Improvement of link failure restoration utilising multi-protocol label switching (MPLS) as a means to maintain quality of service (QOS)

This paper proposes a practical approach to the enhancement of Quality of Service (QoS) routing by means of providing alternative or repair paths in the event of a breakage of a working path. The proposed scheme guarantees that every Protected Node (PN) is connected to a multi-repair path such that no further failure or breakage of single or double repair paths can cause any simultaneous loss of connectivity between an ingress node and an egress node. Links to be protected in an MPLS network are predefined and a Label Switched path (LSP) request involves the establishment of a working path. The use of multi-protection paths permits the formation of numerous protection paths allowing greater flexibility. Our analysis examined several methods including single, double and multi-repair routes and the prioritization of signals along the protected paths to improve the Quality of Service (QoS), throughput, reduce the cost of the protection path placement, delay, congestion and collision. Results obtained indicated that creating multi-repair paths and prioritizing packets reduces delay and increases throughput in which case the delays at the ingress/egress LSPs were low compared to when the signals had not been classified. Therefore the proposed scheme provided a means to improve the QoS in path restoration in MPLS using available network resources. Prioritizing the packets in the data plane has revealed that the amount of traffic transmitted using a medium and low priority Label Switch Paths (LSPs) does not have any impact on the explicit rate of the high priority LSP in which case the problem of a knock-on effect is eliminated.

Effects of crosstalk in WDM optical label switching networks due to wavelength switching of a tunable laser

Crosstalk caused by switching events in fast tunable lasers in an optical label switching (OLS) system is investigated for the first time. A wavelength-division-multiplexed OLS system based on subcarrier multiplexed labels is presented which employs a 40-Gb/s duobinary payload and a 155-Mb/s label on a 40-GHz subcarrier. Degradation in system performance as the transmitters switch between different channels is then characterized in terms of the frequency drift of the tunable laser.

Improving Label Space Usage for Ethernet Label Switched Paths

Ethernet is becoming the dominant aggregation technology for carrier transport networks; however, as it is a LAN technology, native bridged ethernet does not fulfill all the carrier requirements. One of the schemes proposed by the research community to make ethernet fulfill carrier requirements is ethernet VLAN-label switching (ELS). ELS allows the creation of label switched data paths using a 12-bit label encoded in the VLAN TAG control information field. Previous label switching technologies such as MPLS use more bits for encoding the label. Hence, they do not suffer from label sparsity issues as ELS might. This paper studies the sparsity issues resulting from the reduced ELS VLAN-label space and proposes the use of the label merging technique to improve label space usage. Experimental results show that label merging considerably improves label space usage

Improving Label Space Usage for Ethernet Label Switched Paths

Ethernet is becoming the dominant aggregation technology for carrier transport networks; however, as it is a LAN technology, native bridged ethernet does not fulfill all the carrier requirements. One of the schemes proposed by the research community to make ethernet fulfill carrier requirements is ethernet VLAN-label switching (ELS). ELS allows the creation of label switched data paths using a 12-bit label encoded in the VLAN TAG control information field. Previous label switching technologies such as MPLS use more bits for encoding the label. Hence, they do not suffer from label sparsity issues as ELS might. This paper studies the sparsity issues resulting from the reduced ELS VLAN-label space and proposes the use of the label merging technique to improve label space usage. Experimental results show that label merging considerably improves label space usage

Label space reduction in GMPLs and All-Optical Label Swapping networks

All-Optical Label Swapping (AOLS) es una tecnología clave para la implementación de nodos de conmutación completamente óptica de paquetes. Sin embargo, el costo de su desarrollo es proporcional al tamaño del espacio de etiquetas (label space). Debido a que los principios de funcionamiento de AOLS son casos particulares de los del MultiProtocol Label Switching (MPLS), esta tesis estudia métodos generales, aplicables a ambos, con el propósito de reducir el espacio de etiquetas tanto como sea posible. Modelos de programación lineal entera y heurísticas son propuestos para el caso en el que se permite apilar una etiqueta extra. Encontramos que cerca del 50% del espacio de etiquetas puede ser reducido, si se permite colocar una etiqueta extra en la pila. Además, particularmente para AOLS, encontramos que se puede reducir el espacio de etiquetas cerca al 25% si se duplica la capacidad de los enlaces y se permite re-encaminar el tráfico.

FWM Constraints Management for Lightpath Establishment in GMPLS Networks

In all-optical networks, management of physical layer restrictions should collaborate in lightpath establishment. Label-Switched Path validation in Generalized MultiProtocol Label Switching on Dense Wavelength Division Multiplexing network requires the treatment of the physical impairment-related parameters along the provisioned route. In this paper we propose, for the first time in our view, the generation of an optical layer database by simulation that specifically characterizes the dynamic FWM impairments for the lightpaths provisioned in a GMPLS/DWDM network.

Sobrevivência das redes de transporte da nova geração

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações

Metro Ethernet -tekniikka: verkko, palvelut ja suunnittelu

Työ aloitettiin perehtymällä Metro Ethernet verkon eriosiin kuten Ethernet-verkkoon, MultiProtocol Label Switching verkkoon ja näiden verkkojen eriosiin. Työssä siis tarkasteltiin lähemmin Ethernet verkon toimintaa sekä sen tarjoamia standardeja kaistannopeuteen, kaapeli materiaaleihin ja kehysrakenteeseen. Tarkasteltiin myös MultiProtocol Label Swit-ching verkon rakennetta, pakettien reititys perusteita pohjautuen Ethernet verkon kehysrakenteeseen, Internet Protocol over MultiProtocol Label Switching tekniikkaa sekä näihin liittyviä alakäsitteitä kuten palvelunlaatu, virtuaaliyhteys, MAC-osoite jne. Kun työssä oli selvitetty Metro Ethernet verkon taustat ja perusteet voitiin siirtyä tutkimaan Metro Area Network ja Metro Ethernet Networks verkkojen tarkempaa rakennetta ja niiden mahdollisuuksia. Koska työn aiheena on Metro Ethernet-verkko, tulee myös tutkia Metro Ethernet Forum järjestöä jossa päätetään kaikki Metro Ethernet-verkkoon liittyvät asiat ja mm. MEF standardit. MEF standardeja on 16 kappaletta ja ne määrittelevät mm. Metro Ethernet verkon palvelut ja verkon arkkitehtuurin. Viimeisenä tutkimusalueena oli kolmen eri verkkolaitteen tutkiminen ja jo valmiina olevien verkkolaitteiden mahdollisuuksien kartoitus. Laitteiden tutkinnassa perehdyttiin Metro Et-hernet-verkko mahdollisuuksiin jokaisen laitevalmistajan tarjoamalla Internet Protocol over MultiProtocol Label Switching tekniikalla. Lopuksi tutkittiin vielä verkkosuunnitelman poh-jan luomista sekä itse suunnitelmaa, aikaisempien tutkimus tulosten pohjalle. Tutkimuksen tuloksena saatiin Metro Ethernet verkon ja käyttökelpoisten verkkolaitteiden tutkimusraportti ja käyttökelpoinen Metro Ethernet-verkkosuunnitelma jota voi käyttää mahdollisesti suoraan pohjana tai ainakin vertailu pohjana käytännön toteutuksessa.

Buffer Capacity Allocation: A method to QoS support on MPLS networks

This paper describes an optimized model to support QoS by mean of Congestion minimization on LSPs (Label Switching Path). In order to perform this model, we start from a CFA (Capacity and Flow Allocation) model. As this model does not consider the buffer size to calculate the capacity cost, our model- named BCA (Buffer Capacity Allocation)- take into account this issue and it improve the CFA performance. To test our proposal, we perform several simulations; results show that BCA model minimizes LSP congestion and uniformly distributes flows on the network

Multi-layer survivability: routing schemes for GMPLS-based networks

En les xarxes IP/MPLS sobre WDM on es transporta gran quantitat d'informacio, la capacitat de garantir que el trafic arriba al node de desti ha esdevingut un problema important, ja que la fallada d'un element de la xarxa pot resultar en una gran quantitat d'informacio perduda. Per garantir que el trafic afectat per una fallada arribi al node desti, s'han definit nous algoritmes d'encaminament que incorporen el coneixement de la proteccio en els dues capes: l'optica (WDM) i la basada en paquets (IP/MPLS). D'aquesta manera s'evita reservar recursos per protegir el trafic a les dues capes. Els nous algoritmes resulten en millor us dels recursos de la xarxa, ofereixen rapid temps de recuperacio, eviten la duplicacio de recursos i disminueixen el numero de conversions del trafic de senyal optica a electrica.

Dynamic management and restoration of virtual paths in broadband networks based on distributed software agents

La gestió de xarxes és un camp molt ampli i inclou molts aspectes diferents. Aquesta tesi doctoral està centrada en la gestió dels recursos en les xarxes de banda ampla que disposin de mecanismes per fer reserves de recursos, com per exemple Asynchronous Transfer Mode (ATM) o Multi-Protocol Label Switching (MPLS). Es poden establir xarxes lògiques utilitzant els Virtual Paths (VP) d'ATM o els Label Switched Paths (LSP) de MPLS, als que anomenem genèricament camins lògics. Els usuaris de la xarxa utilitzen doncs aquests camins lògics, que poden tenir recursos assignats, per establir les seves comunicacions. A més, els camins lògics són molt flexibles i les seves característiques es poden canviar dinàmicament. Aquest treball, se centra, en particular, en la gestió dinàmica d'aquesta xarxa lògica per tal de maximitzar-ne el rendiment i adaptar-la a les connexions ofertes. En aquest escenari, hi ha diversos mecanismes que poden afectar i modificar les característiques dels camins lògics (ample de banda, ruta, etc.). Aquests mecanismes inclouen els de balanceig de la càrrega (reassignació d'ample de banda i reencaminament) i els de restauració de fallades (ús de camins lògics de backup). Aquests dos mecanismes poden modificar la xarxa lògica i gestionar els recursos (ample de banda) dels enllaços físics. Per tant, existeix la necessitat de coordinar aquests mecanismes per evitar possibles interferències. La gestió de recursos convencional que fa ús de la xarxa lògica, recalcula periòdicament (per exemple cada hora o cada dia) tota la xarxa lògica d'una forma centralitzada. Això introdueix el problema que els reajustaments de la xarxa lògica no es realitzen en el moment en què realment hi ha problemes. D'altra banda també introdueix la necessitat de mantenir una visió centralitzada de tota la xarxa. En aquesta tesi, es proposa una arquitectura distribuïda basada en un sistema multi agent. L'objectiu principal d'aquesta arquitectura és realitzar de forma conjunta i coordinada la gestió de recursos a nivell de xarxa lògica, integrant els mecanismes de reajustament d'ample de banda amb els mecanismes de restauració preplanejada, inclosa la gestió de l'ample de banda reservada per a la restauració. Es proposa que aquesta gestió es porti a terme d'una forma contínua, no periòdica, actuant quan es detecta el problema (quan un camí lògic està congestionat, o sigui, quan està rebutjant peticions de connexió dels usuaris perquè està saturat) i d'una forma completament distribuïda, o sigui, sense mantenir una visió global de la xarxa. Així doncs, l'arquitectura proposada realitza petits rearranjaments a la xarxa lògica adaptant-la d'una forma contínua a la demanda dels usuaris. L'arquitectura proposada també té en consideració altres objectius com l'escalabilitat, la modularitat, la robustesa, la flexibilitat i la simplicitat. El sistema multi agent proposat està estructurat en dues capes d'agents: els agents de monitorització (M) i els de rendiment (P). Aquests agents estan situats en els diferents nodes de la xarxa: hi ha un agent P i diversos agents M a cada node; aquests últims subordinats als P. Per tant l'arquitectura proposada es pot veure com una jerarquia d'agents. Cada agent és responsable de monitoritzar i controlar els recursos als que està assignat. S'han realitzat diferents experiments utilitzant un simulador distribuït a nivell de connexió proposat per nosaltres mateixos. Els resultats mostren que l'arquitectura proposada és capaç de realitzar les tasques assignades de detecció de la congestió, reassignació dinàmica d'ample de banda i reencaminament d'una forma coordinada amb els mecanismes de restauració preplanejada i gestió de l'ample de banda reservat per la restauració. L'arquitectura distribuïda ofereix una escalabilitat i robustesa acceptables gràcies a la seva flexibilitat i modularitat.

Enhanced fault recovery methods for protected traffic services in GMPLS networks

Les noves tecnologies a la xarxa ens permeten transportar, cada cop més, grans volums d' informació i trànsit de xarxa amb diferents nivells de prioritat. En aquest escenari, on s'ofereix una millor qualitat de servei, les conseqüències d'una fallada en un enllaç o en un node esdevenen més importants. Multiprotocol Lavel Switching (MPLS), juntament amb l'extensió a MPLS generalitzat (GMPLS), proporcionen mecanismes ràpids de recuperació de fallada establint camins, Label Switch Path (LSPs), redundants per ser utilitzats com a camins alternatius. En cas de fallada podrem utilitzar aquests camins per redireccionar el trànsit. El principal objectiu d'aquesta tesi ha estat millorar alguns dels actuals mecanismes de recuperació de fallades MPLS/GMPLS, amb l'objectiu de suportar els requeriments de protecció dels serveis proporcionats per la nova Internet. Per tal de fer aquesta avaluació s'han tingut en compte alguns paràmetres de qualitat de protecció com els temps de recuperació de fallada, les pèrdues de paquets o el consum de recursos. En aquesta tesi presentem una completa revisió i comparació dels principals mètodes de recuperació de fallada basats en MPLS. Aquest anàlisi inclou els mètodes de protecció del camí (backups globals, backups inversos i protecció 1+1), els mètodes de protecció locals i els mètodes de protecció de segments. També s'ha tingut en compte l'extensió d'aquests mecanismes a les xarxes òptiques mitjançant el pla de control proporcionat per GMPLS. En una primera fase d'aquest treball, cada mètode de recuperació de fallades és analitzat sense tenir en compte restriccions de recursos o de topologia. Aquest anàlisi ens dóna una primera classificació dels millors mecanismes de protecció en termes de pèrdues de paquets i temps de recuperació. Aquest primer anàlisi no és aplicable a xarxes reals. Per tal de tenir en compte aquest nou escenari, en una segona fase, s'analitzen els algorismes d'encaminament on sí tindrem en compte aquestes limitacions i restriccions de la xarxa. Es presenten alguns dels principals algorismes d'encaminament amb qualitat de servei i alguna de les principals propostes d'encaminament per xarxes MPLS. La majoria dels actual algorismes d'encaminament no tenen en compte l'establiment de rutes alternatives o utilitzen els mateixos objectius per seleccionar els camins de treball i els de protecció. Per millorar el nivell de protecció introduïm i formalitzem dos nous conceptes: la Probabilitat de fallada de la xarxa i l'Impacte de fallada. Un anàlisi de la xarxa a nivell físic proporciona un primer element per avaluar el nivell de protecció en termes de fiabilitat i disponibilitat de la xarxa. Formalitzem l'impacte d'una fallada, quant a la degradació de la qualitat de servei (en termes de retard i pèrdues de paquets). Expliquem la nostra proposta per reduir la probabilitat de fallada i l'impacte de fallada. Per últim fem una nova definició i classificació dels serveis de xarxa segons els valors requerits de probabilitat de fallada i impacte. Un dels aspectes que destaquem dels resultats d'aquesta tesi és que els mecanismes de protecció global del camí maximitzen la fiabilitat de la xarxa, mentre que les tècniques de protecció local o de segments de xarxa minimitzen l'impacte de fallada. Per tant podem assolir mínim impacte i màxima fiabilitat aplicant protecció local a tota la xarxa, però no és una proposta escalable en termes de consum de recursos. Nosaltres proposem un mecanisme intermig, aplicant protecció de segments combinat amb el nostre model d'avaluació de la probabilitat de fallada. Resumint, aquesta tesi presenta diversos mecanismes per l'anàlisi del nivell de protecció de la xarxa. Els resultats dels models i mecanismes proposats milloren la fiabilitat i minimitzen l'impacte d'una fallada en la xarxa.