ES2400434A2

ES2400434A2 - Procedimiento y sistema para la supervivencia de una red óptica frente a múltiples fallos

Info

Publication number: ES2400434A2
Application number: ES201130064A
Authority: ES
Inventors: Oscar GONZALEZ DE DIOS
Original assignee: Telefonica SA
Current assignee: Telefonica SA
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2013-04-09
Anticipated expiration: 2031-01-20
Also published as: US20140016924A1; ES2400434B1; WO2012097946A1; EP2666250B1; EP2666250A1; ES2634554T3; ES2400434R1; AR084842A1

Abstract

El procedimiento comprende usar un esquema de restauración de trayecto planificado previamente para computar con antelación, o precalcular, trayectos de recuperación para recuperar trayectos de trabajo fallidos, y particularmente comprende precalcular un conjunto de trayectos de recuperación para cada trayecto de trabajo que enlaza un nodo de origen con un nodo de destino, y simultáneamente usar los trayectos de recuperación del conjunto de trayectos de recuperación para tratar de comunicar el nodo de origen con el nodo de destino, en caso de que se hayan producido uno o más fallos en el trayecto de trabajo. El sistema está dispuesto para precalcular un conjunto de trayectos de recuperación para cada trayecto de trabajo y simultáneamente usarlos para recuperar un fallo de trayecto de trabajo, y es adecuado para implementar el procedimiento.

Description

Procedimiento y sistema para la supervivencia de una red óptica frente a múltiples fallos

Campo de la técnica

La presente invención se refiere en general, en un primer aspecto, a un procedimiento para la supervivencia de una red óptica frente a múltiples fallos, y más particularmente a un procedimiento que permite a una red óptica reaccionar rápidamente en caso de fallos de trayectos de trabajo precalculando un conjunto de trayectos de recuperación para cada trayecto de trabajo que enlaza un nodo de origen con un nodo de destino, con reserva de recursos hacia atrás.

En un segundo aspecto, la invención se refiere en general a un sistema para la supervivencia de una red óptica frente a múltiples fallos, y más particularmente a un sistema dispuesto para precalcular un conjunto de trayectos de recuperación para cada trayecto de trabajo y simultáneamente usarlos para recuperar un fallo de trayecto de trabajo.

Estado de la técnica anterior

En la actualidad, las redes ópticas de transporte son la solución para mover volúmenes enormes de datos de un punto a otro en ubicaciones geográficamente diferentes. Una red óptica de transporte se compone de conmutadores fotónicos interconectados por enlaces de fibra. No es poco habitual un fallo en los enlaces de fibra o los nodos. La fuente de los fallos está relacionada con fallo de equipo en el enlace (por ejemplo amplificadores), cortes en las fibras, por ejemplo por obras en carreteras, excavación, fallo de potencia o mal tiempo. Para estimar la cantidad de fallos en la red, pueden verse los informes FCC, que publicaron conclusiones de que redes de larga distancia experimentan anualmente 3 cortes por cada 1500 km de fibra [Grover03]. Esto implica un corte cada cuatro días en una red de larga distancia típica con 45000 km de fibra. Por tanto, es necesario proporcionar a la red medios para mantener la continuidad del servicio en presencia de fallos. No solo debe poder la red reaccionar a un fallo individual, sino también a una situación de múltiples fallos en la que varios enlaces o nodos resultan afectados simultáneamente (o uno tras otro). Un fallo doble puede llevar a una desconexión del servicio. No es poco habitual llegar a una situación en la que antes de reparar un fallo, se produce otra avería en la red. Asimismo, situaciones catastróficas, como las provocadas por mal tiempo o indisponibilidad de potencia, afectan a múltiples ubicaciones cercanas geográficamente.

En resumen, puesto que las redes ópticas transportan volúmenes enormes de datos, un tiempo de recuperación rápido es crítico para evitar la pérdida de Tb de datos. El impacto de la indisponibilidad de red se estudia en [Grover03] y se resume en la figura 1. La dinámica de red comienza a resultar ligeramente afectada entre 50 ms y 200 ms, y entre 200 ms y 2 s, la dinámica empieza a resultar afectada más seriamente. Por encima de 2 s, los negocios empiezan a verse afectados, lo que puede provocar millones de euros en pérdidas por hora. Por tanto, una recuperación rápida recuperación es de extrema importancia en una red de transporte.

En la actualidad, la solución para proporcionar posibilidad de supervivencia en redes ópticas de transporte se basa en GMPLS [RFC3471], un avance evolutivo de MPLS que soporta multiplexación por conmutación de paquetes, división de tiempo y longitud de onda. GMPLS es la base de un plano de control de red óptica de transporte. La especificación funcional de la recuperación GMPLS se describe en [RFC 4426]. Para el resto de la presente descripción, se usará la terminología para Recuperación (Protección y Restauración) para GMPLS especificada en [RCF 4427].

GMPLS define diferentes modos de lograr posibilidad de supervivencia. En una red óptica de transporte, las conexiones de datos de extremo a extremo se conocen como LSP (trayecto conmutado por etiquetas). Según [RFC4426], un (LSP) puede estar sujeto a recuperación local (ámbito), de segmento y de extremo a extremo. Ámbito local se refiere a la protección del enlace entre dos conmutadores vecinos. Protección de segmento se refiere a la recuperación de un segmento entre dos nodos. Finalmente, protección de extremo a extremo se refiere a la protección de un LSP entero desde el nodo de entrada hasta el nodo de salida.

Según [RFC4427], la protección y restauración de LSP conmutados bajo estrechas limitaciones de tiempo es un problema que supone un reto. Esto es particularmente de aplicación para redes ópticas que consisten en multiplexación por división de tiempo (TDM) y/o conexiones cruzadas todo ópticas (fotónicas) denominadas nodos GMPLS (o simplemente nodos, o incluso a veces “encaminadores por conmutación de etiquetas, o LSR”) conectados en una topología general [RFC3945].

Para el resto de la presente descripción, el LSP de trabajo se denominará LSP para transportar tráfico de usuario normal, y el LSP de recuperación, LSP para transportar tráfico de usuario normal cuando falla el LSP de trabajo.

GMPLS [RFC4426] e ITU-T [G.801] definen varios esquemas de posibilidad de supervivencia, agrupados en esquemas de protección y restauración, que se resumen a continuación, junto con esquemas combinados.

-: Esquemas de protección:

a) Protección dedicada 1+1

Este esquema se basa en el preestablecimiento de un LSP (trayecto conmutado por etiquetas) de recuperación de protección disjunta de recursos dedicado asociado con el LSP de trabajo. El tráfico se divide y simultáneamente se envía en ambos trayectos pero cuando se detecta un fallo entonces toda la información se envía a través del trayecto que no está afectado por el fallo.

b) Protección con tráfico adicional 1:1

Este esquema es similar a 1+1, aunque permite transportar tráfico adicional en el LSP de recuperación. Este tráfico adicional tendrá prioridad en caso de fallo.

c) Protección 1:n

Un LSP de recuperación se establece para proteger N LSP de trabajos. En caso de que 2 o más LSP fallen, sólo uno de ellos puede usar el LSP de recuperación.

d) Protección m:n

m LSP de recuperación se establecen para proteger n LSP de trabajo. Si más de m LSP fallan, algunos de los LSP de trabajo no pueden recuperarse.

e) SMP (protección por malla compartida)

Según SMP, cada conexión de trabajo se protege mediante un trayecto de protección preestablecido. El trayecto de protección puede compartir algunos recursos con otros trayectos de protección. Los recursos están reservados para la protección, pero los trayectos de recuperación no están establecidos. Tras la notificación y localización del fallo, el trayecto de protección se establece completamente.

La principal diferencia con los esquemas anteriores es que partes del LSP de recuperación se comparten con otros LSP de recuperación (no todo el trayecto de recuperación).

-: Esquemas de restauración:

a) Restauración de LSP planificada previamente

Antes de la detección y notificación del fallo, uno o más LSP de restauración se precomputan y señalizan entre el mismo par de nodos de entrada-salida que el LSP de trabajo, pero no se establecen (conexión cruzada). Tras la notificación del fallo y su localización, se selecciona un LSP de recuperación entre los precalculados y se establece completamente.

b) Restauración por malla compartida

La restauración por “malla compartida” se define como un caso particular de la restauración de LSP planificada previamente que reduce los requisitos de recurso de restauración permitiendo múltiples LSP de restauración (iniciados desde distintos nodos de entrada) para compartir recursos comunes (incluyendo enlaces y nodos).

Este mecanismo es muy similar a la protección por malla compartida (SMP) en la ITU-T. La principal diferencia es que SMP reserva los recursos, mientras que en la restauración por malla compartida no hay ninguna garantía.

c) Restauración de LSP

Tras la detección y notificación del fallo, se computa, señaliza y establece completamente un LSP alternativo. El LSP alternativo se señaliza a partir del nodo de entrada y puede reutilizar los recursos del nodo intermedio del LSP de trabajo bajo condición de fallo (y también puede incluir nodos intermedios adicionales.)

No hay LSP de recuperación específicos activados protegiendo el LSP de trabajo.

Sin embargo, el LSP de trabajo puede restaurarse potencialmente a través de cualquier ruta disponible alternativa, con o sin una ruta de restauración precomputada. En este caso los recursos para el LSP de recuperación pueden preasignarse, pero se necesita señalización explícita para activar los LSP de recuperación. Los inventores denominan lo anterior restauración precomputada.

- Esquemas combinados Adicionalmente, estos esquemas pueden combinarse para obtener niveles de protección adicionales: Protección 1+1 + Restauración combinada (PRC): En este caso, el trayecto se protege mediante un LSP dedicado, y cuando o bien el LSP de trabajo o bien el

LSP de protección fallan, se restauran.

[RFC 4872] define las extensiones RSVP-TE necesarias para soportar recuperación generalizada de extremo a extremo (GMPLS).

La posibilidad de supervivencia en redes ópticas de transporte también está estandarizándose en la ITU-T SG

15. A este respecto, la protección por malla compartida está definiéndose actualmente (G.SMP).

Existen varios documentos de patente que tratan de resolver la posibilidad de supervivencia en redes ópticas de transporte, algunos de los cuales se citan y se describen brevemente a continuación.

Documento US20050259570A1 - Método de recuperación de fallos para red de conmutación por etiquetas multiprotocolo, implica recibir notificación de evento de fallo que indica que se ha producido un fallo tras realizar la localización del fallo, y realizar el cálculo del trayecto alternativo. El método implica recibir una notificación de evento de fallo que indica que se ha producido un fallo tras realizar la localización del fallo. Se espera un tiempo de espera predeterminado mayor que un tiempo que se tarda en recibir notificaciones de información de estado de enlaces distintos de un enlace que está utilizándose como LSP. Se realiza cálculo de trayecto alternativo basándose en la notificación de evento de fallo y las notificaciones de información de estado [Hitachi].

Documento US20030084367A1 - Red de comunicación, por ejemplo, red de malla, aloja un trayecto de tráfico en una capa de recuperación de fallo a través de un trayecto de transporte específico cuando un trayecto de transporte no funciona adecuadamente.

Documento WO2008006268A1 – Método para realizar protección de servicio en red óptica conmutada automáticamente, implica establecer una conexión según una petición de establecimiento de trayecto de recuperación, y conmutar el servicio de trayectos de trabajo a trayectos de recuperación. [Huawei]

Una de las principales limitaciones de las diferentes soluciones es la necesidad de localizar el fallo en la red. La localización del fallo necesita un protocolo similar a Hello para el descubrimiento y mensajes para la notificación [Rozycki07]. El tiempo para localizar el fallo depende del tiempo de transmisión desde el nodo más próximo al fallo y el nodo origen de los LSP afectados y el tiempo de procesamiento en los nodos. Este tiempo puede variar en el intervalo de cientos de milisegundos, dependiendo del tamaño de la red. Por tanto, evitar este tiempo puede ser la diferencia entre no tener impacto en los servicios e interrupciones en los servicios.

Para resumir, las principales limitaciones de las soluciones actuales son:

Esquemas de protección:

Las protecciones 1+1, 1:1, 1:n y m:n no pueden sobrevivir en caso de dobles/múltiples fallos. Además, en los casos con tráfico adicional, debe darse prioridad a este tráfico en caso de fallos. Sólo el mecanismo 1+1 garantiza la recuperación de todos los LSP

Por otro lado, los esquemas de protección son los únicos que se recuperan en menos de 50 ms.

Esquemas de restauración:

a) Restauración de LSP

La primera etapa en este esquema es saber la ubicación exacta del fallo. Por tanto, la red debe tener mecanismos para proporcionar tal información. La siguiente etapa es el cálculo del LSP de recuperación, que no puede empezar hasta que la información de la ubicación del fallo llegue al nodo. El cálculo del LSP de recuperación incluye, actualizar la topología, calcular un trayecto alternativo, asignar una nueva longitud de onda y comprobar todas las restricciones físicas del trayecto. A continuación debe señalizarse la ruta y realizarse todas las conexiones cruzadas.

Todas estas etapas pueden llevar varios segundos en redes ópticas conmutadas por longitud de onda. Además, no hay garantías de que la ruta calculada no interfiera con otras rutas calculadas. En caso de que haya conflictos, el tiempo de recuperación aumenta significativamente.

b) Restauración de LSP planificada previamente / Restauración por malla compartida

Para aliviar el tiempo de restauración, puede computarse un trayecto de recuperación (o un conjunto de trayectos de recuperación) con antelación. Asimismo, como indica RFC4426, en caso de múltiples fallos, la capacidad de restauración por malla compartida puede solicitarse para más de un LSP fallido y el LSP de recuperación puede activarse para uno de ellos como máximo.

Esta clase de esquemas son los más adecuados para recuperar en caso de fallo múltiple. Sin embargo, en la actualidad los mecanismos necesitan la notificación del fallo para iniciar el proceso de recuperación. Aunque pueden precomputarse múltiples trayectos de recuperación, sólo puede seleccionarse y señalizarse uno de ellos. Por tanto, si el LSP de recuperación seleccionado falla, por ejemplo, porque usa los mismos recursos compartidos que otro LSP, tendrá que intentarlo de nuevo, ampliando el tiempo de recuperación.

En el mejor de los casos, una restauración planificada previamente satisfactoria será del orden de cientos de milisegundos. Por tanto, pueden aparecer problemas de HELLO entre los encaminadores y las sesiones TCP empezar a fallar. Cuando varias restauraciones LSP entran en conflicto, el tiempo de restauración puede aumentar hasta varios segundos, aumentando los problemas.

Protección 1+1 + Restauración combinada (PRC):

Este mecanismo puede sobrevivir a un fallo doble en el mismo sentido que la restauración. Siempre que los LSP de trabajo y de recuperación estén establecidos, el mecanismo es rápido.

Sin embargo, el consumo de recursos es muy alto y de nuevo se necesita conocer la ubicación del fallo para sobrevivir frente a múltiples fallos.

Se necesitan dos transmisores simultáneamente, y si el segundo fallo sucede antes de volver a establecer el LSP de trabajo, es necesaria una restauración, lo que lleva mucho tiempo, y sin garantías.

El método descrito en el documento US20050259570A1 [Hitachi] comienza con una notificación de la ubicación del fallo.

El método descrito en el documento US20030084367A1 [NEC] no necesita conocer la ubicación del fallo, de modo que la recuperación se acelera. Sin embargo, va dirigido a la recuperación de fallos individuales. En presencia de múltiples fallos, necesita mecanismos complementarios.

Las propuestas del documento WO2008006268A1 [Huawei] acelera la recuperación en redes ópticas conmutadas automáticamente. Sin embargo, va dirigido principalmente a la recuperación de un fallo individual.

Otros documentos de patente que dan a conocer mecanismos para la recuperación de un fallo individual son: documentos US20070242605 A1, US20030043427A1 y US20040109687A1, requiriendo el último localizar el fallo.

“Multiple link failure recovery in survivable optical networks” (“Recuperación de fallo de enlace múltiple en redes ópticas con posibilidad de supervivencia”), Xiaofei Cheng, Xu Shao y Yixin Wang, de Photonic Network Comunications, volumen 14, número 2, 159-164, DOI: 10.1007/s11107-007-0071-4, da a conocer un método para la recuperación de un enlace con múltiples fallos, pero se centra en la reserva de un ancho de banda de seguridad, que aumenta el consumo de recursos.

Resumiendo, ninguna de las soluciones actuales puede responder rápidamente a múltiples fallos con un uso de recursos bajo y garantías. La mayoría de las soluciones necesitan que se les notifique en primer lugar la ubicación exacta del fallo.

Aunque la restauración puede responder a múltiples fallos, la recuperación lleva como promedio varios segundos, que aumentan significativamente en caso de conflictos.

La recuperación rápida de un fallo individual, en menos de 50 ms, sólo es posible con esquemas de protección, que doblan los recursos de red dedicados a posibilidad de supervivencia.

Descripción de la invención

Es necesario ofrecer una alternativa al estado de la técnica que cubra las lagunas encontradas en éste, particularmente las relacionadas con la falta de propuestas que proporcionen una recuperación rápida para múltiples fallos.

Para ello, la presente invención proporciona, en un primer aspecto, un procedimiento para la supervivencia de una red óptica frente a múltiples fallos, que comprende usar un esquema de restauración de trayecto planificado previamente para computar con antelación, o precalcular, trayectos de recuperación para recuperar trayectos de trabajo fallidos.

A diferencia de las propuestas de la técnica anterior, el procedimiento del primer aspecto de la invención comprende, de manera característica, precalcular un conjunto de trayectos de recuperación para cada trayecto de trabajo que enlaza un nodo de origen con un nodo de destino, y simultáneamente usar los trayectos de recuperación de dicho conjunto de trayectos de recuperación para tratar de comunicar dicho nodo de origen con dicho nodo de destino, en caso de que se haya producido al menos un fallo en dicho trayecto de trabajo.

La presente invención se basa en los esquemas de restauración planificados previamente y los mejora para reaccionar rápidamente en caso de múltiples fallos evitando la necesidad de saber la ubicación exacta del fallo. En algunas realizaciones, la invención podrá recuperar en menos de 200 ms en muchos casos, evitando problemas en las sesiones TCP y comunicación entre los encaminadores.

En una realización, dichos trayectos de dicho conjunto de trayectos de recuperación son en número de tres o más, de modo que al menos uno de los trayectos de recuperación es válido en caso de un doble fallo de enlace.

El procedimiento comprende, según una realización, detectar dicho fallo de LSP de trabajo en dicho nodo de origen, por ejemplo, por medio de pérdida de señal o pérdida de indicaciones de calidad.

Otras realizaciones del procedimiento del primer aspecto de la invención se describen en las reivindicaciones adjuntas 5 a 14, y en una sección siguiente de la presente descripción.

Un segundo aspecto de la invención se refiere a un sistema para la supervivencia de una red óptica frente a múltiples fallos, que comprende:

-: medios de detección para detectar un fallo en un trayecto de trabajo que enlaza un nodo de origen con un nodo de destino;

-: medios de procesamiento para, siguiendo un esquema de restauración, computar con antelación, o precalcular, trayectos de recuperación para recuperar trayectos de trabajo fallidos; y

-: medios de control, conectados a dichos medios de detección y dichos medios de procesamiento, para construir un trayecto de recuperación tras la detección de un fallo de trayecto de trabajo.

A diferencia de los sistemas convencionales, en el sistema del segundo aspecto de la invención dichos medios de procesamiento están dispuestos para precalcular un conjunto de trayectos de recuperación para cada trayecto de trabajo, y dichos medios de control están dispuestos para usar simultáneamente los trayectos de recuperación de dicho conjunto de trayectos de recuperación para tratar de establecer comunicaciones entre dicho nodo de origen y dicho nodo de destino, en caso de que se haya producido al menos un fallo en dicho trayecto de trabajo.

El sistema del segundo aspecto de la invención implementa, en algunas realizaciones, el método del primer aspecto de la invención.

Otras realizaciones del sistema del segundo aspecto de la invención se describen en las reivindicaciones adjuntas 15 a 20, y en una sección siguiente de la presente descripción en referencia a los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

Las ventajas y características anteriores y otras se entenderán de manera más completa a partir de la siguiente descripción detallada de realizaciones, en referencia a los dibujos adjuntos (algunos de los cuales ya se han descrito en la sección del Estado de la técnica anterior), que deben considerarse de manera ilustrativa y no limitativa, en los que:

La figura 1 es una tabla que muestra el impacto de la indisponibilidad de la red.

La figura 2 muestra los módulos principales del sistema del segundo aspecto de la invención, en una realización.

La figura 3 muestra los campos que forman un mensaje de recuperación de petición usado como parte del método del primer aspecto de la invención, y que se envían desde un nodo fuente a un nodo de destino.

La figura 4 da a conocer los campos que forman un mensaje de recuperación de respuesta del método del primer aspecto de la invención, enviados por el nodo de destino.

La figura 5 muestra los mensajes enviados tras un fallo doble en un caso en el que hay tres trayectos de recuperación diferentes, sólo uno de llegada al nodo de destino, en una realización del método de la invención.

La figura 6 muestra otra realización del método de la invención en la que hay cuatro trayectos de recuperación diferentes y dos mensajes de recuperación de petición llegan al nodo de destino.

La figura 7 da a conocer que el nodo de destino recibe el mensaje y envía de vuelta la confirmación. Durante ese envío de vuelta los recursos necesarios se reservan de manera progresiva. Entonces, el nodo fuente continúa la transmisión de la información a través del trayecto O-B-C-D.

Descripción detallada de varias realizaciones

La presente invención, según sus aspectos primero y segundo, tiene como objetivo la recuperación de una red óptica en caso de dobles/múltiples fallos manteniendo el uso de recursos bajo. Se basa en los siguientes conceptos:

•: Precálculo de un conjunto de trayectos de recuperación para cada demanda en la red. Este conjunto de trayectos cubrirá múltiples casos de fallo.

•: Procedimiento para determinar los trayectos para cubrir un caso de múltiples fallos.

•: Detección de fallo en el nodo fuente. Esta detección puede realizarse mediante fallo por pérdida de señal o indicaciones de señal/pérdida de calidad.

•: Envío simultáneo de mensaje de recuperación a través de cada uno de los trayectos de seguridad.

•: Selección del trayecto de seguridad en el nodo de destino.

•: Reserva hacia atrás del trayecto de seguridad. Los recursos se establecen, es decir, las conexiones cruzadas se realizan en la reserva hacia atrás.

El concepto principal del procedimiento es, en primer lugar, el precálculo de un conjunto de trayectos de recuperación (ruta + longitud de onda + parámetros ópticos para el transpondedor) para cada trayecto de trabajo. El conjunto de trayectos de recuperación es configurable, según el nivel de protección deseado. La presente invención incluye un mecanismo para calcular todos los trayectos para un caso de fallo doble, de modo que al menos uno de los trayectos es válido en caso de un doble fallo de enlace.

La invención se basa en recuperación de LSP de extremo a extremo. El fallo tiene que detectarse en el nodo de entrada, o bien por medio de indicaciones de pérdida de señal (LS) o bien de pérdida de calidad (LQ).

Una vez detectado el fallo en la capa óptica en el nodo de entrada, se envían mensajes de recuperación de petición simultáneos al nodo de salida, siguiendo cada uno de ellos el trayecto precalculado correspondiente. Todos los mensajes de recuperación de petición tienen el mismo identificador de LSP, un id de fallo común, y un id de LSP de recuperación diferente por trayecto. En el destino (nodo de salida), dependiendo de la realización, llegarán uno o más mensajes de recuperación de petición. Sólo se elegirá uno de ellos. La opción preferida es seleccionar el primer mensaje de recuperación de petición que llega, ignorando el resto de los mensajes de recuperación de petición con el mismo id de LSP e id de fallo. Cuando los nodos intermedios reciben los mensajes de recuperación de petición, los recursos no se reservan, sólo se comprueban si están disponibles para el LSP dado.

El establecimiento del trayecto de seguridad se realiza a través del trayecto inverso. Debe observarse que sólo se envía un mensaje de recuperación de respuesta, o respuesta a un mensaje de recuperación de petición, desde el nodo de salida, puesto que se ignora el resto de mensajes de recuperación de petición. Cuando los nodos intermedios reciben la respuesta de recuperación positiva, es decir, el mensaje de recuperación de respuesta, los recursos se activan (por ejemplo, se realizan las conexiones cruzadas).

Con este mecanismo, se mejoran las probabilidades de que una conexión sobreviva en caso de fallo doble. Además, el mecanismo no necesita esperar a saber dónde ha ocurrido el fallo.

La invención también propone una implementación del mensaje de recuperación basándose en extender los mensajes RSVP.

Por tanto, la invención es una mejora del esquema de restauración de LSP planificado previamente para reaccionar rápido en caso de múltiples fallos. También es adecuado para implementarse en esquemas de restauración por malla compartida.

A continuación se describen los módulos principales del sistema del segundo aspecto de la invención, para la realización ilustrada en la figura 2.

El elemento 101 es un elemento de computación de múltiples trayectos: este módulo se encarga de la computación de un conjunto de LSP de recuperación para un LSP de trabajo en la red. El conjunto de trayectos computados por este elemento cubre múltiples casos de fallo. Este módulo se compone de submódulos 102, 103 y 104.

Submódulo 102, PCEP: este elemento se encarga de la comunicación con el submódulo 106 del controlador de posibilidad de supervivencia de nodo óptico (elemento 105).

Este submódulo recibe peticiones con rutas de LSP de trabajo.

Este submódulo responde con el conjunto de posibles LSP de recuperación (trayecto+longitud de onda)

Un modo posible, que no excluye otros, es el uso del protocolo PCEP definido en RFC 5440.

Submódulo 103 es la computación de múltiples trayectos, asignación de longitud de onda y validación de afectación:

Este elemento se encarga de computar el conjunto de LSP de recuperación para un LSP de trabajo en la red. Los trayectos deben cubrir todos los casos de fallo de interés (individuales, dobles…). Debe calcular una longitud de onda para cada LSP de recuperación. Debe validar la viabilidad del trayecto calculado.

Un mecanismo posible, que no excluye otros, para realizar el cálculo de los trayectos se describe a continuación:

Mecanismo para obtener trayectos precalculados para soportar múltiples fallos:

En primer lugar, se advierte de que, para poder conseguir una disponibilidad del 100% frente a fallo de orden n, es necesario conectar todos los nodos a al menos n+1 otros nodos. De otro modo, el nodo que no se conecta con al menos n+1 enlaces está sujeto a estar aislado en algún caso de fallo de orden n, haciendo imposible garantizar un 100% de disponibilidad.

El siguiente mecanismo descrito para calcular diferentes trayectos que sobreviven frente a un fallo doble es sólo uno de varios mecanismos que pueden usarse para calcular el conjunto de trayectos. Dependiendo de la realización, todo o sólo parte de los trayectos calculados se usan con fines de recuperación. El número de trayectos de recuperación puede limitarse, reduciendo la disponibilidad.

El mecanismo funciona de la siguiente manera:

Para cada par de fuente-destino en la red:

ETAPA UNO

Obtener el árbol de expansión desde el nodo de salida (destino) al nodo de entrada (fuente).

ETAPA DOS

Identificar el trayecto de trabajo en el árbol obtenido. Numerar de 1 a n todos los elementos de fallo potencial

en el trayecto de trabajo.

ETAPA TRES

Establecer F=1. F es el número del elemento de fallo (definido en la etapa dos).

ETAPA CUATRO

Seleccionar elemento F de fallo potencial del LSP de trabajo (enlaces o nodos). Excluir del árbol los

nodos/enlaces en el árbol por detrás del elemento fallido. Elegir el trayecto más corto en el árbol restante. Guardar la solución como uno de los LSP de recuperación e ir a la etapa cuatro.

ETAPA CINCO

Identificar el LSP de recuperación obtenido en último lugar. Seleccionar uno de los elementos de fallo potencial del LSP de recuperación (enlaces o nodos). Excluir del árbol los nodos/enlaces en el árbol por detrás del elemento fallido. Elegir el trayecto más corto en el árbol restante. Guardar la solución como uno de los LSP de recuperación.

Repetir esta etapa hasta elegir todos los elementos de fallo.

A continuación, incrementar F, limpiar el árbol de expansión e ir a la ETAPA cuatro.

Submódulo 104, topología:

Este submódulo se encarga de escuchar los protocolos IGP y mantiene una actualización en la base de datos

de ingeniería de tráfico con la topología y el uso de las lambdas en las diferentes interfaces.

Elemento 105, que es un controlador de posibilidad de supervivencia de nodo óptico, es un módulo que se encarga de:

•: Detección de fallo en el nodo fuente. Esta detección puede realizarse por fallo por pérdida de señal o indicaciones de señal/pérdida de calidad

•: Selección del trayecto de seguridad en el nodo de destino.

Este módulo se compone de cinco submódulos, particularmente los submódulos 106, 107, 108, 109 y 110, y se encarga de la recuperación de LSP de extremo a extremo.

Submódulo PCEP 106 se encarga de la comunicación con el submódulo 102 del elemento 101 de computación de múltiples trayectos. El submódulo 106 recibe peticiones para trayectos de recuperación para un LSP de trabajo desde el submódulo 108 de decisión. El submódulo 106 procesa las respuestas del elemento 101 de computación de múltiples trayectos y las almacena en la caché 107 de trayecto.

Submódulo de caché 107 de trayecto mantiene, para cada LSP de trabajo que se inicia en ese nodo un conjunto de LSP de recuperación. Asociado a cada LSP el nodo óptico debe mantener toda la información necesaria para establecer rápidamente el trayecto de luz (es decir, equilibrio de potencia). El conjunto de trayectos puede actualizarse en cualquier momento.

Submódulo de núcleo 108 es la inteligencia del nodo. Cada vez se establece un LSP de trabajo, partiendo de su nodo, solicita un conjunto de trayectos de recuperación al submódulo 106. Una vez recibido el conjunto de trayectos de recuperación, calcula los ajustes en el nodo necesarios para establecer cada uno de estos LSP y almacenarlos en la caché 107 de trayecto.

El nodo de origen tiene o está asociado a todos los módulos y submódulos anteriores, mientras que el nodo de destino y cada uno de los nodos intermedios tiene o está asociado a submódulos 108 de núcleo respectivos, para procesar los mensajes de petición y de recuperación de respuesta recibidos y comprobar, reservar y/o activar los recursos necesarios, en lo que respecta a los nodos intermedios, y para recibir el mensaje de recuperación de petición y para generar y enviar el correspondiente mensaje de recuperación de respuesta, en lo que respecta al nodo de destino.

En el caso de un fallo en el LSP de trabajo que se inicia en el nodo (debido a cualquier clase de fallo, individual

o múltiple), que el elemento 109 notificará (detección de fallo), se crea un mensaje de recuperación de petición para cada trayecto de recuperación disponible. Este mensaje se envía al módulo (110) de señalización, que lo retransmitirá para todas las interfaces de plano de control.

Tal como se muestra en la figura 3, el mensaje de recuperación de petición contiene los siguientes campos:

•: ID DE LSP: Identifica el LSP (es decir, el trayecto de luz en una WSON).

•: Id de fallo: Este campo lleva la marca de tiempo de cuándo se produjo el fallo. Tiene como objetivo distinguir entre diferentes casos de fallo.

•: ID_LSP_recuperación: Este campo identifica los diferentes LSP de recuperación calculados. Es diferente para cada uno de los LSP de recuperación del mismo LSP de trabajo.

•: Fuente: Este campo indica el nodo óptico de entrada de la conexión.

•: Destino: Este campo indica el nodo óptico de salida de la conexión.

•: Trayecto: Esto incluye la lista de enlaces/nodos del trayecto de recuperación.

•: Longitud de onda: Número de longitud de onda asignado para el trayecto.

Se envía un mensaje de recuperación de petición con diferentes ID_LSP_recuperación para cada LSP de recuperación. Por tanto, se envían n mensajes simultáneos desde el nodo fuente, donde n es el número de trayectos precalculados para cada LSP. Cada uno de los mensajes de recuperación de petición seguirá su trayecto de recuperación.

Cuando un submódulo 108 de núcleo de un nodo recibe un mensaje de recuperación de petición y el destino final del LSP no es ese nodo, es decir, es un nodo intermedio, comprueba si están disponibles recursos para tal trayecto, y si la ruta del LSP de recuperación es posible (puede no ser posible si usa un enlace que haya fallado). Obsérvese que en este punto, los recursos no se reservan, sólo se comprueba si están disponibles para el LSP dado.

El establecimiento del trayecto de seguridad se realiza a través del trayecto inverso. Cuando el módulo 108 de núcleo recibe un mensaje de recuperación de respuesta, reserva los recursos en el nodo óptico. Debe observarse que sólo se envía una respuesta de recuperación desde el nodo de salida, puesto que el resto se ignoran. Cuando los nodos intermedios reciben la respuesta de recuperación positiva, los recursos se activan (por ejemplo, se realizan las conexiones cruzadas).

Con este mecanismo, las posibilidades de que una conexión sobreviva en caso de fallo doble se mejoran. Además, el mecanismo no necesita esperar para saber dónde ha sucedido el fallo.

Cuando el módulo 108 de núcleo recibe un mensaje de recuperación cuyo destino es su nodo óptico, es decir, es el nodo de destino, si es el primer mensaje de recuperación para ese LSP y caso de fallo que ha llegado, dicho módulo 108 de núcleo de dicho nodo de destino responde al mensaje si hay recursos disponibles. Para ello, se mantiene una lista de ID_LSP, Id de fallo e ID_LSP_recuperación. Si el mensaje de recuperación entrante tiene el ID_LSP e Id de fallo que está en la lista, el mensaje se descarta.

Está disponible un mensaje de recuperación de respuesta usado para confirmar al nodo fuente que el mensaje de recuperación de petición llegó y el correspondiente trayecto. Este mensaje se compone de los siguientes campos, tal como se muestra en la figura 4:

•: ACK: Este campo indica si la reserva de los recursos ha sido positiva o negativa.

•: Fuente: Este campo indica el nodo óptico de entrada de la conexión.

•: Destino: Este campo indica el nodo óptico de salida de la conexión.

Submódulo 110, señalización, se encarga de construir el mensaje de recuperación de petición y de respuesta y enviarlos a la red. Un modo posible, que no excluye otros, de construir estos mensajes es extendiendo el protocolo RSVP.

Las siguientes realizaciones diferentes del procedimiento del primer aspecto de la invención, y de uso del sistema del segundo aspecto de la invención, se describen en referencia a las figuras 5 a 7.

La figura 5 muestra los mensajes de recuperación de petición enviados tras un fallo doble en un caso en que hay tres trayectos de recuperación diferentes. Los mensajes de recuperación se envían simultáneamente. Los mensajes primero y segundo no progresan puesto que encuentran uno de los recursos fallidos en sus trayectos. El tercer mensaje tiene un buen trayecto, y llega al destino.

El otro caso posible es cuando hay más trayectos de recuperación que llegan al destino. Tal como se muestra en la figura 6, se produce un fallo en los enlaces O-A y C-D, de modo que el nodo fuente genera cuatro mensajes de recuperación de petición y los envía a través de los cuatro trayectos de recuperación establecidos. El aspecto importante que hay que observar en este caso es que hay dos trayectos que no están afectados por el fallo y por tanto dos mensajes de recuperación de petición llegarán al nodo de destino. El nodo D tomará el mensaje que llega en primer lugar, que corresponde al trayecto más corto (trayecto O-C-D en la figura 6), y descartará todos los mensajes que llegan más tarde.

El nodo de destino recibe un mensaje a través de al menos un trayecto que está disponible tras un fallo. De modo que, cuando el nodo de destino recibe un mensaje, analiza el campo de trayecto del mensaje de recuperación de petición para saber la secuencia de nodos, es decir, el trayecto que está disponible. El nodo D genera entonces el mensaje de recuperación de respuesta con la misma información que se incluyó en el mensaje de recuperación de petición y lo envía de vuelta a través del trayecto determinado en el campo de trayecto.

En caso de que el nodo de destino reciba más de un mensaje de recuperación de petición aceptará el mensaje que llega en primer lugar que corresponde con el trayecto más corto, y descartará los mensajes posteriores. La ventaja de aceptar el primer mensaje es que corresponde al trayecto con menos retardo de tiempo.

En el tiempo de transmisión del mensaje de recuperación de respuesta tiene lugar una de las fases importantes de la invención. La fase a la que se hace referencia es “la reserva hacia atrás de los recursos necesarios para la transmisión”. Esto es posible porque los mensajes de recuperación de respuesta incluyen toda la información, es decir, la secuencia de nodos y por tanto la secuencia de enlaces, y la longitud de onda (se considera una conversión de red sin longitud de onda de modo que la longitud de onda asignada a un trayecto es la misma para todos los enlaces del trayecto).

Tras un tiempo dado el nodo fuente recibe el mensaje de recuperación de respuesta. El nodo O analiza el campo de trayecto del mensaje de recuperación de respuesta para saber el trayecto disponible y comienza de nuevo a enviar la información que ya se transmitió antes del fallo doble, a través del nuevo trayecto establecido, tal como se muestra en la figura 7, para la misma realización de la figura 5, en la que lo indicado como “continuación de la comunicación” se realiza a través del trayecto O-B-C-D a través del cual llegó el único mensaje de recuperación de petición al nodo de destino.

Ventajas de la invención:

Los mecanismos actuales para la posibilidad de supervivencia de una red óptica o bien tardan varios segundos

o bien son muy rápidos (menos de 50 ms) pero usan un alto número de recursos y no manejan múltiples fallos.

Esta invención proporciona las siguientes características:

Realización de una recuperación rápida (menos de un segundo) de un trayecto óptico de extremo a extremo en

caso de un fallo doble en la red. Realización de una recuperación rápida (menos de un segundo) de un trayecto óptico de extremo a extremo en

caso de un fallo múltiple catastrófico en la red.

Recuperación de un fallo múltiple sin tener que saber la ubicación exacta del fallo.

Bajo uso de recursos de red (no es necesario dedicar transpondedores y longitudes de onda) para garantizar la

supervivencia frente al fallo doble.

Un experto en la técnica puede introducir cambios y modificaciones en las realizaciones descritas sin alejarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Siglas

GMPLS: Conmutación de etiquetas multiprotocolo generalizada

LSP: Trayecto conmutado por etiquetas

LSR: Encaminador conmutado por etiquetas

PCEP: Protocolo de elemento de computación de trayecto

RSVP: Protocolo de reserva de recursos

TCP: Protocolo de control de transmisión

TDM: Mulitiplexación por división de tiempo

WSON: Redes ópticas conmutadas por longitud de onda

Referencias

[G.808.1] Recomendación G.808.1: Generic protection switching - Linear trail and sub-network protection. [Grover03] D. Grover “Mesh-based Survivable Transport Networks: Options and Strategies for Optical, MPLS, SONET and ATM Networking”. Prentice Hall 2003. [Hitachi] US20050259570A1 – “Fault recovery method for multi protocol label switching network, involves receiving fault event notification that indicates occurrence of fault after fault localization is performed, and performing alternative path calculation”. [Huawei] EP2028774B1 - “Method system and node device for realizing service protection in the automatically

switched optical network”.

[NEC] US20030084367A1 “Fault recovery system and method for a communications network”.

[RFC3471] Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) Signalling Functional Description

[RFC 4426] GMPLS Recovery Functional Specification.

[RCF 4427]. Recovery (Protection and Restoration) Terminology for Generalized Multi-Protocol Label Switching

(GMPLS). [RFC 4872] RSVP-TE Extensions in Support of End-to-End Generalized Multi-Protocol Label Switching

(GMPLS) Recovery.

[RFC 3272] “Overview and Principles of Internet Traffic Engineering”.

[Rociki07] “Failure Detection and Notification in GMPLS Control Plane”, Workshop on GMPLS Performance:

Control Plane Resilience, 2007.

Claims

REIVINDICACIONES

1.

Procedimiento para la supervivencia de una red óptica frente a múltiples fallos, que comprende usar un esquema de restauración de trayecto planificado previamente para computar con antelación, o precalcular, trayectos de recuperación para recuperar trayectos de trabajo fallidos, caracterizado porque comprende precalcular un conjunto de trayectos de recuperación para cada trayecto de trabajo que enlaza un nodo de origen con un nodo de destino, y simultáneamente usar los trayectos de recuperación de dicho conjunto de trayectos de recuperación para tratar de comunicar dicho nodo de origen con dicho nodo de destino, en caso de que se haya producido al menos un fallo en dicho trayecto de trabajo.
2.

Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dichos trayectos de dicho conjunto de trayectos de recuperación son al menos tres en número, de modo que al menos uno de los trayectos de recuperación es válido en caso de un doble fallo de enlace.
3.

Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende detectar dicho fallo de LSP de trabajo en dicho nodo de origen.
4.

Procedimiento según la reivindicación 3, en el que dicha detección de fallo se realiza por medio de pérdida de señal o pérdida de indicaciones de calidad.
5.

Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el precálculo de cada uno de dichos trayectos de recuperación tiene en cuenta ruta, longitud de onda y parámetros ópticos para el transpondedor, para cada trayecto de trabajo.
6.

Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el número de trayectos de recuperación de dicho conjunto de trayectos de recuperación es configurable, tal como el número de trayectos de recuperación se configura según el nivel de protección deseado, en el que cuanto mayor es el número de trayectos de recuperación, mayor es el nivel de protección.
7.

Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, tras la detección de dicho fallo de trayecto de trabajo, enviar simultáneamente diferentes mensajes de recuperación de petición a través de dichos trayectos de recuperación.
8.

Procedimiento según la reivindicación 7, en el que dichos mensajes de recuperación de petición difieren entre sí al incluir diferentes identificadores de trayecto de recuperación, e incluyen respectivos campos de trayecto que indican la ruta elegida por el respectivo trayecto de recuperación.
9.

Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, que comprende recibir, dicho nodo de destino, al menos uno de dichos mensajes de recuperación de petición, y responder enviando de vuelta, al nodo de origen, un mensaje de recuperación de respuesta a través de la ruta indicada en el campo de trayecto del mensaje de recuperación de petición recibido.
10.

Procedimiento según la reivindicación 9, que comprende recibir, dicho nodo de destino, al menos dos de dichos mensajes de recuperación de petición, y responder enviando de vuelta, al nodo de origen, un mensaje de recuperación de respuesta a través de la ruta indicada en el campo de trayecto de uno seleccionado de los al menos dos mensajes de recuperación de petición recibidos.
11.

Procedimiento según la reivindicación 10, que comprende seleccionar a partir de dichos al menos dos mensajes de recuperación de petición recibidos, por dicho nodo de destino, el que ha llegado en primer lugar.
12.

Procedimiento según la reivindicación 9, 10 u 11, que comprende reservar recursos, necesarios para la transmisión a través del trayecto de recuperación a través del cual está circulando el mensaje de recuperación de respuesta, realizándose dicha reserva de recursos en una secuencia hacia atrás a través de los nodos incluidos en la ruta de dicho trayecto de recuperación hasta el nodo de origen, usando la información incluida en el mensaje de recuperación de respuesta.
13.

Procedimiento según la reivindicación 12, que comprende recibir, por dicho nodo de origen, dicho mensaje de recuperación de respuesta, y establecer como trayecto de trabajo el trayecto de recuperación cuya ruta se indica en el campo de trayecto del mensaje de recuperación de respuesta.
14.

Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos trayectos son trayectos conmutados por etiquetas, o LSP.
15.

Sistema para la supervivencia de una red óptica frente a múltiples fallos, que comprende:

-

medios de detección para detectar un fallo en un trayecto de trabajo que enlaza un nodo de origen con un nodo de destino;

-

medios de procesamiento para, siguiendo un esquema de restauración, computar con antelación, o precalcular, trayectos de recuperación para recuperar trayectos de trabajo fallidos;

-

medios de control, conectados a dichos medios de detección y dichos medios de procesamiento, para construir un trayecto de recuperación tras la detección de un fallo de trayecto de trabajo;

en el que dicho sistema está caracterizado porque dichos medios de procesamiento están dispuestos para precalcular un conjunto de trayectos de recuperación para cada trayecto de trabajo, y porque dichos medios de control están dispuestos para usar simultáneamente los trayectos de recuperación de dicho conjunto de trayectos de recuperación para tratar de establecer comunicaciones entre dicho nodo de origen y dicho nodo de destino, en caso de que se haya producido al menos un fallo en dicho trayecto de trabajo.
16. Sistema según la reivindicación 15, en el que dichos medios de procesamiento se incluyen en un módulo (101) de computación de múltiples trayectos y dichos medios de detección y de control se incluyen en un módulo

(105) de controlador de posibilidad de supervivencia de nodo óptico, estando dichos módulos comunicados bidireccionalmente entre sí a través de correspondientes submódulos (102, 106) de comunicación, y estando incluidos o asociados con dicho nodo de origen.
17.

Sistema según la reivindicación 16, en el que dichos medios de control están previstos para solicitar a dichos medios de procesamiento, a través de dichos submódulos (102, 106) de comunicación, trayectos de recuperación para un trayecto de trabajo, estando previstos dichos medios de procesamiento para enviar, también a través de dichos submódulos (102, 106) de comunicación, dicho conjunto de trayectos de recuperación a los medios de control tras recibir dicha petición.
18.

Sistema según la reivindicación 17, en el que dicho módulo (105) de controlador de posibilidad de supervivencia de nodo óptico comprende un submódulo (107) de memoria de trayecto de recuperación, comunicado con dicho submódulo (106) de comunicaciones para al menos recibir y almacenar dicho conjunto de trayectos de recuperación, y con dichos medios de control para al menos recibir y almacenar datos de ajuste calculados por los últimos con respecto a cada uno de los trayectos de recuperación, para construirlos.
19.

Sistema según la reivindicación 18, en el que dicho módulo (105) de controlador de posibilidad de supervivencia de nodo óptico también comprende un submódulo (110) de señalización comunicado con los medios de control para enviar a través de los trayectos de recuperación correspondientes mensajes de recuperación de petición al nodo de destino y para recibir al menos un mensaje de recuperación de respuesta de éste.
20.

Sistema según la reivindicación 19, que comprende segundos medios de procesamiento incluidos o asociados con dicho nodo de destino para procesar los mensajes de recuperación de petición recibidos y enviar de vuelta dicho mensaje de recuperación de respuesta hacia el nodo de origen a través de uno de dichos trayectos de recuperación.
21.

Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 20, en el que implementa el método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.

< 50 ms

Sin indisponibilidad. Sin impacto en sesiones TCP

50 ms – 200 ms

< 5% de llamadas de voz desconectadas. Problemas en conmutación SS7 y ATM

200 ms – 2 s

Desbloqueo de protocolo TCP. Comienzan dinámicas de red menores

2 s – 10 s

La línea privada se desconecta. Se inicia el exceso de tiempo asignado de sesión TCP, errores de página web no disponible. Protocolo Hello entre encaminadores empieza a resultar afectado.

10 s – 5 min

Todas las llamadas y sesiones de datos se terminan. Los programas de capa de aplicación TCP/IP exceden el tiempo asignado. Los encaminadores emiten LSA en todos los enlaces fallidos, comienza actualización de topología y resincronización en toda la red.

más de 5 min

Efectos en el negocio. A partir de 1 hora, importante impacto social

Figura 1

Figura 2 Figura 3

ID_LSP

Id de fallo ID_LSP_recuperación Fuente Destino Trayecto Longitud de onda

ACK

ID_LSP Id de fallo ID_LSP_recuperación Fuente Destino Trayecto

Figura 4

Figura 5 Figura 6

Figura 7