We present a novel non-conventional approach to the future optical and wireless hybrid transport network that is capable of supporting the dominating kinds of traffic, i.e., voice/real-time, wireless and packet traffic, in a single transport network. The proposed model combines different technologies as connection and connectionless networks, optical cable and wireless (microwave/millimetre wave or optical wireless) and it is suitable for a variety of purposes and services in order to achieve global broadband networking features. Our new networking model contains an extension to the wireless world in order to achieve mobility and personalisation of the connection. It consists of an upgrade of real-time traffic with a microwave modulated optical wave, in order to carry out conventional mobile wireless via optical fibres though long distances and without a significant distortion. The whole available bandwidth can be fully exploited in the hybrid network. In the IP part of the network, quality of service can be differentiated for various classes of packets and network reliability/survivability can be categorised for the whole hybrid network. This substitutes the complete and revolutionary shifting to packet traffic, that many promote, with smooth evolutionary upgrades.

Towards broadband global optical and wireless networking

L'evolucio de les xarxes publiques de transport de dades destaca per el continu augment de la demanda de trafic a la que estan sotmeses. La causa es la imparable popularitzacio d'Internet i del seu us per a tot tipus d'aplicacions. Les xarxes de commutacio de rafegues optiques (OBS: Optical Bursts Switching) son una solucio extraordinariament prometedora per la proxima generacio de xarxes, tant per la flexibilitat que ofereixen com per el seu alt rendiment fruit de l'explotacio de la multiplexacio estadistica en el domini optic.Aquesta tesi presenta l'analisi, modelitzacio i avaluacio de les xarxes de commutacio de rafegues optiques basades en l'emulacio del temps de compensacio (emulated offset time: E-OBS). El concepte d'E-OBS defineix una arquitectura de xarxa OBS per al transportar i commutar rafegues optiques en una xarxa troncal en la que, al contrari de l'arquitectura convencional (C-OBS) en la que el temps de compensacio s'introdueix des dels nodes d'acces, el temps de compensacio s'introdueix en cadascun dels nodes de la xarxa per mitja d'un retardador de fibra addicional. L'arquitectura E-OBS permet superar algunes de les desavantatges inherents a arquitectures C-OBS, pero la seva gran virtut es la compatibilitat amb les xarxes de commutacio de circuits optics (OCS: Optical Circuit Switching) actuals i les futures xarxes de commutacio de paquets optics (OPS: Optical Packet Switching), de manera que les xarxes OBS basades en una arquitectura E-OBS) poden facilitat enormement la transicio de unes a les altres.A ala vista dels principals requeriments de disseny de les xarxes OBS, que son la resolucio de contencions en el domini optic, la provisio de qualitat de servei (QoS) i l'optim encaminament de les rafegues per tal de minimitzar la congestio de la xarxa, . en aquesta tesi es proposa un disseny de l'arquitectura E-OBS basada en (i) un metode viable per a la provisio del temps de compensacio, (ii) una qualitat alta global de servei, i (iii) un mecanisme d'encaminament que minimitzi congestio de xarxa.- La primera part d'aquesta tesi proporciona la informacio documental necessaria per al disseny d'E-OBS.- La segona part se centra en l'estudi de la funcionalitat i viabilitat de l'arquitectura E-OBS. S'introdueixen els principis d'operacio d'E-OBS i s'identifiquen els principals esculls que presenten les arquitectures C-OBS i que deixen de ser-ho en una arquitectura E-OBS. Alguns d'aquests esculls son la dificultat d'utilitzar un algorisme d'encaminament amb rutes alternatives, la complexitat dels algoritmes de reserva de recursos i la seva falta d'equitat, la complexitat en la provisio de la QoS, etc. En aquesta segona part es constata que l'arquitectura E-OBS redueix la complexitat dels de reserva de recursos i es verifica la viabilitat d'operacio i de funcionament de la provisio del tremps de compensacio en aquesta arquitectura a partir de figures de comportament obtingudes amb retardadors de fibra comercialment disponibles.- La tercera part encara el problema de la provisio de la QoS. Primer s'hi revisen els conceptes basics de QoS aixi com els mecanismes de tractament de la QoS per a xarxes OBS fent-ne una comparacio qualitativa i de rendiment de tots ells. Com a resultat s'obte que el mecanisme que presenta un millor comportament es el d'avortament de la transmissio de les rafegues de mes baixa prioritat quan aquestes col·lisionen amb una de prioritat mes alta (es l'anomenat Burst Preemption mechanism), el qual en alguns casos presenta un problema de senyalitzacio innecessaria. Aquesta tercera part es conclou amb la proposta d'un mecanisme de finestra a afegir al esquema de Burst Preemption que nomes funciona sobre una arquitectura E-OBS i que soluciona aquest problema.- En la quarta part s'afronta el problema de l'encaminament en xarxes OBS. S'estudia el comportament dels algoritmes d'encaminament adaptatius, els aillats amb rutes alternatives i els multicami distribuits, sobre xarxes E-OBS. A la vista dels resultats no massa satisfactoris que s'obtenen, es planteja una solucio alternativa que es basa en model d'optimitzacio no lineal. Es formulen i resolen dos models d'optimitzacio per als algoritmes encaminament de font multicami que redueixen notablement la congestio en les xarxes OBS.Finalment, aquesta tesi conclou que l'arquitectura E-OBS es factible, que es mes eficient que la C-OBS, que proveeix eficacment QoS, i que es capac d'operar amb diverses estrategies d'encaminament i de reduir eficacment la congestio de xarxa.

Offset time-emulated architecture for optical burst switching-modelling and performance evaluation

Les xarxes IP tradicionals utilitzen el model de transmissio "best-effort" per transportar trafic entre clients de la xarxa. Aquest model de transmissio de trafic no es el mes adequat per les aplicacions en temps real com per exemple, video sota demanda, conferencies multimedia o realitat virtual que per altra banda tenen cada cop mes adeptes entre els clients de la xarxa. A fi de garantir el correcte funcionament d'aquest tipus d'aplicacions, l'estructura de la xarxa ha de ser substancialment modificada amb l'objectiu final de poder optimitzar els seus propis recursos i aixi poder fer front a aquells tipus de trafics i de clients que requereixen certes garanties de "Qualitat de Servei" (QoS) per a la seva correcta transmissio. Aquestes modificacions o millores de la xarxa poden ser perfectament realitzades sota l'entorn d'Enginyeria de Trafic (Traffic Engineering, TE). Dos son els principals aspectos relacionats amb el funcionament de la xarxa en aquest entorn de TE: els mecanismes de commutacio i els mecanismes d'encaminament. Aixi, per una banda es necessita un mecanisme de commutacio molt rapid en els nodes interns de la xarxa a fi de que els paquets de dades puguin ser processats amb el menor temps possible. En xarxes IP aquest objectiu s'aconsegueix amb el Multiprotocol Label Switching (MPLS). Per altra banda, a fi de garantir certa QoS, les decisions d'encaminament s'han de realitzar tenint en compte quines son les restriccions de QoS sol·licitades per el node client que origina el trafic. Aquest objectiu s'aconsegueix modificant els esquemes d'encaminament tradicionals, incorporant-hi els parametres de QoS en les decisions d'encaminament, generant el que es coneix com algorismes d'encaminament amb QoS (QoS routing). Centrant-nos en aquest darrer aspecte, la majoria dels algorismes d'encaminament amb QoS existents, realitzen la seleccio de la ruta a partir de la informacio d'estat de l'enllac emmagatzemada en les bases de dades d'estat de l'enllac contingudes en els nodes. Per poder garantir que els successius canvis en l'estat de la xarxa estiguin perfectament reflectits en aquesta informacio d'encaminament, el protocol d'encaminament ha d'incloure un mecanisme d'actualitzacio que faci possible garantir que la seleccio de les rutes es fa a partir d'informacio acurada de l'estat real de la xarxa. En un entorn IP tradicional, el qual inicialment no inclou parametres de QoS, els canvis produits en la informacio d'encaminament son tan sols deguts a modificacions en la topologia i connectivitat de la xarxa. En aquest entorn, donat que la frequencia en la qual s'espera rebre missatges advertint d'aquestes modificacions no es elevada, la majoria dels mecanismes d'actualitzacio es basen en la inclusio d'un cert periode de refresc. Aixi, les bases de dades s'actualitzen periodicament mitjancant la distribucio d'uns missatges que informen a la resta de nodes de l'estat de la xarxa,a fi de que cada node pugui actualitzar la seva base de dades. No obstant aixo, hem de tenir en compte que en aquelles xarxes IP/MPLS altament dinamiques amb requeriments de QoS, aquest mecanisme d'actualitzacio basat en un refresc periodic no sera util. Aixo es degut a la rigidesa que presenta aquest mecanisme, la qual fa que no sigui aplicable a un entorn que presenti continues variacions del parametres dels enllacos cada cop que s'estableixi o s'alliberi una connexio (ara a mes de la topologia i connectivitat, s'inclouen parametres de QoS, com ampla de banda, retard, variacio del retard, etc.). Per tot aixo, s'haura de generar un mecanisme d'actualitzacio molt mes eficient que sigui capac de mantenir les bases de dades dels nodes perfectament actualitzades reflectint els continus canvis en l'estat de la xarxa. L'alta granularitat d'aquest mecanisme provocara una sobrecarrega de la xarxa, degut a l'enorme quantitat de missatges d'actualitzacio que seran necessaris per poder mantenir informacio actualitzada en les bases de dades d'estat de l'enllac en cada node. Per reduir aquesta sobrecarrega de senyalitzacio apareixen les politiques d'activacio (triggering policies) que tenen per objectiu determinar en quin moment un node ha d'enviar un missatge d'actualitzacio a la resta de nodes de la xarxa advertint-los de les variacions produides en els seus enllacos. Desafortunadament, l'us d'aquestes politiques d'activacio produeix un efecte negatiu sobre el funcionament global de la xarxa. En efecte, si l'actualitzacio de la informacio de l'estat de l'enllac en els nodes no es fa cada cop que aquesta informacio es veu modificada, sino que es fa d'acord a una certa politica d'activacio, no es podra garantir que aquesta informacio representi de forma acurada l'esta actual de la xarxa en tot moment. Aixo pot provocar una seleccio no optima de la ruta seleccionada i un increment en la probabilitat de bloqueig de noves connexions a la xarxa.

Mechanisms to Reduce Routing Information Inaccuracy Effects: Application to MPLS and WDM Networks

The paper describes the design goals and methodology in creating a new model of optical telecommunication network. The model is implemented by discrete-event network simulator ns-3. The advantages of using the existing simulator core infrastructure provided by ns-3 are analyzed and compared to building own simulator from scratch, or selecting a tool among other existing simulators such as ns-2, OMNeT++, and OPNET. The requirements for feature functionality are outlined and high-level overview of the model architecture and its components are provided. Finally, the possibilities for extending the model in future research and development work are described.

/pdf/modelling-optical-network-components-a-network-simulator-41aicptexv.pdf

Modelling optical network components: A network simulator-based approach

Most existing wide area telecommunication networks (WAN) have an SDH based, electronically circuit switched transport core. Connection setup or tear down may require days or weeks and multiplexing/demultiplexing always require complex optical/electro/optical (O/E/O) conversions. Nowadays, the operators and vendors are working on an optical control plane, which should control setup and tear down of connections. Work on automatically switched optical network (ASON) and generalised multi-protocol label switching (GMPLS) takes place within ITU and IETF, respectively. Resulting optically circuit switched (OCS) networks can offer explicit transfer guarantees, since circuit establishments are confirmed. However, this generates a delay equal at least to the round-trip time, typically several ms. Even though OCS networks will offer more flexibility than today's solution, the access to the optical bandwidth will still be provided with fibre/wavelength granularity. Future networks should be able to serve a client layer that includes packet-based networks, such as the Internet, which may have a highly dynamic connection pattern with a significant portion of bursty traffic between the communicating pairs. In this case, OCS transport may not be flexible enough. It would require over-dimensioning of the number of connections and of the bandwidth reservation of each connection, to avoid excessive delay and extensive buffering at the ingress router. Here is when Optical Packet Switching (OPS) and Optical Burst Switching (OBS) come into play, with the goal of reducing delays and improving the utilisation of the network's resources through statistical multiplexing. This comes at the expense of not being able to offer explicit transfer guarantees. However, suitable node design and proper dimensioning of network resources may enable support of most services over the same network. OPS and OBS logical performance in relation to contention resolution and quality of service (QoS) differentiation will be discussed in 4.3 and 4.4. Moreover, hybrid schemes are possible where OPS and OBS share the WDM layer with an OCS scheme, serving applications with the need for explicit transfer guarantees. Europe has been very active in OPS research, especially through projects like RACE ATMOS [1], ACTS KEOPS [2], IST DAVID [3], IST STOLAS [4] and COST 266. OBS was proposed very recently [5], but different research groups in Europe have already made significant contributions to this field, as later sections in this chapter show. Inevitably, there are some differences in terminology within the research community; we here explicitly describe some concepts and terms used in this chapter. Both optical packet …

Optical burst switching and optical packet switching

This paper gives an overview of the work carried out during the course of the COST-266 action on circuit/wavelength switched network studies. Several subjects are discussed in detail in this paper. A first important topic deals with the different control plane models in single- and multidomain networks. A second important issue is the routing and wavelength assignment problem, both in networks with static and dynamic traffic demands. Also the IP-over-OTN network architecture, envisaged to be the network architecture most suited for future transport networks, is discussed. Finally the study on optical virtual private networks is presented.

Circuit/wavelength switching and routing

The paper describes an approach to the optical transmission network modeling. The modeling process is based on two main assumptions -transmission network carries IP datagrams using the layer 2 protocol as a framing technique and wavelength division multiplexing (WDM) is used as a transmission technique on the physical layer. Protection and restoration mechanisms have been implemented on the photonic layer and QoS is supported by the Internet protocol. An IP over WDM network structure has been presented, along with the description of the optical component modeling process.

M Lackovic

Papers

Optical burst switching and optical packet switching

Circuit/wavelength switching and routing

An approach to an IP over WDM transmission network modelling