The Optimal Virtual Path Design of ATM Networks

This paper studies the optimal configuration of virtual paths in ATM networks. A linear model that minimizes the maximum flow density of links is proposed for the optimal virtual path configuration. The advantage of the modeling is that traffic loads are distributed evenly over entire network. An algorithm based on the multi-commodity approach is proposed to solve the problem. Examples are given to show that this algorithm solves the optimal VP assignment problem very quickly and efficiently. Since only single source-destination linear programming subproblems need to be solved in our approach, this algorithm can be applied to large-scale networks.published_or_final_versio

Topological Design of Multiple Virtual Private Networks UTILIZING SINK-TREE PATHS

With the deployment of MultiProtocol Label Switching (MPLS) over a core backbone networks, it is possible for a service provider to built Virtual Private Networks (VPNs) supporting various classes of services with QoS guarantees. Efficiently mapping the logical layout of multiple VPNs over a service provider network is a challenging traffic engineering problem. The use of sink-tree (multipoint-to-point) routing paths in a MPLS network makes the VPN design problem different from traditional design approaches where a full-mesh of point-to-point paths is often the choice. The clear benefits of using sink-tree paths are the reduction in the number of label switch paths and bandwidth savings due to larger granularities of bandwidth aggregation within the network. In this thesis, the design of multiple VPNs over a MPLS-like infrastructure network, using sink-tree routing, is formulated as a mixed integer programming problem to simultaneously find a set of VPN logical topologies and their dimensions to carry multi-service, multi-hour traffic from various customers. Such a problem formulation yields a NP-hard complexity. A heuristic path selection algorithm is proposed here to scale the VPN design problem by choosing a small-but-good candidate set of feasible sink-tree paths over which the optimal routes and capacity assignments are determined. The proposed heuristic has clearly shown to speed up the optimization process and the solution can be obtained within a reasonable time for a realistic-size network. Nevertheless, when a large number of VPNs are being layout simultaneously, a standard optimization approach has a limited scalability. Here, the heuristics termed the Minimum-Capacity Sink-Tree Assignment (MCSTA) algorithm proposed to approximate the optimal bandwidth and sink-tree route assignment for multiple VPNs within a polynomial computational time. Numerical results demonstrate the MCSTA algorithm yields a good solution within a small error and sometimes yields the exact solution. Lastly, the proposed VPN design models and solution algorithms are extended for multipoint traffic demand including multipoint-to-point and broadcasting connections

Dimensionamento de redes ATM multi-serviço : modelos de programação linear inteira

Engenharia ElectrotécnicaEsta tese aborda o problema do dimensionamento de redes ATM (Asynchronous Transfer Mode) num cenário multi-serviço de suporte a serviços com diferentes características de tráfego: serviços conversacionais, serviços de consulta e serviços ponto-multiponto. O problema estudado considera a perspectiva de um operador de telecomunicações que tem como objectivo a determinação da rede física com o menor custo de operação e manutenção possível e que seja capaz de suportar o tráfego esperado para os diferentes serviços com a qualidade de serviço necessária. Os problemas de dimensionamento abordados consideram serviços comutados em que cada serviço é suportado por uma rede lógica constituída por VPCs (Virtual Path Connections) do tipo DBR (Deterministic Bit Rate) e o encaminhamento é fixo (uni-horário e multi-horário). O primeiro problema endereçado é o dimensionamento de redes ATM em que as redes lógicas de suporte a todos os tipos de serviços são constituídas exclusivamente por VPCs extremo-a-extremo. Esta arquitectura tem como principal vantagem a simplificação dos mecanismos de CAC (Call Admission Control) da rede. São propostos modelos de Programação Inteira para este problema. Os modelos desenvolvidos extendem modelos previamente conhecidos para serviços conversacionais de modo a poder ser considerado tráfego assimétrico (característico dos serviços de consulta e serviços pontomultiponto) e a modelização de VPCs em que um dos extremos não é conhecido à partida (característico dos serviços de consulta quando existem múltiplos servidores na rede). É proposto um algoritmo heurístico baseado na técnica da Relaxação Lagrangeana com Optimização por Sub-Gradiente para a resolução dos modelos desenvolvidos em redes de grande dimensão. No entanto, uma arquitectura baseada em VPCs extremo-a-extremo conduz a uma utilização pouco eficiente dos recursos da rede e, para redes de maiores dimensões, torna-se impraticável pelo elevado número de VPCs que exige. Como alternativa, são propostas duas arquitecturas diferentes. Para serviços conversacionais, é proposta uma arquitectura hierarquizada a 2 níveis para as redes lógicas de suporte. Esta arquitectura permite reduzir significativamente o número total de VPCs que é necessário configurar na rede sem contudo permitir que o número máximo de VPCs atravessados por cada ligação seja maior que três (um factor determinante para serviços comutados em que o tempo de estabelecimento de chamada é um parâmetro de qualidade de serviço a ter em consideração). Para serviços ponto-multiponto, é proposta uma arquitectura em árvore para as redes lógicas de suporte. São propostos modelos de Programação Inteira e Programação Inteira Mista para os problemas de dimensionamento da rede com as redes lógicas segundo as arquitecturas propostas. A resolução dos modelos propostos através de um algoritmo de branch-and-bound permite demonstrar que as arquitecturas alternativas propostas conduzem a ganhos significativos nos custos das redes obtidas quando comparados com os custos que se obtêm com redes lógicas baseadas em VPCs extremo-a-extremo

16. R. Handler and M.N. Huber. Integrated Broadband Networks: an introduction to ATM-based networks. Addison-

1. S. Ahn, R.P. Tsang, S.R. Tong, and D.H.C. Du. Virtual path layout design on ATM networks. In INFOCOM'94