Αυτορρυθμιζόμενο και ενοποιημένο μητροπολιτικό δίκτυο και δίκτυο πρόσβασης

Το έργο αφορά τον σχεδιασμό και την πιλοτική υλοποίηση ενός αυτορρυθμιζόμενου και ενοποιημένου μητροπολιτικού δικτύου και δικτύου πρόσβασης, στοχεύοντας στην αποδοτική διαχείριση μηχανισμών και πόρων δικτύου για την εξυπηρέτηση δικτυακά απαιτητικών εφαρμογών.

Το έργο

Η κίνηση στο διαδίκτυο αναμένεται να αυξάνεται συνεχώς με ρυθμό περίπου 25% ανά χρόνο ως το 2020, ως αποτέλεσμα των απαιτήσεων των νέων εφαρμογών όπως το υπολογιστικό «νέφος», το διαδίκτυο των αντικειμένων (Internet of Things – IoT) αλλά και της αναμενόμενης έλευσης των δικτύων κινητής τηλεφωνίας πέμπτης γενιάς (5G). Πιο συγκεκριμένα, τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας συνεισφέρουν το μεγαλύτερο μέρος (50%) σε αυτή την προβλεπόμενη αύξηση της κίνησης και επωμίζονται ένα μεγάλο βάρος των τεχνολογικών εξελίξεων. Το μεγαλύτερο μέρος της κίνησης αυτής θα είναι τοπική επιβαρύνοντας σημαντικά το δίκτυο πρόσβασης και το μητροπολιτικό και σε μικρότερο βαθμό το δίκτυο κορμού. Πέρα από την αύξηση της κίνησης, πολλές από τις νέες εφαρμογές έχουν «εκρηκτική» συμπεριφορά. Σε αυτό το περιβάλλον υπάρχει η ανάγκη δυναμικής και ευέλικτης λειτουργίας και συνεργασίας των διαφορετικών τμημάτων του δικτύου.

Για να ενισχυθεί η αποδοτικότητα και να μειωθούν το κόστος κεφαλαίου (CAPEX) και λειτουργίας (OPEX) κρίνεται επιτακτική η αξιοποίηση των καινοτόμων τεχνολογιών του δικτύου προγραμματιζόμενου μέσω λογισμικού (Software Defined Networks - SDN) και εικονικοποίησης των δικτυακών λειτουργιών (Network Function Virtualization - NFV). Η τεχνολογία SDN προσφέρει την απαραίτητη ευελιξία στην ανάπτυξη των λειτουργιών κινητής τηλεφωνίας. Επιπροσθέτως, η τεχνολογία NFV δίνει αφενός τη δυνατότητα εικονικοποίησης των λειτουργιών των δικτύων κινητής τηλεφωνίας που παραδοσιακά υλοποιούνται με ακριβό και εξειδικευμένο (proprietary) εξοπλισμό, ενώ αφετέρου τις καθιστά διαθέσιμες ως λογισμικό που μπορεί να τρέχει σε υπολογιστικά κέντρα ή στο «νέφος», οι οποίες αναπτύσσονται εύκολα, γρήγορα και οικονομικά . Στο οπτικό δίκτυο πρόσβασης, σημαντικά οφέλη προκύπτουν από την εικονικοποίηση του εξοπλισμού στο τηλεφωνικό κέντρο (Central Office - CO), π.χ. του τερματικού οπτικής γραμμής (Optical Line Termination - OLT) μέσω NFV και από τον προγραμματισμό των λειτουργιών μέσω SDN . Επιπλέον, σημαντική είναι η ύπαρξη «ανοιχτών» διεπαφών προγραμματισμού εφαρμογών (APIs), οι οποίες καθιστούν το δίκτυο «ανοιχτό» και δυναμικά προγραμματιζόμενο. Για τη δυναμική λειτουργία των δικτύων οι τεχνολογίες NFV και SDN πρέπει να συνδυαστούν με κατάλληλους μηχανισμούς εποπτείας, έτσι ώστε το δίκτυο να λαμβάνει υπόψη του την κατάστασή του, τόσο ως προς το φυσικό επίπεδο όσο και ως προς την κίνηση για να διαθέτει τους πόρους του με «έξυπνο» και δυναμικό τρόπο όπου υπάρχει πραγματική ανάγκη. Η σημαντικότερη, ωστόσο, δυνατότητα που παρέχουν οι τεχνολογίες SDN και NFV είναι η ευκαιρία ενοποίησης και από κοινού λειτουργίας των διαφορετικών τμημάτων του δικτύου (κινητά, πρόσβασης, μητροπολιτικό) που πολλαπλασιάζει τα οφέλη της δυναμικής λειτουργίας κάθε επιμέρους τμήματος.

Σε απάντηση των προβλημάτων στατικής και απομονωμένης λειτουργίας των διαφορετικών τμημάτων του δικτύου προτείνουμε ένα ΑυτοΡρυθμιζόΜενΟ και εΝοποιημένο μητροπολΙτικό δίκτυο και δίκτυο πρόσβΑσης (ΑΡΜΟΝΙΑ) το οποίο είναι σε θέση να παρακολουθεί την κατάστασή του, να την αναλύει και να ενεργεί, βελτιστοποιώντας τη λειτουργία του σε σχεδόν πραγματικό χρόνο. Ο οπτικός και IP εξοπλισμός των διαφορετικών τμημάτων του δικτύου (μητροπολιτικό και πρόσβασης) συγκλίνουν και ελέγχονται από κοινού και βέλτιστα μέσω ενός κλειστού βρόχου ελέγχου, αξιοποιώντας τις τεχνολογίες SDN και NFV. Οι πληροφορίες εποπτείας/παρακολούθησης από τις οπτικές και τις IP συσκευές συλλέγονται, αναλύονται με μεθόδους ανάλυσης μεγάλων δεδομένων (big data analytics) και χρησιμοποιούνται στις αποφάσεις βελτιστοποίησης. Το δίκτυο αυτορρυθμίζεται λαμβάνοντας υπόψη τις φυσικές συνθήκες και την κίνηση, για την επίτευξη μέγιστης αποδοτικότητας. Συγκεκριμένες δικτυακές λειτουργίες εικονικοποιούνται και τοποθετούνται βέλτιστα με στόχο την καλύτερη εξυπηρέτηση των χρηστών. Η αυξημένη αποδοτικότητα και η εικονικοποίηση μειώνουν το κόστος κεφαλαίου (CAPEX) και λειτουργίας (OPEX) και διευκολύνουν σημαντικά την ανάπτυξη και εισαγωγή νέων υπηρεσιών στο δίκτυο.

Πακέτα Εργασίας

ΕΕ1 - Καθορισμός απαιτήσεων και προτεινόμενη αρχιτεκτονική

Στην ΕΕ1 θα σχεδιαστεί η αρχιτεκτονική του δικτύου ΑΡΜΟΝΙΑ. Θα γίνει καταγραφή των σημερινών αρχιτεκτονικών δικτύου πρόσβασης (παθητικό οπτικό δίκτυο, δίκτυο κινητής τηλεφωνίας) και μητροπολιτικού δικτύου. Θα καταγραφούν περιπτώσεις χρήσης (use cases) και θα περιγραφούν κάποια ενδεικτικά σενάρια (τοπολογία, κίνηση, απαιτήσεις απόδοσης). Θα αναλυθούν οι δυνατότητες που παρέχουν οι νέες τεχνολογίες προγραμματιζόμενων δικτύων μέσω λογισμικού (SDN) και εικονικοποίησης των λειτουργιών δικτύου μέσω λογισμικού (NFV). Θα καταγραφούν οι δυνατότητες των υπάρχοντών εργαλείων, ελεγκτών και πλατφόρμων SDN και NFV. Επικεντρώνοντας στα προβλήματα των σημερινών δικτύων (στατική και απομονομένη λειτουργία) θα προταθεί το δίκτυο ΑΡΜΟΝΙΑ. Το δίκτυο ΑΡΜΟΝΙΑ θα βασίζεται σε μηχανισμούς εποπτείας των οπτικών και IP συσκευών. Οι πληροφορίες εποπτείας θα συγκεντρώνονται στον SDN ελεγκτή ο οποίος θα εφαρμόζει μεθόδους ανάλυσης μεγάλων δεδομένων και αλγόριθμους δυναμικής βελτιστοποίησης που θα επαναρρυθμίζουν από κοινού τον IP και οπτικό εξοπλισμό του ενοποιημένου δικτύου. Δικτυακές λειτουργίες θα παρέχονται μέσω λογισμικού, εικονικά, και θα ενορχηστρώνονται/ τοποθετούνται βέλτιστα με βάση τις απαιτήσεις.

ΕΕ2 - Ενορχήστρωση και έλεγχος

Στην ΕΕ2 θα αναπτυχθεί ο SDN ελεγκτής του δικτύου ΑΡΜΟΝΙΑ. Τα διαθέσιμα εργαλεία και πλατφόρμες που καταγράφηκαν στην ΕΕ1 θα αξιολογηθούν με βάση τις απαιτήσεις και την αρχιτεκτονική προκειμένου να επιλεχθεί ένας SDN ελεγκτής και κατάλληλα εργαλεία. Ο SDN ελεγκτής θα επεκταθεί υλοποιώντας τα διαγράμματα ροής που θα υποστηρίζουν τα σενάρια χρήσης που θα επιδειχθούν πιλοτικά στην ΕΕ4. Θα επεκταθούν οι μηχανισμοί και οι διεπαφές για την ανάκτηση πληροφορίας εποπτείας από διαφορετικές συσκευές (IP και οπτικές) και για τη δυναμική ρύθμιση των συσκευών. Επίσης, θα δημιουργηθούν διεπαφές για την ενσωμάτωση των αλγόριθμων ανάλυσης και βελτιστοποίησης που θα υλοποιηθούν στην ΕΕ3. Από την πλευρά των συσκευών θα υλοποιηθεί/επεκταθεί το λογισμικό (agent/translators) για τη συλλογή δεδομένων εποπτείας, και τη δυναμική δέσμευση/αποδέσμευση των πόρων τους. Επίσης με βάση την ανάλυση των απαιτήσεων για εικονικές δικτυακές υπηρεσίες (NFV) της ΕΕ1 θα γίνει σχεδιασμός και αντίστοιχη επέκταση των μηχανισμών ενορχήστρωσης NFV.

ΕΕ3 - Εποπτεία, αλγόριθμοι ανάλυσης και βελτιστοποίησης

Στην ΕΕ3 θα υλοποιηθούν αλγόριθμοι για την ανάλυση της κατάστασης και τη δυναμική βελτιστοποίηση δικτύων πρόσβασης και μητροπολιτικών οπτικών δικτύων. Συγκεκριμένα για τα οπτικά μητροπολιτικά δίκτυα θα επεκταθούν οι αλγόριθμοι ψηφιακής επεξεργασίας σήματος (DSP) που υπάρχουν στους σύμφωνους (coherent) οπτικούς πομποδέκτες ώστε να δίνουν πληροφορίες εποπτείας των φυσικών εξασθενήσεων (νέοι αλγόριθμοι ή βελτίωση υπάρχοντών αλγόριθμων). Θα σχεδιαστούν αλγόριθμοι συσχέτισης πληροφορίας για τις εξασθενήσεις από πολλαπλούς δέκτες ώστε να εκτιμηθεί με μεγάλη ακρίβεια η ποιότητα μετάδοσης (Quality of Transmission – QoT) ενός οπτικού μονοπατιού πριν την εγκατάσταση ή επαναρρύθμισή του, και να γίνει εντοπισμός αλλά και πρόβλεψη σφαλμάτων. Επίσης θα υλοποιηθούν αλγόριθμοι συσχέτισης και ανάλυσης μεγάλων δεδομένων από τις πληροφορίες κίνησης του IP επίπεδου με σκοπό την πρόβλεψη της μεταβολής της κίνησης, τον εντοπισμό σημείων συμφόρησης (hotspots), αλλά και τον προσδιορισμό των απαιτήσεων για εικονικές δικτυακές λειτουργίες (VNF). Στη συνέχεια, θα σχεδιαστούν πολύ-επίπεδοι αλγόριθμοι εντοπισμού και ανάκαμψης βλαβών. Επιπλέον, θα αναπτυχθούν αλγόριθμοι δυναμικής βελτιστοποίησης που θα αποφασίζουν για την επαναρρύθμιση του δικτύου ώστε να εξασφαλίζεται υψηλή αποδοτικότητα και αποτελεσματική διόρθωση σφαλμάτων. Στην ανάπτυξη των αλγορίθμων θα ληφθούν υπόψη η πολυπλοκότητα και η ελαχιστοποίηση των παρεμβάσεων στο δίκτυο.

ΕΕ4 - Επίδειξη πιλοτικής λειτουργίας του δικτύου ΑΡΜΟΝΙΑ

Στην ΕΕ4 θα γίνει η αξιολόγηση και η επίδειξη πιλοτικής λειτουργίας του αυτορυθμιζόμενου μητροπολιτικού οπτικού δικτύου και του δικτύου πρόσβασης (παθητικό οπτικό δίκτυο/PON και κινητής τηλεφωνίας), αρχικά μεμονωμένα και στη συνέχεια σαν μια ενοποιημένη λύση. Συγκεκριμένα, σε πρώτη φάση θα πραγματοποιηθεί μεμονωμένα η εγκατάσταση και η βασική παραμετροποίηση του μητροπολιτικού δικτύου στο ΕΠΙΣΕΥ-ΕΜΠ και του δικτύου πρόσβασης στη ΝΟΚΙΑ. Στη συνέχεια, μεμονωμένα σε κάθε μια από τις δικτυακές υποδομές, θα ενσωματωθεί ο SDN ελεγκτής και θα ελεγχθούν οι μηχανισμοί/διεπαφές και οδηγοί των εκάστοτε συσκευών. Ο SDN ελεγκτής θα ενσωματώσει τους αλγόριθμους ανάλυσης και συσχέτισης δεδομένων εποπτείας δικτύων και δυναμικής βελτιστοποίησης που θα υλοποιηθούν στην ΕΕ3. Με βάση τις περιπτώσεις χρήσης που θα καθοριστούν στην ΕΕ1 θα προσδιοριστούν για κάθε μεμονωμένη υποδομή τα σενάρια επίδειξης, τα οποία θα χρησιμοποιηθούν για την πιλοτική επίδειξη και αξιολόγηση της λειτουργίας της λύσης ΑΡΜΟΝΙΑ στα μεμονωμένα δίκτυα. Τέλος, οι υποδομές του μητροπολιτικού δικτύου και των δικτύων πρόσβασης θα ενσωματωθούν σε μια ενοποιημένη υποδομή στη ΝΟΚΙΑ. Θα γίνει πιλοτική επίδειξη και θα αξιολογηθεί η δυναμική βελτιστοποίηση του ενοποιημένου δικτύου ΑΡΜΟΝΙΑ. Στην ενοποιημένη υποδομή θα επιδειχθεί επίσης η υποστήριξη εικονικών δικτυακών λειτουργιών (π.χ. CDN) χρησιμοποιώντας τον ενορχηστρωτή NFV που θα υλοποιηθεί στην ΕΕ3.

ΕΕ5 – Μελέτες σκοπιμότητας, πλάνο αξιοποίησης και ενέργειες διάχυσης, τυποποίησης και δημοσιότητας

Οι στόχοι της ΕΕ5 είναι: i) η παρακολούθηση των επιτευγμάτων του έργου, ii) η ανανέωση των προδιαγραφών για διασφάλιση της μακροχρόνιας αξιοποίησης του, iii) η παρακολούθηση της σχετικής αγοράς και η αξιολόγηση των αναγκών της, iv) η διασφάλιση της εκμετάλλευσης του έργου σε εμπορικά προϊόντα και του οφέλους της Ελλάδας από αυτά, v) η καταγραφή των δραστηριοτήτων τυποποίησης και η πιθανή συνεισφορά σε αυτές, vi) η δημιουργία στρατηγικής επικοινωνίας με πιθανούς ενδιαφερόμενους εμπορικούς εταίρους (π.χ. τηλεπικοινωνιακούς παρόχους, επενδυτικά κεφάλαια σε ΑΠΕ/ΣΑΕ), vii) η προβολή των αποτελεσμάτων στην ερευνητική κοινότητα και στη βιομηχανία, viii) η συνεργασία με συναφείς δραστηριότητες, ix) ο καθορισμός των πνευματικών δικαιωμάτων.

Συνεργάτες