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.

Implantació d’una xarxa de banda molt ampla a Rubrera

En el present projecte es tracta de la creació d’una Operadora de Xarxa de Telecomunicacions pel desplegament i explotació d’una xarxa de fibra òptica a la població de Rubrera per tal d’oferir a tots els seus habitants connexió a serveis que necessitaran el suport de banda moltampla. D’aquesta manera s’intenta apropar a tots el Rubrerencs la possibilitat d’accés a aquest tipus de serveis al mateix temps que els habitants de les poblacions més importants del país, integrant-los immediatament a la Societat de la Informació. Així doncs, es dur a terme elpresent projecte que es defineix amb els següents objectius:- És un fet que la Societat de la informació cada dia és més important en la vida diària de les persones. Per això, l’Ajuntament de Rubrera és conscient de que el seu objectiuprincipal és fer arribar la connexió a banda molt ampla a tots els seus habitants, sinó hofan les empreses privades que tenen les autoritzacions corresponents. Com que capoperador s’ha compromès a construir aquest tipus de xarxa a Rubrera a mig termini ,és per això que es proposa establir una xarxa per transportar serveis d’alta capacitat, de tal manera que Rubrera no es quedi desfasada respecte poblacions i territoris de l’entorn.- Proporcionar als Rubrerencs un ventall d‘Operadores de Serveis, d’altre manerainaccessible, on poder escollir. Afavorir i promoure la lliure competència entre lesOperadores a la localitat de Rubrera, que ajudarà a reduir els futurs costos entelecomunicacions.- Constitució d’una empresa de caràcter públic, lligada directament a l’Ajuntament deRubrera, per planificar, dissenyar, desplegar, operar i mantenir la xarxa de caràcter obert a tots els operadors de serveis i en cobertura de tot el territori municipal.- Promoure la inserció del màxim número possible d’operadors de serveis, sobre aquesta xarxa pública oberta, per que se’ls hi garantirà el mateix cost que aquestes han assumit en les poblacions més importants. S’intenta d’aquesta manera oferir a diversesoperadores, la possibilitat de prestar serveis a una població on, en principi no els és rentable el desplegament d’una xarxa pròpia.- Finalment s’intenta des d’aquest projecte oferir un model a seguir per altres poblacions que es trobin en la mateixa situació. La necessitat de banda molt ampla a tot el territori català i espanyol és imminent.

El papel decisivo de la banda ancha en el Espacio Iberoamericano del Conocimiento

La consolidación de un Espacio Iberoamericano del Conocimiento robusto y equilibrado en acceso depende a corto y medio plazo del establecimiento de una red de banda ancha creciente, que evolucione hacia la consideración de servicio universal. Si en España y Portugal ese objetivo se está cumpliendo no sin dificultades y a un ritmo en la línea del resto de países de la Unión Europea, en el caso americano la progresión es menor. El rol de las redes de telecomunicación es fundamental por diversos motivos: el liderato de Internet como nuevo medio de comunicación social cuyas implicaciones son infinitas, la interconexión sin cuellos de botella entre los diversos países del espacio iberoamericano y la consolidación de un verdadero panespacio virtual que facilite a los ciudadanos iberoamericanos la pléyade de servicios que se desprenden de la Sociedad de la Información y el Conocimiento.

La televisión IP (IPTV) y la transmisión mediante VDSL : realidad y perspectivas de negocio

La introducción comercial de la tecnología VDSL puede dinamizar las soluciones de televisión IP (IPTV) y el periodismo audiovisual en general a través de la red de banda ancha. El análisis de las incipientes experiencias de televisión a través de VDSL en diversos países permite establecer una prospectiva que afecta a las diversas aplicaciones audiovisuales. El servicio de televisión adquiere así protagonismo ante los de telefonía e Internet dentro de los servicios de triple play, y puede combinarse en movilidad con el quadruple play.

Despliegue y análisis de la cobertura de una red WiMAX basada en IEEE 802.16-2004

Aquest projecte tracta de l’estudi de la cobertura WiMAX basada en la variant 802.16-2004 en la que opera a 3.5 GHz en diferents escenaris d’un campus universitari. Primerament es realitza una introducció general a WiMAX i es defineixen els equips utilitzats. Posteriorment es comença a dur a terme un estudi de la cobertura WiMAX en diferents escenaris: indoor y outdoor per tal de poder extreure models empírics simplificats de path loss a partir de mesures realitzades amb els terminals WiMAX. Per últim, s’introdueix al projecte InterRural del Ministeri d'Indústria, Turisme i Comerç dut a terme durant els mesos Octubre 2007 - Març 2008 amb altres empreses col·laboradores: Telefònica, Hispasat, Gigle i Iber-X. La finalitat del projecte InterRural és comparar diferents tecnologies wireless de banda ample com alternatives per un bucle local ràdio de la última milla. En concret es comparen experimentalment les tecnologies WiMAX i WiFI 802.11a en diferents escenaris: LOS i NLOS.

Implementación de técnicas de estimación y sincronización para sistemas OFDM: aplicación directa sobre la implementación de la capa física del estándar DVB-T

El sistema de modulación ODFM es utilizado en diversas aplicaciones de banda ancha, tanto en comunicaciones por cable como en aplicaciones inalámbricas. Presenta numerosas ventajas frente a sistemas de banda ancha de portadora única ya que permite una alta eficiencia espectral, una fácil ecualización y una reducción del ISI. Por el contrario, presenta dificultades inherentes a su estructura, que son de vital importancia solventar, entre las cuales se encuentran los altos requisitos de sincronización. Este proyecto presenta métodos de sincronización de tiempo y frecuencia implementados y evaluados sobre una plataforma software basada en Matlab®, que recoge el sistema completo de transmisión basado fielmente en el estándar DVB-T. Tras una presentación de los principios de la modulación OFDM, en este documento se presenta un estudio detallado de este sistema de transmisión y su implementación, formando conjuntamente una plataforma de simulación para la evaluación de los estimadores implementados.

Posicionamiento en redes WiMAX: implementación de una solución real

Aquest projecte estudia la implantació d’un sistema de posicionament a l’interior d’un edifici que compti amb una xarxa WiMAX. Per començar, s’analitzaran les característiques principals d’aquesta tecnología, la configuració de la xarxa amb la que treballarem i s’explicaran els mètodes de posicionament existents avui en dia. Més endavant s’estudiaran els aspectes més importants de la nostra aplicació: l’escenari, l’estimació de la distancia i l’estimació de la posició. Finalment, després d’analitzar els resultats de diverses mesures, es dissenyaran tres mètodes pel càlcul de la posició i s’aplicarà el nostre procediment en més de 15 escenaris de posicionament diferents, amb l’objectiu de comparar els resultats i definir quin dels mètodes aconsegueix un posicionament més precís.

Resource dimensioning aspect of heterogeneous traffic with different service requirements: Integration versus segregation

In this paper, we consider the ATM networks in which the virtual path concept is implemented. The question of how to multiplex two or more diverse traffic classes while providing different quality of service requirements is a very complicated open problem. Two distinct options are available: integration and segregation. In an integration approach all the traffic from different connections are multiplexed onto one VP. This implies that the most restrictive QOS requirements must be applied to all services. Therefore, link utilization will be decreased because unnecessarily stringent QOS is provided to all connections. With the segregation approach the problem can be much simplified if different types of traffic are separated by assigning a VP with dedicated resources (buffers and links). Therefore, resources may not be efficiently utilized because no sharing of bandwidth can take place across the VP. The probability that the bandwidth required by the accepted connections exceeds the capacity of the link is evaluated with the probability of congestion (PC). Since the PC can be expressed as the CLP, we shall simply carry out bandwidth allocation using the PC. We first focus on the influence of some parameters (CLP, bit rate and burstiness) on the capacity required by a VP supporting a single traffic class using the new convolution approach. Numerical results are presented both to compare the required capacity and to observe which conditions under each approach are preferred

Automatic self-configuration of the logical network using distributed software agents

We present a system for dynamic network resource configuration in environments with bandwidth reservation. The proposed system is completely distributed and automates the mechanisms for adapting the logical network to the offered load. The system is able to manage dynamically a logical network such as a virtual path network in ATM or a label switched path network in MPLS or GMPLS. The system design and implementation is based on a multi-agent system (MAS) which make the decisions of when and how to change a logical path. Despite the lack of a centralised global network view, results show that MAS manages the network resources effectively, reducing the connection blocking probability and, therefore, achieving better utilisation of network resources. We also include details of its architecture and implementation

An improved method for discovering link criticality in transport networks

Quantitatively assessing the importance or criticality of each link in a network is of practical value to operators, as that can help them to increase the network's resilience, provide more efficient services, or improve some other aspect of the service. Betweenness is a graph-theoretical measure of centrality that can be applied to communication networks to evaluate link importance. However, as we illustrate in this paper, the basic definition of betweenness centrality produces inaccurate estimations as it does not take into account some aspects relevant to networking, such as the heterogeneity in link capacity or the difference between node-pairs in their contribution to the total traffic. A new algorithm for discovering link centrality in transport networks is proposed in this paper. It requires only static or semi-static network and topology attributes, and yet produces estimations of good accuracy, as verified through extensive simulations. Its potential value is demonstrated by an example application. In the example, the simple shortest-path routing algorithm is improved in such a way that it outperforms other more advanced algorithms in terms of blocking ratio

Lightweight monitoring of label switched paths for bandwidth management

The purpose of resource management is the efficient and effective use of network resources, for instance bandwidth. In this article, a connection oriented network scenario is considered, where a certain amount of bandwidth is reserved for each label switch path (LSP), which is a logical path, in a MPLS or GMPLS environment. Assuming there is also some kind of admission control (explicit or implicit), these environments typically provide quality of service (QoS) guarantees. It could happen that some LSPs become busy, thus rejecting connections, while other LSPs may be under-utilised. We propose a distributed lightweight monitoring technique, based on threshold values, the objective of which is to detect congestion when it occurs in an LSP and activate the corresponding alarm which will trigger a dynamic bandwidth reallocation mechanism

Dynamic bandwidth management as part of an integrated network management system based on distributed agents

We present a system for dynamic network resource configuration in environments with bandwidth reservation and path restoration mechanisms. Our focus is on the dynamic bandwidth management results, although the main goal of the system is the integration of the different mechanisms that manage the reserved paths (bandwidth, restoration, and spare capacity planning). The objective is to avoid conflicts between these mechanisms. The system is able to dynamically manage a logical network such as a virtual path network in ATM or a label switch path network in MPLS. This system has been designed to be modular in the sense that in can be activated or deactivated, and it can be applied only in a sub-network. The system design and implementation is based on a multi-agent system (MAS). We also included details of its architecture and implementation

CAC controlled services sharing a link with connectionless data services in an ATM network: a performance evaluation study

In the B-ISDN there is a provision for four classes of services, all of them supported by a single transport network (the ATM network). Three of these services, the connected oriented (CO) ones, permit connection access control (CAC) but the fourth, the connectionless oriented (CLO) one, does not. Therefore, when CLO service and CO services have to share the same ATM link, a conflict may arise. This is because a bandwidth allocation to obtain maximum statistical gain can damage the contracted ATM quality of service (QOS); and vice versa, in order to guarantee the contracted QOS, the statistical gain have to be sacrificed. The paper presents a performance evaluation study of the influence of the CLO service on a CO service (a circuit emulation service or a variable bit-rate service) when sharing the same link

Bandwidth allocation based on real time calculations using the convolution approach

This paper focuses on one of the methods for bandwidth allocation in an ATM network: the convolution approach. The convolution approach permits an accurate study of the system load in statistical terms by accumulated calculations, since probabilistic results of the bandwidth allocation can be obtained. Nevertheless, the convolution approach has a high cost in terms of calculation and storage requirements. This aspect makes real-time calculations difficult, so many authors do not consider this approach. With the aim of reducing the cost we propose to use the multinomial distribution function: the enhanced convolution approach (ECA). This permits direct computation of the associated probabilities of the instantaneous bandwidth requirements and makes a simple deconvolution process possible. The ECA is used in connection acceptance control, and some results are presented

Multicast algorithms evaluation using an adaptative routing in ATM networks

This paper proposes a multicast implementation based on adaptive routing with anticipated calculation. Three different cost measures for a point-to-multipoint connection: bandwidth cost, connection establishment cost and switching cost can be considered. The application of the method based on pre-evaluated routing tables makes possible the reduction of bandwidth cost and connection establishment cost individually