Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Resilient routing and spectrum assignment in Elastic Optical Networks under Dynamic Traffic
KTH, School of Information and Communication Technology (ICT).
2014 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Transparent Elastic Optical Networks (EON) are seen as a promising solution for future optical transport networks to keep up with internet traffic growth, as they allow provisioning connections with different bandwidth requirements in an efficient way. To achieve high spectrum efficiency in these networks, making good Routing, Modulation and Spectrum Assignment (RMLSA) decisions is essential. Since fiber cuts are common, resiliency against single-link failures is another important topic. This can be provided efficiently through shared-path protection (SPP), which in turn complicates the RMLSA problem.

Existing routing, modulation and spectrum assignment algorithms for SPP focus on the two-step approach, where primary paths are selected independently of their backup path options. However, selecting a different primary path can allow for a better backup path with higher shareability of backup resources if primary and backup path pairs are considered together. Previous studies on SPP in EONs mostly consider the static traffic scenario. Under a dynamic traffic scenario, where unpredictable connection re-quests arrive and terminate over time, fragmentation of spectral resources has a significant impact on the network performance.

In this thesis, a new algorithm is proposed for SPP in EONs against single-link failures where primary and backup path pairs are selected jointly, thereby minimizing fragmentation and maximizing shareability which leads to better network performance in terms of blocking probability. Unlike existing algorithms, the primary and backup path and spectrum are decided simultaneously from a set of candidate path pairs and the spectrum assignment is done using a hybrid cost metric. The metric is a weighted combination of existing metrics that integrates fragmentation and shareability into a multi-objective function.

Using network traffic simulations in two reference networks, the effect of the different cost functions on the algorithm’s behavior is explored and an optimal set of weights is determined. With this parameterization, traffic simulations in a scaled-down sample US network topology with load values of 190-240 Erlang, corresponding to blocking probabilities of 0.1% to 1%, show an average improvement over the reference algorithm of 79% in blocking probability, 6.9% in shareability and 5.9% in spectrum fragmentation. It is also shown that most of this improvement is caused by joint primary-backup path assignments. The hybrid cost function reduces blocking by a further 10%.

Abstract [sv]

Transparenta Elastiska Optiska Nätverk (EON) ses som en lovande lösning för framtida optiska transportnät för att hänga med Internettrafikens tillväxt, eftersom de möjliggör att tillhandahålla förbindelser med olika krav på bandbredd på ett effektivt sätt. För att uppnå hög spektrumeffektivitet i dessa nätverk är det viktigt att fatta bra beslut vad avser routing, modulering och spektrumtilldelning (Routing, Modulation Level and Spectrum Assignment, RMLSA). Eftersom fiberavbrott är vanliga, så är tåligheten mot enstaka länkfel et annat viktigt ämne. Detta kan ske effektivt genom att skydda gemensamma reservvägar (Shared Path Protection, SPP), vilket dock försvårar RMLSA-problemet.

Befintliga routing, modulering och spektrumtilldelningsalgoritmer för SPP fokuserar på strategier i två steg, där först de primära vägarna väljs oberoende av deras backupalternativ. Att välja en annan primär väg, kan dock möjliggöra en bättre reservväg med bättre delning av backupresurser om i stället par av primära och sekundära vägar bedöms tillsammans.

Tidigare studier på SPP i EONs anser främst statiska trafikscenarier. I ett dynamiskt trafikscenario, där oförutsägbara anslutningsbegäranden inkommer och avslutas över tiden, så kommer fragmenteringen av spektrala resurser ha en betydande inverkan på nätverkets prestanda.

I denna avhandling föreslås en ny algoritm för SPP i EONs för hantering av enskilda länkfel, där par av primära och sekundära vägar väljs gemensamt, vilket minimerar fragmentering och maximerar delning vilket leder till bättre nätverksprestanda i form av minskat blockering. Till skillnad från befintliga algoritmer beslutas den primära och sekundära vägen och spektrum samtidigt från en uppsättning av par av kandidatvägar och spektrumtilldelningen görs med en hybrid-kostnadsfunktion. Funktionen är en viktad kombination av befintliga mått som integrerar fragmentering och delning till en multi-objektiv målfunktion.

Med användning av nätverkstrafiksimuleringar i två referensnätverk studeras effekten av olika kostnadsfunktioner på algoritmens beteende och en optimal uppsättning av vikter bestäms. Med dessa parametrar, trafiksimuleringar i en reducerad US-nätverkstopologi med belastningsvärden på 190-240 Erlang, motsvarande blockeringssannolikheter på 0,1 - 1%, visar en genomsnittlig förbättring under referensalgoritmen på 79% i blockeringens sannolikhet, 6.9% i delning och 5,9% i fragmentering. Det visas också att det mesta av denna förbättring beror på det samtidiga tilldelning av primära och reservlänkar. Hybridkostnadsfunktionen minskar blockeringen med ytterligare 10%.

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 86 p.
Series
TRITA-ICT-EX, 2014:169
National Category
Communication Systems Telecommunications Computer Science
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-155684OAI: oai:DiVA.org:kth-155684DiVA: diva2:761882
Subject / course
Communications Systems
Educational program
Master of Science - Embedded Systems
Presentation
2014-06-27, 09:00 (English)
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-01-08 Created: 2014-11-09 Last updated: 2015-01-08Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Thesis(12044 kB)560 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 12044 kBChecksum SHA-512
de17dec2d5a3b0bbbc847c988f0b8ba1e3b7ce651298f22639014ecfb5b8661bd90c07ea3f913f0fc3e354ad6f401b18852c6321e96fd71bc1f86316b62f0689
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Information and Communication Technology (ICT)
Communication SystemsTelecommunicationsComputer Science

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 560 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 1710 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf