信頼性に関する QoS を考慮した WDM ネットワークにおける論理トポロジー設計手法の提案

信頼性に関するQoSを考慮したWDMネットワークにおける論理トポロジー設計手法の提案信頼性に関するQoSを考慮したWDMネットワークにおける論理トポロジー設計手法の提案加藤　潤一大阪大学　大学院基礎工学研究科　情報数理系　博士前期課程 E-mail : j-katou@nal.ics.es.osaka-u.ac.jp CQ研究会@CRL

しかし 研究の背景 • インターネットの普及によるトラヒックの急激な増加 • 大容量伝送を可能とするWDMネットワークの台頭 • IPを上位層とするIP over WDMネットワークへの期待 • 高いスケーラビリティ • 大容量の伝送帯域 • IPの経路制御による障害回復機能 • IPの経路制御による障害回復機能では・・・ • 遅い • 経路不安定性の誘引によるネットワークの性能低下の可能性そこで WDM層での高速な障害回復が必要 CQ研究会@CRL

30Gbps 30Gbps 30Gbps 30Gbps 10Gbps B D 10Gbps C 10Gbps 20Gbps 10Gbps 10Gbps 10Gbps E WDMネットワークアーキテクチャ物理トポロジー A D 光パス C B E 論理トポロジー CQ研究会@CRL

WDMネットワークにおける障害回復方法(1) Protection : プロテクション • 通常時トラヒックを流すプライマリ光パスと同時に、バックアップ用のパスを予約 • 障害発生時、あらかじめ決められた経路にトラヒックを流して障害から回復 • 100%の確率で障害回復 Backup Path Primary Lightpath CQ研究会@CRL

λ1 X Y λ2 WDMネットワークにおける障害回復方法(2) • プロテクションパスの波長の共有 • １つの障害で同時に断線しない光パスのプロテクションパスは波長を共有できる D A E C B F G CQ研究会@CRL

障害回復に関する従来の議論と問題点 • プロテクション機能を有する様々な論理トポロジー設計手法が提案 • 目的関数例：使用波長数最小化、ブロック率最小化 • 障害回復の品質に関する議論は少数そこで各トラヒックが最大障害回復時間を指定できるQoPを提案 CQ研究会@CRL

発表内容 • 　障害回復時間をに関したQoP機構の提案 • 　提案QoPを実現するプロテクションパス設定手法の紹介 • 　上記のプロテクションパス設計手法を組み入れた２つの論理トポロジー設計手法の提案 • 　提案設計手法の比較評価 CQ研究会@CRL

障害回復時間を考慮したQoSの提案 Dmin：保障可能な障害回復時間の最小値 Dscale : 各QoPの刻み幅これらの値はネットワークによって適宜決定 CQ研究会@CRL

障害回復時間モデル プロテクションパスPx : ｈホップ m-1 m m+1 n-1 n n+1 主経路の保護する領域の伝播遅延時間　Dp Dp 領域(m, n)の障害回復時間 = 最大障害検知時間 + Dnode×h パス設定時間 + Dconf パス切り替え時間 CQ研究会@CRL

プロテクション手法１：SLSP • 隣り合うプロテクションパスが交差し、始点と終点が隣接ノードになる。 • 波長変換を許可しない場合、プライマリパス、プロテクションパスともに同一波長 CQ研究会@CRL

プロテクション手法２：PathProtection • SLSPで、QoPが十分に大きく、始点、終点間のプロテクションパスのみでQoPが満たされる場合 • 始点ノードで電気的に出力波長を変換するため波長変換を許可しない場合でも、プライマリパスとプロテクションパスは異なる波長可 CQ研究会@CRL

論理トポロジー設計アルゴリズム 与条件：トラヒック量は既知目的関数：使用波長数の最小化 CQ研究会@CRL

提案アルゴリズム１ • 波長割当手法：First Fit 方式 • 波長に0から番号をつけ、パスに対して番号の小さい波長から順に割当可能かどうか調べ、可能な波長のうち最も番号の小さい波長を割り当てる • Path Protectionの場合、プライマリ光パス、バックアップパスそれぞれ別々にFF方式を用いて割り当てる割当可能波長割当不能波長割当不能 λ0 割当不能 λ1 割当割当可能 λ2 CQ研究会@CRL

提案アルゴリズム２ 新規使用波長 • プロテクションパスに新たに使用するチャンネル数を各波長のコストとする • チャンネル：１リンクの１波長 • 最小コストとなる波長を割り当てる • Path Protection方式の場合、プライマリ光パスはFF方式で割り当てる共有使用波長コスト２ λ0 割当０ λ1 １ λ2 CQ研究会@CRL

2.8ms 1.4ms 3.5ms 9.1ms 11.2ms 1.4ms 3.5ms 4.7ms 1.4ms 3.5ms 0.7ms 3.5ms 2.8ms 3.5ms 8.4ms 3.5ms 2.8ms 7.0ms 5.6ms 4.9ms 8.4ms 評価モデル • 対象ネットワーク： NSFNET • トラヒックマトリクス：実測値（単位：Gbps） • 波長帯域： 1波長10Gbps • QoP ：ノード間に与えられる各トラヒックはQoPとして１から∞までの値をとる • 評価指標：使用波長数 CQ研究会@CRL

60 50 40 # of Wavelength 30 20 10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 QoP: Quality of Protection 評価結果：QoPと波長数の関係(1/2) • 各トラヒックが一葉に同一のQoPを要求した場合 • 提案アルゴリズム１を適用 • 低QoPほど使用波長数小 • あるQoPからは使用波長数一定 • 高QoPでは使用波長数が単純減少を示していない高いQoP 低いQoP CQ研究会@CRL

45 40 35 30 # of blocking 25 20 15 10 5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 QoP: Quality of Protection 評価結果：QoPと波長数の関係(2/2) • 各トラヒックが一葉に同一のQoPを要求した場合 • 提案アルゴリズム１を適用ブロッキング：要求するQoPを満たすプロテクション経路の確保が不可能な場合を意味つす。この場合主経路のみ設定一部のノード間では高いQoPを要求してもそれを満たす経路の確保が不可能 CQ研究会@CRL

1000 900 800 Algorithm1 700 600 # of Wavelength 500 400 300 Algorithm2 200 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Traffic scale α 評価結果：提案アルゴリズムの比較評価 • 各トラヒックのQoPをランダムに与えた場合 • 与トラヒック：トラヒックマトリクスのα倍 • 提案アルゴリズム２のほうが波長数小 • 提案アルゴリズム２ではより多くのプロテクションパスで波長を共有しようとしたため CQ研究会@CRL

まとめと今後の課題 • まとめ • 障害回復時間に関するQoPの提案 • QoPを考慮した２つの論理トポロジー設計手法の提案 • QoPと使用波長数の関係を明らかにした • アルゴリズム１と比較しアルゴリズム２の使用波長数が小さくなることを明らかにした • 今後の課題 • ブロッキングを排した評価 • 論理トポロジー設計アルゴリズムの提案 • より波長数を小さく抑えるアルゴリズム • 上位層をIPとしIPの経路制御機能も考慮したアルゴリズム CQ研究会@CRL

研究の背景 IP over WDMネットワークの台頭 WDMによるネットワークの伝送容量の増大 WDM層による障害回復の重要性 IP層での経路制御による障害回復では、経路の不安定性を誘引する可能性があり、結果として経路制御のためのトラヒックを増大させ、ネットワーク全体の性能を低下させる要因になる。 CQ研究会@CRL

WDMネットワークにおける障害回復方法(1) Restoration : リストレーション • 障害発生時に経路を再計算して障害から回復 • 局所的に障害回復をすることで高速な障害回復が可能 • 資源不足の場合WDM層での障害回復が不可能、この場合IPの経路制御による障害回復に依存 Primary Lightpath CQ研究会@CRL

提案アルゴリズム２ • 対象となるパスに対して、割当可能な波長を全て求め、各波長に対して新たに使用する波長数をコストとし、そのコストの最も小さい波長に割り当てる • プロテクションパスは、プライマリパスがDisjointな他のプロテクションパスと波長を共有可能 • プライマリパスの場合、どの波長でもコストは同じなので、Path Protectionの場合はFirst Fit方式を使用 CQ研究会@CRL

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