RETI DI INTERCONNESSIONE OTTICHE

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RETI DI INTERCONNESSIONE OTTICHE

• Prof. Ing. Carla Raffaelli
• DEIS - Universitadi Bologna

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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

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Cross-connect ottico per reti WDM con
commutazione elettronica
Wavelength demultiplexer
Wavelength multiplexer
l1, l2, lw
Cross connect elettronico
l1, l2, lw
l1, l2, lw
l1, l2, lw
l1, l2, lw
l1, l2, lw
ricevitori
trasmettitori
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Cross-connect tutto ottico con conversione di
lunghezza donda
Wavelength demultiplexer
Wavelength multiplexer
l1, l2, lw
Commutatore ottico
l1, l2, lw
l1, l2, lw
l1, l2, lw
l1, l2, lw
l1, l2, lw
Convertitori di lunghezza donda
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Cross-connect tutto ottico senza conversione di
lunghezza donda
Wavelength demultiplexer
Wavelength multiplexer
l1
l1, l2, lw
l1, l2, lw
l2
l1, l2, lw
l1, l2, lw
l1, l2, lw
l1, l2, lw
lw
switch ottici
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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

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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 donda su
  cui sono arrivati. Se cio non e possibile
  utilizzano I convertitori
• Occorre stabilire quanti convertitori sono
  realmente necessari

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Full and partial wavelength conversion

• 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 donda
  di ingresso

M
R
Space Switching Matrix (non-blocking)
Fibre 1
Fibre 2
Fibre N
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Architettura shared per node
M
M
Strictly Non-Blocking Switching Matrix
IN Fibre 1

• 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

OUT Fibre 1
M
1
1
2
3
R
R
M
OUT Fibre N
IN Fibre N
M
M
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Architettura V1 e equivalente spaziale

• Esempio
• N3 fibre per IN/OUT
• M4 lunghezze donda per fibra

• M cross-bar NxN
• Non ho possibilità di conversione di lunghezza
  donda
• I blocchi colorati rappresentano le diverse
  lunghezze donda e presentano blocco dovuto alla
  contesa fra bursts provenienti da diverse fibre
  di ingresso

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Valutazioni sullequivalente spaziale
dellarchitettura I (V1)

• Posso commutare la fibra in uscita ma non la
  lunghezza donda
• ES un burst in arrivo sulla lunghezza donda 0
  (rossa) della fibra di IN 1 può essere trasmesso
  su qualsiasi fibra di OUT, ma solo sulla
  lunghezza donda 0 (rossa)

• Presenta contesa sulle lunghezze donda in
  uscita

Contesa per la lunghezza donda (verde) sulla
fibra di uscita 1
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Architettura V2 ed equivalente spaziale

• Numero di link di IN/OUT N3
• Numero di lunghezze donda per link M4
• Convertitori in ingresso dedicati

• Stadio di ingresso array M TWCs e accoppiatore ?
  Crossbar MxM
• Architettura V1 ? M crossbar NxN
• NON bloccante riarrangiabile

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Valutazioni sullequivalente spaziale
dellarchitettura I (V2)
contesa per la lunghezza donda blu
I convertitori di lunghezze donda mi permettono
di risolvere situazioni di contesa come queste

• Posso commutare sia fibra che lunghezza donda di
  uscita
• ES un burst in arrivo sulla lunghezza donda 0
  (rossa) della fibra di IN 1 può essere trasmessa
  sulla lunghezza donda 2 (verde) della fibra di
  OUT 1

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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

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Algoritmo di Scheduling per V2 (RR1)
RR1
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Algoritmo di Scheduling per V2 (RR2)
RR2
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Ploss V2

• Funzionamento sincrono
• N4
• Probabilita di perdita di pacchetto in funzione
  del carico per lungghezza donda al variare del
  numero di lunghezze donda per fibra

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Architettura V7 ed equivalente spaziale

• N3, M4
• 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)

V1
V2
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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.

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Algoritmo di scheduling V7 RR1
RR1
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Algoritmo di scheduling V7 RR2
RR2
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Ploss V2 vs V7

• N4
• Carico variabile
• Numero di lunghezze donda variabile

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Confronto fra V2 e V7 V2
RR4
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Confronto fra V2 e V7 V7
RR4
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Considerazioni sulle prestazioni

• La probabilita di perdita e leggermente piu
  bassa in V7 come conseguenza dellinserimento del
  primo stadio che consente lutilizzo di tutti I
  blocchi di convertitori
• Entrambe le architetture sono non bloccanti
  riconficurabili

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Architettura V7 con conversione parziale

• N3, M4

• Non non blocc riarrangiabile

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V7-PC

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

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Algoritmo di scheduling V7 modificata
RR1
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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
  donda

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Confronto fra V7 e V7 modificata
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Risultati nodo 8x8 probabilità di perdita

• N8, M8 probabilità di perdita funzione del
  carico e del numero di batterie di convertitori

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Confronto tra archittura ideale SPN e V7-PC
N16, M8
1
0.1

• Le prestazioni della architettura ideale sono
  migliori di quelle della V7-PC
• i TWCs nella architettura multistadio sono
  partizionati

0.01
Packet Loss Probability
0.001
0.9 V7-PC
0.0001
0.9 - ID-SPN
0.7 V7-PC
0.7 - ID-SPN
0.5 V7-PC
1e-005
0.5 - ID-SPN
0.3 V7-PC
0.3 - ID-SPN
0
2
4
6
8
10
B
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Esperienza di laboratorio

• Obiettivi
• Utilizzo di un simulatore di rete di
  interconnessione
• Consolidamento conoscenza delluso 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

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Relazione

• Lesperienza di laboratorio verra documentata
  attraverso la stesura di una breve relazione su
  uno dei sistemi studiati
• La relazione sara cosi organizzata
• Scopo dellesercitazione 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