Suporte à Otimização de Dependabilidade
considerando aspectos orientados a negócios em
redes convergentes.
Almir Pereira Guimarães
Orientador: Paulo R. M. Maciel
Motivação
• A utilização de redes convergentes tem crescido significativamente nos
últimos anos.
• Estas redes devem estar continuamente operacionais mesmo quando
eventos como falhas de hardware ou de software acontecem.
• A possibilidade de identificação de pontos aonde a performance e a
dependabilidade destas redes podem colocar os negócios sob risco é uma
meta a ser obtida pelas empresas.
• O problema descrito anteriormente pode ser dito importante desde que
centenas de milhares de dólares em gastos financeiros pode ser a diferença
entre soluções ad-hoc e soluções que formalmente levam em consideração
aspectos relativos a negócios em conjunto com aspectos técnicos.
• Necessidade de Otimização da Relação Dependabilidade / Custo.
Objetivos
•
O principal objetivo é o de propor conjuntamente, modelos,
métricas e metodologias para o suporte à otimização do
planejamento da infraestrutura de redes convergentes, em
função dos negócios das empresas, identificando quais
critérios devem ser minimizados e quais critérios devem ser
maximizados.
Contribuições
•
Criar modelos heterogêneos utilizando modelos baseados em espaço de
estados, tais como redes de Petri estocásticas (SPN) e cadeias de Markov
baseadas em tempo contínuo (CTMC), modelos combinatoriais (não
baseados em espaço de estados), tais como Reliability Block Diagram
(RBD) e Fault-Tree (FT) e modelos analíticos. Três camadas distintas para
estes modelos.
•
Definição de métricas para o suporte à otimização da infraestrutura em
conformidade com os negócios da empresa. Três camadas distintas para
estas métricas.
• Definição de uma estratégia baseada na utilização de mecanismos tais
como Reliability Importance, Design of Experiment e teste t-emparelhado
para o planejamento de infra-estrutura de redes convergentes em
conformidade com os negócios da empresa. Esta estratégia visa identificar
quais componentes dentro da infraestrutura possui maior importância.
Camadas para Modelos e Métricas
Nível de Negócios
Nível de Infraestrutura
Nível de Processos
O Sistema – 1ª Arquitetura
Machine A
Switch
Router R0
PPP – 128Kbps
Router R2
Machine B
O Sistema – 2ª Arquitetura
Machine A
Switch
L0 - PPP – 128Kbps
Router R0
Router R2
L1 - PPP – 128Kbps
Machine B
O Sistema – 3ª Arquitetura
Router R1 – Standby
PPP – 128Kbps
Machine A
Switch
Router R2
PPP – 128Kbps
Router R0 – Active
Machine B
O Sistema – 4ª Arquitetura
Router R1
Machine A
SwA
Router R3
L1 - PPP – 128Kbps
L0 - PPP – 128Kbps
Router R0
Router R2
SwB
Machine B
O Sistema
 Protocolo de Redundância entre Roteadores: HSRP
 Política de Enfileiramento: Custom Queuing
 Padrão para Voz : H.323
 Gerador de Tráfego de Voz e de Vídeo: MyPhone
 Codecs:
 G.711
 G 729
 G 726
 Análise dos Pacotes de Rede: Wireshark
 Gerador de Tráfego de Dados: TFGEN
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Modelo Refinado de Performance
buff Pctbuffer-rt
tdesc-rt
Tx-rt
γ
Pv
tx-rt
γ
Poutbff-rt
Tprf-rt
γ
Pthp-rt
Pinpbuff
γ
Tprs-rt
Pnet
in
Pd
Tx-nrt
Tprf-nrt
γ
γ
Poutbff-nrt
γ
tx-nrt
tdesc-nrt
buff Pctbuffer-nrt
Pd_tr_down
Pv_tr_down
Tcall_duration
Pv_tr_up
Td_up
Tinter-call time Td_down
Pd_tr_up
Tprs-rt
Pthp-nrt
γ
Modelo de Dependabilidade – 1ª Arquitetura
R0_ON
R0_MTTR
R2_ON
L0_ON
R2_MTTR
R0_MTTF
L0_MTTF
L0_MTTR
R0_OFF
R2_MTTF
L0_OFF
R2_OFF
Modelo de Dependabilidade – 2ª Arquitetura
L0_ON
R0_ON
R0_MTTF
R0_MTTR
R0_OFF
ASL0_ON
ACT_SP
R2_ON
ASL0_MTTR
L0_MTTR
ASL0_MTTF R2_MTTR
L0_MTTF DCT_SP
L0_OFF
ASL0_OFF
SL0_ON
SL0_MTTF
R2_MTTF
SL0_MTTF
SL0_OFF
R2_OFF
Modelo de Dependabilidade – 3ª Arquitetura
R0_ON
L0_ON
L0_MTTR
R0_MTTR
ACT_SP_ROUTER
L0_MTTF
R0_MTTF
L0_OFF
R0_OFF
WAIT_SP
R1_ON
R2_ON
L1_ON
R2_MTTF
R1_MTTF
ACT_SP_LINK
R1_MTTR
L1_MTTR
L1_MTTF
R2_MTTR
R1_OFF
L1_OFF
DCT_SP
R2_OFF
Modelo de Dependabilidade – 4ª Arquitetura
R0_ON
R0_MTTR
L0_ON
R2_ON
R0_MTTF
L0_MTTR
R0_OFF
R2_MTTR
L0_MTTF
R2_MTTF
L0_OFF
ACTSPR0
R2_OFF
WAIT_SP
ACTSPL0
R1_ON
L1_ON
R1_MTTF
L1_MTTR
R1_MTTR
DCTSP
R1_OFF
R3_ON
R3_MTTF
L1_MTTF R3_MTTR
L1_OFF
ACTSPR2
R3_OFF
Parâmetros de Entrada/Saída
Entrada:
Mean Time To Failure of each Component (R0, L0, R1, L1, R2)
Mean Time To Repair of each Component (R0, L0, R1, L1, R2)
Mean Time To Activate (MTA)
Output:
System Availability
Estudo de Caso
Cenários Propostos
Disponibilidade e Downtime para TCAs diferentes.
Estudo da Viabilidade de diferentes Arquiteturas e cenários
em termos de Custo, de Disponibilidade e de Receita Adicional.
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Disponibilidade em diferentes Cenários
Scenario
MTTF R0
MTTF R1
MTTF R2
MTTR
Availability
Downtime
Scenario 1
68,000
68,000
105,000
12
0.999748
2.2075
Scenario 2
105,000
105,000
68,000
12
0.999687
2.7419
Scenario 3
131,000
131,000
105,000
12
0.999749
2.1988
Scenario 4
131,000
131,000
68,000
12
0.999687
2.7419
Scenario 5
105,000
105,000
131,000
12
0.999771
2.0148
Scenario 6
68,000
68,000
68,000
12
0.999686
2.7506
Scenario 7
105,000
105,000
105,000
12
0.999749
2.1988
Disponibilidade em diferentes Cenários
20000
17,675
17,875
TCA
15000
10,180
10000
5000
3,085
0
Sc
e
1
_
io
r
na
Sc
3,285
2,885
2
_
io
r
a
en
Sc
3
_
io
r
a
en
Sc
4
_
io
r
a
en
Sc
5
_
io
r
a
en
Sc
e
6
_
io
r
na
Sc
2,685
7
_
io
r
a
en
Custo da Arquitetura em Termos de
Disponibilidade e Receita Adicional.
Métrica
Significado
Disponibilidade (a)
Mede a Disponibilidade do Sistema.
Downtime (d)
Mede o tempo de downtime em um período especificado.
Δd
É a variação de downtime entre duas arquiteturas.
δd
É a variação de downtime por unidade monetária gasta entre duas arquiteturas
Custo ( C )
Mede o Custo da Infraestrutura.
Receita Adicional (RA)
É a receita adicional obtida devido à variação de downtime entre duas arquiteturas.
Uma receita de $m é gerada para cada grupo de n pacotes transmitidos.
AR = (((Δd)*(vazão(pps))/n)*m)
Δc
É a diferença em custo entre duas arquiteturas que possuem diferentes
quantidades de disponibilidade.
δc
É o custo para cada segundo de variação de downtime entre duas
arquiteturas.
Δ ra
É a quantidade de receita adicional por segundo de variação de downtime
entre duas arquiteturas.
Componente
MTTF(h)
Custo($)
1
131,000
8,390
2
105,000
895
3
68,000
1,095
Enlace
1,188
13,200/ano
Arquitetura 1 – R0/R2 - Componente 1
Arquitetura 2 – R0/R2 - Componente 1
Arquitetura 3 – R0/R1/R2 - Componente 1
Arquitetura 4 – R0/R1/R2/R3 - Componente 1
Período de Downtime - Ano
Custo da Arquitetura em Termos de Disponibilidade e
Receita Adicional.
Arq.
Disp.
Custo
Δc($)
Δd(s)
δ c($/s)
RA($)
δ d(s/$)
δ ra($/s)
Arq. 1
0.9898
$29,980
----
----
----
----
--
--
Arq. 2
0.99964
$43,180
$13,200
309,935
0.043
$92,639
23.47
0.29
Arq. 3
0.99977
$51,570
$8,390
3,939
2.13
$1,178
0.47
0.29
Arq. 4
0.99989
$59,960
$8,390
3,815
2.20
1,140
0.45
0.29
Cenário 1 – R0 e R1 – Componente 2
R2 – Componente 3
Cenário 2 - R0 e R1 – Componente 3
R2 – Componente 2
Cenário 3 - R0 e R1 – Componente 2
R2 – Componente 1
Período de Downtime - Ano
Custo da Arquitetura em Termos de Disponibilidade e
Receita Adicional – Terceira Arquitetura
Cenário
Disp.
Custo
Δc($)
Δd(s)
δ c($/s)
RA($)
δ d(s/$)
δ ra ($/s
1
0.99968
$16,085
----
----
----
----
--
--
2
0.99974
$16,285
$200
1,923.69
0.103
$574.78
9.61
0.29
3
0.99977
$23,380
$7,095
725.32
9.78
$216.80
0.102
0.29
Variáveis a serem comparadas em cada
arquitetura/cenário
ΔC < RA
ou
δ c < δ ra
Comparação entre arquiteturas/cenários:
δd
Conclusões e Trabalhos Futuros
Destaques dos Modelos Propostos
• Poderá obter a Disponibilidade do Sistema sob diferentes
condições de TCA, arquiteturas, enlaces e MTTR.
• Suporte á otimização de Dependabilidade considerando
diferentes cenários.
it
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Suporte à Otimização de Dependabilidade em Redes de
Computadores Redundantes
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