Αρχιτεκτονική Παροχής Υπηρεσιών Ιρ Σε Υβριδικά Δίκτυα Κορμού Με Έμφαση Σε Δίκτυα Πολυπλεξίας Μήκους Κύματος

Abstract

Η παρούσα διατριβή κινείται στην περιοχή των ψηφιακών επικοινωνιών και ειδικότερα στο χώρο της διαχείρισης δικτύων. Ο τίτλος της είναι «Αρχιτεκτονική Παροχής Υπηρεσιών ΙΡ, σε Υβριδικά Δίκτυα Κορμού με Έμφαση στα Δίκτυα Πολυπλεξίας Μήκους Κύματος». Ο σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη του γενικότερου προβλήματος της παροχής υπηρεσιών πάνω από ετερογενή δίκτυα, εστιάζοντας το ενδιαφέρον στις υποδομές πολυπλεξίας μήκους κύματος (WDM) οι οποίες αναμένεται να αποτελέσουν την κύρια επιλογή των τηλεπικοινωνιακών παρόχων στο επίπεδο μεταφοράς. Η εργασία διαιρείται σε τέσσερεις θεματικές ενότητες. Η πρώτη περιλαμβάνει τα κεφάλαια 2 και 3 και έχει πιο πολύ εισαγωγικό χαρακτήρα, σκιαγραφόντας το πρόβλημα μέσα από περιγραφές των σημαντικότερων εξελίξεων στο χώρο των δικτύων και της διαχείρισης. Tο δεύτερο κεφάλαιο της διατριβής παρουσιάζει περιληπτικά τις υπάρχουσες τεχνολογίες δικτύων μεταφοράς. Ξεκινώντας από τα υφιστάμενα δίκτυα, αναλύονται οι κυριότερες τάσεις εξέλιξης, τονίζοντας τον πρωτεύοντα ρόλο που θα διαδραματίσουν στο μέλλον τα ΙΡ δίκτυα καθώς και τα οπτικά δίκτυα μεταφοράς δεδομένων. Μέσα από την περιγραφή αυτή καταδεικνύονται τα μειονεκτήματα των υπαρχουσών υποδομών κορμού, τα οποία επικεντρώνονται στην σύνθετη στοίβα πρωτοκόλλων που πρέπει να υλοποιούν και στις πούπλοκες διαδικασίες διάρθρωσης. Με τον τρόπο αυτό καθίσταται προφανής η ανάγκη ενός ενοποιημένου συστήματος διαχείρισης για το περιβάλλον των δικτύων νέας γενιάς. Τέλος δίνονται σύντομες περιγραφές των τεχνολογιών MPLS και WDM οι οποίες θα αποτελέσουν δομικά κομμάτια της προτεινόμενης λύσης.Μετά την παρουσιάση των επιμέρους τεχνολογιών, το κεφάλαιο 3, περιγράφει τρόπους με τους οποίους αυτές συνδιάζονται στις σύγχρονες υλοποιήσεις δικτύων κορμού. Ιδιαίτερη έμφαση στα διαφορετικά μοντέλα λειτουργίας για την παροχή ΙΡ υπηρεσιών από τις υπάρχουσες υποδομές δικτύου κορμού. Αναφορικά με το θέμα της διαχείρισης, το κεφάλαιο αυτό αναλύει τις σημαντικότερες προσεγγίσεις ενοποίησης των τεχνολογιών τόσο μέσω του επιπέδου δικτύου όσο και μέσω του επιπέδου ελέγχου. Μέσα από την ανάλυση αυτή, γίνεται σαφές ότι η ενοποίηση μέσω του επιπέδου ελέγχου αποτελεί μια μακροπρόθεσμη λύση ενώ αντίθετα η ενοποίηση μέσω του δικτύου είναι αρκετά ξεπερασμένη και δεν παρουσιάζει καμία ευελιξία. Έτσι η ενοποίηση μέσω του επιπέδου διαχείρισης φαντάζει σαν την πιο κατάλληλη λύση μεσο-βραχυπρόθεσμα.Μετά από τον καθορισμό των συνιστωσών του προβλήματος στο πρώτο κομμάτι, το δεύτερο και τρίτο μέρος προχωρούν στην διατύπωση της λύσης. Το κομμάτι της λύσης το οποίο αφορά το δίκτυο κορμού του πάροχου περιγράφεται στα κεφάλαια 4,5 και 6.Το τέταρτο κεφάλαιο γίνεται μια πρώτη περιγραφή των αρχών λειτουργίας που διέπουν την προτεινόμενη αρχιτεκτονική ΕΔΚ (Ενοποιημένης Διαχείριση Κορμού), ενώ παράλληλα καταγράφεται η μεθοδολογία σχεδίασης της και οι ανάγκες τις οποίες πρέπει να καλύπτει. Εδικότερα η προτεινόμενη αρχιτεκτονική στηρίζει τη λειτουργία της σε τρία συστήματα (IP-NMS, WDM-NMS, INMS) κάθε ένα από τα οποία αναλαμβάνει να διεκπερεώσει και ένα ξεχωριστό κομμάτι της διαχείρισης. Το κεφάλαιο περιγράφει την ροή δεδομένων μεταξύ τους καθώς και το μοντέλο πληροφορίας που υλοποιούν. Τέλος γίνεται αναφορά στις επιμέρους λειτουργίες τις οποίες πρέπει να υλοποιεί το κάθε ένα από αυτά, οι οποίες αποτελούν το αντικείμενο των υπόλοιπων κεφαλαίων.Το πέμπτο κεφάλαιο περιγράφει με λεπτομέρεια τις διαδικασίες διάρθρωσης που παρέχει η αρχιτεκτονική. Το έργο της υλοποίησης τους, αναλαμβάνεται από μία σειρά δομοστοιχείων. Το κεφάλαιο περιγράφει τον ρόλο τους σε κάθε ένα από τα υποσυστήματα INMS, WDMNMS και IPNMS. Επειδή οι διαδικάσιες της διάρθρωσης του δικτύου είναι οι πιο πολύπλοκες που υποστηρίζει το σύστημα, τα δομοστοιχεία χωρίζονται σε δύο επιμέρους ομάδες, την ΜΚΔ (Μονάδα Καταγραφής Δικτύου) και ΜΥΣ (Μονάδα Υλοποίησης συνδέσεων). Κεντρικό ρόλο στην λειτουργία της τελευταίας έχει ο μηχανισμός διαχείρισης μέσω πολιτικών ο οποίος δίνει τη δυνατότητα δυναμικής μεταβολής του τρόπου συμπεριφοράς του συστήματος. Το κεφάλαιο κλείνει με την παρουσίαση ενδεικτικών σεναρίων παροχής ΙΡ υπηρεσιών σύνδεσης στα οποία εμπλέκονται το σύνολο των δομοστοιχείων της αρχιτεκτονικής.Για την την παροχή υπηρεσιών πέρα από τους μηχανισμούς διάρθωσης του δικτύου απαιτείται και η διασφάλιση ενός επιπέδου ποιότητας υπηρεσίας. Αυτόν τον ρόλο αναλαμβάνει το Υποσύστημα Διασφάλισης Επίδοσης το οποίο αποτελεί και το αντικείμενο του έκτου κεφαλαίου της διατριβής. Αρχικά, παρουσιάζονται οι απαιτήσεις σχετικά με την διασφάλιση επίδοσης που πρέπει να πληρεί η αρχιτεκτονική και με βάση αυτές τις απαιτήσεις παρουσιάζονται οι βασικές διαχειριστικές λειτουργίες του συστήματος ενώ παράλληλα, εξετάζονται οι διαφορετίκες μεθοδολογίες συλλογής μετρήσεων. Μετά την παρουσίαση των θεωρητικών αυτών θεμάτων, παρουσιάζεται η λεπτομερής αρχιτεκτονική διαχείρισης επίδοσης, περιγράφοντας τα σχετικά δομοστοιχεία του συστήματος τα οποία υλοποιούν τις αντίστοιχες λειτουργίες. Και αυτό το κεφάλαιο κλείνει με την περιγραφή ενός ολοκληρωμένου σεναρίου συλλογής μετρήσεων με τη συμμετοχή του συνόλου σχεδών των δομοστοιχείων που απαρτίζουν το υποσύστημα αυτό. Το τρίτο κομμάτι της διατριβής αναφέρεται στους μηχανισμούς με τους οποίους οι πελάτες έχουν πρόσβαση στις υπηρεσίες που παρέχει η ΕΔΚ. Οι μηχανισμοί αυτοί υλοποιούνται από το σύστημα ενεργοποίησης, η περιγραφή του οποίου περιλαμβάνεται στο έβδομο κεφάλαιο. Από την άποψη της αρχιτεκτονικής το σύστημα ενεργοποίησης αποσκοπεί στο να απομονώσει τον πάροχο ο οποίος έχει στην κατοχή του το δίκτυο κορμού, από τα ειδικά χαρακτηριστικά του δικτύου πρόσβασης. Η λύση η οποία δίνεται βρίσκεται στο επίπεδο του δικτύου και στηρίζεται κυρίως στο πρωτόκολλο MPLS. Παράλληλα το σύστημα ενεργοποίησης υλοποιεί μηχανισμούς VPN οι οποίοι διασφαλίζουν την ασφαλή επικοινωνία των πελατών.Το κεφάλαιο 8 περιγράφει το πειραματικό υβριδικό δίκτυο ΙΡ και WDM το οποίο χρησιμοποιήθηκε για τη διεξαγωγή των διαφόρων πειραμάτων καθώς και τα πειράματα που διεξήχθησαν με σκοπό τόσο την επίδειξη των ολοκληρωμένων διαχειριστικών λειτουργιών του ΕΔΚ όσο και την αξιολόγηση του. Το κεφάλαιο κλείνει με τα κυριότερα πορίσματα της αξιολόγησης. Το κεφάλαιο αυτό αποτελεί και τον επίλογο της παρούσας εργασίας, συνοψίζοντας τα κυριότερα συμπεράσματα της μελέτης του προβλήματος της ενοποιημένης διαχείρισης υβριδικών δικτύων ΙΡ πάνω από δίκτυα πολυπλεξίας μήκους κύματος (WDM), εντοπίζοντας θέματα που χρήζουν περαιτέρω μελέτης.