Nowe metody analizy i optymalizacji architektury złożonych sieci telekomunikacyjnych następnej generacji

Transkrypt

1 Nowe metody analizy i optymalizacji architektury złożonych sieci telekomunikacyjnych następnej generacji Raport końcowy z realizacji projektu 1. Zakres przeprowadzonych badań. Celem projektu było opracowanie metod optymalizacji architektury złożonych sieci następnej generacji oraz zaproponowanie odpowiednich technik analizy i modelowania sieci nowego typu. Badania będące przedmiotem projektu miały charakter teoretyczno-symulacyjny. W badaniach zostały użyte elementy teorii grafów, teorii obiektów a także metody statystyczne. Ze względu na to, iż przedmiotem badań były jedynie koncepcje a nie istniejące sieci, w celu weryfikacji wyników analiz zastosowane zostały metody symulacyjne oraz numeryczne. Prace zostały podzielone na szereg zadań z których najważniejsze to: 1. Analiza funkcjonalna sieci opartych na koncepcji sieci następnej generacji GMPLS/ASON, analiza architektury z rozłącznymi płaszczyznami funkcjonalnymi i jej wpływu na sposób działania. Ocena wpływu wielowarstwowości na parametry sieci oraz środowiska wielooperatorskiego i wielodomenowego. 2. Analiza wymagań i określenie kryteriów optymalizacyjnych funkcjonalnych, wydajnościowych i ekonomicznych ocena obszarów optymalizacji architektury z uwzględnieniem wielu kryteriów. Analiza możliwości zastosowania lub dostosowania znanych metod optymalizacji. 3. Instalacja i konfiguracja środowiska do modelowania i symulacji, utworzenie modelu sieci (implementacja wybranych mechanizmów i protokołów), testy funkcjonalne utworzonych modeli. 4. Opracowanie scenariuszy symulacyjnych dla wybranych topologii referencyjnych. Przeprowadzenie symulacji. Analiza i opracowanie wyników symulacji Strona 1/5

2 5. Ocena skuteczności proponowanych metod. Sformułowanie wniosków. Ze względu na to, iż badania wymagały przygotowania narzędzi symulacyjnych prace w dużej części dotyczyły prac projektowych i implementacji tychże narzędzi. 2. Opis przeprowadzonych badań. Pierwszym etapem prowadzonych badań była analiza funkcjonalna koncepcji GMPLS sieci następnej generacji opracowanej przez IETF (Internet Engineering Task Force), oraz ASON wizji tejże sieci zaproponowanej przez ITU-T (Internetional Telecommunicatuon Union). Analiza przeprowadzona została w oparciu o rekomendacje IETF i ITU-T, OIF (Optical Internetworking Forum) oraz dziesiątki prac naukowych. W oparciu o przeprowadzoną analizę określono wpływ architektury badanych sieci ich działanie ze szczególnym uwzględnieniem możliwości implementacji płaszczyzn funkcjonalnych jako niezależnych sieci. W szczególności przeprowadzono analizę wpływu wielowarstwowości sieci i ich złożoności na ich funkcjonowanie oraz wykonano analizę ich funkcjonalno-eksploatacyjnych charakterystyk opartą o teorię grafów. Dla sieci szkieletowych (rdzeniowych) opracowano także metody optymalizacji architektury sieci, rozumianej nie tylko jako topologia ale również mechanizmy sygnalizacyjne, pod kątem efektywności i optymalności zestawianych ścieżek połączeń co jest szczególnie istotne dla usług które wymagają szybkiej rekonfiguracji takich jak systemy mobilne czy usługi nowej generacji typu BoD (Bandwidth-on-Demand) czy OVPN (Optical VPN). Najbardziej czasochłonnym i skomplikowanym etapem prac było przygotowanie narzędzi do modelowania sieci nowego typu. Prace były realizowane w kilku obszarach. Z jednej strony podjęto implementację potrzebnych modułów do znanych ze środowiska akademickiego symulatorów zdarzeń dyskretnych Omnet++, oraz ns-2 (Network Simulator). Z drugiej strony badania prowadzano korzystając z klasycznych metod symulacji statystycznych takich jak metoda Monte Carlo którą użyto do badania metod optymalizacji architektury płaszczyzny sterowania pod kątem niezawodności i jej wpływu na jakość usług. Opracowanie modułów w w/w środowiskach wymagało zapoznania się z architekturą danego środowiska oraz jego specyfiką, co okazało się nie lada wyzwaniem. W efekcie długotrwałych i intensywnych prac powstały narzędzia pozwalające efektywnie modelować sieci GMPLS/ASON. Są to wprawdzie modele, które implementują jedynie wybrane funkcje i mechanizmy, ale były one wystarczające do kontekście realizowanego projektu. Należy zaznaczyć, że zarówno powstałe modele jak i środowiska symulacyjne będą rozwijane także po zakończeniu projektu, a zdobyte Strona 2 / 5

3 doświadczenie zaowocuje nowymi ciekawymi badaniami w obszarze szeroko pojętej teleinformatyki. Dla środowiska Omnet++ powstał model dwuwarstwowej sieci sterowanej zgodnie z koncepcją ASON/GMPLS, co pozwoliło wykonać badania dotyczące wpływu zaproponowanych strategii alokacji zasobów w środowisku wielowarstwowych sieci ze zintegrowanym sterowaniem na różne aspekty funkcjonowania sieci takie jak efektywność udostępniania usług, wykorzystanie zasobów a więc także koszty działania, czy obciążenie sieci poszczególnych płaszczyzn funkcjonalnych. Równolegle trwały prace nad modelami sieci dla środowiska ns-2. W wyniku tych prac powstał model sieci z rozłącznymi płaszczyznami funkcjonalnymi oraz m.in. zaimplementowanymi mechanizmami protekcji i odtwarzania. Pozwoliło to przeprowadzić szereg badań związanych z wpływem architektury sieci, a w szczególności sieci płaszczyzny sterowania na jakość oferowanych usług, w tym przede wszystkim na niezawodność z jaką usługi te są dostarczane. Zaproponowano także pewne rozwiązania związane z projektowaniem i implementacją sieci następnej generacji. 3. Efekty Do efektów realizowanego projektu należy zaliczyć: wyniki przeprowadzonych badań oraz wynikające z nich publikacje zawierające ich syntetyczny opis; narzędzia, które zostały przygotowane w celu przeprowadzenia symulacji badanych koncepcji sieci, opracowane modele i scenariusze symulacyjne, a także zdobyte doświadczenie związane z przygotowywaniem modeli oraz scenariuszy symulacyjnych; zaangażowanie w badania studentów, którzy dzięki udziałowi w projekcie zdobyli cenne doświadczenie zarówno w obszarze badań naukowych jak i prac nad projektem informatycznym. Każdy z tych elementów przekłada się na istotny wkład jaki wnosi realizacja projektu w wybrane obszary telekomunikacji jako nauki oraz zwiększenie prestiżu oraz potencjału naukowego Uczelni Narzędzia W ramach projektu powstały narzędzia pozwalające na modelowanie sieci następnej generacji zgodnych z koncepcją ASON/GMPLS. Narzędzia te oparte zostały o środowiska symulacyjne ns-2 oraz Omnet++. Zarys implementacji został przedstawiony w raporcie technicznym Modelowanie sieci szkieletowych następnej generacji Strona 3 / 5

4 Modele sieci zostały udostępnione na stronie Web Katedry Elektroniki i Telekomunikacji Wyższej Szkoły Informatyki i Zarządzania w w Rzeszowie 3.2. Udział studentów W badania zaangażowani byli następujący studenci: Łukasz Tomal student informatyki 3/4 roku studiów inżynierskich I stopnia, specjalność teleinformatyka; Krzysztof Sobejko student informatyki 3/4 roku studiów inżynierskich I stopnia, specjalność teleinformatyka; Oleksandr Kolodiychuk student informatyki 2/3 roku studiów inżynierskich I stopnia, specjalność programowanie. Studenci zaangażowani byli w proces projektowania oraz implementacji narzędzia symulacyjnego opartego o pakiet Omnet++. Praca w projekcie była inspiracją dla podjętych tematów prac dyplomowych. Pan Łukasz Tomal przygotował pracę dotyczącą sieci optycznych, natomiast Pan Krzysztofa Sobejko przygotował pracę dotyczącą modelowania sieci teleinformatycznych w środowisku Omnet++. Studenci zaangażowani w projekcie zadeklarowali chęć współpracy w dalszych badaniach w tym obszarze oraz wyrazili zainteresowanie udziałem w innych badaniach prowadzonych na Wydziale Informatyki Stosowanej WSIiZ Publikacje i raporty W ramach projektu zostały przygotowane następujące publikacje naukowe i raporty: [1] Janusz Korniak, Paweł Różycki, The ASON Control Plane Redundancy, Computer Communication/Telecommunication Systems (złożony do recencji) [2] Paweł Różycki, Andrzej Niedziałek, Impact of the Control Plane Architecture on Reliability of Optical Networks, International Journal of Networks and Communications (złożony do recenzji) [3] Paweł Różycki, Mirosław Hajder, Mariusz Nycz, Analiza funkcjonalno-eksploatacyjnych charakterystyk hierarchicznych sieci komunikacyjnych, Innowacyjna Gmina, str [4] Mirosław Hajder, Janusz Kolbusz, Paweł Różycki, Mariusz Nycz, Wybrane aspekty optymalizacji sieci o rzadkiej strukturze opublikowany na stronach Katedry Elektroniki i Strona 4 / 5

5 Telekomunikacji Wyższej Szkoły Informatyki i Zarządzania w Rzeszowie [5] Janusz Korniak, Paweł Różycki, Next-Generation Optical Networks: QoS for Industry, monografia (w trakcie przygotowywania) [6] Paweł Różycki, Andrzej Niedziałek, Janusz Korniak, Leszek Puzio, Leszek Gajecki, Rafał Niemiec, Paweł Cudek, Łukasz Tomal, Krzysztof Sobejko, Oleksandr Kolodiychuk, Modelowanie sieci szkieletowych następnej generacji, raport techniczny opublikowany na stronach Katedry Elektroniki i Telekomunikacji Wyższej Szkoły Informatyki i Zarządzania w Rzeszowie 4. Podsumowanie Podsumowując realizację projektu można stwierdzić, że założone cele zostały zrealizowane. Przeprowadzono analizę sieci następnej generacji jakimi są koncepcje sieci proponowane przez IETF oraz ITU-T czyli GMPLS/ASON. Zaproponowano rozwiązania mające na celu optymalizacje sieci tego typu w wielu obszarach. Przygotowano także narzędzia do symulacji tychże sieci a doświadczenie zdobyte przy ich projektowaniu, implementacji a następnie wykorzystaniu, z pewnością nie pozostanie bez wpływu na podniesienie potencjału badawczego Uczelni. Strona 5 / 5