On the effects of energy-aware traffic engineering on routing reliability

Current network infrastructures are over-provisioned to increase their resilience against resource failures, e.g., bundled links and nodes, as well as congestion during peak hours. However such strategies waste resources as well as exhibit poor energy efficiency at off-peak periods. To this end, several energy aware routing algorithms have been proposed to maximally switch off redundant network resource at low traffic load to minimize energy usage. These routing solutions, however, do not consider network reliability as critical back-off links/nodes maybe switched off. Henceforth, we aim to quantify the effects of five recently proposed green routing approaches, namely FGH, GreenTE, MSPF, SSPF, and TLDP, on the following two reliability measures: (i) 2-terminal reliability (ii) path reliability. Experiments using three topologies with real and synthetic traffic demands show that switching off redundant links significantly affects the 2-terminal reliability. Routing traffic through multiple paths has lesser reliability impact while reducing energy, especially when the paths are link disjoint. Interestingly, TDLP and MSPF have better path reliabilities than using shortest path routing

Energy aware traffic engineering

Over-provisioning of network resources, i.e., routers and links, provides a unique opportunity for energy aware traffic engineering. In the thesis, we design three heuristic approaches, i.e., SSPF, MSPF, and 2DP-SP to solve three proposed green routing problems, i.e., SP-EAR, MP-EAR, and EAR-2DP. Our simulation results show the trade-off between power savings and network performances, i.e., maximum link utilization, path length, and route reliability, when using green routings algorithms

Economie d'énergie en réseau filaire : ingénierie de trafic et mise en veille

Les travaux portent sur l’économie d’énergie dans le secteur des technologies de la communication et plus particulièrement dans les réseaux filaires. La technologie support de nos travaux est Ethernet qui historiquement utilisée dans les entreprises est actuellement déployée dans les réseaux d’accès et de coeur des opérateurs. Notre objectif est d’économiser de l’énergie par une mise en sommeil des liens Ethernet en s’appuyant sur des mécanismes standards aisément déployables. Pour ce faire nous modélisons et évaluons le mécanisme de mise en sommeil IEEE802.3az et confrontons notre modèle à l’expérimentation sur équipements. A partir du modèle de coût obtenu, nous proposons de mettre en place une ingénierie de trafic verte fonction de la charge qui dirige le trafic dans le réseau de façon à permettre aux liens de se mettre en phase de sommeil tout en préservant une qualité de service en évitant de créer des pertes de données dans le réseau par une concentration trop importante de trafic sur les liens. Nous distinguons plusieurs politiques d’ingénierie de complexité de mise en œuvre différentes, que nous évaluons dans plusieurs contextes. Les résultats obtenus permettent quasiment de doubler les gains obtenus par le standard IEEE802.3az. Nous étudions l’ingénierie dans un mode distribué à partir d’un protocole de routage, OSPF, et présentons une preuve de concept dans un mode centralisé avec une architecture SDN pour laquelle nous proposons l’utilisation du routage source par segment afin de réduire le trafic de contrôle

Energy-Aware Traffic Engineering for Wired IP Networks

RÉSUMÉ Même si l'Internet est souvent considéré comme un moyen formidable pour réduire l'impact des activités humaines sur l'environnement, sa consommation d'énergie est en train de devenir un problème en raison de la croissance exponentielle du trafic et de l'expansion rapide des infrastructures de communication dans le monde entier. En 2007, il a été estimé que les équipements de réseau (sans tenir compte de serveurs dans les centres de données) étaient responsables d'une consommation d'énergie de 22 GW, alors qu'en 2010 la consommation annuelle des plus grands fournisseurs de services Internet (par exemple AT$T) a dépassé 10 TWh par an. En raison de cette tendance alarmante, la réduction de la consommation d'énergie dans les réseaux de télécommunication, et en particulier dans les réseaux IP, est récemment devenue une priorité. Une des stratégies les plus prometteuses pour rendre plus vert l'Internet est le sleep-based energy-aware network management (SEANM), selon lequel la configuration de réseau est adaptée aux niveaux de trafic afin d'endormir tous les éléments redondantes du réseau. Dans cette thèse nous développons plusieurs approches centralisées de SEANM, afin d'optimiser la configuration de réseaux IP qui utilisent différents protocoles (OSPF or MPLS) ou transportent différents types de trafic (élastique or inélastique). Le choix d'adresser le problème d'une manière centralisée, avec une plate-forme de gestion unique qui est responsable de la configuration et de la surveillance de l'ensemble du réseau, est motivée par la nécessité d'opérateurs de maintenir en tout temps le contrôle complet sur le réseau. Visant à mettre en œuvre les approches proposées dans un environnement réaliste du réseau, nous présentons aussi un nouveau cadre de gestion de réseau entièrement configurable que nous avons appelé JNetMan. JNetMan a été exploité pour tester une version dynamique de la procédure SEANM développée pour les réseaux utilisant OSPF.----------ABSTRACT Even if the Internet is commonly considered a formidable means to reduce the impact of human activities on the environment, its energy consumption is rapidly becoming an issue due to the exponential traffic growth and the rapid expansion of communication infrastructures worldwide. Estimated consumption of the network equipment, excluding servers in data centers, in 2007 was 22 GW, while in 2010 the yearly consumption of the largest Internet Service Providers, e.g., AT&T, exceeded 10 TWh per year. The growing energy trend has motivated the development of new strategies to reduce the consumption of telecommunication networks, with particular focus on IP networks. In addition to the development of a new generation of green network equipment, a second possible strategy to optimize the IP network consumption is represented by sleep-based energy-aware network management (SEANM), which aims at adapting the whole network power consumption to the traffic levels by optimizing the network configuration and putting to sleep the redundant network elements. Device sleeping represents the main potential source of saving because the consumption of current network devices is not proportional to the utilization level: so that, the overall network consumption is constantly close to maximum. In current IP networks, quality of service (QoS) and network resilience to failures are typically guaranteed by substantially over-dimensioning the whole network infrastructure: therefore, also during peak hours, it could be possible to put to sleep a non-negligible subset of redundant network devices. Due to the heterogeneity of current network technologies, in this thesis, we focus our efforts to develop centralized SEANM approaches for IP networks operated with different configurations and protocols. More precisely, we consider networks operated with different routing schemes, namely shortest path (OSPF), flow-based (MPLS) and take into account different types of traffic, i.e., elastic or inelastic. The centralized approach, with a single management platform responsible for configuring and monitoring the whole network, is motivated by the need of network operators to be constantly in control of the network dynamics. To fully guarantee network stability, we investigate the impact of SEANM on network reliability to failures and robustness to traffic variations. Ad hoc modeling techniques are integrated within the proposed SEANM frameworks to explicitly consider resilience and robustness as network constraints. Finally, to implement the proposed procedures in a realistic network environment, we propose a novel, fully configurable network management framework, called JNetMan. We use JNetMan to develop and test a dynamic version of the SEANM procedure for IP networks operated with shortest path routing protocols