RETI DI INTERCONNESSIONE OTTICHE Prof. Ing. Carla Raffaelli DEIS - Universita’di Bologna

MOTIVAZIONI La tecnologia ottica per le reti sta entrando in una fase matura Applicazioni e sistemi con requisiti di banda sempre piu’ elevati Necessita’ di superare i colli di bottiglia della tecnologia elettronica Rete di interconnessione ottica Porta di ingresso Porta di ingresso Porta di ingresso Porta di uscita Porta di uscita Porta di uscita

Cross-connect ottico per reti WDM con commutazione elettronica Cross connect elettronico ricevitoritrasmettitori  1, 2,… w Wavelength demultiplexer Wavelength multiplexer

Cross-connect tutto ottico con conversione di lunghezza d’onda Commutatore ottico Convertitori di lunghezza d’onda  1, 2,… w Wavelength demultiplexer Wavelength multiplexer

Cross-connect tutto ottico senza conversione di lunghezza d’onda  1, 2,… w Wavelength demultiplexer Wavelength multiplexer 1 switch ottici 2 w

Modalita’ di organizzazione dei convertitori Shared per output link –I convertitori sono condivisi dal traffico diretto alla medesima uscita Shared per node –I convertitori sono condivisi da tutti gli ingressi

Shared per output link architecture Ogni fibra in uscita ha un insieme di R convertitori dedicati I convertitori dello stesso insieme possono essere utilizzati solo dai pacchetti diretti alla uscita corrispondente I pacchetti in ingresso vengono inviati possibilmente sulla stessa lunghezza d’onda su cui sono arrivati. Se cio’ non e’ possibile utilizzano I convertitori Occorre stabilire quanti convertitori sono realmente necessari Space Switching Matrix (non-blocking) Fibre 1 Fibre N Fibre 1 Fibre 2 M R M Fibre N

Full and partial wavelength conversion Space Switching Matrix (non-blocking) Fibre 1 Fibre 2 Fibre N Fibre 1Fibre 2Fibre N Full wavelength conversion: –Tutti i canali di uscita (M) hanno un convertitore Partial wavelength conversion: –Solo R canali di uscita hanno il convertitore I canali senza convertitore possono trasmettere soltanto pacchetti sulla stessa lunghezza d’onda di ingresso M R

Architettura “shared per node” Esiste un unico insieme di convertitori utilizzato da tutti gli ingressi Solo i pacchetti che richiedono conversione vengono inviati ai convertitori. E’ necessario un ulteriore stadio di commutazione per inviare I pacchetti convertiti al link di uscita appropriato Strictly Non- Blocking Switching Matrix IN Fibre 1 IN Fibre N M OUT Fibre 1 OUT Fibre N M M 1 2 R 3 1 R M M M

Architettura V1 e equivalente spaziale; Esempio: N=3 fibre per IN/OUT; M=4 lunghezze d’onda per fibra Numero di interruttori ottici: NxNxM M cross-bar NxN; Non ho possibilità di conversione di lunghezza d’onda; I blocchi “colorati” rappresentano le diverse lunghezze d’onda e presentano blocco dovuto alla contesa fra bursts provenienti da diverse fibre di ingresso; NxN

Valutazioni sull’equivalente spaziale dell’architettura I (V1) Posso commutare la fibra in uscita ma non la lunghezza d’onda ES: un burst in arrivo sulla lunghezza d’onda 0 (rossa) della fibra di IN 1 può essere trasmesso su qualsiasi fibra di OUT, ma solo sulla lunghezza d’onda 0 (rossa) Presenta contesa sulle lunghezze d’onda in uscita; ES: in questa situazione ho perdita del burst in arrivo sulla fibra di IN 2 e diretto alla fibra di OUT 1 Contesa per la lunghezza d’onda (verde) sulla fibra di uscita 1

Architettura V2 ed equivalente spaziale Numero di link di IN/OUT N=3; Numero di lunghezze d’onda per link M=4; Convertitori in ingresso dedicati Stadio di ingresso: array M TWCs e accoppiatore  Crossbar MxM Architettura V1  M crossbar NxN NON bloccante riarrangiabile Router MxN MxM NxN

contesa per la lunghezza d‘onda blu Valutazioni sull’equivalente spaziale dell’architettura I (V2) Posso commutare sia fibra che lunghezza d’onda di uscita ES: un burst in arrivo sulla lunghezza d’onda 0 (rossa) della fibra di IN 1 può essere trasmessa sulla lunghezza d’onda 2 (verde) della fibra di OUT 1 I convertitori di lunghezze d’onda mi permettono di risolvere situazioni di contesa come queste

Algoritmo di scheduling per architettura V2 Esistono algoritmi di scheduling ottimi ma sono molto onerosi in termini di tempi di esecuzione. (e.g. maximum matching algorithm). Si applicano algoritmi euristici che si adattano alla dinamica delle richieste –Algoritmo Round Robin (RR): Le fibre di ingresso sono servite ciclicamente Un contatore indica la prima fibra da servire in ogni slot temporale

Algoritmo di Scheduling per V2 (RR=1) 2,4 3,2 4,3 1,3 2,3 3,1 4,2 2,3, 3,2 4,1 1,2 2,4 3,3 4,4 1,3 1,4 IN WL,OUT RR=1

Algoritmo di Scheduling per V2 (RR=2) 2,4 3,4 4,2 1,3 2,1 3,2 4,3 2,2, 3,2 4,3 1,2 2,1 3,3 4,3 1,3 1,2 IN WL,OUT RR=2

Ploss V2 Funzionamento sincrono N=4 Probabilita’ di perdita di pacchetto in funzione del carico per lungghezza d’onda al variare del numero di lunghezze d’onda per fibra

Router MxM Architettura V7 ed equivalente spaziale N=3, M=4; Architettura V1 e V2 in cascata; E’ ancora riarrangiabile non bloccante come la V2, ma permette di realizzare la condivisione dei convertitori fra gli ingressi (shared per node), mentre la V2 è shared per link); V1V2 MxM NxN

Algoritmo di scheduling Il contatore RR counter indica in ogni time slot la fibra da utilizzare; Le fibre sono servite ciclicamente; I blocchi di TWCs vengono utilizzati ciclicamente.

Algoritmo di scheduling V7: RR=1 2,4 3,2 4,3 1,3 2,3 3,1 4,2 2,3, 3,2 4,1 1,2 2,4 3,3 4,4 1,3 1,4 RR=1

Algoritmo di scheduling V7: RR=2 2,4 3,4 4,2 1,3 2,1 3,3 4,2 2,2, 3,2 4,3 1,2 2,1 3,3 4,3 1,3 1,2 RR=2

Ploss: V2 vs V7 N=4; Carico variabile; Numero di lunghezze d’onda variabile;

Confronto fra V2 e V7: V2 2,2 3,2 4,1 1,3 2,2 3,3 4,4 2,1, 3,1 4,1 1,2 2,1 3,4 4,3 1,4 1,1 RR=4

2,2 3,2 4,1 1,3 2,2 3,3 4,4 2,1, 3,1 4,1 1,2 2,1 3,4 4,3 1,4 1,1 RR=4 Confronto fra V2 e V7: V7

Considerazioni sulle prestazioni La probabilita’ di perdita e’ leggermente piu’ bassa in V7 come conseguenza dell’inserimento del primo stadio che consente l’utilizzo di tutti I blocchi di convertitori Entrambe le architetture sono non bloccanti riconficurabili

Architettura V7 con conversione parziale N=3, M=4;Non + non blocc riarrangiabile;

V7-PC L’architettura V7 modificata V7-PC prevede la sostituzione di alcuni blocchi con semplici link –Si ottiene una conversione parziale di lunghezza d’onda La conversione avviene nei blocchi, in cui si ha un convertitore per ogni lunghezza d’onda in ingresso Sui link puo’ avvenire contesa in lunghezza d’onda –Riduzione dei costi

Algoritmo di scheduling V7 modificata 2,4 3,2 4,3 1,3 2,3 3,1 4,2 2,3, 3,2 4,1 1,2 2,4 3,3 4,4 1,3 1,4 RR=1

Algoritmo di scheduling Il contatore RR counter indica in ogni time slot la fibra da utilizzare; Le fibre sono servite ciclicamente; I link senza convertitori vengono utilizzati per primi; I blocchi di convertitori vengono utilizzati in caso di contesa sulla lunghezza d’onda

Confronto fra V7 e V7 modificata 2,1 3,4 4,4 1,4 2,1 3,4 4,4 2,2, 3,3 4,1 1,3 2,4 3,3 4,2 1,2 1,3 RR=1

Risultati nodo 8x8: probabilità di perdita N=8, M=8; probabilità di perdita funzione del carico e del numero di batterie di convertitori;

Confronto tra archittura ideale SPN e V7-PC Le prestazioni della architettura ideale sono migliori di quelle della V7-PC –i TWCs nella architettura multistadio sono partizionati 1e Packet Loss Probability B N=16, M=8 0.9 – V7-PC ID-SPN 0.7 – V7-PC ID-SPN 0.5 – V7-PC ID-SPN 0.3 – V7-PC ID-SPN

Esperienza di laboratorio Obiettivi: –Utilizzo di un simulatore di rete di interconnessione –Consolidamento conoscenza dell’uso del linguaggio C –Sviluppo di attivita’ sistemistica su rete di interconnessione Risultati attesi: –Valutazione delle prestazioni in termini di blocco –Graficazione dei risultati –Confronto di prestazioni tra diverse scelte architetturali

Relazione L’esperienza di laboratorio verra’ documentata attraverso la stesura di una breve relazione su uno dei sistemi studiati La relazione sara’ cosi’ organizzata: –Scopo dell’esercitazione: sistema analizzato e strumenti utilizzati –Descrizione della particolare valutazione e delle rilevazioni effettuate –Considerazioni conclusive La relazione sara’ oggetto di discussione durante il colloquio orale