Optical Burst Switching (OBS) is an emerging technology for bearing bursty IP traffic directly over Wavelength Division Multiplexing (WDM) links. In OBS network, a key challenge is to reduce the data loss rate with efficient scheduling algorithms. In this work, we first propose a novel traffic aggregation algorithm, namely Tree-based Burst Aggregation (TBA), which aggregates bursts that are routed within a common tree topology into a composite burst and switch them as a single unit whenever possible. Then we propose another set of algorithms are batch scheduling using interval graphs in the core nodes. The algorithms effectively consider the strong correlations among the multiple bursts, and employ the proposed interval graphs and min-cost circular flow techniques to achieve optimized network performance in terms of data loss rate in OBS networks.

In this thesis we provide a model for a bufferless optical burst switching (OBS) and an optical packet switching (OPS) network. The thesis is divided in three parts. In the first part we introduce the basic functionality and structure of OBS and OPS networks. We identify the blocking probability as the main performance parameter of interest. In the second part we study the statistical properties of the traffic that will likely run through these networks. We use for this purpose a set of traffic traces obtained from the Universidad Politécnica de Catalunya. Our conclusion is that traffic entering the optical domain in future OBS/OPS networks will be long-range dependent (LRD). In the third part we present the model for bufferless OBS/OPS networks. This model takes into account the results from the second part of the thesis concerning the LRD nature of traffic. It also takes into account specific issues concerning the functionality of a typical bufferless packet-switching network. The resulting model presents scalability problems, so we propose an approximative method to compute the blocking probability from it. We empirically evaluate the accuracy of this method, as well as its scalability.

L'evolució de les xarxes publiques de transport de dades destaca per el continu augment de la demanda de tràfic a la que estan sotmeses. La causa és la imparable popularització d'Internet i del seu ús per a tot tipus d'aplicacions. Les xarxes de commutació de ràfegues òptiques (OBS: Optical Bursts Switching) són una solució extraordinàriament prometedora per la pròxima generació de xarxes, tant per la flexibilitat que ofereixen com per el seu alt rendiment fruit de l'explotació de la multiplexació estadística en el domini òptic.Aquesta tesi presenta l'anàlisi, modelització i avaluació de les xarxes de commutació de ràfegues òptiques basades en l'emulació del temps de compensació (emulated offset time: E-OBS). El concepte d'E-OBS defineix una arquitectura de xarxa OBS per al transportar i commutar ràfegues òptiques en una xarxa troncal en la que, al contrari de l'arquitectura convencional (C-OBS) en la que el temps de compensació s'introdueix des dels nodes d'accés, el temps de compensació s'introdueix en cadascun dels nodes de la xarxa per mitjà d'un retardador de fibra addicional. L'arquitectura E-OBS permet superar algunes de les desavantatges inherents a arquitectures C-OBS, però la seva gran virtut és la compatibilitat amb les xarxes de commutació de circuits òptics (OCS: Optical Circuit Switching) actuals i les futures xarxes de commutació de paquets òptics (OPS: Optical Packet Switching), de manera que les xarxes OBS basades en una arquitectura E-OBS) poden facilitat enormement la transició de unes a les altres.A ala vista dels principals requeriments de disseny de les xarxes OBS, que són la resolució de contencions en el domini òptic, la provisió de qualitat de servei (QoS) i l'òptim encaminament de les ràfegues per tal de minimitzar la congestió de la xarxa, . en aquesta tesi es proposa un disseny de l'arquitectura E-OBS basada en (i) un mètode viable per a la provisió del temps de compensació, (ii) una qualitat alta global de servei, i (iii) un mecanisme d'encaminament que minimitzi congestió de xarxa.- La primera part d'aquesta tesi proporciona la informació documental necessària per al disseny d'E-OBS.- La segona part se centra en l'estudi de la funcionalitat i viabilitat de l'arquitectura E-OBS. S'introdueixen els principis d'operació d'E-OBS i s'identifiquen els principals esculls que presenten les arquitectures C-OBS i que deixen de ser-ho en una arquitectura E-OBS. Alguns d'aquests esculls són la dificultat d'utilitzar un algorisme d'encaminament amb rutes alternatives, la complexitat dels algoritmes de reserva de recursos i la seva falta d'equitat, la complexitat en la provisió de la QoS, etc. En aquesta segona part es constata que l'arquitectura E-OBS redueix la complexitat dels de reserva de recursos i es verifica la viabilitat d'operació i de funcionament de la provisió del tremps de compensació en aquesta arquitectura a partir de figures de comportament obtingudes amb retardadors de fibra comercialment disponibles.- La tercera part encara el problema de la provisió de la QoS. Primer s'hi revisen els conceptes bàsics de QoS així com els mecanismes de tractament de la QoS per a xarxes OBS fent-ne una comparació qualitativa i de rendiment de tots ells. Com a resultat s'obté que el mecanisme que presenta un millor comportament és el d'avortament de la transmissió de les ràfegues de més baixa prioritat quan aquestes col·lisionen amb una de prioritat més alta (es l'anomenat Burst Preemption mechanism), el qual en alguns casos presenta un problema de senyalització innecessària. Aquesta tercera part es conclou amb la proposta d'un mecanisme de finestra a afegir al esquema de Burst Preemption que només funciona sobre una arquitectura E-OBS i que soluciona aquest problema.- En la quarta part s'afronta el problema de l'encaminament en xarxes OBS. S'estudia el comportament dels algoritmes d'encaminament adaptatius, els aïllats amb rutes alternatives i els multicamí distribuïts, sobre xarxes E-OBS. A la vista dels resultats no massa satisfactoris que s'obtenen, es planteja una solució alternativa que es basa en model d'optimització no lineal. Es formulen i resolen dos models d'optimització per als algoritmes encaminament de font multicamí que redueixen notablement la congestió en les xarxes OBS.Finalment, aquesta tesi conclou que l'arquitectura E-OBS és factible, que és més eficient que la C-OBS, que proveeix eficaçment QoS, i que és capaç d'operar amb diverses estratègies d'encaminament i de reduir eficaçment la congestió de xarxa. / The fact that the Internet is a packet-based connection-less network is the main driver to develop a data-centric transport network. In this context, the optical burst switching (OBS) technology is considered as a promising solution for reducing the gap between transmission and switching speeds in future networks.This thesis presents the analysis, modelling, and evaluation of the OBS network with Emulated offset-time provisioning (E-OBS). E-OBS defines an OBS network architecture to transport and switch optical data bursts in a core network. On the contrary to a conventional offset-time provisioning OBS (C-OBS) architecture, where a transmission offset time is introduced in the edge node, in an E-OBS network the offset time is provided in the core node by means of an additional fibre delay element. The architecture is motivated by several drawbacks inherent to C-OBS architectures. It should be pointed out that the E-OBS has not been studied intensively in the literature and this concept has been considered rather occasionally.Due to the limitations in optical processing and queuing, OBS networks need a special treatment so that they could solve problems typical of data-centric networks. Contention resolution in optical domain together with quality of service (QoS) provisioning for quality demanding services are, among other things, the main designing issues when developing OBS networks. Another important aspect is routing problem, which concerns effective balancing of traffic load so that to reduce burst congestion at overloaded links. Accounting for these requirements, the design objectives for the E-OBS architecture are (i) feasibility of offset-time provisioning, (ii) an overall high quality of service, and (iii) reduction of network congestion. These objectives are achieved by combining selected concepts and strategies, together with appropriate system design as well as network traffic engineering.The contributions in this thesis can be summarized as follows.- At the beginning, we introduce the principles of E-OBS operation and we demonstrate that C-OBS possesses many drawbacks that can be easily avoided in E-OBS. Some of the discussed issues are the problem of unfairness in resources reservation, difficulty with alternative routing, complexity of resources reservation algorithms, efficiency of burst scheduling, and complexity in QoS provisioning. The feasibility of E-OBS operation is investigated as well; in this context, the impact of congestion in control plane on OBS operation is studied. As a result, we confirm the feasibility of E-OBS operation with commercially available fibre delay elements.- Then, we provide both qualitative and quantitative comparison of the selected, most addressed in the literature, QoS mechanisms. As an outcome a burst preemption mechanism, which is characterized by the highest overall performance, is qualified for operating in E-OBS. Since the preemptive mechanism may produce the overbooking of resources in an OBS network we address this issue as well. We propose the preemption window mechanism to solve the problem. An analytical model of the mechanism legitimates correctness of our solution.- Finally, we concern with a routing problem - our routing objective is to help the contention resolution algorithms in the reduction of burst losses. We propose and evaluate two isolated alternative routing algorithms designed for labelled E-OBS networks. Then we study multi-path source routing and we use network optimization theory to improve it. The presented formulae for partial derivatives, to be used in a non-linear optimization problem, are straightforward and very fast to compute. It makes the proposed non-linear optimization method a viable alternative for linear programming formulations based on piecewise linear approximations.Concluding, E-OBS is shown to be a feasible OBS network architecture of profitable functionality, to support efficiently the QoS provisioning, and to be able to operate with different routing strategies and effectively reduce the network congestion.

In this thesis, a feedback-based contention avoidance technique based on weighted Dijkstra algorithm is proposed to address the contention avoidance problem for Optical Burst Switching networks. Optical Burst Switching (OBS) has been proposed as a promising technique to support high-bandwidth, bursty data traffic in the next-generation optical Internet. Nevertheless, there are still some challenging issues that need to be solved to achieve an effective implementation of OBS. Contention problem occurs when two or more bursts are destined for the same wavelength. To solve this problem, various reactive contention resolution methods have been proposed in the literature. However, many of them are very vulnerable to network load and may suffer severe loss in case of heavy traffic. By proactively controlling the overall traffic, network is able to update itself in case of high congestion and by means of this method / contention avoidance can be achieved efficiently. The performance analysis of the proposed algorithm is presented through network simulation results provided by OMNET++ simulation environment. The simulation results show that the proposed contention avoidance technique significantly reduces the burst loss probability as compared to networks without any contention avoidance techniques.

Η οπτική μεταγωγή καταιγισμών (Optical Burst Switching – OBS) συνδυάζει τα πλεονεκτήματα της οπτικής μεταγωγής κυκλώματος και της οπτικής μεταγωγής πακέτου. Οι βασικές ιδέες που κυριαρχούν σε ένα σύστημα OBS είναι η συναρμολόγηση των πακέτων σε καταιγισμούς οι οποίοι δρομολογούνται με ξεχωριστά πακέτα ελέγχου και ο διαχωρισμός της μεταγωγής και της μετάδοσης του πακέτου ελέγχου και του αντίστοιχου καταιγισμού. Κατά την τεχνική συναρμολόγησης υπερπακέτων, πολλά πακέτα συναθροίζονται σε ένα υπερπακέτο στην είσοδο του δικτύου. Κάθε ακραίος κόμβος διατηρεί μια ξεχωριστή ουρά ανάλογα με την ποιότητα των υπηρεσιών που είναι επιθυμητή. Σε αυτή την ουρά συγκεντρώνονται τα πακέτα που καταλήγουν στον ίδιο προορισμό και ανήκουν επίσης στην ίδια κλάση προτεραιότητας μέχρι να σχηματιστεί ο καταιγισμός. Το πακέτο ελέγχου που ονομάζεται και Burst Header packet (BHP), μεταδίδεται νωρίτερα σε σχέση με το αντίστοιχο υπερπακέτο, κατά ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Το BHP υφίσταται επεξεργασία σε κάθε κόμβο του δικτύου κορμού προκειμένου να δεσμεύσει πόρους και να εγκαταστήσει ένα μονοπάτι, ενώ το αντίστοιχο υπερπακέτο μεταδίδεται μέσω του δικτύου χωρίς να χρειάζεται η μετατροπή του από οπτική σε ηλεκτρονική μορφή και πάλι σε οπτική. Στη βιβλιογραφία έχουν προταθεί διάφοροι μηχανισμοί συναρμολόγησης υπερπακέτων εκρηκτικής ροής όπως οι BSMIN, TMAX και TAVE, στους οποίους ένα υπερπακέτο εκρηκτικής ροής σχηματίζεται και είναι έτοιμο να αποσταλεί στο δίκτυο όταν ικανοποιηθεί κάποιο κριτήριο που έχει καθοριστεί και διαφέρει για κάθε έναν από τους αλγορίθμους αυτούς. Στη συγκεκριμένη εργασία προτείνουμε τρόπους για τη γρήγορη δέσμευση της χωρητικότητας (Fast Reservation – FR schemes) οι οποίοι μπορούν να συνδυαστούν με τους αλγορίθμους συναρμολόγησης υπερπακέτων εκρηκτικής ροής BSMIN, TMAX και TAVE. Οι μέθοδοι αυτές χρησιμοποιούν ένα ή δύο γραμμικά φίλτρα προκειμένου να προβλέψουν το μέγεθος του υπερπακέτου ή/και το χρόνο που απαιτείται μέχρι να ολοκληρωθεί η συναρμολόγηση των πακέτων σε ένα υπερπακέτο. Σε αντίθεση με τα τυπικά πρωτόκολλα σηματοδοσίας που χρησιμοποιούνται στα OBS δίκτυα, στην εργασία μας το πακέτο ελέγχου BHP στέλνεται στο δίκτυο κορμού για να δεσμεύσει τους απαραίτητους πόρους, χωρίς να έχει προηγουμένως ολοκληρωθεί η δημιουργία του υπερπακέτου. Με βάση τις τιμές που έχουν εκτιμηθεί από τα φίλτρα και χωρίς οι αντίστοιχες πραγματικές τιμές να είναι ακόμα γνωστές, το BHP στέλνεται για να δεσμεύσει το απαιτούμενο εύρος ζώνης σε κάθε κόμβο του δικτύου κορμού και για το χρονικό διάστημα που το burst θα περάσει από αυτόν τον κόμβο. Η πρόβλεψη του μεγέθους του burst είναι απαραίτητη ώστε να δεσμευτούν οι κατάλληλοι πόροι στο δίκτυο κορμού για τη διάρκεια της μετάδοσης του burst, ενώ η πρόβλεψη της διάρκειας συναρμολόγησης χρειάζεται προκειμένου η δέσμευση των πόρων αυτών να ξεκινήσει τη σωστή χρονική στιγμή. Στόχος μας είναι να μειώσουμε την καθυστέρηση μετάδοσης από άκρο – σε – άκρο ενός υπερπακέτου, μειώνοντας όσο είναι δυνατό το χρόνο που μεσολαβεί από τη μετάδοση του BHP μέχρι τη μετάδοση του burst και ταυτόχρονα να χρησιμοποιήσουμε αποδοτικά το εύρος ζώνης δεσμεύοντας το για το ελάχιστο δυνατό χρονικό διάστημα. Η εφαρμογή της πρόβλεψης της κίνησης στην είσοδο του δικτύου έχει εξεταστεί σε ένα μεγάλο αριθμό εργασιών. Συγκεκριμένα, έχει μελετηθεί η χρήση ενός γραμμικού φίλτρου πρόβλεψης σε συνδυασμό με τον αλγόριθμο TMAX ώστε να μειωθεί ο χρόνος που μεσολαβεί από τη μετάδοση του BHP μέχρι τη μετάδοση του burst. Τα αποτελέσματα της δικής μας εργασίας δείχνουν ότι η μέθοδος της πρόβλεψης μπορεί να χρησιμοποιηθεί επίσης και σε συνδυασμό με τους αλγορίθμους BSMIN και TAVE, οδηγώντας στη μείωση της καθυστέρησης μετάδοσης από άκρο – σε – άκρο ενός υπερπακέτου. Στη συνέχεια της εργασίας περιγράφουμε τη μέθοδο που προτείνουμε καθώς και τα αποτελέσματα από την πειραματική εφαρμογή της. Τέλος, σχολιάζουμε και παρουσιάζουμε τα συμπεράσματά μας και αναφέρουμε πιθανά θέματα προς μελέτη. / We propose and evaluate fast reservation (FR) protocols for Optical Burst Switched (OBS) networks. The proposed reservation schemes aim at reducing the end-to-end delay of a data burst, by sending the Burst Header Packet (BHP) in the core network before the burst assembly is completed at the ingress node. We use linear prediction filters to estimate the expected length of the burst and the time needed for the burstification process to complete. A BHP packet carrying these estimates is sent before burst completion, in order to reserve bandwidth at each intermediate node for the time interval the burst is expected to pass from that node. Reducing the total time needed for a packet to be transported over an OBS network is important, especially for real-time applications. Reserving bandwidth only for the time interval it is actual going to be used by a burst is important for network utilization efficiency. In the simulations conducted we evaluate the proposed extensions and prove their usefulness.

Η οπτική μεταγωγή καταιγισμών (Optical Burst Switching) είναι ένα ελπιδοφόρο παράδειγμα μεταγωγής για την επόμενη γενεά του Διαδικτύου. Ένα βασικό πρόβλημα στα δίκτυα OBS είναι η δρομολόγηση και ο χρονοπρογραμματισμός των καταιγισμών στους συνδέσμους του δικτύου, ώστε να μειωθεί η απώλεια και η καθυστέρηση τους. Εδώ παρουσιάζουμε έναν βασισμένο στην πηγή αλγόριθμο δρομολόγησης και χρονοπρογραμματισμού πολλαπλών κριτηρίων για την επιλογή μονοπατιών (διαδρομών) που ακολουθούνται από τους καταιγισμούς. Ο αλγόριθμος επιπλέον υπολογίζει και το χρόνο στον οποίο πρέπει να αρχίσει η μετάδοση των καταιγισμών ώστε να φθάσουν στον προορισμό με την ελάχιστη καθυστέρηση. Τα διαγράμματα χρησιμοποίησης (utilization profiles) των συνδέσμων του δικτύου, η καθυστέρηση διάδοσης των συνδέσμων και οι παράμετροι των καταιγισμών (μέγεθος, offset time κ.α.) διαμορφώνουν τα δεδομένα εισόδου του αλγορίθμου. Το προτεινόμενο σχήμα εκμεταλλεύεται τα κενά (void filling) που προκύπτουν από τη χρήση του bandwidth σε κάθε σύνδεσμο ώστε να βρεθεί η καλύτερη διαθέσιμη διαδρομή. Όταν δεν υπάρχει καμία κατάλληλη διαδρομή τη χρονική στιγμή που ζητείται από τον καταιγισμό, ο αλγόριθμος καθορίζει επίσης το χρονικό διάστημα (Time Offset) που πρέπει να καθυστερήσουμε τον καταιγισμό στην πηγή έως ότου γίνει διαθέσιμη η καλύτερη δυνατή διαδρομή. / Optical burst switching (OBS) is considered a promising switching paradigm for the next generation Internet. A key problem in OBS networks is the routing and scheduling of the bursts on the network links, so as to reduce burst loss and delay. In this paper we present a source-based multicost routing and scheduling algorithm to select the paths to be followed by the bursts and the times when the bursts should start transmission from their source so as to arrive at their destination with minimum delay. The utilization profiles of the network links, the link propagation delays, and the parameters of the bursts that have to be scheduled form the inputs to the algorithm. The proposed scheme exploits gaps in capacity utilization so as to find the best available path. When there is no suitable path at the time it is requested, the algorithm also determines the amount of time the burst must be delayed at the source for the best path to become available.

Optical networking, employing wavelength division multiplexing (WDM), is seen as the technology of the future for the Internet. This dissertation investigates several important problems affecting optical circuit switching (OCS) and optical burst switching (OBS) networks. Novel algorithms and new approaches to improve the performance of these networks through effective routing and channel scheduling are presented. Extensive simulations and analytical modeling have both been used to evaluate the effectiveness of the proposed algorithms in achieving lower blocking probability, better fairness as well as faster switching. The simulation tests were performed over a variety of optical network topologies including the ring and mesh topologies, the U.S. Long-Haul topology, the Abilene high-speed optical network used in Internet 2, the Toronto Metropolitan topology and the European Optical topology. Optical routing protocols previously published in the literature have largely ignored the noise and timing jitter accumulation caused by cascading several wavelength conversions along the lightpath of the data burst. This dissertation has identified and evaluated a new constraint, called the wavelength conversion cascading constraint. According to this constraint, the deployment of wavelength converters in future optical networks will be constrained by a bound on the number of wavelength conversions that a signal can go through when it is switched all-optically from the source to the destination. Extensive simulation results have conclusively demonstrated that the presence of this constraint causes significant performance deterioration in existing routing and wavelength assignment (RWA) algorithms. Higher blocking probability and/or worse fairness have been observed for existing RWA algorithms when the cascading constraint is not ignored. To counteract the negative side effect of the cascading constraint, two constraint-aware routing algorithms are proposed for OCS networks: the desirable greedy algorithm and the weighted adaptive algorithm. The two algorithms perform source routing using link connectivity and the global state information of each wavelength. Extensive comparative simulation results have illustrated that by limiting the negative cascading impact to the minimum extent practicable, the proposed approaches can dramatically decrease the blocking probability for a variety of optical network topologies. The dissertation has developed a suite of three fairness-improving adaptive routing algorithms in OBS networks. The adaptive routing schemes consider the transient link congestion at the moment when bursts arrive and use this information to reduce the overall burst loss probability. The proposed schemes also resolve the intrinsic unfairness defect of existing popular signaling protocols. The extensive simulation results have shown that the proposed schemes generally outperform the popular shortest path routing algorithm and the improvement could be substantial. A two-dimensional Markov chain analytical model has also been developed and used to analyze the burst loss probabilities for symmetrical ring networks. The accuracy of the model has been validated by simulation. Effective proactive routing and preemptive channel scheduling have also been proposed to address the conversion cascading constraint in OBS environments. The proactive routing adapts the fairness-improving adaptive routing mentioned earlier to the environment of cascaded wavelength conversions. On the other hand, the preemptive channel scheduling approach uses a dynamic priority for each burst based on the constraint threshold and the current number of performed wavelength conversions. Empirical results have proved that when the cascading constraint is present, both approaches would not only decrease the burst loss rates greatly, but also improve the transmission fairness among bursts with different hop counts to a large extent.

No description available.

[non communiqué] / For the last three decades, the optical fiber has been a quite systematic response to dimensioning issues in the Internet. Originally restricted to long haul networks, the optical network has gradually descended the network hierarchy to discard the bottlenecks. In the 90's, metropolitan networks became optical. Today, optical fibers are deployed in access networks and reach the users. In a near future, besides wireless access and local area networks, all networks in the network hierarchy may be made of fibers, in order to support current services (HDTV) and the emergence of new applications (3D-TV newly commercialized in USA). The deployment of such greedy applications will initiate an upward upgrade. The first step may be the Metropolitan Area Networks (MANs), not only because of the traffic growth, but also because of the variety of served applications, each with a specific traffic profile. The current optical layer is of mitigated efficiency, dealing with unforeseen events. The lack of reactivity is mainly due to the slow switching devices: any on-line decision of the optical layer is delayed by the configuration of the. devices. When the optical network has been extended in the MANs, a lot of efforts has been deployed to improve the reactivity of the optical layer. The Optical Circuit Switching paradigm (OCS) has been improved but it ultimately relies on off-line configuration of the optical devices. Optical Burst Switching (OBS) can be viewed as a highly flexible evolution of OCS, that operates five order of magnitude faster. Within this 'architecture, the loss-free guaranty can be abandoned in order to improve the reactivity of the optical layer. Indeed, reliability and reactivity appear as antagonists properties and getting closer to either of them mitigates the other. This thesis aims at proposing a solution to achieve reliable transmission over a dynamic optical layer. Focusing on OBS networks, our objective is to solve the contention issue without mitigating the reactivity. After the consideration of contention avoidance mechanisms with routing constraints similar as in OCS networks, we investigate the reactive solutions that intend to solve the contentions. None of the available contention resolution scheme can ensure the 100% efficiency that leads to loss-free transmission. An attractive solution is the recourse to electrical buffering, but it is notoriously disregarded because (1) it may highly impact the delays and (2) loss can occur due to buffer overflows. The efficiency of translucent architectures thus highly depends on the buffer availability, that can be improved by reducing the time spent in the buffers and the contention rate. We show that traffic grooming can highly reduce the emission delay, and consequently the buffer occupancy. In a first architecture, traffic grooming is enabled by a translucent core node architecture, capable to re-aggregate incoming bursts. The re-aggregation is mandatory to "de-groom" the bursts in the core network (i.e., to demultiplex the content of a burst). On the one hand, the re-aggregation highly reduces the loss probability, but on the other hand, it absorbs the benefits of traffic grooming. Finally, dynamic access to re-aggregation for contention resolution, despite the significant reduction of the contention rate, dramatically impacts the end-to-end delay and the memory requirement. We thus propose a second architecture, called CAROBS, that exploits traffic grooming in the optical domain. This framework is fully dynamic and can be used jointly with our translucent architecture that performs re-aggregation. As the (de)grooming operations do not involve re-aggregation, the translucent module can be restricted to contention resolution. As a result, the volume of data submitted to re-aggregation is drastically reduced and loss-free transmission can be reached with the same reactivity, end-to-end delay and memory requirement as a native OBS network

Η οπτική μεταγωγή ριπών (Optical Burst Switching-OBS) στοχεύει στον συνδυασμό των πλεονεκτημάτων της οπτικής μεταγωγής πακέτων και μεταγωγής κυκλώματος. Θεωρείται ως μια αρκετά υποσχόμενη τεχνολογία για την υλοποίηση του οπτικού Διαδικτύου της επόμενης γενιάς, με σκοπό να αντεπεξέλθει στην ταχεία ανάπτυξη της κίνησης του Διαδικτύου και στην αυξανόμενη υιοθέτηση νέων υπηρεσιών (π.χ VoIP τηλεφωνία, βίντεο κατά απαίτηση, υπολογισμός πλέγματος, ψηφιακά αποθηκευτικά μέσα). Στα OBS δίκτυα, τα πακέτα συναρμολογούνται σε ριπές και στέλνονται έτσι διαμέσου του δικτύου. Επομένως, ο τρόπος με τον οποίο πραγματοποιείται η συναρμολόγηση των πακέτων σε ριπές, καθορίζει και τα χαρακτηριστικά του συνολικού δικτύου και επηρεάζει κυρίως την συνολική καθυστέρηση του κάθε πακέτου που στέλνεται διαμέσου αυτού. Στην παρούσα εργασία (μέρος της διπλωματικής εργασίας δημοσιεύτηκε στο [21]), θα προτείνουμε τέσσερις νέες τεχνικές συναρμολόγησης ριπών που στοχεύουν στην μείωση της μέσης καθυστέρησης που επιβαρύνονται τα πακέτα κατά τη διαδικασία της συναρμολόγηση τους σε ριπές (burstification), με βάση ενός δεδομένου μέσου μήκους των ριπών που παράγονται. Αυτές οι τεχνικές χρησιμοποιούν ένα γραμμικό φίλτρο πρόβλεψης για την παραγωγή μιας εκτίμησης του πλήθους των πακέτων που πρόκειται να εισέλθουν στο κόμβο του δικτύου, που λαμβάνει χώρα το burstification, κατά τη διάρκεια της επόμενης χρονικής περιόδου. Με βάση την εκτίμηση αυτή, αποφασίζουν αν ικανοποιείται ένα συγκεκριμένο κριτήριο, το οποίο είναι διαφορετικό για κάθε προτεινόμενη μέθοδο, και στέλνουν, αναλόγως, μία νέα ριπή στο δίκτυο. Η μείωση της καθυστέρησης της συναρμολόγησης των πακέτων, για ένα δεδομένο μέσο μήκος ριπής, είναι σημαντική για τις εφαρμογές πραγματικού χρόνου, οι οποίες έχουν αυστηρούς περιορισμούς στην συνολική καθυστέρηση των πακέτων. Αντίστοιχα, η αύξηση του μέσου μήκους των ριπών που δημιουργούνται σε ένα OBS δίκτυο, για μια δεδομένη μέση καθυστέρηση πακέτων, είναι σημαντική για την μείωση του αριθμού των ριπών που εισέρχονται σε αυτό. Μεγάλου μήκους ριπές συνεπάγονται μικρότερη επιβάρυνση σε επεξεργασία που διενεργείται από τους ενδιάμεσους κόμβους του δικτύου. Επίσης, στο παρόν κείμενο, θα αξιολογήσουμε την συμπεριφορά των προτεινόμενων τεχνικών συναρμολόγησης και θα αποδείξουμε ότι δύο από αυτές έχουν καλύτερη απόδοση (έως και 33% βελτίωση), σε σύγκριση με τους προηγουμένως προτεινόμενους από την βιβλιογραφία αλγόριθμους, ως προς την μέση καθυστέρηση πακέτων, για δεδομένο μήκος ριπής. Τέλος, θα συζητηθεί η δυνατότητα παροχής ποιότητας υπηρεσιών (Quality of Service- QoS) με την βοήθεια των προτεινόμενων αλγορίθμων συναρμολόγησης. Το υπόλοιπο του παρόντος κειμένου είναι οργανωμένο με βάση τα παρακάτω: • Το δεύτερο κεφάλαιο σχολιάζει βασικές έννοιες των οπτικών δικτύων και περιγράφει την αρχιτεκτονική των οπτικών δικτύων μεταγωγής ριπών. • Το τρίτο κεφάλαιο αναφέρεται στις ήδη προτεινόμενες τεχνικές συναρμολόγησης ριπών, από την υπάρχουσα βιβλιογραφία. • Στο τέταρτο κεφάλαιο, σχολιάζονται σημαντικές έννοιες των γραμμικών προβλεπτών, καθώς κι η δυνατότητα τους να εφαρμοστούν στην πρόβλεψη της κίνησης του δικτύου και υπό ποιες συνθήκες η χρήση τους είναι αποδοτική. • Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι περιγράφονται στο πέμπτο κεφάλαιο. • Στο έκτο κεφάλαιο εξετάζεται η απόδοση τους σε σχέση με τους υπάρχοντες αλγορίθμους και μελετάται η συμπεριφορά του επιλεγμένου γραμμικού προβλεπτή σε σχέση με τις παραμέτρους εισόδου που τον χαρακτηρίζουν. • Τέλος στο έβδομο κεφάλαιο, περιγράφεται η παροχή του QoS στο δίκτυο και ερευνάται η δυνατότητα υποστήριξης της, με τη βοήθεια των προτεινόμενων τεχνικών συναρμολόγησης. / -