Traffic engineering and regenerator placement in MPLS and GMPLS networks with restoration

Abstract

ÖZET MPLS VE GMPLS AĞLARINDA RESTORASYONLU TRAFİK MÜHENDİSLİĞİ VE REJENERATÖR KONUMLANDIRILMASI Emre Yetginer Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Yüksek Lisans Tez Yöneticisi: Yrd. Doç. Dr. Ezhan Karaşan Ocak 2002 Multiprotocol Label Switching (MPLS) adı altında standartlaştırılan etiket anahtarlama teknolojileri, çekirdek ağlar için performans avantajları sunmak tadır. MPLS geleneksel IP ağlarında trafik mühendisliği ve QoS desteğine imkan vermektedir. MPLS, IP protokolünün ortak kontrol düzlemini kullandığından dolayı, ağ yönetimini kolaylaştırmakta ve bakım maliyetlerini düşürmektedir. GMPLS olarak adlandırılan MPLS 'in genellemesi, optik taşıma ağlarının yapısal evriminde önemli bir aşama olarak görülmektedir. Bu tez çalışmasında, MPLS ağlarında onarılabilir yolların trafik mühendisliği problemini ele almakta ve dört aktif ve onarım yolu tasarımı metodu üzerinde çalışmaktayız. Her bir metot Tamsayılı Doğrusal Programlama (ILP) modeli olarak formüle edilmekte ve bu metotların relatif performansları öne sürülen bir trafik belirsizliği modeline göre karşılaştırılmaktadır. Optik ağlar için, trafik mühendisliği problemini fiziksel katman uyumsu zlukları ve optik katman kısıtlamalarım göz önüne alarak incelemekteyiz. Bu etkenler optik sinyallerin menzilini sınırlamakta ve sinyal rejeneratörlerinin yerleştirilmesini gerekli kılmaktadır. Bu da her bir talep için yol seçimi sürecinietkilemektedir. Rejeneratör konumlandırılması problemi için en az sayıda rejen- eratör yerleştirmeyi amaçlayan bir ILP formülasyonu sunmaktayız. Elde edilen formülasyonun büyük ağlarda kullanılamayacak büyükte olmasından dolayı aynı problem için iki de buluşsal algoritma geliştirmekteyiz. Bu algoritmaların etkin liklerini gerekli rejeneratör nokta sayısı açısından karşılaştırmaktayız. GMPLS ağlarında, aktif ve onarım yolları tasarımı için, yol kümesi oluşturmak üzere optik katman kısıtlamaları ve rejeneratörlerin yerlerini göz önüne alan bir ILP formülasyonu geliştirmekteyiz. Bu algoritmaların ağ performansı üzerindeki etk ilerini ortaya koymak için trafik mühendisliği modellerini kullanmaktayız. MPLS durumunda olduğu gibi, trafik mühendisliği metotlarının optik ağlardaki perfor mansı, trafik belirsizliği modeli kullanılarak karşılaştırılmaktadır. Anahtar Kelimeler. MPLS, GMPLS, trafik mühendisliği, onarım, rejeneratör konumlandırılması, aktif ve onarım yolları tasarımı vı

ABSTRACT TRAFFIC ENGINEERING AND REGENERATOR PLACEMENT IN MPLS AND GMPLS NETWORKS WITH RESTORATION Emre Yetginer M.S. in Electrical and Electronics Engineering Supervisor: Assist. Prof. Dr. Ezhan Karaşan January 2002 Label switching technologies, standardized under the name Multiprotocol Label Switching (MPLS), provide performance advantages for core networks. MPLS enables traffic engineering and QoS support on conventional IP networks. Since MPLS uses the common control plane of IP protocol, it simplifies network man agement and decreases maintenance costs. Generalization of MPLS, called GM PLS, is seen as an important step in the evolution of architectures of optical transport networks. In this thesis, we discuss the problem of traffic engineering of restorable paths in MPLS networks and study four working and restoration path design methods. Each method is formulated as an Integer Linear Program ming (ILP) model, and relative performances of these methods are compared based on a proposed traffic uncertainty model. For optical networks, we study the traffic engineering problem taking into ac count the physical layer impairments and optical layer constraints. These factors limit the range of optical signals and necessitate placement of signal regenerators. This, in turn, affects the path selection process for each demand. We present an ILP formulation for the regenerator placement problem with the objective of SUSS] CSBJW&Musing minimum number of regenerators. Since the resulting formulation has a huge size making it impractical for large networks, we also develop two heuristic algorithms for the same problem. We compare the efficiencies of these algorithms in terms of the number of regeneration points needed. For the design of working and restoration paths in GMPLS networks, we develop an ILP formulation for path set creation which considers optical layer constraints and locations of re generators. We use traffic engineering models to demonstrate the effect of these algorithms on network performance. As in the MPLS case, performances of traf fic engineering methods are compared for the optical network using the traffic uncertainty modeling. Keywords: MPLS, GMPLS, traffic engineering, restoration, regenerator place ment, working and restoration path design IV