Wide Area Networks (WAN's), de wereldwijde ruggengraat en werkpaarden van het huidige internet die miljarden computers over continenten en oceanen met elkaar verbinden, vormen de basis van moderne online diensten. Aangezien COVID-19 een essentiële afhankelijkheid van online diensten heeft gesteld, hebben de huidige netwerken moeite om hoge bandbreedte en beschikbaarheid te leveren die worden opgelegd door opkomende workloads met betrekking tot machine learning, videogesprekken en gezondheidszorg.
Om WAN's over honderden kilometers met elkaar te verbinden, worden glasvezelkabels die gegevens verzenden met behulp van licht door onze buurten geleid, gemaakt van ongelooflijk dunne strengen glas of plastic die bekend staan als optische vezels. Hoewel ze extreem snel zijn, zijn ze niet altijd betrouwbaar: ze kunnen gemakkelijk breken door weer, onweer, ongelukken en zelfs dieren. Deze scheuren kunnen ernstige en dure schade aanrichten, met als gevolg uitval van de 911-service, verbroken verbinding met internet en het onvermogen om smartphone-apps te gebruiken.
Wetenschappers van MIT's Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) hebben onlangs een manier bedacht om het netwerk te behouden wanneer de glasvezel uitvalt en de kosten te verlagen. Hun systeem, genaamd "ARROW", herconfigureert het optische licht van een beschadigde vezel naar gezonde, terwijl het een online algoritme gebruikt om proactief mogelijke glasvezelonderbrekingen van tevoren te plannen, op basis van realtime internetverkeerseisen.
ARROW is gebouwd op het kruispunt van twee verschillende benaderingen: "failure-aware traffic engineering (TE)", een techniek die het verkeer stuurt naar waar de bandbreedtebronnen zijn tijdens glasvezelonderbrekingen, en "golflengteherconfiguratie", die defecte bandbreedtebronnen herstelt door herconfiguratie het licht.
Hoewel deze combinatie krachtig is, is het probleem wiskundig moeilijk op te lossen vanwege de NP-hardheid in computationele complexiteitstheorie.
Het team creëerde een nieuw algoritme dat in wezen "LotteryTickets" kan creëren als een abstractie voor het "golflengte-herconfiguratieprobleem" op optische vezels en alleen essentiële informatie kan invoeren in het "verkeerstechnische probleem". Dit werkt samen met hun "optische restauratiemethode", die het licht van de gesneden vezel verplaatst naar "surrogaat" voor gezonde vezels om de netwerkconnectiviteit te herstellen. Het systeem houdt ook rekening met realtime verkeer om te optimaliseren voor maximale netwerkdoorvoer.
Met behulp van grootschalige simulaties en een testbed zou ARROW 2x-2.4x meer verkeer kunnen vervoeren zonder nieuwe glasvezels te hoeven inzetten, terwijl het netwerk zeer betrouwbaar blijft.
“ARROW kan worden gebruikt om de beschikbaarheid van diensten te verbeteren en de veerkracht van de internetinfrastructuur tegen glasvezelonderbrekingen te vergroten. Het vernieuwt de manier waarop we denken over de relatie tussen storingen en netwerkbeheer - voorheen waren storingen deterministische gebeurtenissen, waar falen mislukking betekende, en er was geen andere manier om het netwerk te overprovisioneren", zegt MIT-postdoc Zhizhen Zhong. "Met ARROW, sommige storingen kunnen worden geëlimineerd of gedeeltelijk worden hersteld, en dit verandert de manier waarop we denken over netwerkbeheer en verkeerstechniek, en biedt mogelijkheden voor het heroverwegen van verkeerstechnische systemen, risicobeoordelingssystemen en opkomende toepassingen.” Herconfigureerbaarheid beheren.
Het ontwerp van de huidige netwerkinfrastructuren, zowel in datacenters als in wide-area-netwerken, volgt nog steeds het "telefoniemodel" waarbij netwerkingenieurs de fysieke laag van netwerken behandelen als een statische black box zonder herconfigureerbare.
Als gevolg hiervan is de netwerkinfrastructuur uitgerust om de verkeersvraag in het slechtste geval onder alle mogelijke storingsscenario's te verwerken, wat het inefficiënt en kostbaar maakt. Moderne netwerken hebben echter elastische toepassingen die kunnen profiteren van een dynamisch herconfigureerbare fysieke laag, om een hoge doorvoer, lage latentie en naadloos herstel van storingen mogelijk te maken, wat ARROW mogelijk maakt.
In traditionele systemen bepalen netwerkingenieurs vooraf hoeveel capaciteit ze in de fysieke laag van het netwerk willen voorzien. Het lijkt misschien onmogelijk om de topologie van een netwerk te veranderen zonder de kabels fysiek te veranderen, maar aangezien optische golven kunnen worden omgeleid met behulp van kleine spiegels, zijn ze in staat tot snelle veranderingen: geen herbedrading vereist. Dit is een gebied waar het netwerk niet langer een statische entiteit is, maar een dynamische structuur van onderlinge verbindingen die kan veranderen afhankelijk van de werkbelasting.
Stel je een hypothetisch metrosysteem voor waar sommige treinen af en toe uitvallen. De metrocontrole-eenheid wil plannen hoe de passagiers over alternatieve routes worden verdeeld, rekening houdend met alle mogelijke treinen en verkeer erop. Met behulp van PIJL kondigt de controle-eenheid, wanneer een trein uitvalt, de passagiers gewoon de beste alternatieve routes aan om hun reistijd te minimaliseren en opstoppingen te voorkomen.
"Mijn langetermijndoel is om grootschalige computernetwerken efficiënter te maken en uiteindelijk slimme netwerken te ontwikkelen die zich aanpassen aan de data en applicatie", zegt MIT-hoogleraar Manya Ghobadi, die het werk begeleidde. “Het hebben van een herconfigureerbare optische topologie zorgt voor een revolutie in de manier waarop we over een netwerk denken, aangezien het uitvoeren van dit onderzoek vereist dat we de orthodoxie die al jaren bestaan in WAN-implementaties doorbreken.'
Om ARROW in real-world wide-area-netwerken te implementeren, heeft het team samengewerkt met Facebook en hoopt het samen te werken met andere grootschalige serviceproviders. “Het onderzoek geeft het eerste inzicht in de voordelen van herconfiguratie. Het substantiële potentieel in betrouwbaarheidsverbetering is aantrekkelijk voor netwerkbeheer in de productiebackbone.” zegt Ying Zhang, een software engineer manager bij Facebook die meewerkt aan dit onderzoek.
“We zijn verheugd dat er veel praktische uitdagingen in het verschiet liggen om ARROW van onderzoekslaboratoriumideeën naar echte systemen te brengen die miljarden mensen dienen, en mogelijk het aantal serviceonderbrekingen dat we vandaag ervaren te verminderen, zoals minder nieuwsberichten over hoe vezel bezuinigingen hebben invloed op de internetconnectiviteit”, zegt Zhong. "We hopen dat ARROW ons internet tegen minder kosten beter bestand kan maken tegen storingen."
ELE-tijden
-
ELE-tijdenhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsOverheid bereidt RFP voor op zoek naar voorstellen van bedrijven om op te zetten Halfgeleider Plants
-
ELE-tijdenhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsZeer geleidend en elastisch nanomembraan voor huidelektronica
-
ELE-tijdenhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsVerbeterde draagbare 400G netwerktester MT1040A Functies
-
ELE-tijdenhttps://www.eletimes.com/author/eletimes-newsSTMicroelectronics sluit zich aan bij Startup Autobahn als ankerpartner om de auto-innovators van morgen te ontmoeten