mayo 19, 2022

Doblar la luz para un internet más barato

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Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público

Las redes de área amplia (WAN), las redes troncales globales y los caballos de batalla de la Internet actual que conectan miles de millones de computadoras en continentes y océanos, son la base de los servicios en línea modernos. Dado que el COVID-19 ha depositado una confianza vital en los servicios en línea, las redes actuales tienen dificultades para ofrecer un alto ancho de banda y la disponibilidad que imponen las cargas de trabajo emergentes relacionadas con el aprendizaje automático, las llamadas por video y la atención médica.

Para conectar las WAN a lo largo de cientos de millas, los cables de fibra óptica que transmiten datos mediante la luz se enhebran a través de nuestros vecindarios, hechos de hilos de vidrio o plástico increíblemente delgados llamados fibra óptica. Aunque son extremadamente rápidos, no siempre son fiables: pueden soportar fácilmente el mal tiempo, las tormentas eléctricas, los accidentes e incluso los animales. Estos desgarros pueden causar daños graves y costosos, lo que provoca interrupciones en el servicio 911, pérdida de conectividad a Internet e incapacidad para usar aplicaciones de teléfonos inteligentes.

Los científicos del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial (CSAIL) del MIT encontraron recientemente una manera de preservar la red cuando la fibra no funciona y reducir los costos. Su sistema, llamado “ARROW”, reconfigura la luz óptica de una fibra dañada a una saludable, mientras utiliza un algoritmo en línea para planificar de manera proactiva los posibles cortes de fibra con anticipación, en función de las demandas de tráfico de Internet en tiempo real.

ARROW está construido en la encrucijada de dos enfoques diferentes: “ingeniería de tráfico consciente de fallas (TE)”, una técnica que dirige el tráfico a donde están los recursos de ancho de banda durante cortes de fibra, y “reconfiguración de la longitud de onda”, que restaura los recursos de ancho de banda fallidos al reconfigurando la luz.

Aunque esta combinación es poderosa, el problema es matemáticamente difícil de resolver debido a su dureza NP en la teoría de la complejidad computacional.

El equipo creó un nuevo algoritmo que esencialmente puede crear “boletos de lotería” como una abstracción para el “problema de reconfiguración de la longitud de onda” en las fibras ópticas y alimentar solo la información esencial en el “problema de reconfiguración de la longitud de onda” “ingeniería de tráfico”. Esto funciona junto con su “método de restauración óptica” que mueve la luz de la fibra cortada a fibras sanas “sustitutas” para restaurar la conectividad de la red. El sistema también tiene en cuenta el tráfico en tiempo real para optimizar el rendimiento máximo de la red.

Usando simulaciones a gran escala y un banco de pruebas, ARROW podría transportar de 2 a 2,4 veces más tráfico sin tener que implementar nuevas fibras, manteniendo la red altamente confiable.

“ARROW se puede utilizar para mejorar la disponibilidad del servicio y desarrollar la resiliencia de la infraestructura de Internet frente a las interrupciones de la fibra. Renueva la forma en que pensamos sobre la relación entre las interrupciones y la administración de la red; anteriormente, las interrupciones eran eventos deterministas, donde la interrupción significaba interrupción, y había ninguna solución excepto el sobreaprovisionamiento de la red”, dice el becario postdoctoral del MIT Zhizhen Zhong, autor principal de un nuevo artículo sobre ARROW. ARROW, algunas fallas se pueden eliminar o restaurar parcialmente, lo que cambia la forma en que pensamos sobre la gestión de la red y la ingeniería de tráfico, abriendo oportunidades para repensar los sistemas de ingeniería de tráfico, los sistemas de evaluación de riesgos y las aplicaciones emergentes también”.






FLECHA: Ingeniería de tráfico teniendo en cuenta la restauración. 1 crédito

Gestión de reconfigurabilidad

El diseño de las infraestructuras de red hoy en día, tanto en los centros de datos como en las redes de área amplia, aún sigue el “modelo de telefonía” en el que los ingenieros de redes tratan la capa física de las redes como una caja negra estática sin posibilidad de reconfiguración.

Por lo tanto, la infraestructura de red está equipada para admitir la demanda de tráfico en el peor de los casos en todos los escenarios de falla posibles, lo que la hace ineficiente y costosa. Sin embargo, las redes modernas tienen aplicaciones elásticas que podrían beneficiarse de una capa física reconfigurable dinámicamente, para permitir un alto rendimiento, baja latencia y una recuperación perfecta de fallas, que ARROW ayuda a habilitar.

En los sistemas tradicionales, los ingenieros de redes deciden de antemano cuánta capacidad proporcionar en la capa física de la red. Puede parecer imposible cambiar la topología de una red sin cambiar físicamente los cables, pero debido a que las ondas ópticas se pueden redirigir usando pequeños espejos, son capaces de cambios rápidos: no es necesario volver a cablear. Esta es un área donde la red ya no es una entidad estática sino una estructura dinámica de interconexiones que pueden cambiar dependiendo de la carga de trabajo.

Imagine un sistema de metro hipotético donde algunos trenes podrían averiarse de vez en cuando. La unidad de control del metro quiere planificar cómo distribuir a los pasajeros en rutas alternativas teniendo en cuenta todos los trenes posibles y el tráfico en ellos. Usando ARROW, cuando un tren se avería, la unidad de control simplemente anuncia a los pasajeros las mejores rutas alternativas para minimizar su tiempo de viaje y evitar atascos.

“Mi objetivo a largo plazo es hacer que las redes informáticas a gran escala sean más eficientes y, en última instancia, desarrollar redes inteligentes que se adapten a los datos y las aplicaciones”, dice el profesor del MIT, Manya Ghobadi, que supervisó los trabajos. “Tener una topología óptica reconfigurable revoluciona la forma en que concebimos una red, porque hacer esta investigación requiere romper las ortodoxias que se han establecido durante muchos años en las implementaciones de WAN”.

Para implementar ARROW en redes de área amplia del mundo real, el equipo ha colaborado con Facebook y espera trabajar con otros proveedores de servicios a gran escala. “La investigación brinda una primera perspectiva de los beneficios de la reconfiguración. El potencial sustancial para mejorar la confiabilidad es atractivo para la administración de redes en la columna vertebral de producción”. dice Ying Zhang, un ingeniero de software responsable en Facebook que está colaborando en esta investigación.

“Estamos entusiasmados de que existen muchos desafíos prácticos para llevar ARROW de las ideas de laboratorio de investigación a los sistemas del mundo real que sirven a miles de millones de personas y, finalmente, reducir la cantidad de interrupciones del servicio que experimentamos hoy, como menos noticias sobre cómo afectan los cortes de fibra. conectividad a Internet”, dice Zhong. “Esperamos que ARROW pueda hacer que nuestro Internet sea más resistente a las interrupciones a un costo menor”.

Zhong escribió el artículo junto con la profesora del MIT Manya Ghobadi, el estudiante graduado del MIT Alaa Khaddaj, Jonathan Leach, Ying Zhang y Yiting Xia de Facebook. Presentarán la investigación de ARROW en la conferencia SIGCOMM de ACM.

El trabajo fue dirigido por el MIT y está siendo evaluado para su implementación en Facebook.


Redes ópticas conscientes de la latencia para la implementación automatizada de servicios 5G


Más información:
Para obtener más información, consulte arrow.csail.mit.edu/

Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts

Cita: Curved Light for Cheaper Internet (26 de agosto de 2021) Consultado el 24 de abril de 2022 en https://techxplore.com/news/2021-08-cheaper-internet.html

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