Advanced Network Architecture Lab.
Design Method for Logical Topologies
with Quality of Reliability in WDM Networks
WDMネットワークにおける信頼性に関するQoSを考慮した
論理トポロジー設計手法の提案
大阪大学 大学院基礎工学研究科
情報数理系専攻 ソフトウェア科学分野
村田研究室 博士前期課程2年
加藤潤一
E-mail: [email protected]
Feb. 19. 2002
修士論文発表会
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Advanced Network Architecture Lab.
WDMネットワーク
WDM (Wavelength Division Multiplexing)
1本の光ファイバに複数の波長を多重化
各波長ごとに異なるデータを伝送
1波長の伝送容量は従来の光リンクの伝送容量と等量
多重化することによって伝送容量を8~1024倍
ノードへの負荷の増大
10Gbps
10Gbps
10Gbps
10Gbps
従来の光リンク
Feb. 19. 2002
WDM技術を適応した光リンク
修士論文発表会
2
Advanced Network Architecture Lab.
WDMネットワークアーキテクチャ
論理トポロジー
物理トポロジー
A
光パス
D
30Gbps
10Gbps
10Gbps
30Gbps
30Gbps
C
20Gbps
30Gbps
B
10Gbps
10Gbps
E
B
C
10Gbps
10Gbps
D
論理トポロジー設計問題
どの経路で?(経路選択問題)
どの波長に?(波長割当問題)
E
Feb. 19. 2002
修士論文発表会
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Advanced Network Architecture Lab.
WDMネットワークにおける障害回復
WDMネットワーク:大容量の伝送容量
障害発生時のデータ損失が大きい
上位層の障害回復では遅い
WDM層での高速な障害回復機能が必要
Feb. 19. 2002
修士論文発表会
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Advanced Network Architecture Lab.
WDMネットワークにおける障害回復方法
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
Backup Path
Primary Lightpath
Feb. 19. 2002
修士論文発表会
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Advanced Network Architecture Lab.
バックアップパスによる波長の共有
バックアップパスの波長の共有: shared protection
単一障害を前提
1つの障害で同時に断線しないプライマリ光パスの
バックアップパスは波長を共有できる
D
A
E
C
B
λ1
X
Y
λ2
F
Feb. 19. 2002
G
修士論文発表会
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Advanced Network Architecture Lab.
従来の障害回復に関するQoS
波長資源の
利用効率
従来の研究
Shared Protection
Protection
確率的な
障害回復
障害回復 N%
なし 障害回復
Feb. 19. 2002
本研究
100%
障害回復
修士論文発表会
高品質な
障害回復
100%障害回復
+
α
信頼性に
関するQoS
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研究の目的
• 障害回復における新しいQoSメトリックの提案
• 新しいQoSメトリックを考慮した論理トポロジー
設計手法の提案
Feb. 19. 2002
修士論文発表会
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Advanced Network Architecture Lab.
QoR (Quality of Reliability) の提案
QoR:
最大障害回復時間(障害発生から回復までの最大待ち時間)を指定
QoR1
QoR2
Dmin
Dmin+ 1×Dscale
…
…
QoRn
Dmin+ (n-1)×Dscale
…
…
QoR∞
プロテクション経路なし
Dmin:保障可能な障害回復時間の最小値
Dscale : 各QoRの刻み幅
これらの値はネットワークによって適宜決定
Feb. 19. 2002
修士論文発表会
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Advanced Network Architecture Lab.
QoRijへの変換
A
10ms
20ms
G
B
10ms
ノード間によっては物理的な制約によ
り実現不可能なQoRクラスがある
各ノード(i, j)間に対して、実現可能な
最も高いQoRをQoRijと設定
15ms
C
F
10ms
5ms
10ms D
QoR3
E
Dmin
Dmin+ 1×Dscale
Dmin+ 2×Dscale
QoRij
----QoRij(1)
…
…
Feb. 19. 2002
I
最大障害回復時間
…
H
QoR
QoR1
QoR2
QoR∞
バックアップ経路なし
QoRij(∞)
修士論文発表会
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Advanced Network Architecture Lab.
SLSP (Short Leap Shared Protection)
P2
P1
P3
P4
全てのバックアップパスPxに対して
QoRij(n)
Dmin+ (n-1)×Dscale
Pxに対する
障害回復時間
となるように各バックアップパスPxの始点、終点を決定する
Feb. 19. 2002
修士論文発表会
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Advanced Network Architecture Lab.
階層化グラフアルゴリズム
物理トポロジー
階層化グラフは波長に対応し
波長数=5
階層化グラフ
λ1
λ2
λ3
λ4
た波長グラフで構成される
各波長グラフは対応する波長
の使用状況を反映したグラフ
各波長グラフを用いて経路選
択することによって、波長の使用
状況を考慮した経路選択を可能
とする
新規に波長を使用するリンク
数をコストとする
コストが最小となる波長に割当
λ5
Feb. 19. 2002
修士論文発表会
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Advanced Network Architecture Lab.
比較する論理トポロジー設計アルゴリズム
経路選択はともに固定:
プライマリ経路は最短経路、
バックアップパスは最小ホップ経路
First-Fit アルゴリズム
割当可能な最も添え字の小さい波長に割当
Max-Shared アルゴリズム
バックアップパスがもっとも波長を共有する波長に割当
Feb. 19. 2002
修士論文発表会
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Advanced Network Architecture Lab.
評価モデル
2.8ms
1.4ms
3.5ms
9.1ms
11.2ms
1.4ms
3.5ms
4.7ms
1.4ms
3.5ms
2.8ms
2.8ms
3.5ms
8.4ms
7.0ms
5.6ms
8.4ms
0.7ms
3.5ms
3.5ms
Dmin
Dscale
Dnode
Dconf
10ms
2ms
1ms
0ms
4.9ms
ネットワークモデル: NSFNET(14ノード, 21リンク)
トラヒック量 : NSFNETの実トラヒックの計測値(1992)を利用
波長帯域 : 10Gbps
QoRij : 各ノード間が同一のQoRijを要求
評価指標 : 必要波長数
Feb. 19. 2002
修士論文発表会
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Advanced Network Architecture Lab.
評価結果:波長数無限:NSFNET
各トラヒックは一様に同一のQoRijを要求
初期トラヒック量のα倍のトラヒックを与える
階層化グラフを用いた設計アルゴリズムが少
ない波長数で論理トポロジーを設計
α=1
α=5
100
180
First-Fit
Max-Shared
Layered-Graph
60
40
the number of wavelengths
80
the number of wavelengths
First-Fit
160
120
100
80
60
40
20
Max-Shared
140
Layered-Graph
20
0
0
2
4
6
8
QoRij
Feb. 19. 2002
10
12
14
修士論文発表会
2
4
6
8
10
12
14
QoRij
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Advanced Network Architecture Lab.
評価結果:波長数限定
波長数=50
α=1
the number of blocked connections
波長数が限定の
場合、設定できな
いコネクションがで
てくる。この設定で
きなかったコネク
ション数は階層化
グラフを用いること
によって、少なく抑
えることができる。
100
80
First-Fit
60
Max-Shared
40
Layered-Graph
20
0
2
4
6
8
10
12
14
QoRij
Feb. 19. 2002
修士論文発表会
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Advanced Network Architecture Lab.
まとめ
 WDMネットワークにおける信頼性に対するQoSとし
てQoRを提案
 QoRを考慮した3つの論理トポロジー設計手法を提
案
 波長数に制約が無い場合で、各アルゴリズムが論理
トポロジーを設計するのに必要な波長数を比較した
 波長数に制約がある場合で、各アルゴリズムが設定
に失敗したコネクションの数を比較した
 2つの比較において、階層化グラフを用いた論理トポ
ロジー設計手法が効率的な波長利用が行えているこ
とを明らかにした
Feb. 19. 2002
修士論文発表会
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