Slides - Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - Institut für Telematik

Institut für TelematikUniversität KarlsruheAutomatische Netzoptimierungmittels eineszentralen Management-KnotensUwe Walter

GliederungNGN-Architektur in KINGNetwork Control ServerStrategieReaktionsbeispiele und EvaluierungHilfsmittel für NetzbetreiberAusblickZusammenfassungFolie 2 Uwe Walter - www.tm.uka.de - Institut für Telematik, Universität Karlsruhe

Next Generation Network (NGN) Trend: Konvergenz hin zu IP-basierten Netzwerken• (Vortrag von Prof. Hoogendoorn) Anforderungen• Quality of Service (QoS)– verschiedene Dienstklassen• Robustheit– Ausfallsicherheitinsbesonderein Kombinationanspruchsvoll• Effizienz– hauptsächlich auch wirtschaftlichFolie 3 Uwe Walter - www.tm.uka.de - Institut für Telematik, Universität Karlsruhe

KING: NGN-ArchitekturParadigmen:zustandsloser Netzkern bessere Skalierbarkeit und ReaktionsgeschwindigkeitQoS-Support Network Admission Control (NAC) für hochpriore Dienste• Reservierungen am Netzrand• Blockierungen möglichZustandNACNACKern(zustandslos)Folie 4 Uwe Walter - www.tm.uka.de - Institut für Telematik, Universität Karlsruhe

KING-ArchitekturVerschiedene Zeitanforderungen für verschiedene AufgabenIn Echtzeit: Forwarding• Router Linkfehlerbehandlung• Router und Intradomain-Routing-Protokoll (z.B. OSPF/ECMP)• Schnelle Fehlererkennung / „Timer-Tuning“ Reservierungsbehandlung• NAC-Instanzen mit lokalem VerkehrsbudgetZustandNACNACKern(zustandslos)Folie 5 Uwe Walter - www.tm.uka.de - Institut für Telematik, Universität Karlsruhe

KING-Architektur„Nicht-Echtzeit“, d.h.Operationen die nicht in Echtzeit nötig oder möglich sind: Netzoptimierung• OSPF/ECMP-Linkgewichte• Vorbereitung auf Fehlerfälle NAC-Budget-VerteilungZustandNACNACKern(zustandslos)Folie 6 Uwe Walter - www.tm.uka.de - Institut für Telematik, Universität Karlsruhe

KING-Architektur: NCSNetwork Control Server (NCS) Plattform für die „Nicht-Echtzeit“-Aufgaben• NCS nicht obligatorisch Vorteile für die Robustheit“Nicht-Echtzeit”-OperationenNetworkControlServerA 3 = AutomatischAdaptivAutonomEchtzeit-OperationenBudgets, Regeln,ParameterZustandNACStatistiken,AlarmeNACKern(zustandslos)Folie 7 Uwe Walter - www.tm.uka.de - Institut für Telematik, Universität Karlsruhe

NCS-ArchitekturRouterNACsBetreibereingabenNCSTopologieLink StateAnalyzerFeedbackLinkauslastungNAC Feedback(Budgetauslastung)KorrelationUserInterfaceGeplante Verkehrsmatrix,Dienste,PoliciesDecisionUnitNMC: Evaluierung desNetzzustands undStrategieentscheidungScenarioEvaluatorOptimierungder LinkgewichteBerechnung vonNAC-BudgetsStrategyExplanation &VisualizationRouterKonfiguratorLinkgewichteRouterNACKonfiguratorBudgetsNACsUserInterfaceBetreiberVisualisierung,Alarme, etc.Folie 8 Uwe Walter - www.tm.uka.de - Institut für Telematik, Universität Karlsruhe

Strategie (Ziel: Minimierung der Blockierungen)periodischVerkehrsmatrixschätzungBlockierberechnungHoldoff-TimerLink StateAnalyzerTopologieänderung(z.B. Linkfehler)OptimierungderLinkgewichtejaBlockierwahrscheinlichkeitenunter konfiguriertem Schwellwert?neinBerechnung vonneueNAC-BudgetsTopologieBerechnung vonNAC-BudgetsBlockierberechnungBlockierberechnungBlockierwahrscheinlichkeitenunter konfiguriertem Schwellwert?jaNACKonfiguratorneinBlockierwahrscheinlichkeitenunter konfiguriertem Schwellwert?neinNachrichtan NOCRouterKonfiguratorNACKonfiguratorjaFolie 9 Uwe Walter - www.tm.uka.de - Institut für Telematik, Universität Karlsruhe

Schätzung der VerkehrsmatrixStatt: Nur Messung der aktuellen VerkehrsmatrixPeriodische Schätzung des angebotenen Verkehrs Kombination aus:• Geplanter Verkehrsmatrix• Aktueller Budgetauslastung• Menge an blockiertem Verkehr Einbeziehung vergangener Werte (mit Alterung) Parameter konfigurierbar durch Netzbetreiber Bessere Einbeziehung von blockiertem Verkehr In Kombination mit Blockierungsschätzung frühere Reaktion möglichFolie 10 Uwe Walter - www.tm.uka.de - Institut für Telematik, Universität Karlsruhe

Reaktionsbeispiel (Theorie)Änderung der Verkehrsmatrixλohne Reaktion: Überschreitung des lokale Budgets BlockierungenBudgetTrafficxx xxx xx x x xLost Callsgemessener VerkehrMeasuredTrafficReaktion nur auf gemessene Blockierung kann erst nach Blockierungen erfolgenMeasuredBlockingreactionthreshold!Reaktion auf geschätzte Blockierung schon vor Blockierungen möglichEstimatedBlocking!reactionthresholdFolie 11 Uwe Walter - www.tm.uka.de - Institut für Telematik, Universität Karlsruhe

Reaktionsbeispiel (Simulation)Simulierte Reaktion auf Änderungen in der Verkehrsmatrixdurch Anwendung der Erlang-Formel aufgeglättete VerkehrsmengeReaktion vor Auftritt von BlockierungenFolie 12 Uwe Walter - www.tm.uka.de - Institut für Telematik, Universität Karlsruhe

Evaluierung der StrategieSimulationsbeispiel: 20-Knoten-Netz (Topologie folgt), optimiert auf eine gegebene Verkehrsmatrix verschiedene Änderungen der Verkehrsmatrix (x-Achse 1-15):• Blockierung nach Änderung / nach Budgetoptimierung / nach Metrik- und Budgetopt.Resultat:1. Strategie, zuerst nurBugetoptimierung zuversuchen, macht Sinn2. In vielen Fällen ermöglichtdie zusätzlicheNeuoptimierung derMetriken nochmalsReduktion des blockiertenVerkehrsAnteil blockierter Verkehr0,180,160,140,120,10,080,060,040,020Initiale BlockierungBlockierung nach BudgetoptimierungBlockierung nach Metrik- und Budgetoptimierung1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15VerkehrsmatrizenFolie 13 Uwe Walter - www.tm.uka.de - Institut für Telematik, Universität Karlsruhe

NCS als Hilfsmittel für NetzbetreiberAutomatisierte Optimierung der Netztopologie Einfügen neuer Links, Upgrade von Linkkapazitäten, Entfernen unnötiger LinksFolie 14 Uwe Walter - www.tm.uka.de - Institut für Telematik, Universität Karlsruhe

AusblickErfahrungssammlung Historie von Verkehrsmatrizen Durchschnittsbildung und Trendschätzung Vorbereiten des Netzes vor Änderungen der VerkehrsmatrixeLinkStateChange()pendingGraphFlexible StrategiekonfigurationYcompGraph| failedLinks | = 1 ?pendingGraphgGraphnewLinksfailedLinksfailedLinks regelbasiertes System (ähnlich SPS) je nach BetreiberanforderungenfSetTimer(holdTimer,holdTime)ret.NtimerActive(holdTimer)?YfResetTimer(holdTimer)copy valueNeTimerExpired(holdTimer)pendingGraphgGraph• so einfach und fehlertolerant wie möglich• so flexibel wie nötigfGetNACDatagraphfCompActiveTMNACDataplannedTMescalateReactiongraph1TMfailScenblockingLimitslastBlockinggGraphplannedTMgGraphgFailScenblockingLimitslastBlockinggBudgetsgMetricsret.Folie 15 Uwe Walter - www.tm.uka.de - Institut für Telematik, Universität Karlsruhe

ZusammenfassungZentraler Management-Knoten zur Netzoptimierung Network Control Server (NCS) Globale Netzoptimierung (nicht Echtzeit-kritisch) Sensoren, Strategie, Optimierungsalgorithmen und Aktoren Hilfsmittel für Betreiber (beispielsweise Visualisierung)Evaluierung der Strategie und der resultierenden Netzoptimierung Reduktion der Blockierungen, Reduktion der maximalen LinkauslastungPotential für ErweiterungenFolie 16 Uwe Walter - www.tm.uka.de - Institut für Telematik, Universität Karlsruhe