Redes ópticas de conmutación automática: propuesta de aplicación en Villa Clara

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(1)Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA Redes Ópticas de Conmutación Automática. Propuesta de aplicación en Villa Clara. Autor: Roberto Lázaro Medina Rodríguez. Tutores: Ing. Marcos Antonio Alfonso Sánchez. Ing. Raúl Adrián González García.. Santa Clara 2008 "Año 50 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Redes Ópticas de Conmutación Automática. Propuesta de aplicación en Villa Clara. Autor: Roberto Lázaro Medina Rodríguez. e-mail: [email protected]. Tutores: Ing. Marcos Antonio Alfonso Sánchez. e-mail: [email protected] Jefe de Unidad A. Planta interior. C.T. Santa Clara. ETECSA. Ing. Raúl Adrián González García. e-mail: [email protected] Especialista en Transmisión. CSGT Santa Clara. ETECSA. Santa Clara 2008 "Año 50 de la Revolución”.

(3) Hago constar que el presente trabajo fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas como parte de la culminación de los estudios de la especialidad de Telecomunicaciones y Electrónica autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. ________________ Firma del Autor. Los abajo firmantes, certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. ________________ Firma del Tutor. _______________________ Firma del Jefe de Dpto. Donde se defiende el trabajo. ____________________ Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) Pensamiento. La risa de los dioses hace naufragar a quién intente proclamarse juez en el campo de la verdad y el conocimiento. Albert Einstein.

(5) Dedicatoria. A mis padres, por su amor, dedicación y empeño. A mi hermana por su apoyo. A mis compañeros de grupo con los que en varios años de la vida he convivido, aprendido y compartido tantas cosas buenas..

(6) Agradecimientos. A mis padres, que me han enseñado a valorar la vida, el estudio, y a esforzarme cada día más. A mis tutores Marcos Antonio Alfonso Sánchez y Raúl Adrián González García por sus enseñanzas, dedicación y guía durante este período. A mis familiares y amigos, a los de cerca y a los de lejos, que siempre me han tenido presente y yo a ellos. Al profesor Pedro Arcos Ríos por su asesoramiento. A Norma García Puerto por su ayuda con el inglés. A todos mis profesores que durante estos cinco años de carrera no solo han sido nuestros formadores sino también nuestros amigos y consejeros. A los compañeros de ETECSA especialmente a los del CMT de Santa Clara que me han brindado todos sus conocimientos. A José Monteagudo Rodríguez y a Roberto Pérez Morales por su ayuda en la realización e este trabajo.. A todos Gracias..

(7) Tarea Técnica. La tarea se realiza con los métodos y técnicas siguientes: Revisión bibliográfica para conocer el estado del arte de las redes ópticas de transporte en el mundo. Estudiar el estándar GMPLS para definir su papel en la eficiencia del ruteo ASON. Estudiar la arquitectura de ASON, enfatizando en su Plano de Control. Realizar un análisis de los problemas que presenta el anillo Superior de la red SDH, particularmente en la región en donde se encuentra el nodo de Santa Clara. Proponer una solución basada en una malla ASON para mejorar las prestaciones del anillo en el cual se encuentra situado el nodo Santa Clara. Confección del informe.. __________________ Firma del Autor. _______________________ Firma del Tutor.

(8) RESUMEN La tecnología de las Redes Ópticas de Conmutación Automática (ASON) constituye una solución eficaz al problema actual de la convergencia de los servicios de datos y voz en una sola red, haciendo un uso más eficiente del ancho de banda y de los recursos disponibles. En el presente trabajo de diploma se analizan las tendencias actuales de las telecomunicaciones a nivel mundial. Se realiza un estudio de la evolución que han sufrido las redes ópticas de transporte hasta llegar a la concepción de Redes Ópticas de Conmutación Automática (ASON). ASON representa una red de transporte óptico capaz de suministrar y desarrollar servicios de forma rápida, bajos costos de mantenimiento, gestión y operación, todo esto gracias a un plano de control óptico basado en el paradigma GMPLS que facilita las funciones de señalización y enrutamiento. Se pretende realizar una propuesta de aplicación de la tecnología ASON, con el objetivo de mejorar las prestaciones del anillo Superior. Para esto se emplearán equipos OptiX OSN 7500 del proveedor Huawei que se enlazarán conformando una red mallada en la región central del país..

(9) Índice. Índice INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 1 CAPÍTULO 1: EVOLICIÓN DE LA RED ÓPTICA E INTRODUCCIÓN AL ESTÁNADAR GMPLS.............................................................................................................. 4 1.1. Situación actual de las redes de telecomunicaciones......................................................... 4 1.2. Evolución y tendencia de la red de transporte óptica ........................................................ 5 1.4. Tendencias del modelo de la capa de transporte.................................................................. 7 1.5. Introducción al estándar GMPLS ........................................................................................ 9 1.6. Protocolo GMPLS................................................................................................................ 9 1.6.1. Nuevo protocolo LMP ............................................................................................ 10 1.6.1.1. Gestión del canal de control............................................................................. 10 1.6.1.2. Gestión de fallos .............................................................................................. 11 1.6.1.3. Verificación del enlace .................................................................................... 11 1.6.1.4. Correlación de la propiedad del enlace............................................................ 11 1.6.2. Mejoras en los protocolos de enrutamiento ............................................................ 12 1.6.2.1. Enlaces agrupados............................................................................................ 12 1.6.2.2. LSPs Jerárquicos.............................................................................................. 13 1.6.3. Mejoras en los protocolos de señalización ............................................................. 13 1.6.3.1. Mejoramiento de etiquetas............................................................................... 13 1.6.3.1.1. Etiquetas generalizadas............................................................................. 14 1.6.3.1.2. Solicitud de etiquetas generalizadas ......................................................... 15 1.6.3.1.3. Conjunto de etiquetas................................................................................ 15 1.6.3.1.4. Control explicito de etiquetas ................................................................... 16 1.6.3.2. Separación de los canales de datos y control ................................................... 16 1.6.3.3. Señalización fuera de banda ............................................................................ 17 1.7. Conclusiones parciales....................................................................................................... 17 CAPÍTULO 2: FUNCIONALIDADES DE LAS REDES ÓPTICAS DE CONMUTACIÓN AUTOMÁTICA........................................................................................................................ 19 2.1. Características de las Redes Ópticas de Conmutación Automática (ASON) .................... 19 2.2. Situación de la estandarización de las redes ópticas inteligentes ...................................... 22 2.3. Planos de ASON ................................................................................................................ 26 2.3.1 Plano de Transporte ................................................................................................. 28 2.3.2. Plano de Control ..................................................................................................... 29 2.3.2.1. Tipos de Conexión ........................................................................................... 31 2.3.2.2. Interfaces del Plano de Control (Puntos de Referencia) .................................. 34 2.3.2.2.1. Interfaz UNI.............................................................................................. 34 2.3.2.2.2. Interfaz O-UNI.......................................................................................... 35 2.3.2.2.3. Interfaz I-NNI ........................................................................................... 35 2.3.2.2.4. Interfaz E-NNI .......................................................................................... 36 2.3.2.2.5. Interfaz CCI .............................................................................................. 37 2.3.2.3. Enrutamiento en Redes Ópticas....................................................................... 37 2.3.2.4. Señalización en Redes Ópticas ........................................................................ 38 2.3.3. Plano de gestión ...................................................................................................... 40 2.4. Niveles de Servicio ............................................................................................................ 41 2.5. Ejemplo de la arquitectura ASON ..................................................................................... 43.

(10) Índice 2.6. Conclusiones parciales....................................................................................................... 44 CAPÍTULO 3: PROPUESTA DE APLICACIÓN DE ASON EN LA REGIÓN CENTRAL DEL PAÍS. ................................................................................................................................ 45 3.1. Situación actual de la red en el escenario escogido ........................................................... 45 3.2. Elección del fabricante....................................................................................................... 47 3.3. Sistema OptiX OSN 7500.................................................................................................. 48 3.4. Análisis comparativo entre los equipos OptiX 10G y OptiX OSN 7500 .......................... 51 3.5. Propuesta de migración de tecnología en el anillo superior (Fase 1) ................................ 52 3.6. Propuesta de migración de tecnología en el anillo superior (Fase 2) ................................ 55 3.7. Conclusiones parciales....................................................................................................... 59 CONCLUSIONES .................................................................................................................... 60 RECOMENDACIONES........................................................................................................... 62 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 63 GLOSARIO DE TÉRMINOS .................................................................................................. 66 Anexo A: Características del estándar MPLS........................................................................... 69 Anexo B: Arquitecturas ópticas e ingeniería de tráfico en redes GMPLS. ............................. 77 Anexo C: Protecciones empleadas en SDH. ............................................................................. 80.

(11) Introducción. INTRODUCCIÓN No hay duda que las redes de telecomunicaciones han evolucionado al compás de las aplicaciones de datos, las cuales necesitadas de ancho de banda han exigido de la capa de transporte SDH mayor capacidad de enlace en un espacio cada vez más reducido. En el mundo no son comunes las empresas que soporten todos sus servicios de voz, datos, Internet, video, etc. sobre una única plataforma de red, quizás algunas combinen recursos para prestar solo un par de servicios. Con base a estas necesidades nacen las Redes de Nueva Generación (NGN), estas se basan en estándares capaces de soportar un gran número de aplicaciones y servicios con transparencia hacia la red, con la escalabilidad necesaria para afrontar las futuras demandas del tráfico IP y con la flexibilidad adecuada para responder rápidamente a las exigencias del mercado. En este escenario y desarrolladas por la UIT-T, surgen las redes ASON (Automatic Switched Optical Network) cuyo objetivo es desarrollar una definición completa de redes de transporte que proporcionen conmutación automática integrando los planos de datos, gestión y control. Estas redes permiten asignar de forma dinámica los recursos a los router, suministrar y desarrollar servicios de forma rápida, bajos costos de mantenimiento, gestión y operación, rápida recuperación de los servicios ópticos y reducción de errores manuales. Proporciona facilidades para introducir nuevos servicios de longitudes de ondas como ancho de banda bajo demanda, longitudes de onda arrendada, servicios de banda ancha por jerarquía, redes privadas virtuales ópticas, etc. Actualmente, una de las empresas líderes en el mercado de las redes ópticas y en particular, de las redes SDH de nueva generación, es Huawei Tecnologías, la cual ha lanzado recientemente al mercado una serie completa de productos NG-SDH conocida como OptiX OSN. En Cuba, ante la necesidad de ETECSA de evolucionar la Red Nacional de Transmisión por Fibra Óptica hacia la tecnología NG – SDH, se decide implementar una estructura con dos capas, una capa correspondiente al Core y la restante al nivel de Acceso.. 1.

(12) Introducción La capa Core será la encargada de la interconexión a altas velocidades de los nodos de las diferentes redes utilizando tecnologías ASON y los nodos IP de las redes IP/GMPLS. La capa de acceso será la encargada de la conexión de los servicios a los clientes. Para la implementación de la capa Core de Cuba con arquitectura ASON se prevé la instalación de equipos OptiX OSN 7500 del proveedor Huawei. Esto proporcionará un aumento considerable de la seguridad y eficiencia de la Red al pasar de las bondades características de la red SDH a las que ofrecen las redes con arquitectura ASON. Teniendo en cuenta lo anterior se plantean las siguientes interrogantes científicas: ¿Cuál es el estado actual de las redes ópticas a nivel mundial y en Cuba? ¿Cuáles son los protocolos en los que se basan las redes ópticas? ¿Qué características y ventajas exhiben las Redes Ópticas de Conmutación Automática? ¿Cómo optimizar el ancho de banda en la red de telecomunicaciones de la región central del país? Para dar respuesta a estas interrogantes el objetivo general de trabajo reside en la realización de un estudio de las Redes Ópticas de Conmutación Automática y de los protocolos sobre los cuales esta se soporta para realizar posteriormente, una propuesta de aplicación de esta tecnología en la región central del país. De este objetivo general se derivan los siguientes objetivos específicos: Investigar el estado del arte de las redes de transporte y su evolución hacia la denominada red de transporte óptico inteligente. Conocer los protocolos GMPLS y las características de este estándar como proveedor de un plano de control descentralizado para redes ASON. Analizar la arquitectura ASON y las principales características, prestaciones, soluciones de protección, así como los servicios que puede brindar este tipo de red. Identificar los principales suministradores, destacando la línea de Huawei Tecnologías y su equipamiento SDH de nueva generación.. 2.

(13) Introducción Elaborar una propuesta para introducir ASON en la red nacional mediante la instalación de un equipo OptiX OSN 7500 en la ciudad de Santa Clara. Para dar cumplimiento a estos objetivos se establecen las siguientes tareas: Revisión bibliográfica para conocer el estado del arte de las redes ópticas de transporte en el mundo. Estudiar el estándar GMPLS para definir su papel en la eficiencia del ruteo ASON. Estudiar la arquitectura de ASON, enfatizando en su Plano de Control. Analizar los problemas que presenta el anillo Superior de la red SDH, particularmente en la región en donde se encuentra el nodo de Santa Clara. Proponer una solución basada en una malla ASON para mejorar las prestaciones del anillo en el cual se encuentra situado el nodo Santa Clara. El trabajo consta de Introducción, tres Capítulos, Conclusiones,. Recomendaciones,. Glosario de Términos, Referencias Bibliográficas y Anexos. A continuación se describe brevemente el contenido de los diferentes capítulos. Capítulo 1: Evolución de la red óptica e introducción al estándar GMPLS. En este se analiza la situación actual de las telecomunicaciones en el mundo, prestando especial atención a la convergencia de las redes de voz y datos. Se realiza un estudio del estándar GMPLS como soporte para redes ópticas de nueva generación con el objetivo de introducir el tema de Red Óptica de Conmutación Automática (ASON). Capítulo 2: Funcionalidades de las Redes Ópticas de Conmutación Automática. Este capítulo se dedica al estudio de la arquitectura ASON, haciendo énfasis en su estructura de tres planos. Se describen además algunas características generales de las redes ópticas desde la perspectiva ASON. Capítulo 3: Propuesta de aplicación de ASON en la región central del país. En el tercer capítulo se analizan los problemas que presenta el anillo Superior y se propone una solución a estas deficiencias empleando el equipamiento ASON de Huawei. Para este estudio se toma como punto de referencia el nodo de Santa Clara por su importancia en la Red Nacional de Transmisión por Fibra Óptica.. 3.

(14) Capítulo 1: Evolución de la red óptica e introducción al estándar GMPLS.. CAPÍTULO 1: EVOLICIÓN DE LA RED ÓPTICA E INTRODUCCIÓN AL ESTÁNADAR GMPLS. En este capítulo se analiza el estado del arte de la tecnología usada en las redes ópticas a nivel mundial, se muestra un panorama general del estado actual de las redes de telecomunicaciones así como su evolución hacia una arquitectura de transporte óptica inteligente. Se realizará un análisis de las principales características del protocolo GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching) que hacen de este una pieza fundamental en las redes ópticas y de datos de próxima generación. El objetivo fundamental es dar a conocer el estado del arte de una tecnología que evoluciona a una velocidad vertiginosa de modo tal que se obtengan algunos conocimientos básicos para introducir el tema de las redes ASON y posteriormente realizar una propuesta de aplicación de esta tecnología en nuestro país.. 1.1. Situación actual de las redes de telecomunicaciones La demanda de servicios de telecomunicaciones crece y se diversifica. El gran crecimiento y expansión de Internet en los últimos años, con el consecuente incremento de usuarios y tráfico, ha hecho que aumente la necesidad de ancho de banda en las redes de telecomunicaciones actuales. Esta demanda se debe en gran medida a la popularización de Internet y a la explosión de nuevos servicios que de ello se deriva y que exigen a la red mayor eficiencia en términos de optimización de recursos y prestaciones. Es de esperar que en un futuro inmediato esta tendencia continúe, sobre todo a la vista del fuerte incremento del tráfico de datos frente al tráfico de voz. Inicialmente, estas necesidades fueron solucionadas integrando la tecnología WDM (Wavelenght Division Multiplexing) a las actuales arquitecturas multicapas sin la necesidad de reemplazar las funcionalidades redundantes e ineficaces de esta arquitectura. Aun así, surgieron algunos inconvenientes ya que estas arquitecturas están construidas siguiendo un modelo centralizado, según el cual la inteligencia asociada a la red se sitúa en los conmutadores, mientras que los terminales y equipos de usuario son simples. Este modelo. 4.

(15) Capítulo 1: Evolución de la red óptica e introducción al estándar GMPLS. complica las tareas de gestión y de introducción de nuevos servicios, dado el gran número de elementos implicados. Por las razones antes mencionadas, el desafío de la futura generación de redes de telecomunicaciones apunta a pasar de la simple transmisión de señales ópticas de gran capacidad a una conmutación y gestión eficaz de esta cantidad de datos en el dominio óptico. Por otro lado, se espera que las futuras redes transporten servicios heterogéneos que incluyen tanto la transferencia de datos como la transmisión de aplicaciones multimedia e interactivas. Cada servicio por lo tanto necesita un requerimiento y tratamiento particular. En este entorno, proporcionar calidad de servicio (Quality of Service, QoS) pasa a jugar un papel fundamental. Las redes ópticas con soporte a la QoS son el principal objetivo de la próxima generación de redes de telecomunicaciones. La primera etapa de esta migración prevé pasar de los actuales sistemas punto a punto hacia interconexiones basadas en redes ópticas de conmutación automática (ASON). Esta solución es capaz de proporcionar conexiones ópticas bajo demanda de manera rápida y flexible a través de un plano de control basado en el paradigma GMPLS.. 1.2. Evolución y tendencia de la red de transporte óptica Con la creciente demanda de ancho de banda, debida en gran medida tanto al incremento de usuarios como a los requisitos de transmisión solicitados por estos, se han hecho visibles algunos inconvenientes de la arquitectura tradicional de cuatro capas como son: A pesar de que los sistemas WDM incrementan la capacidad de transporte los nodos continúan utilizando conmutación electrónica y no óptica. La matriz SDH presenta problemas a la hora de realizar la escalabilidad a altas velocidades (10 y 40 Gbit/s). Las matrices de conmutación tienen un límite de puertos por lo que se deben concatenar varias matrices, implicando más complejidad operacional.. 5.

(16) Capítulo 1: Evolución de la red óptica e introducción al estándar GMPLS. Gran costo operacional de las 4 capas, cada una con su plano de gestión y control independiente. Ineficiente uso del ancho de banda debido a las cabeceras ATM y SDH. Estas deficiencias hacen necesario que los operadores emigren a sistemas que utilicen el protocolo IP como sustrato para el intercambio de información y doten de cierta inteligencia a la red de transporte. Así, tal y como se muestra en la Fig. 1.1 el modelo de red ha evolucionado y está evolucionando hacia una futura red de transporte óptica inteligente, en la cual la capa de transporte incluye las funcionalidades de transmisión, conmutación y enrutamiento de paquetes en la red.. Fig. 1.1: Evolución de la red hacia una red óptica. [1] A fin de lograr esta evolución, el protocolo GMPLS ha sido definido como una extensión del ya conocido Multiprotocol Label Switching (MPLS) para realizar no tan sólo conmutación rápida de paquetes sino también conmutación espacial de circuitos, Time Division Multiplexing (TDM) o Wavelength Division Multiplexing (WDM). Así pues, el entorno de trabajo será una red óptica de conmutación automática de canales ópticos (ASON) formada por una serie de nodos ópticos, conocidos como Optical Cross-Connects (OXC), con capacidad para encaminar longitudes de onda dinámicamente. Estos nodos además de realizar puramente tareas de conmutación de longitudes de onda deben realizar. 6.

(17) Capítulo 1: Evolución de la red óptica e introducción al estándar GMPLS. tareas de descubrimiento de vecinos ópticos, de la topología y recursos de la red óptica mediante protocolos de encaminamiento y señalización para establecer, eliminar o modificar canales ópticos de forma dinámica y en tiempo real. Dichas funciones serán realizadas por un plano de control que podría estar basado en IP o ATM, pero la IETF (Internet Engineering Task Force) ha propuesto al protocolo GMPLS como firme candidato simplemente extendiendo o modificando los actuales protocolos IP a las características de las redes ópticas. [1]. 1.4. Tendencias del modelo de la capa de transporte El modelo al cual tiende la capa de transporte es simple, está formado solo por dos capas que garantizan los requerimientos de las Redes Ópticas de Conmutación Automática (ASON) y de esta manera dar respuesta a las exigencias que demandan los nuevos servicios. Actualmente coexisten varios modelos de redes de transporte óptica que se consideran ASON. Los modelos son los siguientes: a) Modelo ideal o final con arquitectura IP/GMPLS/OTN (usando DWDM). Este modelo es el objetivo final y se basa en GMPLS. En esta red el enrutamiento y conmutación se realizan a nivel de longitudes de onda y utilizan componentes como los OXC fotónicos o eléctricos. [2]. Fig. 1.2: Esquema de red óptica independiente. [3]. 7.

(18) Capítulo 1: Evolución de la red óptica e introducción al estándar GMPLS. En la Figura 1.2 se distinguen elementos de red óptica como conmutadores, filtros sintonizables, ecualizadores, etc.. Además muestra elementos terminales de red de. transporte como routers, cross-connects, ADM (Add-Drop Multiplexer; Multiplexores de Inserción-Extracción) o conmutadores ATM. La red de transmisión proporciona conectividad con re-encaminamiento a nivel óptico y granularidad de portadora a las diferentes redes de transporte y es independiente de todas ellas. Además de contemplar cualquier tipo de elemento óptico, la principal característica que diferencia a esta opción es la independencia con respecto a las redes de transporte, la cual se basa en tres aspectos: [3] Independencia de formatos de modulación: La transmisión óptica es independiente del sistema de multiplexación eléctrico, incluso en las capas más bajas (1 y 2). Independencia de sistemas de gestión: Esto permite al operador adquirir los sistemas de gestión de diferentes suministradores y actualizar la gestión de su planta óptica sin verse forzado a adquirir una nueva versión de sistema de gestión de red de transporte más cara. La simplicidad de la gestión de la capa óptica merece una aclaración. El operador puede manipular muy poco a una portadora; hasta ahora el haz luminoso solo se ha logrado modular en amplitud o sea variar su intensidad, reencaminarlo o filtrarlo, mientras que los elementos de las jerarquías de multiplexación eléctricas acceden al contenido de la señal digital y se pueden realizar un conjunto de acciones sobre esta. Independencia de sistemas de protección: es una consecuencia directa de la independencia de la transmisión óptica frente a los formatos de modulación. Si los enlaces soportan cualquier tipo de jerarquía de multiplexación, los mecanismos de protección óptica deben ser válidos para todas ellas. b) Modelo intermedio con arquitectura IP/GMPLS/SDH. Este modelo se basa en la evolución antes mencionada de la tecnología SDH. Aquí la conmutación y enrutamiento son a nivel eléctrico y óptico, o sea, utilizando los protocolos tradicionales.. 8.

(19) Capítulo 1: Evolución de la red óptica e introducción al estándar GMPLS. La red cumple las características de ASON en cuanto a protecciones, descubrimiento de la red y facilidad de gestión, mejorando el uso del ancho de banda al no usar ATM y sobre todo por la nueva filosofía implícita en las soluciones de protección. c) Modelo mixto que combina IP/GMPLS/SDH/WDM. En este modelo WDM es una capa puramente física para aumentar la capacidad. Los modelos b) y c) son los que defiende y utiliza el proveedor Huawei Tecnologías, el cual responde a la serie de equipos OSN (Optical Switch Network) y en el cual se debe basar la propuesta de desarrollo futuro de la red cubana.. 1.5. Introducción al estándar GMPLS En el escenario de desarrollo de las redes IP y de transporte óptico, la calidad de servicio ofrecida por la tecnología MPLS unida a la extraordinaria capacidad soportada por las redes ópticas basadas en DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), se muestran como la combinación ideal para afrontar el reto de las futuras redes de telecomunicaciones, precisamente de la fusión de estas tecnologías surge lo que se ha dado a conocer como GMPLS. [4] GMPLS es una evolución del plano de control multipropósito de MPLS que tiene el objetivo de ser utilizado no sólo por dispositivos de conmutación de paquetes, sino también por dispositivos que lleven a cabo la conmutación en los dominios del tiempo, longitud de onda y espacio. [5]. 1.6. Protocolo GMPLS GMPLS puede verse como un integrador de las arquitecturas ópticas y de datos, su desarrollo necesita de mejoras de la señalización y de los protocolos de encaminamiento IP actualmente existentes para extenderlos al entorno óptico. Los trabajos más recientes en este sentido intentan adaptar el plano de control MPLS y especialmente sus protocolos de señalización y encaminamiento, de manera que no solo sea utilizado por los routers y conmutadores ATM, sino también por los cross-conectores ópticos y switches fotónicos.. 9.

(20) Capítulo 1: Evolución de la red óptica e introducción al estándar GMPLS. A continuación se muestran algunas modificaciones y adiciones en los protocolos de señalización y encaminamiento MPLS que fueron necesarias para adaptarlo a las peculiaridades de los switches fotónicos.. 1.6.1. Nuevo protocolo LMP El Protocolo de Administración de Enlace (LMP, Link Management Protocol) está diseñado para abordar temas relacionados con el estado de los enlaces de las redes ópticas utilizando conmutadores fotónicos. Por ejemplo en las redes GMPLS, un par de nodos, dígase OXCs, se pueden conectar por decenas de fibras y cada fibra se puede usar para transmitir centenares de longitudes de onda si se usa DWDM. Múltiples fibras y/o múltiples longitudes de onda también se pueden combinar en uno o más enlaces agrupados con fines de enrutamiento. Para permitir la comunicación entre nodos se debe establecer mecanismos de enrutamiento, señalización y además la gestión del enlace que consiste en un conjunto de procedimientos útiles entre nodos adyacentes que proveen servicios locales. A continuación se muestra la descripción de algunos de estos servicios. 1.6.1.1. Gestión del canal de control La gestión del canal de control por el protocolo LMP se usa para establecer y mantener los canales de control entre dos nodos. Los canales de control existen independientemente de los enlaces de ingeniería de tráfico (TE) y se pueden usar para intercambiar la información del plano de control del GMPLS como por ejemplo la información de señalización, de enrutamiento y de gestión del enlace. Cada canal de control negocia individualmente sus parámetros y mantiene la conectividad usando un protocolo rápido llamado Hello. [6] El protocolo Hello de LMP es un mecanismo ligero que reacciona rápidamente a los fallos del canal de control de forma que los Hellos no se pierdan y las adyacencias asociadas del estado de enlace se borren innecesariamente. [7] Este protocolo consta de dos fases: una fase de negociación y una fase de “keep-alive”.La fase de negociación permite el establecimiento de algunos parámetros básicos del protocolo. 10.

(21) Capítulo 1: Evolución de la red óptica e introducción al estándar GMPLS. Hello, como la frecuencia Hello. La fase “keep-alive” consta de un intercambio rápido, ligero y bidireccional de mensajes Hello. [6] [7] 1.6.1.2. Gestión de fallos La gestión de fallos incluye la detección, localización y notificación del fallo. La localización del fallo que se maneja aquí puede usarse para soportar algunos mecanismos específicos y locales de protección y restauración. En las nuevas tecnologías tales como la conmutación óptica, muchos conmutadores ópticos son transparentes en el sentido de que propagan la señal de la luz sin ninguna interferencia. Estos pueden conmutar datos por fibra, longitud de onda o ranura de tiempo sin necesidad de examinar en absoluto la señal actual. Consecuentemente, si la señal desaparece debido a un fallo de algún sitio ascendente, el conmutador puede simplemente no enterarse. El protocolo LMP provee un procedimiento de localización de fallo que se puede usar para localizar rápidamente los fallos de enlace mediante la notificación del fallo al nodo ascendente de este fallo. De esta forma, un vecino descendente del protocolo LMP que detecta fallos del enlace de datos enviará un mensaje LMP al vecino ascendente notificándole el fallo. Cuando el nodo ascendente recibe la notificación del fallo, puede relacionar el fallo con los puertos de entrada correspondientes para determinar si el fallo está entre dos nodos. Una vez localizado el fallo, se pueden usar los protocolos de señalización para iniciar los procedimientos de protección/restauración del enlace o camino. 1.6.1.3. Verificación del enlace La verificación de la conectividad del enlace es un procedimiento opcional que se puede usar para verificar la conectividad física de los enlaces de datos así como intercambiar los identificadores del enlace que se usan en la señalización GMPLS. 1.6.1.4. Correlación de la propiedad del enlace El principal propósito de esta función es descubrir y acordar entre dos nodos LMP adyacentes los mapeos de los identificadores (IDs) de interfaces y además define el intercambio de correlación de propiedad del enlace. Este intercambio se usa para agregar. 11.

(22) Capítulo 1: Evolución de la red óptica e introducción al estándar GMPLS. múltiples enlaces de datos en un enlace agrupado e intercambiar, correlacionar o cambiar los parámetros de ingeniería de tráfico del enlace.. 1.6.2. Mejoras en los protocolos de enrutamiento Los protocolos de encaminamiento OSPF (Open Shortest Path First) e IS-IS (Intermediate System to Intermediate System), han de ser modificados para anunciar la disponibilidad de los recursos ópticos de la red. IS-IS-TE y OSPF-TE explican como asociar propiedades de ingeniería de tráfico (TE) (Ver anexo A) a los enlaces regulares (conmutados por paquetes). Además GMPLS extiende el conjunto de propiedades de TE para explicar como asociar dichas propiedades a enlaces que no son conmutados por paquetes, como son los enlaces entre OXCs. Un enlace GMPLS TE tiene propiedades especiales que pueden ser configuradas u obtenidas por medio de los protocolos de enrutamiento. En el contexto de MPLS, el enlace entre dos nodos adyacentes A y B forman una adyacencia de enrutamiento usando un protocolo de enrutamiento, como por ejemplo OSPF, sin embargo en GMPLS, el enlace atraviesa múltiples nodos y no se establece necesariamente una adyacencia de enrutamiento. 1.6.2.1. Enlaces agrupados El concepto de enlace agrupado es esencial en redes que emplean el plano de control de GMPLS. Un típico ejemplo es una red mallada óptica donde los OXC adyacentes están conectados por varios centenares de longitudes de onda paralelas. En esta red, consideramos la aplicación de los protocolos de enrutamiento del estado de enlace como OSPF o IS-IS, con extensiones adecuadas para el descubrimiento del recurso y la conmutación dinámica de ruta. Cada longitud de onda debe ser enunciada separadamente con el fin de ser utilizada, excepto si se utiliza el enlace agrupado. Cuando un par de LSR (Label Switched Router) están conectados por múltiples enlaces, es posible anunciar varios (o todos) de estos enlaces como un solo enlace en OSPF o IS-IS. Este proceso se llama enlace agrupado o agrupación. El enlace lógico resultante se llama enlace agrupado y a sus enlaces físicos, enlaces de componente. El propósito del enlace. 12.

(23) Capítulo 1: Evolución de la red óptica e introducción al estándar GMPLS. agrupado es mejorar la escalabilidad del enrutamiento reduciendo la cantidad de información que tiene que ser manejada por el OSPF o IS-IS. 1.6.2.2. LSPs Jerárquicos Los LSPs Jerárquicos mejorarán la escalabilidad de la Ingeniería de Tráfico en GMPLS ya que puede ser útil agregar múltiples LSPs TE dentro de un LSP TE mayor, de esta manera, los nodos intermedios ven solo el camino LSP externo y ellos no tienen que mantener los estados de envío de cada camino LSP interno. Además necesitan ser intercambiados menos mensajes de señalización y el camino externo LSP puede ser de alguna manera protegido. Esto puede aumentar considerablemente la escalabilidad de la señalización.. 1.6.3. Mejoras en los protocolos de señalización Los protocolos de señalización para ingeniería de tráfico RSVP (Resource Reservation Protocol) y CR-LDP (Constraint-Based Routing Label-Distribution Protocol) han de ser modificados para permitir que los LSPs (Label Switched Path) puedan ser específicamente definidos a lo largo del core óptico. [4] RSVP-TE (RSVP con Ingeniería de Tráfico), es una extensión del protocolo original RSVP diseñado para ejecutar distribución de etiquetas sobre MPLS, soporta la creación de rutas explícitas con o sin reserva de recursos. Se emplea para crear, mantener y anular los LSP, permitiendo el re-enrutamiento de los túneles LSP con el fin de dar una solución ante caídas de red, cogestión y cuellos de botella. CR-LDP es un conjunto de procedimientos mediante los cuales los LSRs no solo intercambian etiquetas y crean los LSP, sino también incorpora la posibilidad de realizar ruteo imponiendo ciertas restricciones como: ancho de banda, los requisitos de calidad de servicios (QoS), retardo, variación de retardo o jitter, o cualquier otro requisito asociado al trayecto que defina el operador de la red. 1.6.3.1. Mejoramiento de etiquetas Para ampliar MPLS en el dominio óptico y del tiempo se han requerido nuevas formas de "etiqueta". Esta nueva forma de etiqueta se le conoce colectivamente como etiqueta generalizada que puede identificar paquetes, slots de tiempo, longitudes de onda o fibra.. 13.

(24) Capítulo 1: Evolución de la red óptica e introducción al estándar GMPLS. Además del concepto de etiqueta generalizada, GMPLS introduce nuevos conceptos relacionados a las etiquetas como son: solicitud de etiqueta generalizada, conjunto de etiquetas y control explícito de etiquetas. 1.6.3.1.1. Etiquetas generalizadas La premisa de GMPLS es que el concepto de etiqueta se puede generalizar a cualquier cosa suficiente para identificar el flujo de datos. Por ejemplo, en una fibra óptica con el ancho de banda dividido en longitudes de onda, una de esas longitudes de onda se puede seleccionar como un flujo de datos específico. En este caso los LSRs extremos del enlace solo deben acordar la frecuencia de trabajo. El valor de estas etiquetas implica directamente el ancho de banda disponible, por ejemplo, si una etiqueta denota un time slot VT-6 de la jerarquía SONET, el ancho de banda disponible es el ancho de banda que implica este tipo de time slot. [8] Por otra parte, es necesaria una representación del valor de la etiqueta en el protocolo de señalización para que los LSRs puedan utilizar los mensajes de control para acordar el valor que utilizarán. MPLS Generalizado extiende la representación de una etiqueta de un número de 32 bits a un arreglo de bytes de longitud arbitraria e introduce el objeto Etiqueta Generalizada en RSVP y Petición de Etiqueta Generalizada en CR-LDP, los cuales contienen la etiqueta y la información relacionada con la misma. A continuación se describen los principales tipos de etiquetas que utiliza GMPLS: Fibras ópticas: Un enlace entre LSRs puede estar formado por varias fibras. Los LSRs pueden asignar una fibra completa para un flujo de datos y entonces solo tienen que acordar cual de las fibras usar. En este caso el valor de la etiqueta es el número de la fibra utilizada. Longitudes de onda: Cuando se utiliza WDM, se le puede asignar una longitud de onda a un flujo de datos. En este caso, el valor de la etiqueta es la longitud de onda seleccionada. Bandas de longitudes de ondas: Al agrupar longitudes de onda consecutivas en una banda para que todas sean conmutadas juntas, la etiqueta está formada por un. 14.

(25) Capítulo 1: Evolución de la red óptica e introducción al estándar GMPLS. identificador de banda y un par de números (identificadores de canal) que indican la longitud de onda superior e inferior de la banda seleccionada. Ranuras temporales: Cuando se usa TDM, se puede relacionar una o más ranuras temporales con un flujo de datos en particular. Así, la etiqueta será el número de la ranura(s) de tiempo empleada(s) para el flujo de datos. 1.6.3.1.2. Solicitud de etiquetas generalizadas GMPLS generaliza los mensajes de petición para diferenciarlos de la petición de una etiqueta no generalizada y para permitirles llevar parámetros adicionales que especifiquen más detalladamente la solicitud. Sin embargo, como un enlace óptico puede tener varias fibras y los conmutadores pueden soportar varios tipos de multiplexado, el LSR fuente debe especificar el tipo de codificación requerido, el cual determina si la etiqueta será basada en ranuras temporales o en longitudes de onda y de que tipo. El objeto de Petición de Etiqueta Generalizada contiene un campo que indica el modo de conmutación que se debe aplicar al LSP (Label Switched Path). Esto permite que un conmutador sea capaz de conmutar fibras enteras, longitudes de onda o ranuras temporales. La elección del modo de conmutación se produce en el establecimiento del LSP, esto hace más flexible la administración de recursos de la red. 1.6.3.1.3. Conjunto de etiquetas El Conjunto de Etiquetas se usa para restringir los rangos de etiquetas que pueden ser usadas para un determinado LSP entre dos puertos. El receptor de un conjunto de etiquetas debe restringir su opción de etiquetas a una que esté en el conjunto de etiquetas. Como con una etiqueta, un conjunto de etiquetas debe estar presente a través de múltiples saltos. En este caso cada nodo genera su propio conjunto de etiquetas de salida, basado en el conjunto de etiquetas de entrada y las capacidades de hardware del nodo. [9] El comando de solicitud de etiqueta de un LSR incluye un juego de etiquetas para que el LSR limite la elección de la etiqueta que se utilizará en el enlace. Si el LSR destino no selecciona una etiqueta dentro de este rango, el establecimiento del LSP fallará. Esto es muy útil en dominios ópticos en los que por ejemplo:. 15.

(26) Capítulo 1: Evolución de la red óptica e introducción al estándar GMPLS. Un LSR no puede realizar la conversión de longitudes de onda. Un LSR solo puede trabajar con un subconjunto de las longitudes de onda conmutadas por sus LSR vecinos. Se desea limitar la cantidad de conversiones de lambda para reducir la distorsión de la señal óptica. 1.6.3.1.4. Control explicito de etiquetas GMPLS también introduce el concepto de “Control de Etiquetas Explícitas”. Esto mejora el concepto tradicional usado en MPLS (Ver Anexo A), permitiendo ahora que el LSR origen especifique la(s) etiqueta(s) a ser usada(s) sobre uno, algunos o todos los enlaces enrutados explícitamente para los trayectos en ambos sentidos. [9] Esto puede ser útil cuando el LSR de ingreso insiste que la longitud de onda a ser usada es la misma a través de todo el LSP. También puede ser útil en Ingeniería de Tráfico (TE) donde el sistema que procesa los trayectos tiene conocimiento de las etiquetas en uso en la red, así como las capacidades de conmutación de los LSRs. En este caso, el trayecto puede ser calculado para incluir las etiquetas específicas a ser usadas en cada salto. Las etiquetas explícitas son especificadas por el LSR de ingreso, como parte de la ruta explícita. 1.6.3.2. Separación de los canales de datos y control En el MPLS tradicional hay una asociación implícita uno a uno de un canal de control a un canal de datos. Cuando esta asociación está presente no se requiere información adicional o especial para asociar una determinada transacción de establecimiento del camino LSP con un determinado canal de datos. En GMPLS el canal de control y el de datos necesitan ser separados por las siguientes razones: Múltiples enlaces pueden ser agrupados. Los canales de datos no pueden transportar información de control dentro de la banda. La integridad de una canal de datos no tiene que afectar la integridad de un canal de control.. 16.

(27) Capítulo 1: Evolución de la red óptica e introducción al estándar GMPLS.. Fig. 1.3: Separación del plano de control y de datos. De esta manera y como se muestra en la Figura 1.3 el plano de control implementa los procesos de control con la señalización y enrutamiento basados en IP/GMPLS. El plano de datos consiste de OXCs, longitudes de onda, fibras, tramas SONET, etc. 1.6.3.3. Señalización fuera de banda En MPLS los mensajes de señalización van por el mismo camino que los datos. Sin embargo, en las redes ópticas, la granularidad del ancho de banda de los canales ópticos es alta y sería un desperdicio utilizar una unidad completa del ancho de banda (ranura temporal o longitud de onda) como canal de señalización. Por lo tanto, existen razones muy fuertes para emplear la señalización fuera de banda usando un canal de control físicamente diferente a los canales de información. Esto también simplifica la tecnología del plano de datos de los LSR ya que no necesita entender los protocolos basados en mensajes de señalización.. 1.7. Conclusiones parciales Las redes ópticas en la actualidad presentan un gran número de capas. Cada una de estas capas está preparada para manejar un determinado tipo de tráfico y proporcionar unos servicios específicos. Con el tiempo han surgido incluso equipos independientes que están especializados en una capa y en un tipo de tráfico como por ejemplo: ruteadores IP, conmutadores ATM, etc. Si bien este planteamiento permite simplificar el diseño de los dispositivos, conduce a redes complejas y difíciles de gestionar.. 17.

(28) Capítulo 1: Evolución de la red óptica e introducción al estándar GMPLS. Por esta razón, existe la necesidad de crear redes convergentes, es decir una red formada por elementos de red capaces de conmutar en distintas capas de tecnología como SDH, Ethernet, ATM, etc. Esto precisamente se puede lograr con GMPLS que provee el nexo adecuado entre las capas IP y óptica, proveyendo una evolución consecuente de la red en ambos entornos. Más allá de la solución tecnológica, GMPLS resuelve el factor económico al posibilitar una arquitectura de red más optimizada para transportar grandes volúmenes de tráfico. Por lo tanto, se puede afirmar que a parte de las mejoras técnicas, GMPLS conlleva una optimización del transporte, que reducirá significativamente los costes de los operadores tanto en inversión, como en operación y mantenimiento. Las capacidades de señalización y enrutamiento de GMPLS permitirán a los proveedores de servicio construir rápidamente infraestructuras que soporten la creación de conexiones y provisiones rápidas y estables, logrando que el control y la inteligencia de red de transporte óptica radiquen en dicho protocolo.. 18.

(29) Capítulo 2: Funcionalidades de las Redes Ópticas de Conmutación Automática.. CAPÍTULO 2: FUNCIONALIDADES DE LAS REDES ÓPTICAS DE CONMUTACIÓN AUTOMÁTICA. En años anteriores, todos los sistemas de conmutación y transporte empleaban la microelectrónica como tecnología principal, sin embargo estos sistemas no experimentaban crecimientos como los que demanda hoy Internet. Con la aparición de las redes ópticas, se demostró que estas sí tienen capacidades de crecimiento similares a las de Internet, en particular cuando se utiliza DWDM y los conceptos avanzados de las redes de transporte óptico. Es así como surge la idea de crear un sistema distribuido, basado en redes ópticas y encargado del enrutamiento, señalización, establecimiento de recursos y facturación. De esta manera aparece el concepto de ASON (Automatic Switched Optical Network), en otras palabras la red de transporte óptico tradicional emigrará de redes controladas por una arquitectura tipo TMN (Telecommunication Management Network) hacia un nuevo concepto distribuido, donde su ente fundamental lo constituye el plano de control. Este se encargará de facilitar la rápida y eficiente configuración de las conexiones dentro de la capa de transporte. ASON representa una red de transporte óptico con capacidades para conexiones y enrutamientos dinámicos. Esto involucra servicios sobre SONET/SDH y sobre longitudes de onda, utilizando conmutadores ópticos y fotónicos.. 2.1. Características de las Redes Ópticas de Conmutación Automática (ASON) Como características principales de ASON se pueden mencionar: a) Capacidad para introducir nuevos servicios ópticos: Entre estos servicios, se destacan tres: Servicio de Ancho de Banda en Demanda (BODS) y Redes Privadas Virtuales Ópticas (OVPN). El BODS es implementado básicamente por las conexiones conmutadas y está dirigido a usuarios con gran demanda de capacidad y que necesitan nuevas conexiones o reconexiones por períodos cortos. ASON puede proveer nuevas conexiones en segundos, en lugar de los días u horas que tardaban las peticiones vía TMN. El servicio de OVPN debe cumplir con los requerimientos de los 19.

(30) Capítulo 2: Funcionalidades de las Redes Ópticas de Conmutación Automática. operadores IP, en el sentido de permitirle al usuario tener visibilidad y un control más o menos limitado sobre los recursos de la red reservados para este fin. Se le puede dar un control limitado a los usuarios, obviamente el Operador de ASON mantiene total control sobre todos los otros recursos. Otro aspecto importante es la configuración de servicios punto a punto. ASON soporta servicios estáticos SDH y servicios ASON punto a punto. Para configurar un servicio ASON solo se necesita especificar el nodo fuente, nodo destino, requerimientos de ancho de banda y nivel de protección, de esta forma queda creado el servicio. El servicio de ruteo y cross-conexión en los nodos intermedios es creado automáticamente por la red. Además se pueden seleccionar algunos nodos o enlaces por los que se desee que el servicio pase o no. La configuración de servicio punto a punto explota al máximo las funciones de ruteo y señalización de los elementos de red ASON lo cual brinda una mayor facilidad al operador a la hora de configurar un servicio. [10] b) Capacidad de enrutamiento dinámico: Son factores fundamentales de este punto los siguientes: Auto detección de vecinos: Cada nodo reconoce a sus nodos adyacentes. Auto detección de enlaces de conexión: Los nodos ASON son capaces de chequear automáticamente la disponibilidad de enlaces. Auto detección de topología: Tan pronto los OXC conocen todos sus enlaces de conexión, informan de la existencia de estas conexiones a todos los nodos dentro del dominio ASON a través de protocolos de enrutamiento como OSPF-TE. En otras palabras, existe una ingeniería de tráfico de los canales ópticos, donde la asignación de ancho de banda está basada en patrones de demanda en tiempo real. De esta forma todos los nodos en el dominio tienen una visión consistente de la red en su base de datos. Esta es una característica esencial sin la que el enrutamiento ASON no sería posible. Esto es posible sobre topologías de red tipo malla, sin embargo, no es eficiente sobre topologías de anillo, por el carácter asimétrico de sus patrones de tráfico.. 20.

(31) Capítulo 2: Funcionalidades de las Redes Ópticas de Conmutación Automática. Auto detección de clientes: Los OXC extremos monitorean continuamente sus interfaces tributarias para detectar cualquier equipo cliente conectado a ellos. c) Aumento de la estabilidad y escalabilidad en los sistemas de gestión de operaciones: En una red de transporte controlada totalmente por TMN (Telecommunications Management Network), el sistema de gestión de red debe tener conocimiento en tiempo real de la existencia y estado de todos los elementos de la red, enlaces entre ellos y sus caminos enrutados. Cuando ocurre cualquier cambio o falla en la red, la base de datos TMN puede volverse inconsistente y necesitar de algún tiempo para adaptarse al nuevo estado de la red. Como la red ASON es capaz de enrutar y restaurar las conexiones automáticamente en una forma mucho más tolerante a fallas, el requerimiento de mantener la consistencia de esta base de datos TMN es satisfecho. Además ASON liberó al TMN del enrutamiento. El plano de control de ASON está distribuido sobre todos los elementos de la red, lo que lo hace más escalable que el TMN central. d) Restauración más eficiente de servicios: Cuando ocurría una falla en un sistema tradicional, la base de datos TMN requería de algún tiempo para restablecer la comunicación, dado que se requerían de cálculos realizados por una pieza de software para reestructurar las rutas de conexión. ASON ofrece una restauración descentralizada. La actualización de la base de datos de la red se logra prácticamente en tiempo real. Esto permite recalcular los caminos de restauración con más precisión. Adicionalmente, los cálculos de rutas y el establecimiento de la conexión son distribuidos sobre todos los elementos involucrados de la red cuyos caminos terminales fallaron. ASON proporciona una red mallada protegida para garantizar la supervivencia del servicio y la seguridad de la red. A diferencia de los modos tradicionales de trabajo SDH, el establecimiento de una red mallada no necesita del 50% del ancho de banda reservado, con lo que se puede ahorrar ancho de banda y recursos para satisfacer de esta forma la demanda creciente de los usuarios. Este modo de trabajo también proporciona más de una ruta para cada servicio permitiendo un mejor aprovechamiento de los recursos y una mayor seguridad. 21.

(32) Capítulo 2: Funcionalidades de las Redes Ópticas de Conmutación Automática. La filosofía de ASON se implementó debido a la necesidad de un control en el transporte de las transmisiones ópticas que permitiera funcionalidades no posibles bajo las estructuras tradicionales, como ofrecer ancho de banda a solicitud en los canales de transporte óptico, escalabilidad a bajo costo, robustez del sistema, recuperación más rápida de conexiones y la administración flexible y eficiente de los canales ópticos, todo esto gracias al uso de un plano de control más inteligente sobre el plano de transporte de esta arquitectura y a los adelantos tecnológicos, tales como los OXC (Optical Cross Connect, Cross-Conectores Ópticos) y los PXC (Photonic Cross-Connect, Cross-conectores Fotónicos). [11] De esta manera aparece el concepto de Redes Ópticas de Conmutación Automática ASON (Automatic Switched Optical Network), en otras palabras, la OTN (Red de Transporte Óptico) tradicional emigrará de redes controladas por una arquitectura tipo TMN hacia un nuevo concepto distribuido, donde su ente fundamental es el Plano de Control, el cual se encarga de facilitar la rápida y eficiente configuración de las conexiones dentro de la capa de transporte. ASON representa una red de transporte óptico con capacidades para conexiones y enrutamientos dinámicos.. 2.2. Situación de la estandarización de las redes ópticas inteligentes Los Grupos de Trabajo XIII y XV de la UIT-T han definido dos nuevos conceptos de Redes de Nueva Generación, estos son: [11] ASTN (Red de Transporte de Conmutación Automática, Automatic Switched Transport Network). ASON (Red Óptica de Conmutación Automática, Automatic Switched Optical Network). A continuación se describen las principales recomendaciones de la UIT-T que estandarizan a las redes ASON: G.807: Describe los requisitos a nivel de red del plano de control de las redes ASTN. Estas redes proporcionan un conjunto de funciones de control destinadas a establecer y liberar conexiones de la red de transporte. Las redes ASTN deben ser. 22.

(33) Capítulo 2: Funcionalidades de las Redes Ópticas de Conmutación Automática. independientes de los clientes y de la tecnología para poder brindar servicios a múltiples clientes. [12] G.8080/Y.1304: Especifica la arquitectura y requisitos de las redes ASTN. Describe los componentes del plano de control que manipulan los recursos de la red de transporte para proporcionar las funcionalidades de establecimiento, mantenimiento y liberación de las conexiones. El uso de componentes permite la separación del control de llamada del control de conexión y la separación del encaminamiento y la señalización. [13] G.7713/Y.1704: Conceptos relativos a la Gestión de Conexión Distribuida (DCM), en la que se incluyen los requisitos para la interfaz UNI y la interfaz NNI. Estos requisitos especifican las comunicaciones de señalización entre los componentes funcionales que deben desempeñar operaciones automatizadas de conexión, tales como el establecimiento y la liberación de conexiones. G.7714/Y.1705: Aborda el descubrimiento automático generalizado. Describe los procesos de descubrimiento automático para soportar la gestión de conexión de distribución. Las aplicaciones del descubrimiento automático direccionado incluyen el descubrimiento vecino y el descubrimiento adyacente. G.7712/Y.1703: Trata aspectos relativos a la arquitectura y especificación de la Red de Comunicación de Datos (DCN) aplicable a ASON. Especifica la arquitectura y requisitos de esta red para apoyar el intercambio de mensajes ASON. También puede prestar apoyo a las comunicaciones en la Red de Gestión de Telecomunicaciones (TMN) tradicional. Todas estas comunicaciones se realizan entre el plano de transporte, el plano de control y el plano de gestión para la señalización y la gestión de la red ASON. Entre los días 15 y 16 de octubre del 2001 se publicó en Ginebra lo que corresponde a la nueva Recomendación G.8080 V1.0 (antiguamente G.ASON) sobre la arquitectura de las redes ASON. Esta recomendación describe la arquitectura de referencia para el plano de control de las redes ASON que soportan los requerimientos de identificación de la Recomendación G.807. Esta arquitectura de referencia está descrita en términos de. 23.

(34) Capítulo 2: Funcionalidades de las Redes Ópticas de Conmutación Automática. componentes funcionales y de las interacciones entre ellos. En la tabla 2.1 se presenta una cronología referida al surgimiento de las recomendaciones realizadas por la UIT-T relacionadas con el tema de ASON. Tabla 2.1: Cronología de desarrollo de las recomendaciones de la UIT-T. Fecha Enero 2001 Oct. 2001. Abril 2002. Enero 2003. Recomendación G.807 G.8080 G.7712. Descripción Requerimientos de ASTN Arquitectura de ASON Arquitectura y especificaciones de DCN. G.7713 G.7714 G.7715 G.7713.1 G.7713.2 G.7713.3. Administración de conexiones distribuidas Técnicas de descubrimiento automático generalizado Arquitectura y requerimientos del ruteo DCN basado en PNNI DCN basado en RSVP-TE DCN basado en CR-LDP. G.7714.1. Descubrimiento automático para SDH y OTN. G.8080 Oct. 2003. G.7715.1. Abril 2004. G.7713 G.7718. Primera rectificación Arquitectura de ruteo y requerimientos para los protocolos de estado de enlaces Primera rectificación Trama para administración de ASON. G.8080 G.7714. Segunda rectificación Segunda edición. Nov. 2004 Abril 2005. Estos esfuerzos de la UIT han contado con el soporte del Optical Internetworking Forum (OIF) y del Internet Enginneering Task Force (IETF), entre otros. [11] La tarea original del IETF fue la estandarización de los protocolos TCP/IP. Sin embargo hoy en día, se encuentra dedicado a la investigación de las redes ópticas inteligentes así como a la extensión completa de la red óptica de transmisión. Han desarrollado el conocido protocolo MPLS, el cual ha devenido en GMPLS. El modelo inicial de la red óptica inteligente del IETF fue basado en el Modelo Par (Ver Anexo B), incluyendo protocolos de ruteo (RSVP/CR-LDP), protocolos de señalización (OSPF/IS-IS) y el Protocolo de Gestión de Enlaces (LMP). El IETF trabaja para mejorar el protocolo GMPLS, de forma que soporte cualquier aplicación del protocolo UNI desarrollado por el OIF.. 24.

(35) Capítulo 2: Funcionalidades de las Redes Ópticas de Conmutación Automática.. Fig. 2.1: Estándares de la IETF. [14] El OIF, fundado en 1998, se ha ocupado de establecer el protocolo de señalización entre redes O-UNI/O-NNI. En el 2001 se llevó a cabo la organización y prueba final de interoperatividad entre los diferentes fabricantes. En la actualidad el OIF está enfrascado en la estandarización de los protocolos E-NNI y OIF-UNI versión 2.0.. Fig. 2.2: Estándares del OIF. [14]. 25.

(36) Capítulo 2: Funcionalidades de las Redes Ópticas de Conmutación Automática.. 2.3. Planos de ASON Las redes ópticas de conmutación automática están constituídas por tres planos: El de Transporte, el de Control y el de Gestión. En la Figura 2.1 se muestra la interacción entre estos planos.. Fig. 2.3: Interacción entre los planos de Gestión, Control y Transporte ASON. Con esta estructura se busca proveer a la red de un plano de control inteligente que cuente con aprovisionamiento dinámico y funciones de supervisión, protección y restauración de conexiones. A continuación se analizan las funciones de cada uno de los planos de ASON: Plano de control: dota a la red de inteligencia, este es el responsable de establecer, supervisar, mantener y liberar las conexiones. Plano de gestión: se encarga de la supervisión, configuración, seguridad y facturación de enlaces. Plano de transporte: está formado por la red de transporte óptica (OTN), este es el encargado de la transferencia de información entre usuarios a través de canales ópticos unidireccionales o bidireccionales. ASTN/ASON está diseñado para soportar múltiples clientes y variadas tecnologías. Esto crea los diferentes dominios de cada plano. La conexión intra-Dominios e inter-Dominios dentro de la capa de control se realiza a través de las interfaces I-NNI (Internal Network to Network Interface) y E-NNI (External Notwork to Network Interface) respectivamente. Además existe la interfaz que enlaza los dominios de los usuarios con la red de los proveedores de servicio que se conoce como UNI (User to Network Interface).. 26.

(37) Capítulo 2: Funcionalidades de las Redes Ópticas de Conmutación Automática. En la figura 2.4 se detalla como interactúan los diversos dominios de la red y los enlaces entre planos. Como se puede apreciar los planos de control y de transporte se encuentran bien diferenciados y sus interrelaciones vienen dadas por la Interfaz de Control de Conexión (CCI, Connection Controller Interface). A través de ella se pasa la información del control de la conexión para establecer las respectivas conexiones entre los diferentes puertos de los centros de conmutación ópticos. El protocolo en que se basa esta comunicación debe soportar dos aspectos fundamentales: establecimiento y liberación de conexiones y búsquedas del estado de los puertos.. Fig. 2.4: Interacción entre los dominios de red y enlaces entre planos. Entre los protocolos que cumplen con los requerimientos para la CCI se encuentra GSMP (General Switch Management Protocol), el cual es un protocolo de propósito general que permite el cumplimiento de las funciones básicas y se soporta en arquitecturas de redes tales como ATM y GMPLS. El plano de control ejecuta funciones para manipular efectivamente la capa de transporte. La primera función que ejecuta es el control del auto descubrimiento de los dispositivos y recursos de esta capa de transporte. Cada OXC comienza a detectar los recursos y capacidades disponibles en su adyacencia, así como las conexiones entre los otros dispositivos adyacentes, mediante el intercambio de señalización.. 27.

(38) Capítulo 2: Funcionalidades de las Redes Ópticas de Conmutación Automática. Cuando cada OXC reúne la información acerca de los recursos y la topología involucrada, la envía a los OCC (Controladores de Conexión Óptica) pertinentes utilizando las interfaces CCI. Luego estos OCC comienzan a descubrirse entre sí y con ello la topología de toda la red, además de los recursos de ancho de banda disponible utilizando para esto la NNI (interfaz de nodo a nodo) con el soporte de una versión mejorada del protocolo OSPF (Abrir primero la vía más corta – Open Shortest Path First). Con toda esta información recopilada se crea una base de datos de la topología de la red, que luego es utilizada por los OCC para calcular los caminos requeridos a través de esta red. Para la señalización de estos caminos, los OCC utilizan el protocolo de señalización GMPLS, esto permite activar, establecer, modificar o desactivar los enlaces en forma dinámica, procurando rutas óptimas y eficientes para los caminos ópticos (Lightpath). El enrutamiento distribuido le da a las redes escalabilidad, robustez, mayor velocidad de conmutación y mejor rendimiento de la señalización, permitiendo la creación de enrutamientos jerárquicos y varios dominios de administración. El controlador de conexiones óptico OCC (Optical Connection Controller) es el ente fundamental del plano de control. Aparte de las interfaces del plano de control UNI, I-NNI, E-NNI ya mencionadas, se tiene también la interfaz de gestión de la red NMI (Network Management Interface), necesaria para llevar a cabo las operaciones y mantenimiento del sistema.. 2.3.1 Plano de Transporte El Plano de Transporte proporciona un flujo unidireccional o bidireccional para el intercambio de información a ser usado entre dos entidades. Este contiene todos los elementos de transporte de red (switches y enlaces) que hacen posible la conexión. Las conexiones extremo a extremo son establecidas dentro del plano de transporte bajo la supervisión del plano de control de ASON, siendo este elemento la principal característica de interrelación entre estos planos. Los elementos básicos que conforman el plano de transporte son: Conmutadores Opticos •. OXC: Conmutadores ópticos/ eléctrico/ópticos. •. PXC: Conmutadores fotónicos (ópticos/ ópticos). 28.

(39) Capítulo 2: Funcionalidades de las Redes Ópticas de Conmutación Automática. Topología de red tipo malla de fibra óptica LMP: Protocolo de Administración de Enlace, (Link Management Protocol) En una red completamente mallada existen múltiples enlaces entre los elementos de red, el tráfico se encamina dinámicamente entre los nodos, según la demanda y la carga de los enlaces, esto permite la provisión de caminos entre cualquier punto de acceso a la red y una restauración más simple de los servicios en caso de fallas. Estas provisiones y restauraciones de caminos se harán en tiempos inferiores a los que la aplicación o el usuario puedan percibir, es decir, asegurando el cumplimiento del acuerdo de nivel de servicio (SLA, Service Level Agreement) que se tenga contratado. [15]. 2.3.2. Plano de Control ASON define una arquitectura para el Plano de Control que permite el establecimiento y desconexión de las sesiones como resultado de requerimientos de los usuarios. Para lograr una cobertura global y el soporte de múltiples tipos de clientes es que se describe esta arquitectura en términos de componentes y de un conjunto de reglas y puntos de referencia que se deben aplicar en los puntos de interfaz entre los clientes y la red y entre las propias redes en sí. Una arquitectura del plano de control bien diseñada debe dar a los proveedores de servicio un mejor control de su red proveyendo las siguientes características: [17] Soportar varias infraestructuras de transporte tales como la red de transporte SONET/SDH y la red de transporte Óptico (OTN). Ser aplicable independientemente del protocolo elegido. Ser aplicable independientemente de cómo el plano de control haya sido subdividido en dominios y áreas de enrutamiento y cómo los recursos de transporte hayan sido particionados en subredes. Ser aplicable independientemente de la implementación del control de conexión, es decir, que pueda abarcar desde una arquitectura de control completamente distribuida a una arquitectura de control centralizada. Esta arquitectura describe todos los componentes funcionales del plano de control incluyendo interfaces abstractas y primitivas, protocolos, etc. Detalla además las. 29.