Planificación y diseño de redes

La planificación y el diseño de redes es un proceso iterativo que abarca el diseño topológico , la síntesis de la red y la realización de la red , y tiene como objetivo garantizar que una nueva red o servicio de telecomunicaciones satisfaga las necesidades del suscriptor y del operador . ^{[ 1 ]} El proceso puede adaptarse a cada nueva red o servicio. ^{[ 2 ]}

Una metodología tradicional de planificación de redes en el contexto de las decisiones empresariales implica cinco niveles de planificación, a saber:

• evaluación de necesidades y evaluación de recursos
• planificación de redes a corto plazo
• Recursos de TI
• planificación de redes a largo y mediano plazo
• operaciones y mantenimiento. ^{[ 1 ]}

Cada una de estas capas incorpora planes para diferentes horizontes temporales; por ejemplo, la capa de planificación empresarial determina la planificación que el operador debe realizar para garantizar que la red funcione según lo previsto durante su vida útil. La capa de Operaciones y Mantenimiento, por otro lado, analiza cómo funcionará la red en el día a día.

El proceso de planificación de la red comienza con la adquisición de información externa. Esto incluye:

• pronósticos sobre cómo funcionará la nueva red/servicio;
• la información económica relativa a los costos y
• los detalles técnicos de las capacidades de la red. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

La planificación de una nueva red/servicio implica la implementación del nuevo sistema en las primeras cuatro capas del Modelo de Referencia OSI . ^{[ 1 ]} Se deben tomar decisiones sobre los protocolos y las tecnologías de transmisión. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

El proceso de planificación de la red consta de tres pasos principales:

• Diseño topológico : Esta etapa implica determinar dónde colocar los componentes y cómo conectarlos. Los métodos de optimización ( topológica ) que se pueden utilizar en esta etapa provienen de un área de las matemáticas llamada teoría de grafos . Estos métodos implican determinar los costos de transmisión y el costo de conmutación, y así determinar la matriz de conexión óptima y la ubicación de los conmutadores y concentradores. ^{[ 1 ]}
• Síntesis de red : Esta etapa implica determinar el tamaño de los componentes utilizados, sujeto a criterios de rendimiento como el grado de servicio (GOS). El método utilizado se conoce como "Optimización no lineal" e implica determinar la topología, el GoS requerido, el costo de transmisión, etc., y utilizar esta información para calcular un plan de enrutamiento y el tamaño de los componentes. ^{[ 1 ]}
• Realización de la red : Esta etapa implica determinar cómo satisfacer los requisitos de capacidad y garantizar la fiabilidad dentro de la red. El método utilizado se conoce como "Optimización del flujo multicommodity" e implica determinar toda la información relacionada con la demanda, los costos y la fiabilidad, y luego utilizar esta información para calcular un plan de circuito físico real. ^{[ 1 ]}

Estos pasos se realizan de forma iterativa y en paralelo entre sí. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

Durante el proceso de planificación y diseño de la red, se realizan estimaciones de la intensidad y la carga de tráfico esperadas que la red debe soportar. ^{[ 1 ]} Si ya existe una red de naturaleza similar, se pueden utilizar las mediciones de tráfico de dicha red para calcular la carga de tráfico exacta. ^{[ 2 ]} Si no existen redes similares, el planificador de la red debe utilizar métodos de pronóstico de telecomunicaciones para estimar la intensidad de tráfico esperada. ^{[ 1 ]}

El proceso de pronóstico implica varios pasos: ^{[ 1 ]}

• Definición de un problema;
• Adquisición de datos;
• Elección del método de pronóstico;
• Análisis/Pronóstico;
• Documentación y análisis de resultados.

El dimensionamiento de una nueva red determina los requisitos mínimos de capacidad que permitirán cumplir con los requisitos de Grado de Servicio (GoS) de Teletraffic . ^{[ 1 ] [ 2 ]} Para ello, el dimensionamiento implica la planificación del tráfico en hora punta, es decir, la hora del día en la que la intensidad del tráfico es máxima. ^{[ 1 ]}

El proceso de dimensionamiento implica determinar la topología de la red, el plan de enrutamiento, la matriz de tráfico y los requisitos de GoS, y utilizar esta información para determinar la capacidad máxima de manejo de llamadas de los conmutadores y el número máximo de canales necesarios entre los conmutadores. ^{[ 1 ]} Este proceso requiere un modelo complejo que simula el comportamiento del equipo de red y los protocolos de enrutamiento .

Una regla de dimensionamiento es que el planificador debe asegurarse de que la carga de tráfico nunca se aproxime al 100 por ciento. ^{[ 1 ]} Para calcular el dimensionamiento correcto que cumpla con la regla anterior, el planificador debe tomar mediciones continuas del tráfico de la red y mantener y actualizar continuamente los recursos para satisfacer los requisitos cambiantes. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Otra razón para el sobredimensionamiento es asegurar que el tráfico pueda redirigirse en caso de que ocurra una falla en la red.

Debido a su complejidad, el dimensionamiento de redes se suele realizar mediante herramientas de software especializadas. Mientras que los investigadores suelen desarrollar software a medida para estudiar un problema concreto, los operadores de red suelen utilizar software comercial de planificación de redes.

En comparación con la ingeniería de redes, que añade recursos como enlaces, enrutadores y conmutadores a la red, la ingeniería de tráfico tiene como objetivo cambiar las rutas de tráfico en la red existente para aliviar la congestión del tráfico o dar cabida a una mayor demanda de tráfico.

Esta tecnología es fundamental cuando el costo de expansión de la red es prohibitivo y la carga de la red no está equilibrada de forma óptima. La primera parte proporciona incentivos financieros para la ingeniería de tráfico, mientras que la segunda ofrece la posibilidad de implementar esta tecnología.

La resiliencia de la red permite que esta mantenga la máxima conectividad y calidad de servicio en caso de fallos. Ha sido uno de los requisitos críticos en la planificación y el diseño de redes. Implica requisitos de diseño en cuanto a topología, protocolo, asignación de ancho de banda, etc. El requisito de topología puede ser mantener una red de al menos dos conexiones ante cualquier fallo de un enlace o nodo. Los requisitos de protocolo incluyen el uso de un protocolo de enrutamiento dinámico para redirigir el tráfico en función de la dinámica de la red durante la transición del dimensionamiento de la red o fallos de equipos. Los requisitos de asignación de ancho de banda asignan de forma proactiva ancho de banda adicional para evitar la pérdida de tráfico en caso de fallos. Este tema se ha estudiado activamente en conferencias, como el Taller Internacional sobre Diseño de Redes de Comunicación Confiables (DRCN). ^{[ 3 ]}

Más recientemente, con el creciente papel de las tecnologías de Inteligencia Artificial en la ingeniería, se ha propuesto la idea de utilizar datos para crear modelos basados ​​en datos de las redes existentes. ^{[ 4 ]} Al analizar grandes conjuntos de datos de red, también se pueden comprender, solucionar y evitar en futuros diseños los comportamientos menos deseables que puedan ocurrir en las redes del mundo real.

Tanto el diseño como la gestión de sistemas en red pueden mejorarse mediante el paradigma basado en datos. ^{[ 5 ]} Los modelos basados ​​en datos también pueden utilizarse en diversas fases del ciclo de vida de la gestión de servicios y redes, como la instanciación de servicios, la provisión de servicios, la optimización, la monitorización y el diagnóstico. ^{[ 6 ]}

• Núcleo y cápsula
• Partición de red para optimización
• Diseño óptimo de red : un problema de optimización que consiste en construir una red que minimice el coste total de los desplazamientos.