Path signalling in a wireless back-haul network integrating unidirectional broadcast technologies

The black-haul infrastructures of today's wireless operators must support the triple-play services demanded by the market or regulatory bodies. To cope with increasing capacity demand, in our previous work, we have developed a cost-effective heterogeneous layer 2.5 wireless back-haul (WiBACK) architecture, which leverages the native multicast capabilities of broadcast technologies such as DVB to off-load high-bandwidth broadcast content delivery. Furthermore, our architecture provides support for unidirectional technologies on the data and the control plane. This adopts a centralized coordinator approach, in which coordinator nodes install so-called management and data pipes. No routing state is kept at plain WiBACK nodes, which merely store QoS-aware pipe forwarding state. Consequently, the architecture requires a reliable protocol to push resource allocation and pipe forwarding state into the network, considering possibly unidirectional connectivity. Such a protocol, whose task is related to MPLS label distribution, is essential during the initial forming of WiBACK topologies and during regular network operations to reliably manage the data pipes. In this paper, we present a novel approach to extend our IEEE 802.21-inspired WiBACK TransportService and, based upon this, the design of an RSVP-TE-style pipe signalling protocol using nested hop-by-hop request/response MIH transactions that supports signalling over unidirectional technologies. A thorough evaluation and successful testbed deployments show that this protocol reliably signals pipe state even under high loss conditions

Advanced features of MPLS technology

Tato práce se zabývá technologií Multiprotocol Label Switching a to zejména moderními metodami, které je možné použít v rámci této technolologie. Jako příklad lze uvést využití podpory kvality služeb při směrování. V práci jsou navrhnuty a simulovány různé topologie a scénáře, které ověřují možnosti využití MPLS v podpoře kvality služeb.This work is considered to evaluate the needs of MPLS implementation in current IP networks with respect to Quality of Service guarantees. It shows many aspects and evaluations of the influence of different traffic classes. The best solutions are evaluated with simulations and can be implemented with respect to Quality of Service guarantees.

Simulação de redes MPLS : uma perspectiva pedagógica

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesEste trabalho propõe um conjunto de experiências laboratoriais desenvolvidas no sentido de elucidar os principais conceitos da tecnologia MPLS (Multiprotocol Label Switching). Dada a importância crescente desta tecnologia no contexto das redes IP, torna-se importante que ela seja leccionada nas disciplinas de Redes dos diversos Mestrados Integrados do Departamento de Electrónica, Telecomunicações e Informática da Universidade de Aveiro e, nesse sentido, foram idealizadas diversas experiências laboratoriais que permitem compreender, de uma forma simples, os principais mecanismos de funcionamento do MPLS. Este protocolo permite optimizar o envio de pacotes através de uma rede mediante a utilização de rótulos, isto é, permite controlar a forma como o tráfego flui através da rede por forma a optimizar o seu desempenho e a utilização dos seus recursos. O MPLS foi desenvolvido com o propósito de criar uma solução normalizada que funcione em conjunto com o protocolo IP, capaz de expedir pacotes a um ritmo elevado e que possua mecanismos de gestão de recursos da rede que permitam o tratamento diferenciado de fluxos de tráfego com requisitos variados de qualidade de serviço. O conjunto de experiências desenvolvidas teve em atenção o facto de muitas das aulas práticas de Redes leccionadas no DETI terem lugar em laboratórios de redes onde os alunos realizam os trabalhos em grupos de duas pessoas e dispõem de um número limitado (embora grande) de equipamentos de rede. Assim, as experiências propostas neste trabalho utilizam, de uma forma geral, apenas 3 ou 4 routers, o que permite a sua realização no ambiente laboratorial das aulas práticas de redes. A opção pela utilização do simulador GNS3 teve a ver com a possibilidade de, por um lado, optimizar o tempo disponível para a realização do trabalho e contornar a limitação dos espaços físicos disponibilizados para a sua realização e, por outro lado, constituir um ambiente versátil e que não obriga à utilização de equipamento real. ABSTRACT: This work proposes a set of laboratorial experiments developed in a sense to elucidate the main concepts of the MPLS (Multiprotocol Label Switching) technology. Given the growing importance of this technology in the IP networking context, it is important that it can be conveniently taught in the various networking disciplines of the Integrated Master Courses of the Department of Electronics, Telecommunications and Informatics of the University of Aveiro. Therefore, several laboratory experiments were idealized in order to allow students to understand, in a simple way, the main MPLS functioning mechanisms. This protocol allows optimizing the transmission of packets through the network by using of labels, that is, it is possible to control how traffic flows through the network in order to optimize its performance and resource usage. The MPLS was developed in order to create a standardized solution that works in conjunction with the IP protocol, is able to send packets at a very high rate and has mechanisms that facilitate the management of the network resources, allowing a differentiated treatment of the traffic flows that have different quality of service (QoS) requirements. The set of experiments was developed having in mind the fact that many of the practical networking classes that are given at DETI take place in network laboratories where students are divided in groups of two elements and each group has a limited (although usually high) number of network equipments. Therefore, the proposed experiments use, in general, 3 or 4 routers, which make them perfectly executable in the lab environment of our practical classes. The option of using the GNS3 network simulator was based on the fact that this environment allows, on one hand, maximizing the limited time that is available to carry out the work and overcoming the limited physical space that is available for its completion and, on the other hand, providing a versatile environment that does not require the use of any physical networking equipment.

MPLS-TE: o futuro das redes de comutação de pacotes

Networks Multi-Protocol Label Switching (MPLS) have followed a long way since its creation, which intended to allow core routers to switch packets quickly using simple headers. Today MPLS networks are the foundation of many networks based on Internet Protocol (IP), adding value to the services of the Internet Service Provider (ISP), such as traffic engineering and Virtual Private Network (VPN). Expanding the use of MPLS to the edge of networks is showing some weaknesses of the protocol as transport technology. The proposed Multi-Protocol Label Switching – Transport Engineering (MPLS-TE) MPLS is precisely adapt to become more like a transport protocol.As redes Multi-Protocol Label Switching (MPLS) vêm seguindo um longo caminho desde sua criação, que tinha a finalidade de permitir que roteadores de núcleo comutassem pacotes rapidamente usando cabeçalhos mais simples. Hoje as redes MPLS são a fundação de muitas redes baseadas no Internet Protocol (IP), agregando valor aos serviços dos Internet Service Provider (ISP), como por exemplo, a engenharia de tráfego e serviços de Virtual Private Network (VPN). A expansão do uso da MPLS para as redes de borda está demonstrando algumas fraquezas do protocolo MPLS como tecnologia de transporte. A proposta do Multi-Protocol Label Switching – Transport Engineering (MPLS-TE) é justamente adaptar o MPLS para se tornar mais parecido com um protocolo de transporte

Integration of unidirectional technologies into wireless back-haul architecture

This thesis was submitted for the degree of Docter of Philosophy and awarded by Brunel University.Back-haul infrastructures of today's wireless operators must support the triple-play services demanded by the market or regulatory bodies. To cope with increasing capacity demand, the EU FP7 project CARMEN has developed a cost-effective heterogeneous multi-radio wireless back-haul architecture, which may also leverage the native multicast capabilities of broadcast technologies such as DVB-T to off-load high-bandwidth broadcast content delivery. However, the integration of such unidirectional technologies into a packet-switched architecture requires careful considerations. The contribution of this thesis is the investigation, design and evaluation of protocols and mechanisms facilitating the integration of such unidirectional technologies into the wireless back-haul architecture so that they can be configured and utilized by the spectrum and capacity optimization modules. This integration mainly concerns the control plane and, in particular, the aspects related to resource and capability descriptions, neighborhood, link and Multi Protocol Label Switching (MPLS) Label-Switched Path (LSP) monitoring, unicast and multicast LSP signalling as well as topology forming and maintenance. During the course of this study we have analyzed the problem space, proposed solutions to the resulting research questions and evaluated our approach. Our results show that the now Unidirectional Technology (UDT)-aware architecture can readily consider Unidirectional Technologies (UDTs) to distribute, for example, broadcast content

Concepção e implementação de experiências laboratoriais sobre MPLS

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesO Multiprotocol Label Switching (MPLS) é um mecanismo de transporte de dados, sob a forma de um protocolo agnóstico, com grande potencial de crescimento e adequação. Opera na “Camada 2.5” do modelo OSI e constitui um mecanismo de alto desempenho utilizado nas redes de núcleo para transportar dados de um nó da rede para outro. O sucesso do MPLS resulta do facto de permitir que a rede transporte todos os tipos de dados, desde tráfego IP a tráfego da camada de ligação de dados, devido ao encapsulamento dos pacotes dos diversos protocolos, permitindo a criação de “links virtuais” entre nós distantes. O MPLS pertence à família das “redes de comutação de pacotes”, sendo os pacotes de dados associados a “etiquetas” que determinam o seu encaminhamento, sem necessidade de examinar o conteúdo dos próprios pacotes. Isto permite a criação de circuitos “extremo-aextremo” através de qualquer tipo de rede de transporte e independentemente do protocolo de encaminhamento que é utilizado. O projecto do MPLS considera múltiplas tecnologias no sentido de prestar um serviço único de transporte de dados, tentando simultaneamente proporcionar capacidades de engenharia de tráfego e controlo “out-of-band”, uma característica muito atraente para uma implementação em grande escala. No fundo, o MPLS é uma forma de consolidar muitas redes IP dentro de uma única rede. Dada a importância desta tecnologia, é urgente desenvolver ferramentas que permitam entender melhor a sua complexidade. O MPLS corre normalmente nas redes de núcleo dos ISPs. No sentido de tornar o seu estudo viável, recorreu-se nesta dissertação à emulação para implementar cenários de complexidade adequada. Existem actualmente boas ferramentas disponíveis que permitem a recriação em laboratório de cenários bastante complicados. Contudo, a exigência computacional da emulação é proporcional à complexidade do projecto em questão, tornando-se rapidamente impossível de realizar numa única máquina. A computação distribuída ou a “Cloud Computing” são actualmente as abordagens mais adequadas e inovadoras apara a resolução deste problema. Esta dissertação tem como objectivo criar algumas experiências em laboratório que evidenciam aspectos relevantes da tecnologia MPLS, usando para esse efeito um emulador computacional, o Dynamips, impulsionado por generosas fontes computacionais disponibilizadas pela Amazon ec2. A utilização destas ferramentas de emulação permite testar cenários de rede e serviços reais em ambiente controlado, efectuando o debugging das suas configurações e optimizando o seu desempenho, antes de os colocar em funcionamento nas redes em operação.The Multiprotocol Label Switching (MPLS) is a highly scalable and agnostic protocol to carry network data. Operating at "Layer 2.5" of the OSI model, MPLS is an highperformance mechanism that is used at the network backbone for conveying data from one network node to the next. The success of MPLS results from the fact that it enables the network to carry all kinds of traffic, ranging from IP to layer 2 traffic, since it encapsulates the packets of the diverse network protocols, allowing the creation of "virtual links" between distant nodes. MPLS belongs to the family of packet switched networks, where labels are assigned to data packets that are forwarded based on decisions that rely only on the label contents, without the need to examine the packets contents. This allows the creation of end-to-end circuits across any type of transport medium, using any protocol. The MPLS design takes multiform transport technologies into account to provide a unified data-carrying service, attempting simultaneously to preserve traffic engineering and out-of-band control, a very attractive characteristic for large-scale deployment. MPLS is the way to consolidate many IP networks into a single one. Due to this obvious potential, it is urgent to develop means and tools to better understand its functioning and complexity. MPLS normally runs at the backbone of Service Providers networks, being deployed across an extensive set of expensive equipment. In order to turn the study of MPLS feasible, emulation was considered as the best solution. Currently, there are very good available tools to recreate, in a lab environment, quite complicated scenarios. However, the computational demand of the emulation is proportional to the complexity of the project, becoming quickly unfeasible in a single machine. Fortunately, distributed computing or Cloud computing are suitable and novel approaches to solve this computation problem. So, this work aims to create some lab experiments that can illustrate/demonstrate relevant aspects of the MPLS technology, using the Dynamips emulator driven by the computational resources that were made available by the Amazon ec2 cloud computing facilities. The utilization of these emulation tools allows testing real networks and service scenarios in a controlled environment, being able to debug their configurations and optimize their performance before deploying them in real operating networks

Contribución en el análisis y simulación de una red MPLS con la Internet de los servicios diferenciados DIFFSERV

-- The advent of Internet and the globalization have modified the forms of communication in the world and the enterprises. All this has brought the search of facilities of communications permanents and secures with quality of service to improve the Internet The studies of the news networks with MPLS are in a process that consists in finding news focus to improve the quality of service and rerouting. This thesis consists in analyzing and simulates MPLS with DiffServ to demonstrate that the use of the L-LSP is a good solution to improve the throughput in the network. The other side, it proposes a new method for updating time to rerouting in the network uses OSPF. Finally, it does an analysis and simulation of the network behavior, in case of the fail a link. It is to say the resilence of the network.se realiza; un estudio de las nuevas arquitecturas como IntServ, DiffServ, MPLS, un análisis y simulación el comportamiento de una red MPLS con Servicios Diferenciados con L-LSPs con múltiples rutas en una red. También se propone un algoritmo predictivo para la determinación del ancho de banda disponible para cada enlace en cada nodo de una red MPLS-DiffServ y establecer la mejor ruta de extremo a extremo, durante el periodo de actualización de datos de ancho de banda disponible usando el protocolo OSPF lo que permite mejorar el re-enrutamiento y finalmente se realiza un análisis de la red MPLS-DiffServ para el re-enrutamiento en caso de pérdida de un enlace.Tesi

Encaminhamento robusto em redes GMPLS sobre SDH

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesEsta dissertação endereça o problema do encaminhamento robusto em redes GMPLS (Generalised Multi-Protocol Label Switching) sobre SDH (Synchronous Digital Hierarchy). Actualmente, o encaminhamento das redes SDH é feito de forma centralizada e por gestão. As redes SDH têm requisitos de recuperação a falhas muito exigentes pelo que a robustez da rede é tipicamente implementada por mecanismos de protecção. Os mecanismos mais simples e de melhor desempenho em termos de tempo de recuperação a falhas são os que por cada VC (Virtual Container) de serviço também estabelecem um VC de protecção cujo percurso na rede não inclui nenhum dos comutadores do percurso de serviço (excepto os comutadores extremo). Estes mecanismos garantem a robustez completa da rede no caso de falha de um único elemento quer seja um comutador ou uma ligação. A motivação para acrescentar a camada protocolar GMPLS às redes SDH é a de dotar estas redes com a capacidade do estabelecimento de VCs por sinalização e de permitir que o encaminhamento seja implementado o mais possível de uma forma distribuída diminuindo assim a sua dependência de um sistema centralizado de gestão. Os protocolos de encaminhamento GMPLS baseiam-se na atribuição de um custo a cada ligação de rede, fixo ou variável no tempo, e na determinação do encaminhamento pelos percursos cuja soma dos custos das ligações que o compõem é mínima. Nesta dissertação propõese a utilização de um algoritmo de pares de percursos disjuntos de custo mínimo no estabelecimento do par VC de serviço, VC de protecção. Quando existem restrições ao encaminhamento, a determinação do percurso de custo mínimo considera apenas as ligações que cumprem com as restrições. Neste trabalho, propõe-se uma estratégia de atribuição de custos que não só depende da carga da ligação mas também do número e tipo de VCs que a ligação em cada momento suporta. Por simulação, mostra-se que esta estratégia tem melhor desempenho que as estratégias tradicionais de um custo fixo inversamente proporcional à capacidade da ligação ou de um custo que em cada instante é proporcional à carga de cada ligação. Finalmente, propõe-se um esquema centralizado adicional que, sempre que um VC é libertado, recalcula os percursos de todos os VCs de protecção por forma a diminuir a probabilidade de bloqueio global da rede. O objectivo é obter uma melhoria adicional do desempenho não causando nenhuma interrupção de serviço pois, no estado normal da rede, apenas os VCs de serviço suportam efectivamente o tráfego. No âmbito desta dissertação, o desempenho dos diferentes algoritmos de encaminhamento é analisado por simulação pelo que foi desenvolvido um simulador de eventos discretos adequado.This work addresses the problem of survivable routing in SDH (Synchronous Digital Hierarchy) networks with a GMPLS (Generalised Multi-Protocol Label Switching) routing plane. Currently, routing in SDH networks is done in a centralized way by management means. SDH networks have failure recovery exigent requirements so that network survivability is tipically implemented with protection mechanisms. The most simple and efficient mechanisms are the ones that for each service VC (Virtual Container) also establish one protection VC through a path that does not include any of the nodes of the service VC (besides the origin and destination nodes). These mechanisms garanty the network survivability in case of a single node or link failure. The motivation to add the GMPLS control plane on SDH networks is to enable these networks to establish VCs by signalling and to allow as far as possible routing in a distributed way reducing the network dependence on centralized management systems. The GMPLS routing protocols are based on minimum cost routing where either a static or variable cost value is assigned to each network link and the routing paths are given by the minimum cost paths. When there are routing constraints, the determination of the minimal cost paths is applied only to links that observe the constraints. In this work, it is proposed a strategy of cost assignement that depends not only on the link load but also of the number and type of VCs that the link suppports at each time. By simulation, it is shown that this strategy has better performance than the traditional strategies of a static cost inversely proportional to link capacity or of a cost that is proportional to link load at each time. The proposed strategies use a routing algorithm that determines a minimal cost node-disjoint pair of paths in the establishment of the pair service VC and protection VC. Finally, it is proposed an additional centralized scheme that when one VC is released, all protection VCs are recalculated in order to reduce the network overall blocking probability. This scheme allows an additional performance improvement and does not cause any service disruption because in normal operation the service VC’s are the only ones supporting traffic. The performance of all routing algorithms are determined by simulation with a discret event simulator developed for this purpose

Sobrevivência das redes de transporte da nova geração

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e TelecomunicaçõesA presente dissertação tem como principal objectivo estudar os vários tipos de esquemas de sobrevivência em redes ópticas de alta capacidade, designadamente em redes WDM (Wavelenth Division Multiplexing). Para tal, foi efectuada inicialmente uma revisão da literatura, a qual se encontra estruturada em duas etapas. Primeiro é apresentada uma visão global das redes ópticas de transporte com destaque para evolução das redes WDM e seus componentes. De seguida, são apresentadas as técnicas de sobrevivência em NGNs (Next Generation Networks). Depois de uma breve exposição de conceitos, são apresentadas as técnicas mais importantes no que diz respeito aos esquemas de protecção e restauro em redes de transporte de alta capacidade. São também abordados os Planos de Controlo, Dados e Gestão do GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching) no contexto da sobrevivência das NGNs. Com recurso a um modelo de simulação de redes WDM, baseado no simulador de redes ns-3, são analisados três cenários de falha. São eles, falha num link, falha em múltiplos links e falha num nó. Assim, foi possível verificar o comportamento do algoritmo RWA (Routing and Wavelength Assignment), na ocorrência de uma falha. O algoritmo RWA permitiu, nos três cenários de falha analisados, reencaminhar os canais para um caminho alternativo, e desta forma assegurar a continuidade da transmissão.This thesis aims to study the various types of survival schemes in highcapacity optical networks, in particularly in WDM networks (Wavelenth Division Multiplexing). This was done initially carried out a literature review, which is structured in two stages. First is shown an overview of optical transport networks highlighted the evolution of WDM networks and its network components. Then, an overview of the survivable techniques in NGNs (Next Generation Networks) is shown. After a brief concepts exposure are shown the most important techniques in regard to the protection and restoration schemes for high capacity transmission systems. They are also addressed the Control Plane, Data Plane and Management Plane of GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching) in the context of survivability of NGN. Using a WDM network simulation model, based on ns-3, are analyzed three failure scenarios. They are, single-link failure, multiple-link failure and node failure. Thus, it was possible to verify the behavior of the RWA algorithm (Routing and Wavelength Assignment), in such event of failure. The RWA algorithm have allowed in the three failure scenarios, rerouting the channels to an alternate path, and thus ensures the continuity of transmission