Inter-domain Routing in Optical Networks with Wavelength Converters

With the increasing deployment of wavelengthdivision multiplexing (WDM) optical networks, the need for advanced lightpath provisioning algorithms and protocols in a multi-domain setting is becoming evident. In order to increase efficiency by relaxing the wavelength continuity constraint in WDM optical networks, wavelength converters are often placed at certain nodes in the network. In this paper, we study the efficiency of using converters in a multi-domain setting. We have made simple but important modifications to existing optical inter-domain routing protocols in order to utilize the power of wavelength converters and have tested their performance. These modifications can be seamlessly integrated into these protocols (i.e., without changing their algorithmic aspects) to significantly reduce their blocking ratio. We also show that there is a clear performance difference among the considered protocols.Peer ReviewedPostprint (author’s final draft

Hierarchical QoS routing in next generation optical networks

In this paper, we study the problem of inter-domain routing with two additive QoS constraints in hierarchical optical networks. We develop an inter-domain routing protocol that (1) identifies the QoS supported by the paths, (2) selects an inter-domain path that satisfies the QoS requirement of a connection request, and (3) reserves the wavelength on each link along the path in such a way that the number of wavelength converters needed is minimized. Both formal analyses and extensive simulation experiments show that our inter-domain routing protocol outperforms the existing protocols. © 2006 IEEE.published_or_final_versio

Towards a cloud enabler : from an optical network resource provisioning system to a generalized architecture for dynamic infrastructure services provisioning

This work was developed during a period where most of the optical management and provisioning system where manual and proprietary. This work contributed to the evolution of the state of the art of optical networks with new architectures and advanced virtual infrastructure services. The evolution of optical networks, and internet globally, have been very promising during the last decade. The impact of mobile technology, grid, cloud computing, HDTV, augmented reality and big data, among many others, have driven the evolution of optical networks towards current service technologies, mostly based on SDN (Software Defined Networking) architectures and NFV(Network Functions Virtualisation). Moreover, the convergence of IP/Optical networks and IT services, and the evolution of the internet and optical infrastructures, have generated novel service orchestrators and open source frameworks. In fact, technology has evolved that fast that none could foresee how important Internet is for our current lives. Said in other words, technology was forced to evolve in a way that network architectures became much more transparent, dynamic and flexible to the end users (applications, user interfaces or simple APIs). This Thesis exposes the work done on defining new architectures for Service Oriented Networks and the contribution to the state of the art. The research work is divided into three topics. It describes the evolution from a Network Resource Provisioning System to an advanced Service Plane, and ends with a new architecture that virtualized the optical infrastructure in order to provide coordinated, on-demand and dynamic services between the application and the network infrastructure layer, becoming an enabler for the new generation of cloud network infrastructures. The work done on defining a Network Resource Provisioning System established the first bases for future work on network infrastructure virtualization. The UCLP (User Light Path Provisioning) technology was the first attempt for Customer Empowered Networks and Articulated Private Networks. It empowered the users and brought virtualization and partitioning functionalities into the optical data plane, with new interfaces for dynamic service provisioning. The work done within the development of a new Service Plane allowed the provisioning of on-demand connectivity services from the application, and in a multi-domain and multi-technology scenario based on a virtual network infrastructure composed of resources from different infrastructure providers. This Service Plane facilitated the deployment of applications consuming large amounts of data under deterministic conditions, so allowing the networks behave as a Grid-class resource. It became the first on-demand provisioning system that at lower levels allowed the creation of one virtual domain composed from resources of different providers. The last research topic presents an architecture that consolidated the work done in virtualisation while enhancing the capabilities to upper layers, so fully integrating the optical network infrastructure into the cloud environment, and so providing an architecture that enabled cloud services by integrating the request of optical network and IT infrastructure services together at the same level. It set up a new trend into the research community and evolved towards the technology we use today based on SDN and NFV. Summing up, the work presented is focused on the provisioning of virtual infrastructures from the architectural point of view of optical networks and IT infrastructures, together with the design and definition of novel service layers. It means, architectures that enabled the creation of virtual infrastructures composed of optical networks and IT resources, isolated and provisioned on-demand and in advance with infrastructure re-planning functionalities, and a new set of interfaces to open up those services to applications or third parties.Aquesta tesi es va desenvolupar durant un període on la majoria de sistemes de gestió de xarxa òptica eren manuals i basats en sistemes propietaris. En aquest sentit, la feina presentada va contribuir a l'evolució de l'estat de l'art de les xarxes òptiques tant a nivell d’arquitectures com de provisió d’infraestructures virtuals. L'evolució de les xarxes òptiques, i d'Internet a nivell mundial, han estat molt prometedores durant l'última dècada. L'impacte de la tecnologia mòbil, la computació al núvol, la televisió d'alta definició, la realitat augmentada i el big data, entre molts altres, han impulsat l'evolució cap a xarxes d’altes prestacions amb nous serveis basats en SDN (Software Defined Networking) i NFV (Funcions de xarxa La virtualització). D'altra banda, la convergència de xarxes òptiques i els serveis IT, junt amb l'evolució d'Internet i de les infraestructures òptiques, han generat nous orquestradors de serveis i frameworks basats en codi obert. La tecnologia ha evolucionat a una velocitat on ningú podria haver predit la importància que Internet està tenint en el nostre dia a dia. Dit en altres paraules, la tecnologia es va veure obligada a evolucionar d'una manera on les arquitectures de xarxa es fessin més transparent, dinàmiques i flexibles vers als usuaris finals (aplicacions, interfícies d'usuari o APIs simples). Aquesta Tesi presenta noves arquitectures de xarxa òptica orientades a serveis. El treball de recerca es divideix en tres temes. Es presenta un sistema de virtualització i aprovisionament de recursos de xarxa i la seva evolució a un pla de servei avançat, per acabar presentant el disseny d’una nova arquitectura capaç de virtualitzar la infraestructura òptica i IT i proporcionar serveis de forma coordinada, i sota demanda, entre l'aplicació i la capa d'infraestructura de xarxa òptica. Tot esdevenint un facilitador per a la nova generació d'infraestructures de xarxa en el núvol. El treball realitzat en la definició del sistema de virtualització de recursos va establir les primeres bases sobre la virtualització de la infraestructura de xarxa òptica en el marc de les “Customer Empowered Networks” i “Articulated Private Networks”. Amb l’objectiu de virtualitzar el pla de dades òptic, i oferir noves interfícies per a la provisió de serveis dinàmics de xarxa. En quant al pla de serveis presentat, aquest va facilitat la provisió de serveis de connectivitat sota demanda per part de l'aplicació, tant en entorns multi-domini, com en entorns amb múltiples tecnologies. Aquest pla de servei, anomenat Harmony, va facilitar el desplegament de noves aplicacions que consumien grans quantitats de dades en condicions deterministes. En aquest sentit, va permetre que les xarxes es comportessin com un recurs Grid, i per tant, va esdevenir el primer sistema d'aprovisionament sota demanda que permetia la creació de dominis virtuals de xarxa composts a partir de recursos de diferents proveïdors. Finalment, es presenta l’evolució d’un pla de servei cap una arquitectura global que consolida el treball realitzat a nivell de convergència d’infraestructures (òptica + IT) i millora les capacitats de les capes superiors. Aquesta arquitectura va facilitar la plena integració de la infraestructura de xarxa òptica a l'entorn del núvol. En aquest sentit, aquest resultats van evolucionar cap a les tendències actuals de SDN i NFV. En resum, el treball presentat es centra en la provisió d'infraestructures virtuals des del punt de vista d’arquitectures de xarxa òptiques i les infraestructures IT, juntament amb el disseny i definició de nous serveis de xarxa avançats, tal i com ho va ser el servei de re-planificació dinàmicaPostprint (published version

Análisis de convergencia de protocolos de encaminamiento multi-dominio en redes ópticas de próxima generación

Las redes de computadores, con Internet como paradigma más extendido, se encuentran en permanente estado de transición. La mayor dificultad que éstas deben afrontar consiste en ser capaces de proporcionar garantías de calidad y confiabilidad a las comunicaciones de datos entre entidades situadas en dominios distintos. Debido a las carencias implícitas del protocolo de encaminamiento multidominio utilizado en Internet, denominado BGP, el cual no fue concebido para soportar las demandas y las expectativas actuales, surge la necesidad de seguir explorando en este campo. El paso natural sería la sustitución de este protocolo, aunque su despliegue global y su probada capacidad de escalar no hacen prever una inmediata evolución. Sin embargo, a largo plazo, cuando se implanten las redes ópticas de próxima generación, el marco será idóneo para desarrollar nuevas propuestas de encaminamiento inter-dominio que mejoren drásticamente las prestaciones del presente en redes constituidas por múltiples dominios. En este sentido, desde el grupo ANA del Departament d’Arquitectura de Computadors (DAC) de la UPC, se sentaron las bases sobre distintas propuestas de protocolos de encaminamiento multi-dominio. Posteriormente, en un estudio previo a la presente memoria, se implementaron unos módulos en OPNET, una de las herramientas más potentes en el campo de la simulación de redes, y se obtuvieron unos resultados, fruto de una importante cantidad de simulaciones, acerca de las principales prestaciones de dichos protocolos, como son la tasa de bloqueo y la escalabilidad. A pesar de que la tasa de bloqueo se reduce notablemente en los nuevos protocolos, la falta de conocimiento de la respuesta de éstos en el sistema frente a eventualidades inesperadas en la red, motivó la realización de este estudio. Precisamente, analizar la gestión del encaminamiento multi-dominio, sobre las nuevas propuestas, al producirse una aparición/inhabilitación de un elemento en la topología de la red y estimar el tiempo invertido en conseguir que toda la red pueda encaminar la información como si nada hubiera ocurrido -tiempo de convergencia-, son el objetivo principal aquí pretendido. Para realizar este preciso examen de la estabilidad en los distintos protocolos, ha sido necesario realizar algunas modificaciones en los módulos existentes, así como la implementación de nuevas aportaciones. Por esta razón, se ha creído conveniente el desarrollo de una práctica guía de usuario para que futuros estudiantes que sigan esta línea de investigación, no tengan dificultades derivadas de la utilización de la herramienta y puedan obviar la barrera de un costoso y complejo aprendizaje. Finalmente, los resultados obtenidos a través de distintos experimentos en un entorno similar a la realidad son, una vez contrastados, un potente complemento para futuros artículos científicos que puedan surgir, desde el grupo de investigación donde se enmarca este trabajo, acerca de los protocolos de encaminamiento inter-dominio y de su convergencia. Aparte, los módulos programados serán públicos y accesibles, en breve, para que cualquier persona interesada pueda descargarlos, probarlos y/o modificarlos. Por lo que respecta al contenido de la memoria, a continuación se comenta su estructura. En el Capítulo 1 se desarrollan las motivaciones y los objetivos ya subrayados en los párrafos precedentes. Por otro lado, el Capítulo 2 sirve para describir el entorno donde se sitúa el estudio, mientras que el Capítulo 3 pone el foco directamente sobre la problemática a tratar. En el Capítulo 4 se describen, con toda clase de detalles, las nuevas propuestas sobre las que realizar el exhaustivo análisis de convergencia y en el Capítulo 5 se describen las acciones emprendidas para conseguirlo. El Capítulo 6 presenta los resultados obtenidos y las conclusiones, y el trabajo futuro abierto, se extienden en el Capítulo 7

Análisis de convergencia de protocolos de encaminamiento multi-dominio en redes ópticas de próxima generación

Las redes de computadores, con Internet como paradigma más extendido, se encuentran en permanente estado de transición. La mayor dificultad que éstas deben afrontar consiste en ser capaces de proporcionar garantías de calidad y confiabilidad a las comunicaciones de datos entre entidades situadas en dominios distintos. Debido a las carencias implícitas del protocolo de encaminamiento multidominio utilizado en Internet, denominado BGP, el cual no fue concebido para soportar las demandas y las expectativas actuales, surge la necesidad de seguir explorando en este campo. El paso natural sería la sustitución de este protocolo, aunque su despliegue global y su probada capacidad de escalar no hacen prever una inmediata evolución. Sin embargo, a largo plazo, cuando se implanten las redes ópticas de próxima generación, el marco será idóneo para desarrollar nuevas propuestas de encaminamiento inter-dominio que mejoren drásticamente las prestaciones del presente en redes constituidas por múltiples dominios. En este sentido, desde el grupo ANA del Departament d’Arquitectura de Computadors (DAC) de la UPC, se sentaron las bases sobre distintas propuestas de protocolos de encaminamiento multi-dominio. Posteriormente, en un estudio previo a la presente memoria, se implementaron unos módulos en OPNET, una de las herramientas más potentes en el campo de la simulación de redes, y se obtuvieron unos resultados, fruto de una importante cantidad de simulaciones, acerca de las principales prestaciones de dichos protocolos, como son la tasa de bloqueo y la escalabilidad. A pesar de que la tasa de bloqueo se reduce notablemente en los nuevos protocolos, la falta de conocimiento de la respuesta de éstos en el sistema frente a eventualidades inesperadas en la red, motivó la realización de este estudio. Precisamente, analizar la gestión del encaminamiento multi-dominio, sobre las nuevas propuestas, al producirse una aparición/inhabilitación de un elemento en la topología de la red y estimar el tiempo invertido en conseguir que toda la red pueda encaminar la información como si nada hubiera ocurrido -tiempo de convergencia-, son el objetivo principal aquí pretendido. Para realizar este preciso examen de la estabilidad en los distintos protocolos, ha sido necesario realizar algunas modificaciones en los módulos existentes, así como la implementación de nuevas aportaciones. Por esta razón, se ha creído conveniente el desarrollo de una práctica guía de usuario para que futuros estudiantes que sigan esta línea de investigación, no tengan dificultades derivadas de la utilización de la herramienta y puedan obviar la barrera de un costoso y complejo aprendizaje. Finalmente, los resultados obtenidos a través de distintos experimentos en un entorno similar a la realidad son, una vez contrastados, un potente complemento para futuros artículos científicos que puedan surgir, desde el grupo de investigación donde se enmarca este trabajo, acerca de los protocolos de encaminamiento inter-dominio y de su convergencia. Aparte, los módulos programados serán públicos y accesibles, en breve, para que cualquier persona interesada pueda descargarlos, probarlos y/o modificarlos. Por lo que respecta al contenido de la memoria, a continuación se comenta su estructura. En el Capítulo 1 se desarrollan las motivaciones y los objetivos ya subrayados en los párrafos precedentes. Por otro lado, el Capítulo 2 sirve para describir el entorno donde se sitúa el estudio, mientras que el Capítulo 3 pone el foco directamente sobre la problemática a tratar. En el Capítulo 4 se describen, con toda clase de detalles, las nuevas propuestas sobre las que realizar el exhaustivo análisis de convergencia y en el Capítulo 5 se describen las acciones emprendidas para conseguirlo. El Capítulo 6 presenta los resultados obtenidos y las conclusiones, y el trabajo futuro abierto, se extienden en el Capítulo 7

Inter-domain routing in optical networks wavelength converters

With the increasing deployment of wavelength division multiplexing (WDM) optical networks, the need for advanced lightpath provisioning algorithms and protocols in a multi-domain setting is becoming evident. In order to increase efficiency by relaxing the wavelength continuity constraint in WDM optical networks, wavelength converters are often placed at certain nodes in the network. In this paper, we study the efficiency of using converters in a multi-domain setting. We have made simple but important modifications to existing optical inter-domain routing protocols in order to utilize the power of wavelength converters and have tested their performance. These modifications can be seamlessly integrated into these protocols (i.e., without changing their algorithmic aspects) to significantly reduce their blocking ratio. We also show that there is a clear performance difference among the considered protocols.Network Architectures and ServicesElectrical Engineering, Mathematics and Computer Scienc