A prediction-based routing mechanism for optical and IP/MPLS networks

Abstract

En los últimos años, las nuevas aplicaciones de Internet tales como aplicaciones multimedia, video a demanda, etc, requieren progresivamente mayor capacidad y garantías de calidad de servicio. En ese sentido el modelo de transmisión de tráfico ha ido cambiando hacia Redes Ópticas las cuales proporcionan mayor capacidad y fiabilidad. Esta Tesis se encamina a proporcionar nuevos mecanismos de routing basados en conceptos predictivos para ser aplicados tanto en Redes Ópticas como redes IP/MPLS. El proceso de routing implica seleccionar la ruta (o ruta y longitud de onda en Redes Ópticas) que mejor transporta la información desde el nodo fuente hasta el nodo destino en una red. El routing en redes IP/MPLS se conoce como QoS (Quality of Service) routing cuando calcula rutas que requieren ciertas garantías de calidad de servicio. Por otro lado, el routing en redes ópticas debe seleccionar no sólo el camino físico o ruta sino también la longitud de onda por donde el tráfico debe de ser transportado (conocido como problema de Routing and Wavelength Assignment, RWA). Con el propósito de introducir el escenario del problema ilustraremos el caso para redes ópticas. Las más recientes soluciones propuestas en la literatura para el problema de Routing and Wavelength Assignment, RWA, utilizan mecanismos distribuidos basados en routing de fuente. En routing distribuido, los nodos fuentes seleccionan la ruta y la longitud de onda basándose en la información de estado de la red contenida en sus bases de datos. En este escenario aparece el problema del routing inexacto (routing inaccuracy problem) porque por diferentes razones esta información de estado de la red contenida en las bases de datos no es exacta. El problema del routing inexacto describe el impacto en el rendimiento global debido a tomar decisiones RWA a partir de información inexacta o desactualizada. En general, una parte importante de un mecanismo de routing es la política de actualización.

En routing distribuido los nodos fuentes deben intercambiar información sobre los recursos (ancho de banda disponible o longitudes de onda disponibles) de sus enlaces. En la literatura hay diferentes propuestas tratando el problema del routing inexacto. Estos trabajos proponen tanto nuevos algoritmos de routing como nuevas políticas de actualización. Acerca de las políticas de actualización, cuando la frecuencia de actualización de las bases de datos es alta, la información de estado de la red será más precisa. Pero debe existir un compromiso entre la frecuencia de actualización y la sobrecarga de señalización generada por los mensajes de actualización en la red. Incluso, asumiendo en una red óptica que la sobrecarga de señalización no es un problema porque una fibra o longitud de onda se dedica a tareas de señalización (fuera de banda), es posible que la información no sea completamente precisa. Existe un tiempo mínimo de propagación necesario para diseminar esta información en la red y para que se estabilice esta información en las bases de datos. Por otro lado, hasta ahora Internet sólo proporcionaba un modelo de transmisión ‘best effort’. Las aplicaciones a tiempo real mencionadas no pueden ser soportadas en este modelo ‘best effort’, ya que requieren cierto grado de calidad de servicio. El volumen de información que los nodos fuente deben intercambiar cuando se tienen en cuenta los parámetros de calidad de servicio es mayor, y esto impacta negativamente en la sobrecarga de señalización. Esta Tesis propone un nuevo mecanismo de routing, llamado Prediciton-Based Routing (PBR), basado en conceptos predictivos, el cual no necesita mensajes de actualización con información de estado de la red. La principal idea subyacente es que a frecuencias de actualización asequibles la información de estado obtenida en los mensajes de actualización puede no ser útil. Por lo tanto, no utilizar esta información es mejor ya que su efecto tiene un impacto negativo en el rendimiento global de la red. El mecanismo Prediction-Based Routing (PBR) propuesto en esta Tesis tiene el propósito de reducir tanto la sobrecarga de señalización como los efectos negativos del problema del routing inexacto. La información de estado utilizada por los nodos fuentes no se actualiza mediante mensajes sino que es deducida del comportamiento de peticiones de conexión previas. Es decir, el mecanismo PBR tiene en cuenta los bloqueos de conexión previamente producidos en el mismo ‘lightpath’ (ruta y longitud de onda). Además, otra importante característica del PBR es su simplicidad comparado con algoritmos propuestos previamente.