Streaming de vídeo sobre redes ópticas broadband

Motivación

Las tecnologías de fibra óptica están siendo utilizadas en redes de transporte, principalmente en redes metropolitanas y de larga distancia. Además, las comunicaciones ópticas se utilizan mucho en redes de acceso. Los nuevos desarrollos de redes ópticas tienden a utilizar solamente tecnologías de comunicaciones ópticas, evitando conversiones óptico-eléctricas. Todas las redes ópticas, en las cuales las comunicaciones son extremo a extremo en el dominio óptimo, permiten una mejor utilización del ancho de banda, menor consumo de energía y menor coste operacional.

En comunicaciones ópticas, una de las técnicas más importantes a la hora de utilizar un ancho de banda de fibra óptica es la Multiplexación Compacta por División en Longitudes de Onda (WDM). Esta técnica permite transportar información en múltiples canales a través de una fibra óptica. WDM divide el ancho de banda total por fibra (Tbps) en canales individuales (Gbps) por longitud de onda óptica. Al utilizar WDM en las capas de transporte, se tienen que utilizar tecnologías de conmutación flexibles en los nodos de interconexión, evitando conversiones óptico-eléctricas en cada salto. Existen tres tecnologías de conmutación: Optical Circuit Switching (OCS), Optical Burst Switching (OBS) y Optical Packet Switching (OPS). Dependiendo de la tecnología de conmutación utilizada, las unidades básicas de conmutación son enlaces de luz/circuitos/longitudes de onda en OCS, paquetes ópticos en OPS y ráfagas ópticas en OBS.

Resumen

Las redes OBS son redes de transporte completamente ópticas donde la unidad básica de conmutación, en los nodos ópticos, son las ráfagas ópticas. Una ráfaga óptica es un grupo de paquetes ópticos. Cada nodo tiene que reenviar ráfagas ópticas entre los puertos de entrada y salida. Las ráfagas ópticas se generan en los nodos límite de la red OBS. Los datos desde los clientes se juntan en el nodo de entrada (un nodo frontera) creando una ráfaga óptica para ser transmitida [1][2]. Por tanto, los datos se envían a través de la red en un ráfaga óptica sin la conversión multimedia al nodo de salida donde la ráfaga se desensambla. Los datos agregados en cada ráfaga tienen el mismo nodo frontera límite.

Proporcionar Calidad de Servicio (QoS) en redes OBS es uno de los problemas más desafiantes debido al reducido tamaño del búfer en los nodos centrales, ya que las ráfagas no se pueden almacenar, por lo que esquemas de resolución de disputas son difíciles de implementar. Además, los algoritmos de ensamblaje y planificación (scheduling) que suelen ser escogidos por su baja complejidad computacional tienen un comportamiento best effort, por lo que no soportan diferenciación de servicios.

Las principales soluciones para contribuir a la provisión de QoS en la red OBS se basan en bloques constructivos específicos de la red OBS, como algoritmos de ensamblado de ráfagas, algoritmos de scheduling esquemas de resolución de disputas, etc. [3]. Los principales mecanismos para proporcionar QoS sobre redes OBS son:

  • Incremento del offset

  • Ensamblado de ráfagas diferenciado

  • Clonación de ráfagas

  • Enrutamiento diferenciado

  • Asignación de longitud de onda diferenciado

  • Preferencia de ráfagas en ráfagas planificadas

Referencias

[1] C. Qiao and M. Yoo, “Optical burst switching (OBS) – a new paradigm for an optical Internet,” Journal of High Speed Networks, No. 9, 1999, pp. 69-84.
[2] J. P. Jue and Vinod M. Vokkarane, “Optical Burst Switched Networks,” Springer Publishing Company Incorporated, 2011.
[3] K. C. Chua, M. Gurusamy, Y. Liu and M.H. Phung, “Quality of Service in Optical Burst Switched Networks,” Springer, 2007.

Publicaciones

[4]  T. R. Vargas, J. C. Guerri, and S. Sales, “Effects of size-based burst assembly algorithm over video traffic transmissions in OBS networks,” in Optical Network Design and Modelling (ONDM), Barcelona (Spain), Mar. 2008.
[5] T. R. Vargas, J. C. Guerri and S. Sales, “Optimal configuration for size-based burst assembly algorithms at the edge node for video traffic transmissions over OBS networks,” in Proc. International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), Athens (Greece), Jun. 2008.
[6] T. R. Vargas, J. C. Guerri, and S. Sales, “Effect and optimization of burst assembly algorithms for video traffic transmissions over OBS networks,” in Proc. International Workshop on Optical Burst/Packet Switching (WOBS), London (United Kingdom), Sep. 2008.
[7] T. R. Vargas, J. C. Guerri, and S. Sales, “Efectos del algoritmo de ensamblado basado en tamaño sobre el tráfico de vídeo en redes OBS,” in Proc. URSI, Madrid (España), Sep. 2008.
[8] T. R. Vargas, J. C. Guerri, and S. Sales, “Effect and Optimization of Burst Assembly Algorithms to Deal with Edge Congestion in OBS Networks to Improve Video Transport,” Workshop Red Temática Española: Redes Multinivel: IP sobre redes de transporte, Universitat Politècnica de Catalunya, Vilanova i la Geltrú (Spain), Feb. 2009.
[9] K. Ramantas, T. R. Vargas, J. C. Guerri, and K. Vlachos,  “A preemptive scheduling scheme for flexible QoS provisioning in OBS networks,” in BroadNets, Madrid (Spain), Sep. 2009.
[10] T. R. Vargas, J. C. Guerri, and S. Sales, “Performance evaluation and optimization of OBS networks to provide QoE for video transport,” 1st Workshop en Redes Multinivel, Red Temática Española: “Redes Multinivel: IP Sobre redes de transporte, Universitat Politècnica de Catalunya, Vilanova i la Geltrú (Spain), Dec. 2009.
[11] T. R. Vargas, P. Arce, I. de Fez, V. Murcia, F. Fraile, R. Belda, P. Acelas, and J. C. Guerri, “Solutions to improve the video streaming service over heterogeneous networks,” in Proc. of the 1st Workshop on Future Internet: Efficiency in High-Speed Networks (W-FIERRO), Cartagena (Spain) , Jul. 2011, pp. 85-92.
[12] V. Murcia, M. Delgado, T. R. Vargas, J. C. Guerri, and J. Antich, “VAIPA: A Video-Aware Internet Protocol Architecture,” in Proc. of the IEEE International Conference on High Performance Switching and Routing,” Cartagena (Spain), Jul. 2011, pp. 140-145.
[13] A. de la Oliva, T. R. Vargas, J. C. Guerri, J. Hernandez, and P. Reviriego, “Performance analysis of energy efficient Ethernet on video streaming servers,” Computer Networks, vol. 57, no. 3, pp. 599-608, 2013.