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Club SEE63 - D1 - 09/01/2003

Sûreté de fonctionnement des réseaux de télécommunications

Chidung LAC (france telecom R&D)

Club SEE63 - D2 - 09/01/2003france telecom R&D

Plan de l’exposé

Sûreté de fonctionnement et survivabilitéContexte et enjeuxMéthodologieExemple : réseau de transportMécanismes de protection/restauration

• Niveau physique : protection des réseaux pré-WDM, anneaux auto-cicatrisants pré-WDM, etc.

• Couche ATM• Couche IP

Défaillances aléatoires non-intentionnelles v/s provoquées


Sûreté de fonctionnement et survivabilité (1/2)

Qualité de service

Accessibilité Continuité deservice Sécurité Facilité

d'usage Facturation

Disponibilité Performances

Etat dégradé Etat nominal

Survivabilité


Sûreté de fonctionnement et survivabilité (2/2)

Indisponibilité

Fiabilité

MaintenanceMaintenabilité

Ingénierie de trafic

Capacité dusystème Trafic offert Niveau de

service

DéfaillancesCongestion

Situationsanormales

Catastrophes naturelles(Sûreté)

Evénements provoqués(Sécurité)

Sûreté defonctionnement

Elémentsde réseau


Contexte et enjeux (1/4)

! Concurrence depuis l’ouverture des marchés → offres commerciales attractives pour fidéliser les clients et en séduire de nouveaux

! Paramètres de SdF = arguments commerciaux majeurs →disponibilité et temps de réparation garantis (clients professionnels et opérateurs tiers)

! Utilisation de ces paramètres pour l'ingénierie des réseaux"Optimisation d'un point de vue technico-économique des

performances et de la QdS offertes"Minimisation de l'indisponibilité et du temps de remise en

service parallèlement à la minimisation des coûts


Contexte et enjeux (2/4)! Offres commerciales

"Clients professionnels : engagement de non-dépassement de l'interruption maximale de service et garantie de temps de relève de dérangement → versement de dédommagements

"Disponibilité sous-estimée : redondances et mécanismes de protection superflus → surdimensionnement des équipements et de l'infrastructure du réseau (surcoûts d'investissement)

"Surévaluation de la disponibilité : accroissement du risque de ne pas tenir les engagements commerciaux proposés

➄ versement de pénalités➄ perte de crédibilité➄ dégradation de l'image de marque➄ désaffection des clients au profit de la concurrence (pertes

difficilement quantifiables en termes financiers)


Contexte et enjeux (3/4)

! Gestion de réseaux

" Ingénierie des réseaux : calcul d'indisponibilité des liaisons permettant d'évaluer le poids respectif de chaque élément et de déterminer les maillons faibles du réseau

"Solutions proposées : mise en place, maintien, ou suppression de certains sous-ensembles redondés des réseaux


Contexte et enjeux (4/4)! Normalisation internationale

" Implantations internationales des entreprises → mondialisation des flux de communication (i)

"Axe de développement de tout grand opérateur = conquête de nouveaux marchés sur le plan international (ii)

" (i) + (ii) → Réseau trans-frontière : métriques de SdF à adapter aux normes internationales en vigueur : participation aux groupes de travail internationaux (UIT, …)

➄ promotion des points de vue → contribution lors de la création ou l'évolution des normes

➄ défense des positions → prise en compte des contraintes internes dans les négociations afin d'éviter de subir des procédures lourdes et coûteuses pour un gain parfois minime

➄ veille technologique sur les derniers standards en cours d'adoption →anticipation des évolutions futures et préparation à la mise en œuvre de nouveaux processus pour l'exploitation/maintenance des réseaux


Méthodologie (1/3)! Estimation de la disponibilité d'une liaison (service de bout en

bout)

" Identification de tous les éléments (ou sous-ensembles) susceptibles de générer de l'indisponibilité → équipements et infrastructure câble, support physique de la liaison, défauts liés aux erreurs humaines d'exploitation, …

"Représentation de ces éléments par des briques fonctionnelles permettant d'établir les diagrammes de fiabilité correspondants (redondance ou non des équipements, modes de défaillance, mécanismes de protection utilisés, …) → blocs de base en série ou en parallèle

"Affectation à chaque brique élémentaire d'un taux de coupure λ (h-1) et d'un MTTR (h)

"Résultats d’évaluation pour la liaison étudiée : taux de coupure, indisponibilité et temps moyen de relève de dérangement


Méthodologie (2/3)! Collecte des données de fiabilité

"Elément de base des briques représentant les équipements du réseau = assemblage de cartes dont le taux de coupure est àdéterminer

"Taux de coupure des nouveaux équipements : valeurs prévisionnellescommuniquées par les industriels ayant répondu aux appels d'offre de fournitures d'équipements

"Equipements (ou sous-ensembles) implantés dans le réseau : taux de coupure et indisponibilité opérationnels déterminés à partir des applications de gestion/supervision du réseau ou du suivi de la maintenance

"Evaluation des erreurs humaines générées par l'exploitation/maintenance : retour d'expérience relatif à la fiabilitéet à la disponibilité


Méthodologie (3/3)

! Temps moyen de relève de dérangement

"Décomposition :➄ temps de détection (signalisation et localisation de la défaillance)➄ déplacement de l'équipe de maintenance➄ remise en service : changement du sous-ensemble en défaut et

opérations liées à la remise en service (tests, initialisations et reconfigurations)

"Equipements pas encore déployés dans le réseau (valeurs prévisionnelles des taux de coupure des cartes) → valeur théorique du MTTR fixée par l'exploitant

"Sous-ensembles en exploitation : valeurs opérationnelles déduites d'observations relevées sur le terrain à l'aide des applications de gestion supervisant l'ensemble du réseau


Exemple : réseau de transport (1/3)

répartiteuroptique

amplificateur

répartiteuroptique

amplificateur

répartiteuroptique

amplificateur

fibreoptique


Exemple : réseau de transport (2/3)! Décomposition des nœuds en

diagrammes série et/ou parallèle

Dcarte = λcarte * MTTRcarte

ChâssisAffluent Résultantoptique

Horloge

Horloge

Convertisseur

Convertisseur

Exemple d’un système SDHCarte i Taux de

coupureλι (h-1)

MTTRi

(h)Indisponibilité

Di

Affluent 3 10-5 1,5 4,5 10-5

Châssis 1 10-5 1,5 1,5 10-5

… … … …


Exemple : réseau de transport (3/3)

! Indisponibilité et taux de défaillance des sous-ensembles

Drésultante = Σ Dcarte et λrésultante = Σ λcarte (série)

Drésultante = Π Dcarte (parallèle)λrésultante = λ1 D2+ λ2 D1 (cartes 1 et 2 en parallèle)

➄ Danneau = 2,5 10-4

λanneau =1,5 10-4 h-1

MTTRanneau =1,7 h

Elément i

Indisponibilité

Di

Taux de coupure

λι (h-1)

SDH 1 10-4 6 10-5

WDM 3 10-4 2 10-4

… … …


En résumé! Méthodologie permettant d'estimer la disponibilité de bout en

bout d'une liaison quelconque d'un réseau à partir des données de fiabilité des équipements (prévisionnelles ou opérationnelles) et de l'infrastructure (opérationnelles)

! Utilisation des applications de gestion/supervision : exploitation du retour d'expérience en vue d'affiner ces estimations en fiabilisant les données d'entrée (équipements et liens de transmission composant la liaison, facteurs humains liés àl'exploitation/maintenance, …)

! Précision des estimations pas toujours requise : utilisation de la disponibilité comme critère de comparaison entre différentes topologies de réseau → résultats relatifs primant avant les valeurs absolues

! Pas de prise en compte de l'indisponibilité due au logiciel (négligeable pour le réseau de transport mais non pour d'autres types de réseaux)


Protection des réseaux pré-WDM

Liaison 1

Liaison 2Source

Liaison normale

Liaison desecours

1+1 1:1

Destination

1:n

...n liaisons normales

m:n

...

...

Source

Source

Source

Destination

Destination

Destination

m liaisons de secoursLiaison de secours

n liaisons normales

Commutation automatique (APS)


Anneaux auto-cicatrisants pré-WDM (1/2)

Anneaude secours

Anneaunormal

A

B

Α → Β

Α → Β

A

B

Α → Β

Α → Β

Protection de liaison (1:1)

Chemin 1

Chemin 2

B

Α → Β

Α → Β

A

B

Α → Β

Α → Β

Coupure

Protection de chemin (1+1)

Coupure

AAnneaux unidirectionnels


Anneaux auto-cicatrisants pré-WDM (2/2)

Α → Β

Α → Β

Anneau à 2 fibres

Β → Α

Β → Α

B

A

Α → Β

Α → Β

A

B

...

BP de secours inutilisée

...

Α → Β

Α → Β

Anneau à 4 fibres

Β → Α

Β → Α A

Anneauxde secours

Α → Β

Α → Β

B

A

Coupure

Utilisation de la BP de secours

Coupure

...

Anneauxnormaux

B

Anneaux bidirectionnels


Restauration des réseaux maillés pré-WDM

1 2 3

4

7

5

8 9

6

1 2 3

4

7

5

8 9

6

Coupure

Autour de la coupure

1 2 3

4

7

5

8 9

6

Coupure

Bout en bout

Coupure1 2 3

4

7

5

8 9

6

Local-destination


Protection des anneaux WDM

Α → Β(λ1)

Longueur d'onde partagée

Β

Α Α

CoupureΒ

λ2 →λ1

C

D

C

D

Α → Β(λ1)

C → D(λ1)

C → D(λ1)

C → D(λ1)

C → D(λ1)

C → D(λ1)

(λ1)(λ1)(λ1)C → D

(λ1)

(λ1)(λ1)(λ1)C → D

(λ1)Α → Β(λ1)

Α → Β(λ1)

λ1 → λ2

Β

Α Α

Β

C

D

C

DΑ → Β

(λ1)

Α → Β(λ1)

Coupure

(λ2)(λ(λC → D

(λ

(λ2)(λ(λC → D

(λ

(λ2)(λ(λC → D

(λ

(λ2)(λ(λC → D

(λΑ → Β(λ1)

Α → Β(λ1)

Anneaux bidirectionnels

à 2 fibres


Réseaux maillés WDM (1/2)

1 2 3

4 5 6

Approche dédiée

1 2 3

4 5 6

Approche partagée

1 → 2

5 → 6(λ1)

Coupure1 2 3

4 5 6

or

Coupure

Coupure

Coupure

(λ1)1 → 2(λ1)

1 → 2(λ1)

1 → 2(λ1)

1 → 2(λ1)

1 → 2(λ1)

5 → 6(λ1)

5 → 6(λ1)

5 → 6(λ1)

5 → 6(λ1)

5 → 6(λ1)

λ2 λ1

λ1λ2

λ1λ1

λ1

λ1

→λ1 λ2→

Protection de liaison


Réseaux maillés WDM (1/2)

1 2 3

4 5 6

Approche dédiée

λ →λ

1 2 3

4 5 6

1 → 2→ 3(λ1) Coupure

4 → 5→ 6(λ1)

1 2 3

4 5 6

Approche partagée

ou

Coupure

Coupure

Coupure

1 → 2→ 3(λ1)

1 → 2→ 3(λ1)

1 → 2→ 3(λ1)

1 → 2→ 3(λ1)

1 → 2→ 3(λ1)

1

4 → 5→ 6(λ1)

4 → 5→ 6(λ1)

4 → 5→ 6(λ1)

4 → 5→ 6(λ1) 4 → 5→ 6

(λ1)

λ1

λ1

λ1

λ1

λ1

λ2

2 λ →λ2 1

Protection de chemin


Couche ATM (1/2)

! ATM v/s hiérarchie numérique synchrone (SDH)" Bande passante à la demande v/s pas de contrôle dynamique de

bande passante"Trafic en rafale v/s services commutés, lignes privées" Structure de chemin logique v/s physique" Variation de capacité des VPs et VCs (de 0 au débit physique de

la liaison) v/s capacités fixes" Capacité de chemin non-hiérarchique v/s hiérarchique

! Séparation de l’allocation de capacité et de l’allocation de route physique pour les VPs et VCs

! Allocation à la demande de la bande passante pour les tâches d’exploitation/maintenance (OAM) → réduction dudélai pour l’échange des messages de restauration, détectionaisée de la dégradation du système

! Détection plus rapide des défaillances logicielles


Couche ATM (2/2)

! Commutation automatique APS → VPs ou VCs utilisés comme liaisons (unités de protection)

" 1+1 : commutation de la connexion par le noeud de réception (de la liaison normale vers la liaison de secours)

" 1:1 : commutation effectuée à la fois par les noeuds d’émission et de réception

! Réseau auto-cicatrisant" Schéma de restauration à contrôle distribué" Utilisation plus efficace des ressources" Schéma de planification dynamique : algorithme d’inondation

utilisé afin de localiser les chemins de restauration" Schéma préplanifié : prédétermination du chemin de secours

optimal et préallocation d’un VP de réserve à chaque VP


Couche IP

! Mécanismes de protection proposés pour la commutation multiprotocole avec étiquetage des flux (MultiProtocol Label Switching)

! Architecture utilisée" Integrated Services with Resource Reservation Protocol

(protocole de signalisation)" Differentiated Services

! Principaux modes de protection/restauration" Protection de liaison 1+1 et 1:1" Protection de chemin" Restauration/reroutage : établissement à la demande de

chemins étiquetés (Label Switched Paths)


Défaillances aléatoires non-intentionnelles v/s provoquées

! Inexpérience des opérateurs dans le domaine

! Exemple de difficultés : application des distributions mathématiques des taux de défaillance

! Directions potentielles :"Protection des infrastructures : renforcement de la sécurité" Intrusion logique : défi majeur dû à l’interfonctionnement

actuel des réseaux (réseaux d’opérateurs, réseaux d’entreprises, Internet, …)

"Modélisation du comportement : facteurs humains appliqués aux actions volontaires

! Initiatives en cours :" 6ème PCRD (Information Society Technology) : ACIP, AMSD" IEEE DIREN’02, New York, June 2002" etc.

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