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.

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.

Performance analysis of data transmissions in MPLS and non-MPLS networks

Basic Network transactions specifies that datagram from source to destination is routed through numerous routers and paths depending on the available free and uncongested paths which results in the transmission route being too long, thus incurring greater delay, jitter, congestion and reduced throughput. One of the major problems of packet switched networks is the cell delay variation or jitter. This cell delay variation is due to the queuing delay depending on the applied loading conditions. The effect of delay, jitter accumulation due to the number of nodes along transmission routes and dropped packets adds further complexity to multimedia traffic because there is no guarantee that each traffic stream will be delivered according to its own jitter constraints therefore there is the need to analyze the effects of jitter. IP routers enable a single path for the transmission of all packets. On the other hand, Multi-Protocol Label Switching (MPLS) allows separation of packet forwarding and routing characteristics to enable packets to use the appropriate routes and also optimize and control the behavior of transmission paths. Thus correcting some of the shortfalls associated with IP routing. Therefore MPLS has been utilized in the analysis for effective transmission through the various networks. This paper analyzes the effect of delay, congestion, interference, jitter and packet loss in the transmission of signals from source to destination. In effect the impact of link failures, repair paths in the various physical topologies namely bus, star, mesh and hybrid topologies are all analyzed based on standard network conditions.

Implementação do protocolo LMP de gerência de enlace em redes GMPLS ópticas

Pós-graduação em Ciência da Computação - IBILCE

Multi-scale label interaction to improve object detection and segmentation

The project aims at advancing the state of the art in the use of context information for classification of image and video data. The use of context in the classification of images has been showed of great importance to improve the performance of actual object recognition systems. In our project we proposed the concept of Multi-scale Feature Labels as a general and compact method to exploit the local and global context. The feature extraction from the discriminative probability or classification confidence label field is of great novelty. Moreover the use of a multi-scale representation of the feature labels lead to a compact and efficient description of the context. The goal of the project has been also to provide a general-purpose method and prove its suitability in different image/video analysis problem. The two-year project generated 5 journal publications (plus 2 under submission), 10 conference publications (plus 2 under submission) and one patent (plus 1 pending). Of these publications, a relevant number make use of the main result of this project to improve the results in detection and/or segmentation of objects.

Towards Interoperability in P2P World: an Indexing Middleware for Multi-Protocol Peer-to-Peer Data Sharing

Despite the abundant availability,of protocols and application for peer-to-peer file sharing, several drawbacks are still present in the field. Among most notable drawbacks is the lack of a simple and interoperable way to share information among independent peer-to-peer networks. Another drawback is the requirement that the shared content can be accessed only by a limited number of compatible applications, making impossible their access to others applications and system. In this work we present a new approach for peer-to-peer data indexing, focused on organization and retrieval of metadata which describes the shared content. This approach results in a common and interoperable infrastructure, which provides a transparent access to data shared on multiple data sharing networks via a simple API. The proposed approach is evaluated using a case study, implemented as a cross-platform extension to Mozilla Fir fox browser; and demonstrates the advantages of such interoperability over conventional distributed data access strategies.

Towards interoperability in P2Pworld: An indexing middleware for multi-protocol peer-to-peer data sharing

Despite the abundant availability of protocols and application for peer-to-peer file sharing, several drawbacks are still present in the field. Among most notable drawbacks is the lack of a simple and interoperable way to share information among independent peer-to-peer networks. Another drawback is the requirement that the shared content can be accessed only by a limited number of compatible applications, making impossible their access to others applications and system. In this work we present a new approach for peer-to-peer data indexing, focused on organization and retrieval of metadata which describes the shared content. This approach results in a common and interoperable infrastructure, which provides a transparent access to data shared on multiple data sharing networks via a simple API. The proposed approach is evaluated using a case study, implemented as a cross-platform extension to Mozilla Firefox browser, and demonstrates the advantages of such interoperability over conventional distributed data access strategies. © 2009 IEEE.

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.

Encaminhamento óptimo do tráfego em redes Triple Play

A Internet é responsável pelo surgimento de um novo paradigma de televisão – IPTV (Televisão sobre IP). Este serviço distingue-se de outros modelos de televisão, pois permite aos utilizadores um elevado grau de interactividade, com um controlo personalizado sobre os conteúdos a que pretende assistir. Possibilita ainda a oferta de um número ilimitado de canais, bem como o acesso a conteúdos de Vídeo on Demand (VoD). O IPTV apresenta diversas funcionalidades suportadas por uma arquitectura complexa e uma rede convergente que serve de integração a serviços de voz, dados e vídeo. A tecnologia IPTV explora ao máximo as características da Internet, com a utilização de mecanismos de Qualidade de Serviço. Surge ainda como uma revolução dentro do panorama televisivo, abrindo portas a novos investimentos por parte das empresas de telecomunicações. A Internet também permite fazer chamadas telefónicas sobre a rede IP. Este serviço é denominado VoIP (Voz sobre IP) e encontra-se em funcionamento já há algum tempo. Desta forma surge a oportunidade de poder oferecer ao consumidor final, um serviço que inclua os serviços de Internet, de VoIP e de IPTV denominado serviço Triple Play. O serviço Triple Play veio obrigar a revisão de toda a rede de transporte de forma a preparar a mesma para suportar este serviço de uma forma eficiente (QoS), resiliente (recuperação de falhas) e optimizado (Engenharia de tráfego). Em redes de telecomunicações, tanto a quebra de uma ligação como a congestão nas redes pode interferir nos serviços oferecidos aos consumidores finais. Mecanismos de sobrevivência são aplicados de forma a garantir a continuidade do serviço mesmo na ocorrência de uma falha. O objectivo desta dissertação é propor uma solução de uma arquitectura de rede capaz de suportar o serviço Triple Play de uma forma eficiente, resiliente e optimizada através de um encaminhamento óptimo ou quase óptimo. No âmbito deste trabalho, é realizada a análise do impacto das estratégias de encaminhamento que garantem a eficiência, sobrevivência e optimização das redes IP existentes, bem como é determinado o número limite de clientes permitido numa situação de pico de uma dada rede. Neste trabalho foram abordados os conceitos de Serviços Triple Play, Redes de Acesso, Redes Núcleo, Qualidade de Serviço, MPLS (Multi-Protocolo Label Switching), Engenharia de Tráfego e Recuperação de falhas. As conclusões obtidas das simulações efectuadas através do simulador de rede NS-2.33 (Network Simulator versão 2.33) serviram para propor a solução da arquitectura de uma rede capaz de suportar o serviço Triple Play de uma forma eficiente, resiliente e optimizada.

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.

Multi-objective optimization scheme for static and dynamic multicast flows

Muchas de las nuevas aplicaciones emergentes de Internet tales como TV sobre Internet, Radio sobre Internet,Video Streamming multi-punto, entre otras, necesitan los siguientes requerimientos de recursos: ancho de banda consumido, retardo extremo-a-extremo, tasa de paquetes perdidos, etc. Por lo anterior, es necesario formular una propuesta que especifique y provea para este tipo de aplicaciones los recursos necesarios para su buen funcionamiento. En esta tesis, proponemos un esquema de ingeniería de tráfico multi-objetivo a través del uso de diferentes árboles de distribución para muchos flujos multicast. En este caso, estamos usando la aproximación de múltiples caminos para cada nodo egreso y de esta forma obtener la aproximación de múltiples árboles y a través de esta forma crear diferentes árboles multicast. Sin embargo, nuestra propuesta resuelve la fracción de la división del tráfico a través de múltiples árboles. La propuesta puede ser aplicada en redes MPLS estableciendo rutas explícitas en eventos multicast. En primera instancia, el objetivo es combinar los siguientes objetivos ponderados dentro de una métrica agregada: máxima utilización de los enlaces, cantidad de saltos, el ancho de banda total consumido y el retardo total extremo-a-extremo. Nosotros hemos formulado esta función multi-objetivo (modelo MHDB-S) y los resultados obtenidos muestran que varios objetivos ponderados son reducidos y la máxima utilización de los enlaces es minimizada. El problema es NP-duro, por lo tanto, un algoritmo es propuesto para optimizar los diferentes objetivos. El comportamiento que obtuvimos usando este algoritmo es similar al que obtuvimos con el modelo. Normalmente, durante la transmisión multicast los nodos egresos pueden salir o entrar del árbol y por esta razón en esta tesis proponemos un esquema de ingeniería de tráfico multi-objetivo usando diferentes árboles para grupos multicast dinámicos. (en el cual los nodos egresos pueden cambiar durante el tiempo de vida de la conexión). Si un árbol multicast es recomputado desde el principio, esto podría consumir un tiempo considerable de CPU y además todas las comuicaciones que están usando el árbol multicast serán temporalmente interrumpida. Para aliviar estos inconvenientes, proponemos un modelo de optimización (modelo dinámico MHDB-D) que utilice los árboles multicast previamente computados (modelo estático MHDB-S) adicionando nuevos nodos egreso. Usando el método de la suma ponderada para resolver el modelo analítico, no necesariamente es correcto, porque es posible tener un espacio de solución no convexo y por esta razón algunas soluciones pueden no ser encontradas. Adicionalmente, otros tipos de objetivos fueron encontrados en diferentes trabajos de investigación. Por las razones mencionadas anteriormente, un nuevo modelo llamado GMM es propuesto y para dar solución a este problema un nuevo algoritmo usando Algoritmos Evolutivos Multi-Objetivos es propuesto. Este algoritmo esta inspirado por el algoritmo Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA). Para dar una solución al caso dinámico con este modelo generalizado, nosotros hemos propuesto un nuevo modelo dinámico y una solución computacional usando Breadth First Search (BFS) probabilístico. Finalmente, para evaluar nuestro esquema de optimización propuesto, ejecutamos diferentes pruebas y simulaciones. Las principales contribuciones de esta tesis son la taxonomía, los modelos de optimización multi-objetivo para los casos estático y dinámico en transmisiones multicast (MHDB-S y MHDB-D), los algoritmos para dar solución computacional a los modelos. Finalmente, los modelos generalizados también para los casos estático y dinámico (GMM y GMM Dinámico) y las propuestas computacionales para dar slución usando MOEA y BFS probabilístico.