peut émettre ou recevoir sur 2 longueurs d’onde en même temps λ1 λ2 λ3 0µs 31,25 62,50 Slots alloués pour l'ONT21 @ destination ONT11 Toute requête qui n’a pu obtenir d’allocation est rejetée Slots alloués pour l'ONT03 @ destination respectivement ONT11 et ONT21 Envoi les grants informant les ONT pour chaque burst de : Le début d'émission La taille de la fenêtre d'émission 14 Fonctionnement réseau OBS/PON Control Channel Req upstream Req Grant downstream Data Channel Grant Lambda 1 Lambda 2 Lambda 3 T0 T1 T2 15 3 Evaluation des performances 16 Évaluation des performances : introduction Considération initiale Questions La longueur d’onde du plan de contrôle dans le sens montant est partagée entre les différents ONT de chaque PON Une couche MAC est nécassaire Quel type de mécanisme d’accès au médium ? Quelle capacité du plan de controle est requise ? Peut on diminuer la capacité du plan de contrôle ? Quelles performances peut on attendre sur le plan de transfert ? Procédure Impléméntation de trois MAC classique (aloha, s-aloha, tdma) Evaluer les performances du plan de contrôle avec • Différentes charges • Différentes capacités sur le plan de contrôle Evaluer les performances du plan de transfert avec • Un nombre différent de slots par trame 17 Le Modèle de simulation Architecture comprenant 3 PON ayant 8 ONT chacun Paramètres fixes Capacité des longueurs d'onde fixée à 1 Gbit/s Chaque ONT envoie des données vers 16 destinations différentes Flux de paquet approxime un flux de type internet • Temps inter-arrivée : loi de Pareto • Taille des paquets : loi trimodale (48, 576 et 1500 octets avec respectivement une probabilité de 0.559, 0.2, 0.241) Taille de la trame de données : 1ms Le nombre max de slots alloués pour un burst : 4 Paramètres variables La temporisation pour l'assemblage des burst Adapter la granularité à la taille des burst La charge utile sur les PON 18 Les objectifs Diminuer les pertes de ressource du plan de contrôle Sans engendrer de pertes supplémentaires au niveau du plan de transfert Pertes dues à un retard des grants ⇒ Les ONT ne reçoivent pas "à temps" les grants et les fenêtres alloués pour les burst sont perdues Evaluer l'utilisation des ressources et les pertes sur le plan de transfert Les pertes correspondent à des bursts qui n'ont pas reçu de ressources ⇒ Toute requête qui n'a pas reçu d'allocation est supprimée L'utilisation correspond au débit effectif sur le plan de transfert 19 Performance du plan de contrôle But : minimiser la perte de ressources en diminuant la bande passante sur le plan de contrôle sans pour autant engendrer de pertes sur le plan de transfert Evaluation des protocoles MAC Aloha, S-Aloha, TDMA 350,00 311,00 Le scénario temporisation = 750µs Critère 5% de perte Une charge nominale 80% par longueur Nombre de slots par trame de données : 64, soit 1 slot = 1953 octets 300,00 Control Bandwidth (M bits/s) 250,00 200,00 160,50 150,00 98,20 100,00 50,00 15,50 21,50 TDMA 1ms TDMA 100µs 0,00 ⇒ Résultat : TDMA reste le protocole le plus efficace avec un débit minimal de 15,50 Mbits/s Aloha S-Aloha MAC type 20 TDMA 10µs Evaluation de l'utilisation et des pertes 80,00% Variation du nombre de slots/trame (32, 64, 96, 128) Variation de la charge nominale au niveau des sources (10% à 120%) Utilisation et Pertes 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% Même scénario que précédemment temporisation = 750µs Critère 5% de perte 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 110% 120% Charge / Longueur d'onde Utilisation Lambda 1 Utilisation Lambda 2 Perte Lambda 1 Perte Lambda 2 80,00% Résultat : 128 slots sur la trame de données est la meilleur configuration Pour une charge nominale de 90% ⇒ Utilisation de 70,80% ⇒ Pertes : 20,81% 70,00% Utilisation et pertes ⇒ 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% 32 64 96 128 Nombre de slots / trame Perte 60% 21 Perte 90% Utilisation 60% Utilisation 90% Conclusion Architecture OBS/PON • • Un plan de contrôle avec une faible débit ( 20 Mbit/s) peut gérer un plan de transfert de haut débit (1 Gbits/s par longueur d'onde) Bonne utilisation des ressources (70,80%) pour une charge nominale de 90%, taux de pertes 20,81% Perspectives • Modifier l'algorithme d'allocation des ressources, se rapprocher du principe RSVP ⇒ Diminuer le taux de pertes • Prendre en compte le temps de propagation • Implémenter différentes classes de services 22 Merci de votre attention Des Questions? 23
