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.

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.

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.

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.

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.

Especificação de uma rede MPLS fim-a-fim com diferenciação de serviços

New multimedia applications that use the Internet as a communication media are pressing for the development of new technologies, such as: MPLS (Multiprotocol Label Switching) and DiffServ. These technologies introduce new and powerful features to the Internet backbone, as the provision of QoS (Quality of Service) capabilities. However, to obtain a true end-to-end QoS, it is not enough to implement such technologies in the network core, it becomes indispensable to extend such improvements to the access networks, what is the aim of the several works presently under development. To contribute to this process, this Thesis presents the RSVP-SVC (Resource Reservation Protocol Switched Virtual Connection) that consists in an extension of RSVP-TE. The RSVP-SVC is presented herein as a mean to support a true end-to-end QoS, through the extension of MPLS scope. Thus, it is specified a Switched Virtual Connection (SVC) service to be used in the context of a MPLS User-to-Network Interface (MPLS UNI), that is able to efficiently establish and activate Label Switched Paths (LSP), starting from the access routers that satisfy the QoS requirements demanded by the applications. The RSVP-SVC was specified in Estelle, a Formal Description Technique (FDT) standardized by ISO. The edition, compilation, verification and simulation of RSVP-SVC were made by the EDT (Estelle Development Toolset) software. The benefits and most important issues to be considered when using the proposed protocol are also included

Proposta de arquiterura para o estabelecimento dinâmico de conexões determinísticas e busca de recursos multidomínio em redes grid OBS baseadas no GMPLS

A capacidade de processamento das instituições de pesquisa vem crescendo significativamente à medida que processadores e estações de trabalho cada vez mais poderosos vão surgindo no mercado. Considerando a melhoria de desempenho na área de redes de computadores e visando suprir a demanda por processamento cada vez maior, surgiu a ideia de utilizar computadores independentes conectados em rede como plataforma para execução de aplicações paralelas, originando assim a área de computação em grade. Em uma rede que se encontra sob um mesmo domínio administrativo, é comum que exista o compartilhamento de recursos como discos, impressoras, etc. Mas quando a rede ultrapassa um domínio administrativo, este compartilhamento se torna muito limitado. A finalidade das grades de computação é permitir compartilhamento de recursos mesmo que estes estejam espalhados por diversos domínios administrativos. Esta dissertação propõe uma arquitetura para o estabelecimento dinâmico de conexões multidomínio que faz uso da comutação de rajadas ópticas (OBS – Optical Burst Switching) utilizando um plano de controle GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching). A arquitetura baseia-se no armazenamento de informações sobre recursos de grade de sistemas autônomos (AS -Autonomous Systems) distintos em um componente chamado Servidor GOBS Raiz (Grid OBS) e na utilização do roteamento explícito para reservar os recursos ao longo de uma rota que satisfaça as restrições de desempenho de uma aplicação. A validação da proposta é feita através de simulações que mostram que a arquitetura é capaz de garantir níveis de desempenho diferenciados de acordo com a classe da aplicação e proporciona uma melhor utilização dos recursos de rede e de computação.

Simulation and analysis of network traffic for efficient and reliable information transfer

With the growing commercial importance of the Internet and the development of new real-time, connection-oriented services like IP-telephony and electronic commerce resilience is becoming a key issue in the design of TP-based networks. Two emerging technologies, which can accomplish the task of efficient information transfer, are Multiprotocol Label Switching (MPLS) and Differentiated Services. A main benefit of MPLS is the ability to introduce traffic-engineering concepts due to its connection-oriented characteristic. With MPLS it is possible to assign different paths for packets through the network. Differentiated services divides traffic into different classes and treat them differently, especially when there is a shortage of network resources. In this thesis, a framework was proposed to integrate the above two technologies and its performance in providing load balancing and improving QoS was evaluated. Simulation and analysis of this framework demonstrated that the combination of MPLS and Differentiated services is a powerful tool for QoS provisioning in IP networks.

Introduccion - Simulando con OMNET: selección de la herramienta y su utilización

La diferenciación y el soporte en calidad de servicio es utilizada en muchas arquitecturas de red, técnicas y frameworks, tales como IP, con los esquemas de DiffServ e IntServ, redes NGN, GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching) y redes ópticas, entre otras. Actualmente, la calidad de servicio no es solo una cuestión técnica, sino que se ha convertido en un producto que puede ser visto desde numerosas perspectivas, en las que los clientes, cada día, demandan más servicios, de mayor calidad. Por lo tanto, los proveedores deben mejorar sus implementaciones para permanecer en este reñido mercado (Piotr, Stankiewicz, Cholda, & Jajszczyk, 2011). En este contexto, las redes actuales deben garantizar la calidad en los servicios sin importar el incremento paulatino de usuarios y dispositivos de interconectividad. La mejor manera de hacerlo no es necesariamente invirtiendo en la infraestructura más moderna que soporte técnicas para este fin. Existen mecanismos que se pueden aplicar sobre infraestructuras de red actuales, las cuales ayudan a manejar el tráfico de manera adecuada, de tal manera que los parámetros de calidad de servicio se mantengan dentro de los límites permisibles establecidos por la Recomendación Y.1541 (UIT, 2011a).