On providing Qos and reliability for telecommunication networks : multi-domain Qos routing and multicast reliability
Institution:
Rennes 1Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
In this thesis, we study two major problems of today’s telecom networks. First, we study the problem of providing Quality of Service (QoS) guarantees for IP-based services in multi-domain networks. Precisely, the Inter-Domain Multi-Constrained Path (ID-MCP) computation problem is deeply investigated in the first part of this thesis. Second, we study networks reliability, which is essential for many services, namely mission-critical services. Specifically, we address the problem of ensuring reliable multicast communications. Indeed, the consequences of a node or link failure are dramatic in this case of study as multiple destinations could be disconnected simultaneously. The objective of the first part is to find new schemes that enable solving the ID-MCP problem while respecting the operators policies, namely preserving the routing information confidentiality and the autonomy of the domains. We propose three new algorithms based on the Path Computation Element (PCE) framework, named respectively : ID-PPPA, ID-MEFPA and HID-MCP. The first two algorithms employ a pre-computation scheme that allows the computational time to be reduced while maintaining a good acceptance rate of the requests. The third algorithm is based on a hybrid computation scheme that takes advantages from the pre-computation and the on-demand computation. The HID-MCP employs crankback mechanisms to improve the global success rate. Performances of our proposed algorithms are accurately proven through both analytical studies and simulations. The objective of the second part is to find node and link protection structures suitable for multicast diffusion. As the restoration time is a crucial criteria in the recovery process, we address the reliability of multicast communications at the DWDM optical layer. A new generation of p-cycles adapted for multicast diffusion structures as well as the constraints imposed by all-optical networks, is proposed in this part. We also proposed three new algorithms for node and link failure recovery in dynamic multicast traffic, named respectively CCHN, NPCC and NPCC-SSC. The first algorithm uses a set of well-selected candidate p-cycles in order to reduce the computational time and achieve a significant bandwidth saving. Different approaches for selecting the candidate p-cycle sets are investigated. The second algorithm, NPCC, extends the node protection concept of p-cycles for multicast traffic. The third algorithm extends our NPCC algorithm to deal with the constraints imposed by all-optical networks, such as sparse light-splitting and wavelength continuity constraints. Simulation results prove the efficiency of our algorithms in terms of resource utilization, blocking probability and the computational time.
Abstract FR:
Dans cette thèse, nous étudions deux problèmes majeurs dans les réseaux de télécommunications actuels. Tout d'abord, nous étudions le problème de la fourniture de la qualité de service (QoS) pour les nouvelles applications dans des réseaux multi-domaines. Précisément, le problème de calcul de chemins inter-domaine et multi-contrainte (ID-MCP) est profondément étudié dans la première partie de cette thèse. Dans la deuxième partie, nous étudions la fiabilité des communications dans les réseaux, qui est essentielle pour les services à contraintes strictes. Plus précisément, nous abordons le problème de la garantie de fiabilité des communications multicast. En effet les conséquences d'une panne d'un nœud ou d'un lien dans ce cas d'étude est grave puisque plusieurs destinations peuvent être déconnectées simultanément à la suite d'une seule panne. L'objectif de la première partie est de trouver des nouvelles approches qui permettent de résoudre le problème ID-MCP (inter-domain multi-constrained path computation problem), tout en respectant les politiques des opérateurs des réseaux, à savoir préserver la confidentialité des informations de routage et l'autonomie des domaines. Nous proposons trois nouveaux algorithmes basés sur les éléments de calcul de chemins (PCEs), algorithmes nommés respectivement: ID-PPPA, ID-MEFPA et HID-MCP. Les deux premiers algorithmes utilisent le pré-calcul qui permet de réduire le temps de calcul tout en maintenant un taux de succès élevé. Le troisième algorithme est basé sur un calcul hybride qui bénéficie à la fois des avantages du pré-calcul et du calcul à la demande. L'algorithme HID-MCP utilise des mécanismes de retour en arrière (crankback) pour améliorer le taux de succès global. Les performances de nos algorithmes proposés sont prouvées avec précision par des études analytiques et des simulations. L'objectif de la deuxième partie est de trouver des structures de protection des nœuds et des liens adaptées à la diffusion multicast. Comme le temps de restauration est un critère important dans le processus de reprise de routage (recovery), nous proposons l'étude de la protection des communications multicast au niveau de la couche optique DWDM. Une nouvelle génération de p-cycles adaptés à la structure de diffusion multicast et aux contraintes imposées par les réseaux tout-optiques, est proposée dans cette partie. Nous proposons également trois nouveaux algorithmes pour la protection des nœuds et des liens dans un trafic multicast dynamique, algorithmes nommés respectivement CCHN, NPCC et NPCC-SSC. Le premier algorithme utilise un ensemble de p-cycles candidats bien sélectionnés afin de réduire le temps de calcul et d'optimiser l'utilisation de la bande passante. Différentes approches pour la sélection des ensembles de p-cycles candidats sont étudiées. Le deuxième algorithme NPCC étend le concept de protection des nœuds avec les p-cycles pour une structure de diffusion multicast. Le troisième algorithme étend notre algorithme NPCC pour résoudre les contraintes imposées par les réseaux tout-optiques, telles que le nombre limité de commutateurs optiques capables de splitter un signal lumineux et la contrainte de continuité de la longueur d'onde. Les simulations prouvent que nos algorithmes peuvent assurer une bonne utilisation des ressources ainsi qu'une faible probabilité de blocage tout en réduisant le temps de calcul.