Raport końcowy - Wyższa Szkoła Informatyki i Zarządzania w

Raport końcowy - Wyższa Szkoła Informatyki i Zarządzania w

Nowe metody analizy i optymalizacji
architektury złożonych sieci
telekomunikacyjnych następnej generacji
Raport końcowy z realizacji projektu
1. Zakres przeprowadzonych badań.
Celem projektu było opracowanie metod optymalizacji architektury złożonych sieci następnej
generacji oraz zaproponowanie odpowiednich technik analizy i modelowania sieci nowego typu.
Badania będące przedmiotem projektu miały charakter teoretyczno-symulacyjny. W badaniach
zostały użyte elementy teorii grafów, teorii obiektów a także metody statystyczne. Ze względu na
to, iż przedmiotem badań były jedynie koncepcje a nie istniejące sieci, w celu weryfikacji wyników
analiz zastosowane zostały metody symulacyjne oraz numeryczne.
Prace zostały podzielone na szereg zadań z których najważniejsze to:
1. Analiza funkcjonalna sieci opartych na koncepcji sieci następnej generacji GMPLS/ASON,
analiza architektury z rozłącznymi płaszczyznami funkcjonalnymi i jej wpływu na sposób
działania. Ocena wpływu wielowarstwowości na parametry sieci oraz środowiska
wielooperatorskiego i wielodomenowego.
2. Analiza wymagań i określenie kryteriów optymalizacyjnych funkcjonalnych,
wydajnościowych i ekonomicznych ocena obszarów optymalizacji architektury z
uwzględnieniem wielu kryteriów. Analiza możliwości zastosowania lub dostosowania
znanych metod optymalizacji.
3. Instalacja i konfiguracja środowiska do modelowania i symulacji, utworzenie modelu sieci
(implementacja wybranych mechanizmów i protokołów), testy funkcjonalne utworzonych
modeli.
4. Opracowanie scenariuszy symulacyjnych dla wybranych topologii referencyjnych.
Przeprowadzenie symulacji. Analiza i opracowanie wyników symulacji
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz
z budżetu Państwa w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Podkarpackiego na lata 2007 – 2013.
Inwestujemy w rozwój województwa podkarpackiego.
Strona 1/5
5. Ocena skuteczności proponowanych metod. Sformułowanie wniosków.
Ze względu na to, iż badania wymagały przygotowania narzędzi symulacyjnych prace w dużej
części dotyczyły prac projektowych i implementacji tychże narzędzi.
2. Opis przeprowadzonych badań.
Pierwszym etapem prowadzonych badań była analiza funkcjonalna koncepcji GMPLS – sieci
następnej generacji opracowanej przez IETF (Internet Engineering Task Force), oraz ASON – wizji
tejże sieci zaproponowanej przez ITU-T (Internetional Telecommunicatuon Union). Analiza
przeprowadzona została w oparciu o rekomendacje IETF i ITU-T, OIF (Optical Internetworking
Forum) oraz dziesiątki prac naukowych. W oparciu o przeprowadzoną analizę określono wpływ
architektury badanych sieci ich działanie ze szczególnym uwzględnieniem możliwości
implementacji płaszczyzn funkcjonalnych jako niezależnych sieci. W szczególności
przeprowadzono analizę wpływu wielowarstwowości sieci i ich złożoności na ich funkcjonowanie
oraz wykonano analizę ich funkcjonalno-eksploatacyjnych charakterystyk opartą o teorię grafów.
Dla sieci szkieletowych (rdzeniowych) opracowano także metody optymalizacji architektury sieci,
rozumianej nie tylko jako topologia ale również mechanizmy sygnalizacyjne, pod kątem
efektywności i optymalności zestawianych ścieżek połączeń co jest szczególnie istotne dla usług
które wymagają szybkiej rekonfiguracji takich jak systemy mobilne czy usługi nowej generacji typu
BoD (Bandwidth-on-Demand) czy OVPN (Optical VPN).
Najbardziej czasochłonnym i skomplikowanym etapem prac było przygotowanie narzędzi do
modelowania sieci nowego typu. Prace były realizowane w kilku obszarach. Z jednej strony podjęto
implementację potrzebnych modułów do znanych ze środowiska akademickiego symulatorów
zdarzeń dyskretnych Omnet++, oraz ns-2 (Network Simulator). Z drugiej strony badania
prowadzano korzystając z klasycznych metod symulacji statystycznych takich jak metoda Monte
Carlo którą użyto do badania metod optymalizacji architektury płaszczyzny sterowania pod kątem
niezawodności i jej wpływu na jakość usług.
Opracowanie modułów w w/w środowiskach wymagało zapoznania się z architekturą danego
środowiska oraz jego specyfiką, co okazało się nie lada wyzwaniem. W efekcie długotrwałych i
intensywnych prac powstały narzędzia pozwalające efektywnie modelować sieci GMPLS/ASON.
Są to wprawdzie modele, które implementują jedynie wybrane funkcje i mechanizmy, ale były one
wystarczające do kontekście realizowanego projektu. Należy zaznaczyć, że zarówno powstałe
modele jak i środowiska symulacyjne będą rozwijane także po zakończeniu projektu, a zdobyte
Nowe metody analizy i optymalizacji architektury złożonych sieci telekomunikacyjnych następnej generacji
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz
z budżetu Państwa w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Podkarpackiego na lata 2007 – 2013.
Inwestujemy w rozwój województwa podkarpackiego.
Strona 2 / 5
doświadczenie zaowocuje
teleinformatyki.
nowymi
ciekawymi
badaniami
w
obszarze
szeroko
pojętej
Dla środowiska Omnet++ powstał model dwuwarstwowej sieci sterowanej zgodnie z koncepcją
ASON/GMPLS, co pozwoliło wykonać badania dotyczące wpływu zaproponowanych strategii
alokacji zasobów w środowisku wielowarstwowych sieci ze zintegrowanym sterowaniem na różne
aspekty funkcjonowania sieci takie jak efektywność udostępniania usług, wykorzystanie zasobów a
więc także koszty działania, czy obciążenie sieci poszczególnych płaszczyzn funkcjonalnych.
Równolegle trwały prace nad modelami sieci dla środowiska ns-2. W wyniku tych prac powstał
model sieci z rozłącznymi płaszczyznami funkcjonalnymi oraz m.in. zaimplementowanymi
mechanizmami protekcji i odtwarzania. Pozwoliło to przeprowadzić szereg badań związanych z
wpływem architektury sieci, a w szczególności sieci płaszczyzny sterowania na jakość oferowanych
usług, w tym przede wszystkim na niezawodność z jaką usługi te są dostarczane. Zaproponowano
także pewne rozwiązania związane z projektowaniem i implementacją sieci następnej generacji.
3. Efekty
Do efektów realizowanego projektu należy zaliczyć:
• wyniki przeprowadzonych badań oraz wynikające z nich publikacje zawierające ich
syntetyczny opis;
• narzędzia, które zostały przygotowane w celu przeprowadzenia symulacji badanych
koncepcji sieci, opracowane modele i scenariusze symulacyjne, a także zdobyte
doświadczenie związane z przygotowywaniem modeli oraz scenariuszy symulacyjnych;
• zaangażowanie w badania studentów, którzy dzięki udziałowi w projekcie zdobyli cenne
doświadczenie zarówno w obszarze badań naukowych jak i prac nad projektem
informatycznym.
Każdy z tych elementów przekłada się na istotny wkład jaki wnosi realizacja projektu w wybrane
obszary telekomunikacji jako nauki oraz zwiększenie prestiżu oraz potencjału naukowego Uczelni.
3.1. Narzędzia
W ramach projektu powstały narzędzia pozwalające na modelowanie sieci następnej generacji
zgodnych z koncepcją ASON/GMPLS. Narzędzia te oparte zostały o środowiska symulacyjne ns-2
oraz Omnet++. Zarys implementacji został przedstawiony w raporcie technicznym Modelowanie
sieci szkieletowych następnej generacji
Nowe metody analizy i optymalizacji architektury złożonych sieci telekomunikacyjnych następnej generacji
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz
z budżetu Państwa w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Podkarpackiego na lata 2007 – 2013.
Inwestujemy w rozwój województwa podkarpackiego.
Strona 3 / 5
Modele sieci zostały udostępnione na stronie Web Katedry Elektroniki i Telekomunikacji Wyższej
Szkoły Informatyki i Zarządzania w w Rzeszowie
3.2. Udział studentów
W badania zaangażowani byli następujący studenci:
•
•
•
Łukasz Tomal – student informatyki 3/4 roku studiów inżynierskich I stopnia, specjalność
teleinformatyka;
Krzysztof Sobejko – student informatyki 3/4 roku studiów inżynierskich I stopnia,
specjalność teleinformatyka;
Oleksandr Kolodiychuk – student informatyki 2/3 roku studiów inżynierskich I stopnia,
specjalność programowanie.
Studenci zaangażowani byli w proces projektowania oraz implementacji narzędzia symulacyjnego
opartego o pakiet Omnet++. Praca w projekcie była inspiracją dla podjętych tematów prac
dyplomowych. Pan Łukasz Tomal przygotował pracę dotyczącą sieci optycznych, natomiast Pan
Krzysztofa Sobejko przygotował pracę dotyczącą modelowania sieci teleinformatycznych w
środowisku Omnet++. Studenci zaangażowani w projekcie zadeklarowali chęć współpracy w
dalszych badaniach w tym obszarze oraz wyrazili zainteresowanie udziałem w innych badaniach
prowadzonych na Wydziale Informatyki Stosowanej WSIiZ.
3.3. Publikacje i raporty
W ramach projektu zostały przygotowane następujące publikacje naukowe i raporty:
[1] Janusz Korniak, Paweł Różycki, „The ASON Control Plane” Redundancy, Computer
Communication/Telecommunication Systems (złożony do recencji)
[2] Paweł Różycki, Andrzej Niedziałek, „Impact of the Control Plane Architecture on
Reliability of Optical Networks”, International Journal of Networks and Communications
(złożony do recenzji)
[3] Paweł Różycki, Mirosław Hajder, Mariusz Nycz, „Analiza funkcjonalno-eksploatacyjnych
charakterystyk hierarchicznych sieci komunikacyjnych”, Innowacyjna Gmina, str. 189-211.
[4] Mirosław Hajder, Janusz Kolbusz, Paweł Różycki, Mariusz Nycz, „Wybrane aspekty
optymalizacji sieci o rzadkiej strukturze” – opublikowany na stronach Katedry Elektroniki i
Nowe metody analizy i optymalizacji architektury złożonych sieci telekomunikacyjnych następnej generacji
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz
z budżetu Państwa w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Podkarpackiego na lata 2007 – 2013.
Inwestujemy w rozwój województwa podkarpackiego.
Strona 4 / 5
Telekomunikacji Wyższej Szkoły Informatyki i Zarządzania w Rzeszowie
[5] Janusz Korniak, Paweł Różycki, “Next-Generation Optical Networks: QoS for Industry”,
monografia (w trakcie przygotowywania)
[6] Paweł Różycki, Andrzej Niedziałek, Janusz Korniak, Leszek Puzio, Leszek Gajecki, Rafał
Niemiec, Paweł Cudek, Łukasz Tomal, Krzysztof Sobejko, Oleksandr Kolodiychuk,
„Modelowanie sieci szkieletowych następnej generacji”, raport techniczny – opublikowany
na stronach Katedry Elektroniki i Telekomunikacji Wyższej Szkoły Informatyki i
Zarządzania w Rzeszowie
4. Podsumowanie
Podsumowując realizację projektu można stwierdzić, że założone cele zostały zrealizowane.
Przeprowadzono analizę sieci następnej generacji jakimi są koncepcje sieci proponowane przez
IETF oraz ITU-T czyli GMPLS/ASON. Zaproponowano rozwiązania mające na celu optymalizacje
sieci tego typu w wielu obszarach. Przygotowano także narzędzia do symulacji tychże sieci a
doświadczenie zdobyte przy ich projektowaniu, implementacji a następnie wykorzystaniu, z
pewnością nie pozostanie bez wpływu na podniesienie potencjału badawczego Uczelni.
Nowe metody analizy i optymalizacji architektury złożonych sieci telekomunikacyjnych następnej generacji
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz
z budżetu Państwa w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Podkarpackiego na lata 2007 – 2013.
Inwestujemy w rozwój województwa podkarpackiego.
Strona 5 / 5