Search

There are a myriad of computing resources in the World, most of which are underused. Efficiently using some of these devices raises several interesting opportunities. For instance, devices are spread everywhere, so locality can be deeply exploited. Furthermore, combining the computational capacity of all, or some, of them may conform a virtual cluster more powerful than any current data center. And, finally, by using resources already there avoids the need for a specific investment on specific infrastructures, as well as significantly reduces the operational costs. In this paper we propose a research architecture for global resources management which aims at exploiting the availability of this vast amount of heterogeneous resources at the edge of the network. We have designed the Progressive Mapping System (PMS) as a system that keeps track of the available resources and, upon an application launching, finds the best devices configuration for optimal application execution, considering both, the application performance requirements and the resources availability and performance features, while guaranteeing the Quality of Service (QoS). The PMS implements a graph of devices where nodes describe their performance features and edges describe their geographic distance as well as communication capabilities. Given an application description, which includes some performance description and quality of service requirements, the PMS system selects a subset of the global graph by solving a mixed integer quadratically constrained programming formulation, which finds the appropriate set of nodes for optimal application execution performance. One of the novelties of the PMS system is that it considers the geographic positioning of the devices and the application locality requirements to deeper exploiting locality issues. The PMS system is yet in a preliminary implementation stage. In this paper we describe the system overview, the architectural design, and discuss some research challenges which are critical for an effective PMS implementation.

Smart cities are becoming popular and, with them, a plethora of resources is emerging turning into a massive concentration of computing devices. In such environments, the deployment of a smart resources management system is envisioned as an extraordinary opportunity to provide almost unlimited computing and networking capabilities obtained by putting together a vast set of nearby devices, hence offering high performance computing while benefiting from low latency networking. In this scenario, where millions of highly heterogeneous devices are available, a key challenge is to select the set of devices suited the most to carry out some specific tasks. In this paper, we present a performance estimation model intended to find an optimal solution for load distribution over massive heterogeneous systems, considering the effects of both, distributed computing and network overhead. The current implementation is in a preliminary stage, considering only fully parallel applications. Trials conducted considering several hardware configurations, with either homogeneous or heterogeneous systems, show the fact that the predicted performance matches the one obtained by the experimental executions with an almost negligible deviation. These initial results encourage us to continue developing the model for more complex and realistic applications.

Internet of Things (IoT) services are unstoppably demanding more computing and storage resources. Aligned to this trend, cloud and fog computing came up as the proper paradigms meeting such IoT services demands. More recently, a new paradigm, so-called fog to cloud (F2C) computing, promises to make the most out of both Fog and Cloud, paving the way to new IoT services development. Nevertheless, the benefits of F2C architectures may be diminished by failures affecting the computing commodities. In order to withstand possible failures, the design of novel protection strategies, specifically designed for distributed computing scenarios is required. In this paper, we study the impact of distinct protection strategies on several key performance aspects, including service response time, and usage of computing resources. Numerical results indicate that under distinct failure scenarios, F2C significantly outperforms the conventional cloud.

The unstoppable adoption of cloud and fog computing is paving the way to developing innovative services, some requiring features not yet covered by either fog or cloud computing. Simultaneously, nowadays technology evolution is easing the monitoring of any kind of infrastructure, be it large or small, private or public, static or dynamic. The fog-to-cloud computing (F2C) paradigm recently came up to support foreseen and unforeseen services demands while simultaneously benefiting from the smart capacities of the edge devices. Inherited from cloud and fog computing, a challenging aspect in F2C is security provisioning. Unfortunately, security strategies employed by cloud computing require computation power not supported by devices at the edge of the network, whereas security strategies in fog are yet on their infancy. Put this way, in this paper we propose Software Defined Network (SDN)-based security management architecture based on a master/slave strategy. The proposed architecture is conceptually applied to a critical infrastructure (CI) scenario, thus analyzing the benefits F2C may bring for security provisioning in CIs.

Smart cities are the current technological solutions to handle the challenges and complexity of the growing urban density. Traditionally, smart city resources management rely on cloud based solutions where sensors data are collected to provide a centralized and rich set of open data. The advantages of cloudbased frameworks are their ubiquity, as well as an (almost) unlimited resources capacity. However, accessing data from the cloud implies large network traffic, high latencies usually not appropriate for real-time or critical solutions, as well as higher security risks. Alternatively, fog computing emerges as a promising technology to absorb these inconveniences. It proposes the use of devices at the edge to provide closer computing facilities and, therefore, reducing network traffic, reducing latencies drastically while improving security. We have defined a new framework for data management in the context of a smart city through a global fog to cloud resources management architecture. This model has the advantages of both, fog and cloud technologies, as it allows reduced latencies for critical applications while being able to use the high computing capabilities of cloud technology. In this paper, we present the data acquisition block of our framework and discuss the advantages. As a first experiment, we estimate the network traffic in this model during data collection and compare it with a traditional real system

Nowadays, Smart Cities are positioned as one of the most challenging and important research topics, highlighting major changes in people's lifestyle. Technologies such as smart energy, smart transportation or smart health are being designed to improve citizen's quality of life. Smart Cities leverage the deployment of a network of devices - sensors and mobile devices-, all connected through different means and/or technologies, according to their network availability and capacities, setting a novel framework feeding end-users with an innovative set of smart services. Aligned to this objective, a typical Smart City architecture is organized into layers, including a sensing layer (generates data), a network layer (moves the data), a middleware layer (manages all collected data and makes it ready for usage) and an application layer (provides the smart services benefiting from this data). In this paper a real Smart City is analyzed, corresponding to the city of Barcelona, with special emphasis on the layers responsible for collecting the data generated by the deployed sensors. The amount of daily sensors data transmitted through the network has been estimated and a rough projection has been made assuming an exhaustive deployment that fully covers all city. Finally, we discuss some solutions to both reduce the data transmission and improve the data management.

The recent advances in optical technologies pave the way to the deployment of high-bandwidth services. As reliability becomes a mandatory requirement for some of these services, network providers must endow their networks with resilience capabilities. In recent years, network coding protection (NCP) has emerged as a tentative solution aiming at enabling network resilience in a proactive and efficient way. The goal of this paper is to conduct a techno-economic study to evaluate the protection cost required by NCP schemes deployed either at the IP/MPLS or at the Optical layer of a multi-layer network, as well as its impact on both the capital and operational expenditures (CAPEX, OPEX) of a network provider. Our evaluation results show that a significant reduction in both CAPEX and OPEX is obtained with NCP. Indeed, at least a 49% and 52% of CAPEX and OPEX reduction is achieved respectively in comparison with conventional proactive protection schemes.

The Path Computation Element (PCE) is positioned nowadays as one of the solutions that almost every carrier will eventually deploy. The PCE architecture as well as a number of components, including the PCE Communication Protocol (PCEP), have been standardized by the IETF. However, a number of challenges remain to be solved on its way from standards to deployment. In particular, the existing proposals for multilayer path computation within the PCE framework need to be further developed and tested, before considering their possible integration into operational networks. This is especially true for the interoperability of the various PCE implementations and the extensions such as the Virtual Network Topology Manager (VNTM) which cannot be taken for granted. This paper presents a functional implementation of coordinated computation of multilayer paths supported through inter-layer PCE communication, where one PCE is developed by industry and the other as an open-source effort. To this end, we consider an IP/MPLS network deployed over a Wavelength Switched Optical Network (WSON), each of which deploying its own PCE, in an attempt to create an inter-operable multilayer solution. We discuss the key challenges that the research community will face in this area, which in turn will drive a considerable part of the upcoming efforts in terms of standardization

International audience; Book Front Matter of LNCS 6649

Regenerator allocation consists on selecting which of the already installed regenerators in a translucent network may be used according to the dynamic traffic requests in order to maximize the quality of the optical signal while minimizing the opaqueness of the network. A recent study has shown that the performance of the regenerator allocation techniques strongly depends on the accuracy of the physical-layer information. The reason of this physical inaccuracy is the drift suffered by the physical-layer parameters during the operation of the optical network. In these conditions, the performance of the Impairment Aware-Routing and Wavelength Assignment (IA-RWA) process might drop sharply when allocating regenerators inappropriately. In this paper, we propose new regenerator allocation schemes taking into account the inherent and unavoidable inaccuracy in the physical-layer information

The performance of the regenerator allocation algorithms in WDM networks strongly depends on the accuracy of the physical-layer information such as the Q factor. In a translucent WDM network the already installed regenerators along the lightpath are allocated based on the physical information (Q factor) in order to maximize the quality of the optical signal while minimizing the opaqueness of the network. The Q factor used by the IA-RWA algorithms is usually inaccurate due to the drift suffered by the physical-layer parameters during the operation of the optical network. In this scenario the allocation of regenerators is not optimized and then the performance of the network is worsened. New regenerator allocation schemes should be proposed in order of counteracting the inherent and unpredictable uncertainty in the physical-layer information.

This paper presents a promising Autonomic Network Management System (ANMS) that allows Service Providers (SPs) to perform efficient network resource provisioning with their Network Operators (NOs). The novelty of our ANMS is that it offers an starting point to use the end-users perceived quality as a metric to manage the network resources. We show that our system is capable of achieving considerable reductions in the operational costs of SPs, while keeping proper bounds in the end-user satisfaction for the offered multimedia services.

Quality assessment of multimedia traffic is a hot topic. In this paper we present a Multimedia Management System, which can be used on-line to assess and guarantee the quality of multimedia traffic in a wired and wireless network. The proposed platform uses both network and application layer metrics to build up a scalable quality assessment framework. The core of this framework provides means for traffic provisioning capabilities by coordinating the network access and usage both from the wireless node and from the network access point. These two combined features permit our platform to guarantee a satisfactory multimedia user experience. We evaluate our proposal by issuing an experimental deployment in a testbed and performing a series of tests under different network situations to demonstrate the Quality of Experience guaranties of our system. The results show that the quality of video perceived by endusers is considerably improved compared to the typical wireless network.

In recent years, the size and dynamics of the global routing table have increased rapidly along with an increase in the number of edge networks. The relation between edge network quantity and routing table size/dynamics reveals a major limitation in the current architecture. In this paper we introduce the two problematics target as the main cause for the Internet scalability issue. Subsequently, we describe the different proposals that address the scalability problem. We group them in three categories: Separation, Elimination and Geographic

The characteristics of Latin American network infrastructures have global consequences, particularly in the area of interdomain traffic engineering. As an example, Latin America shows the largest de-aggregation factor of IP prefixes among all regional Internet registries, being proportionally the largest contributor to the growth and dynamics of the global BGP routing table. In this article we analyze the peculiarities of LA interdomain routing architecture, and provide up-to-date data about the combined effects of the multihoming and TE practices in the region. We observe that the Internet Research Task Force initiative on the separation of the address space into locators and identifiers can not only alleviate the growth and dynamics of the global routing table, but can also offer appealing TE opportunities for LA. We outline one of the solutions under discussion at the IRTF, the Locator/Identifier Separation Protocol, and examine its potential in terms of interdomain traffic management in the context of LA. The key advantage of LISP is its nondisruptive nature, but the existing proposals for its control plane have some problems that may hinder its possible deployment. In light of this, we introduce a promising control plane for LISP that can solve these issues, and at the same time has the potential to bridge the gap between intradomain and interdomain traffic management.

The simple idea of having IP traffic directly transported over optical Wavelength Division Multiplexing (WDM) technology (“Internet Protocol (IP) over WDM”) has been envisioned as the future for the telecommunication infrastructure. The key point in this infrastructure becomes the switching layer between ubiquitous IP-centric networks and WDM physical layer. An intense debate has been ongoing about which model to adopt, aiming at identifying the degree of optical transparency and the proper flexibility of optical interconnection. Expected migration of switching functions from electronic to optics will be gradual, and will take place in several phases. The first phase is presented in this chapter. It is characterised by the use of the wavelength as a switching granularity; the terms optical circuit switching (Optical Circuit Switching (OCS)), wavelength switching and wavelength routed network are commonly and indifferently used.

We show that a modified version of a path-vector protocol can drastically reduce the blocking and converge significantly faster, while exchanging less number of routing messages both during failure-free conditions and during a convergence.

Optical networks provide a clear opportunity to redesign the multi-domain routing paradigm. This paper reviews the current limitations in multi-domain routing as well as some of the research lines in the optical area.

The Locator/Identifier Separation Protocol (LISP) is one of the candidate solutions to address the scalability issues in inter-domain routing. The current proposals for its control plane (e.g., ALT, CONS, NERD) have various shortcomings, including the potential dropping of packets at LISP routers during the resolution of the EID-to-RLOC mapping. In this paper, we introduce a new Control Plane (CP) for LISP supported by an architecture that borrows concepts from both the Path Computation Element (PCE) and Intelligent Route Control (IRC). Our CP is able to tackle three different problems simultaneously: (i) packets sourced from end-hosts are neither dropped nor queued during the mapping resolution; (ii) the EID-to-RLOC mapping can be obtained and configured approximately within the DNS resolution time needed to fetch the destination EID address; and (iii) our approach can blend IRC with the PCE capabilities, to perform upstream/ downstream Traffic Engineering (TE) through the dynamic management of the mappings. In particular, our CP supports the utilization of different LISP ingress and egress local routers for the same flow sourced from a domain.

Les xarxes IP tradicionals utilitzen el model de transmissió "best-effort" per transportar tràfic entre clients de la xarxa. Aquest model de transmissió de tràfic no és el més adequat per les aplicacions en temps real com per exemple, vídeo sota demanda, conferències multimedia o realitat virtual que per altra banda tenen cada cop més adeptes entre els clients de la xarxa. A fi de garantir el correcte funcionament d'aquest tipus d'aplicacions, l'estructura de la xarxa ha de ser substancialment modificada amb l'objectiu final de poder optimitzar els seus propis recursos i així poder fer front a aquells tipus de tràfics i de clients que requereixen certes garanties de "Qualitat de Servei" (QoS) per a la seva correcta transmissió.Aquestes modificacions o millores de la xarxa poden ser perfectament realitzades sota l'entorn d'Enginyeria de Tràfic (Traffic Engineering, TE). Dos són els principals aspectos relacionats amb el funcionament de la xarxa en aquest entorn de TE: els mecanismes de commutació i els mecanismes d'encaminament. Així, per una banda es necessita un mecanisme de commutació molt ràpid en els nodes interns de la xarxa a fi de que els paquets de dades puguin ser processats amb el menor temps possible. En xarxes IP aquest objectiu s'aconsegueix amb el Multiprotocol Label Switching (MPLS). Per altra banda, a fi de garantir certa QoS, les decisions d'encaminament s'han de realitzar tenint en compte quines són les restriccions de QoS sol·licitades per el node client que origina el tràfic. Aquest objectiu s'aconsegueix modificant els esquemes d'encaminament tradicionals, incorporant-hi els paràmetres de QoS en les decisions d'encaminament, generant el que es coneix com algorismes d'encaminament amb QoS (QoS routing).Centrant-nos en aquest darrer aspecte, la majoria dels algorismes d'encaminament amb QoS existents, realitzen la selecció de la ruta a partir de la informació d'estat de l'enllaç emmagatzemada en les bases de dades d'estat de l'enllaç contingudes en els nodes. Per poder garantir que els successius canvis en l'estat de la xarxa estiguin perfectament reflectits en aquesta informació d'encaminament, el protocol d'encaminament ha d'incloure un mecanisme d'actualització que faci possible garantir que la selecció de les rutes es fa a partir d'informació acurada de l'estat real de la xarxa. En un entorn IP tradicional, el qual inicialment no inclou paràmetres de QoS, els canvis produïts en la informació d'encaminament són tan sols deguts a modificacions en la topologia i connectivitat de la xarxa. En aquest entorn, donat que la freqüència en la qual s'espera rebre missatges advertint d'aquestes modificacions no és elevada, la majoria dels mecanismes d'actualització es basen en la inclusió d'un cert període de refresc. Així, les bases de dades s'actualitzen periòdicament mitjançant la distribució d'uns missatges que informen a la resta de nodes de l'estat de la xarxa,a fi de que cada node pugui actualitzar la seva base de dades.No obstant això, hem de tenir en compte que en aquelles xarxes IP/MPLS altament dinàmiques amb requeriments de QoS, aquest mecanisme d'actualització basat en un refresc periòdic no serà útil. Això és degut a la rigidesa que presenta aquest mecanisme, la qual fa que no sigui aplicable a un entorn que presenti contínues variacions del paràmetres dels enllaços cada cop que s'estableixi o s'alliberi una connexió (ara a més de la topologia i connectivitat, s'inclouen paràmetres de QoS, com ampla de banda, retard, variació del retard, etc.). Per tot això, s'haurà de generar un mecanisme d'actualització molt més eficient que sigui capaç de mantenir les bases de dades dels nodes perfectament actualitzades reflectint els continus canvis en l'estat de la xarxa. L'alta granularitat d'aquest mecanisme provocarà una sobrecàrrega de la xarxa, degut a l'enorme quantitat de missatges d'actualització que seran necessaris per poder mantenir informació actualitzada en les bases de dades d'estat de l'enllaç en cada node.Per reduir aquesta sobrecàrrega de senyalització apareixen les polítiques d'activació (triggering policies) que tenen per objectiu determinar en quin moment un node ha d'enviar un missatge d'actualització a la resta de nodes de la xarxa advertint-los de les variacions produïdes en els seus enllaços. Desafortunadament, l'ús d'aquestes polítiques d'activació produeix un efecte negatiu sobre el funcionament global de la xarxa. En efecte, si l'actualització de la informació de l'estat de l'enllaç en els nodes no es fa cada cop que aquesta informació es veu modificada, sinó que es fa d'acord a una certa política d'activació, no es podrà garantir que aquesta informació representi de forma acurada l'esta actual de la xarxa en tot moment. Això pot provocar una selecció no òptima de la ruta seleccionada i un increment en la probabilitat de bloqueig de noves connexions a la xarxa., Las redes IP tradicionales utilizan el modelo de transmisión best-effort para transportar tráfico entre clientes de la red. Es bien sabido que este modelo de transmisión de tráfico no es el más adecuado para las aplicaciones en tiempo real, tales como video bajo demanda, conferencias multimedia o realidad virtual, que cada vez son más de uso común entre los clientes de la red. Para garantizar el correcto funcionamiento de dichas aplicaciones la estructura de la red debe ser modificada a fin de optimizar la utilización de sus propios recursos y para poder hacer frente a aquellos tráficos que requieran ciertas garantías de Calidad de Servicio (QoS) para su correcta transmisión.Estas modificaciones o mejoras de la red pueden ser perfectamente realizadas bajo el entorno de Traffic Engineering (TE). Dos son los principales aspectos relacionados con el funcionamiento de la red en el entorno de TE: los mecanismos de conmutación y los mecanismos de encaminamiento. Así, por una parte, se necesita un mecanismo de conmutación muy rápido en los nodos intermedios de la red a fin de que los paquetes de datos puedan ser procesados con el menor tiempo posible. En redes IP este objetivo se consigue con el Multiprotocol Label Switching (MPLS). Por otra parte a fin de garantizar cierta QoS, las decisiones de encaminamiento se deben realizar acorde con los parámetros de QoS requeridos por el cliente que origina tráfico. Este objetivo se consigue modificando los esquemas de encaminamiento tradicionales e incorporando parámetros de QoS en las decisiones de encaminamiento, lo que deriva en la generación de encaminamiento con QoS (QoS routing).Centrándonos en este último aspecto de encaminamiento, la mayoría de los algoritmos de QoS routing existentes realizan la selección de la ruta a partir de la información de estado del enlace que está almacenada en las bases de datos de estado del enlace contenidas en los nodos. A fin de garantizar que los sucesivos cambios en el estado de la red estén perfectamente reflejados en dicha información, el mecanismo de encaminamiento debe incorporar un mecanismo de actualización cuyo objetivo sea garantizar que las decisiones de encaminamiento se realizan a partir de información fidedigna del estado de la red. En un entorno IP tradicional, el cual no incluye parámetros de QoS, los cambios producidos en dicha información son los debidos a modificaciones en la topología y conectividad. En dicho entorno dado que no son esperadas frecuentes variaciones de la topología de la red, la mayoría de los mecanismos de actualización están basados en la inclusión de un cierto periodo de refresco.Sin embargo, en redes IP/MPLS altamente dinámicas con requerimientos de QoS, este mecanismo de actualización no será adecuado debido a su rigidez y a las continuas variaciones de los parámetros de los enlaces (que ahora incluirá parámetros de QoS, tales como, ancho de banda, retardo, variación del retado, etc.) que se producirán cada vez que se establezca/libere una conexión. Por tanto, se deberá generar un mecanismo de actualización mucho más eficiente que sea capaz de actualizar las bases de datos de los nodos a fin de reflejar las constantes variaciones del estado de la red. La alta granularidad de este mecanismo provocará una sobrecarga de la red, debido a la enorme cantidad de mensajes de actualización necesarios para mantener información actualizada del estado de la red. Para reducir esta sobrecarga de señalización aparecen las políticas de disparo (triggering policies), cuyo objetivo es determinar en qué momento un nodo debe enviar un mensaje de actualización al resto de nodos de la red advirtiéndoles de las variaciones producidas en sus enlaces.Desafortunadamente el uso de dichas políticas de disparo produce un efecto negativo sobre el funcionamiento global de la red. En efecto, si la actualización de la información de estado del enlace en los nodos no se realiza cada vez que dicha información es modificada sino de acuerdo con cierta política de disparo, no se puede garantizar que dicha información represente fielmente el estado de la red. Así, la selección de la ruta, podrá ser realizada basada en información inexacta o imprecisa del estado de lo red, lo cual puede provocar una selección no óptima de la ruta y un incremento en la probabilidad de bloqueo de la red.Esta Tesis se centra en definir y solucionar el problema de la selección de rutas bajo información inexacta o imprecisa de la red (routing inaccuracy problem). Se consideran dos escenarios de trabajo, las actuales redes MPLS y las futuras redes WDM, para los cuales se propone un nuevo mecanismo de encaminamiento: BYPASS Based Routing (BBR) para redes IP/MPLS y BYPASS Based Optical Routing (BBOR) para redes WDM. Ambos mecanismos de encaminamiento se basan en un concepto común denominado "bypass dinámico".El concepto de "bypass dinámico" permite que un nodo intermedio de la red encamine el mensaje de establecimiento que ha recibido del nodo fuente, a través de una ruta distinta a la calculada por el nodo fuente (y explícitamente indicada en el mensaje de establecimiento), cuando detecte que inesperadamente el enlace de salida no dispone de recursos suficientes para soportar las garantías de QoS requeridas por la conexión a establecer. Estas rutas alternativas, denominadas bypass-paths, son calculadas por el nodo fuente o de entrada a la red simultáneamente con la ruta principal para ciertos nodos intermedios de la misma. En redes IP/MPLS el mecanismo BBR aplica el concepto de "bypass dinámico" a las peticiones de conexión con restricciones de ancho de banda. En cambio, en redes WDM, el mecanismo BBOR aplica el concepto de "bypass dinámico" a la hora de asignar una longitud de onda por la cual se va a transmitir el trafico., Traditional IP networks are based on the best effort model to transport traffic flowsbetween network clients. Since this model cannot properly support the requirements demanded by several emerging real time applications (such as video on demand, multimedia conferences or virtual reality), some modifications in the network structure, mainly oriented to optimise network performance, are required in order to provide Quality of Service (QoS) guarantees.Traffic Engineering is an excellent framework to achieve these network enhancements.There are two main aspects in this context that strongly interact with network performance: switching mechanisms and routing mechanisms. On one hand, a quick switching mechanism is required to reduce the processing time in the intermediate nodes. In IP networks this behaviour is obtained by introducing Multiprotocol Label Switching (MPLS). On the other hand, a powerful routing mechanism that includes QoS attributes when selecting routes (QoS Routing) is also required.Focusing on the latter aspect, most QoS routing algorithms select paths based on the information contained in the network state databases stored in the network nodes. Because of this, routing mechanisms must include an updating mechanism to guarantee that the network state information perfectly represents the current network state. Since network state changes (topology) are not produced very often, in conventional IP networks without QoS capabilities, most updating mechanisms are based on a periodic refresh.In contrast, in highly dynamic large IP/MPLS networks with QoS capabilities a finer updating mechanism is needed. This updating mechanism generates an important and nondesirablesignalling overhead if maintaining accurate network state information is pursued. To reduce the signalling overhead, triggering policies are used. The main function of a triggering policy is to determine when a network node must advertise changes in its directly connected links to other network nodes. As a consequence of reduced signalling, the information in the network state databases might not represent an accurate picture of the actual network state.Hence, path selection may be done according to inaccurate routing information, which could cause both non-optimal path selection and an increase in connection blocking frequency.This Thesis deals with this routing inaccuracy problem, introducing new mechanisms to reduce the effects on global network performance when selecting explicit paths under inaccurate routing information. Two network scenarios are considered, namely current IP/MPLS networks and future WDM networks, and one routing mechanism per scenario is suggested:BYPASS Based Routing (BBR) for IP/MPLS and BYPASS Based Optical Routing (BBOR) for WDM networks. Both mechanisms are based on a common concept, which is defined as dynamic bypass.According to the dynamic bypass concept, whenever an intermediate node along the selected path (unexpectedly) does not have enough resources to cope with the incoming MPLS/optical-path demand requirements, it has the capability to reroute the set-up message through alternative pre-computed paths (bypass-paths). Therefore, in IP/MPLS networks the BBR mechanism applies the dynamic bypass concept to the incoming LSP demands under bandwidth constraints, and in WDM networks the BBOR mechanism applies the dynamic bypass concept when selecting light-paths (i.e., selecting the proper wavelength in both wavelength selective and wavelength interchangeable networks). The applicability of the proposed BBR and the BBOR mechanisms is validated by simulation and compared with existing methods on their respective network scenarios. These network scenarios have been selected so that obtained results may be extrapolated to a realistic network.

Les xarxes IP tradicionals utilitzen el model de transmissió "best-effort" per transportar tràfic entre clients de la xarxa. Aquest model de transmissió de tràfic no és el més adequat per les aplicacions en temps real com per exemple, vídeo sota demanda, conferències multimedia o realitat virtual que per altra banda tenen cada cop més adeptes entre els clients de la xarxa. A fi de garantir el correcte funcionament d'aquest tipus d'aplicacions, l'estructura de la xarxa ha de ser substancialment modificada amb l'objectiu final de poder optimitzar els seus propis recursos i així poder fer front a aquells tipus de tràfics i de clients que requereixen certes garanties de "Qualitat de Servei" (QoS) per a la seva correcta transmissió.Aquestes modificacions o millores de la xarxa poden ser perfectament realitzades sota l'entorn d'Enginyeria de Tràfic (Traffic Engineering, TE). Dos són els principals aspectos relacionats amb el funcionament de la xarxa en aquest entorn de TE: els mecanismes de commutació i els mecanismes d'encaminament. Així, per una banda es necessita un mecanisme de commutació molt ràpid en els nodes interns de la xarxa a fi de que els paquets de dades puguin ser processats amb el menor temps possible. En xarxes IP aquest objectiu s'aconsegueix amb el Multiprotocol Label Switching (MPLS). Per altra banda, a fi de garantir certa QoS, les decisions d'encaminament s'han de realitzar tenint en compte quines són les restriccions de QoS sol·licitades per el node client que origina el tràfic. Aquest objectiu s'aconsegueix modificant els esquemes d'encaminament tradicionals, incorporant-hi els paràmetres de QoS en les decisions d'encaminament, generant el que es coneix com algorismes d'encaminament amb QoS (QoS routing).Centrant-nos en aquest darrer aspecte, la majoria dels algorismes d'encaminament amb QoS existents, realitzen la selecció de la ruta a partir de la informació d'estat de l'enllaç emmagatzemada en les bases de dades d'estat de l'enllaç contingudes en els nodes. Per poder garantir que els successius canvis en l'estat de la xarxa estiguin perfectament reflectits en aquesta informació d'encaminament, el protocol d'encaminament ha d'incloure un mecanisme d'actualització que faci possible garantir que la selecció de les rutes es fa a partir d'informació acurada de l'estat real de la xarxa. En un entorn IP tradicional, el qual inicialment no inclou paràmetres de QoS, els canvis produïts en la informació d'encaminament són tan sols deguts a modificacions en la topologia i connectivitat de la xarxa. En aquest entorn, donat que la freqüència en la qual s'espera rebre missatges advertint d'aquestes modificacions no és elevada, la majoria dels mecanismes d'actualització es basen en la inclusió d'un cert període de refresc. Així, les bases de dades s'actualitzen periòdicament mitjançant la distribució d'uns missatges que informen a la resta de nodes de l'estat de la xarxa,a fi de que cada node pugui actualitzar la seva base de dades.No obstant això, hem de tenir en compte que en aquelles xarxes IP/MPLS altament dinàmiques amb requeriments de QoS, aquest mecanisme d'actualització basat en un refresc periòdic no serà útil. Això és degut a la rigidesa que presenta aquest mecanisme, la qual fa que no sigui aplicable a un entorn que presenti contínues variacions del paràmetres dels enllaços cada cop que s'estableixi o s'alliberi una connexió (ara a més de la topologia i connectivitat, s'inclouen paràmetres de QoS, com ampla de banda, retard, variació del retard, etc.). Per tot això, s'haurà de generar un mecanisme d'actualització molt més eficient que sigui capaç de mantenir les bases de dades dels nodes perfectament actualitzades reflectint els continus canvis en l'estat de la xarxa. L'alta granularitat d'aquest mecanisme provocarà una sobrecàrrega de la xarxa, degut a l'enorme quantitat de missatges d'actualització que seran necessaris per poder mantenir informació actualitzada en les bases de dades d'estat de l'enllaç en cada node.Per reduir aquesta sobrecàrrega de senyalització apareixen les polítiques d'activació (triggering policies) que tenen per objectiu determinar en quin moment un node ha d'enviar un missatge d'actualització a la resta de nodes de la xarxa advertint-los de les variacions produïdes en els seus enllaços. Desafortunadament, l'ús d'aquestes polítiques d'activació produeix un efecte negatiu sobre el funcionament global de la xarxa. En efecte, si l'actualització de la informació de l'estat de l'enllaç en els nodes no es fa cada cop que aquesta informació es veu modificada, sinó que es fa d'acord a una certa política d'activació, no es podrà garantir que aquesta informació representi de forma acurada l'esta actual de la xarxa en tot moment. Això pot provocar una selecció no òptima de la ruta seleccionada i un increment en la probabilitat de bloqueig de noves connexions a la xarxa. Las redes IP tradicionales utilizan el modelo de transmisión best-effort para transportar tráfico entre clientes de la red. Es bien sabido que este modelo de transmisión de tráfico no es el más adecuado para las aplicaciones en tiempo real, tales como video bajo demanda, conferencias multimedia o realidad virtual, que cada vez son más de uso común entre los clientes de la red. Para garantizar el correcto funcionamiento de dichas aplicaciones la estructura de la red debe ser modificada a fin de optimizar la utilización de sus propios recursos y para poder hacer frente a aquellos tráficos que requieran ciertas garantías de Calidad de Servicio (QoS) para su correcta transmisión.Estas modificaciones o mejoras de la red pueden ser perfectamente realizadas bajo el entorno de Traffic Engineering (TE). Dos son los principales aspectos relacionados con el funcionamiento de la red en el entorno de TE: los mecanismos de conmutación y los mecanismos de encaminamiento. Así, por una parte, se necesita un mecanismo de conmutación muy rápido en los nodos intermedios de la red a fin de que los paquetes de datos puedan ser procesados con el menor tiempo posible. En redes IP este objetivo se consigue con el Multiprotocol Label Switching (MPLS). Por otra parte a fin de garantizar cierta QoS, las decisiones de encaminamiento se deben realizar acorde con los parámetros de QoS requeridos por el cliente que origina tráfico. Este objetivo se consigue modificando los esquemas de encaminamiento tradicionales e incorporando parámetros de QoS en las decisiones de encaminamiento, lo que deriva en la generación de encaminamiento con QoS (QoS routing).Centrándonos en este último aspecto de encaminamiento, la mayoría de los algoritmos de QoS routing existentes realizan la selección de la ruta a partir de la información de estado del enlace que está almacenada en las bases de datos de estado del enlace contenidas en los nodos. A fin de garantizar que los sucesivos cambios en el estado de la red estén perfectamente reflejados en dicha información, el mecanismo de encaminamiento debe incorporar un mecanismo de actualización cuyo objetivo sea garantizar que las decisiones de encaminamiento se realizan a partir de información fidedigna del estado de la red. En un entorno IP tradicional, el cual no incluye parámetros de QoS, los cambios producidos en dicha información son los debidos a modificaciones en la topología y conectividad. En dicho entorno dado que no son esperadas frecuentes variaciones de la topología de la red, la mayoría de los mecanismos de actualización están basados en la inclusión de un cierto periodo de refresco.Sin embargo, en redes IP/MPLS altamente dinámicas con requerimientos de QoS, este mecanismo de actualización no será adecuado debido a su rigidez y a las continuas variaciones de los parámetros de los enlaces (que ahora incluirá parámetros de QoS, tales como, ancho de banda, retardo, variación del retado, etc.) que se producirán cada vez que se establezca/libere una conexión. Por tanto, se deberá generar un mecanismo de actualización mucho más eficiente que sea capaz de actualizar las bases de datos de los nodos a fin de reflejar las constantes variaciones del estado de la red. La alta granularidad de este mecanismo provocará una sobrecarga de la red, debido a la enorme cantidad de mensajes de actualización necesarios para mantener información actualizada del estado de la red. Para reducir esta sobrecarga de señalización aparecen las políticas de disparo (triggering policies), cuyo objetivo es determinar en qué momento un nodo debe enviar un mensaje de actualización al resto de nodos de la red advirtiéndoles de las variaciones producidas en sus enlaces.Desafortunadamente el uso de dichas políticas de disparo produce un efecto negativo sobre el funcionamiento global de la red. En efecto, si la actualización de la información de estado del enlace en los nodos no se realiza cada vez que dicha información es modificada sino de acuerdo con cierta política de disparo, no se puede garantizar que dicha información represente fielmente el estado de la red. Así, la selección de la ruta, podrá ser realizada basada en información inexacta o imprecisa del estado de lo red, lo cual puede provocar una selección no óptima de la ruta y un incremento en la probabilidad de bloqueo de la red.Esta Tesis se centra en definir y solucionar el problema de la selección de rutas bajo información inexacta o imprecisa de la red (routing inaccuracy problem). Se consideran dos escenarios de trabajo, las actuales redes MPLS y las futuras redes WDM, para los cuales se propone un nuevo mecanismo de encaminamiento: BYPASS Based Routing (BBR) para redes IP/MPLS y BYPASS Based Optical Routing (BBOR) para redes WDM. Ambos mecanismos de encaminamiento se basan en un concepto común denominado "bypass dinámico".El concepto de "bypass dinámico" permite que un nodo intermedio de la red encamine el mensaje de establecimiento que ha recibido del nodo fuente, a través de una ruta distinta a la calculada por el nodo fuente (y explícitamente indicada en el mensaje de establecimiento), cuando detecte que inesperadamente el enlace de salida no dispone de recursos suficientes para soportar las garantías de QoS requeridas por la conexión a establecer. Estas rutas alternativas, denominadas bypass-paths, son calculadas por el nodo fuente o de entrada a la red simultáneamente con la ruta principal para ciertos nodos intermedios de la misma. En redes IP/MPLS el mecanismo BBR aplica el concepto de "bypass dinámico" a las peticiones de conexión con restricciones de ancho de banda. En cambio, en redes WDM, el mecanismo BBOR aplica el concepto de "bypass dinámico" a la hora de asignar una longitud de onda por la cual se va a transmitir el trafico. Traditional IP networks are based on the best effort model to transport traffic flowsbetween network clients. Since this model cannot properly support the requirements demanded by several emerging real time applications (such as video on demand, multimedia conferences or virtual reality), some modifications in the network structure, mainly oriented to optimise network performance, are required in order to provide Quality of Service (QoS) guarantees.Traffic Engineering is an excellent framework to achieve these network enhancements.There are two main aspects in this context that strongly interact with network performance: switching mechanisms and routing mechanisms. On one hand, a quick switching mechanism is required to reduce the processing time in the intermediate nodes. In IP networks this behaviour is obtained by introducing Multiprotocol Label Switching (MPLS). On the other hand, a powerful routing mechanism that includes QoS attributes when selecting routes (QoS Routing) is also required.Focusing on the latter aspect, most QoS routing algorithms select paths based on the information contained in the network state databases stored in the network nodes. Because of this, routing mechanisms must include an updating mechanism to guarantee that the network state information perfectly represents the current network state. Since network state changes (topology) are not produced very often, in conventional IP networks without QoS capabilities, most updating mechanisms are based on a periodic refresh.In contrast, in highly dynamic large IP/MPLS networks with QoS capabilities a finer updating mechanism is needed. This updating mechanism generates an important and nondesirablesignalling overhead if maintaining accurate network state information is pursued. To reduce the signalling overhead, triggering policies are used. The main function of a triggering policy is to determine when a network node must advertise changes in its directly connected links to other network nodes. As a consequence of reduced signalling, the information in the network state databases might not represent an accurate picture of the actual network state.Hence, path selection may be done according to inaccurate routing information, which could cause both non-optimal path selection and an increase in connection blocking frequency.This Thesis deals with this routing inaccuracy problem, introducing new mechanisms to reduce the effects on global network performance when selecting explicit paths under inaccurate routing information. Two network scenarios are considered, namely current IP/MPLS networks and future WDM networks, and one routing mechanism per scenario is suggested:BYPASS Based Routing (BBR) for IP/MPLS and BYPASS Based Optical Routing (BBOR) for WDM networks. Both mechanisms are based on a common concept, which is defined as dynamic bypass.According to the dynamic bypass concept, whenever an intermediate node along the selected path (unexpectedly) does not have enough resources to cope with the incoming MPLS/optical-path demand requirements, it has the capability to reroute the set-up message through alternative pre-computed paths (bypass-paths). Therefore, in IP/MPLS networks the BBR mechanism applies the dynamic bypass concept to the incoming LSP demands under bandwidth constraints, and in WDM networks the BBOR mechanism applies the dynamic bypass concept when selecting light-paths (i.e., selecting the proper wavelength in both wavelength selective and wavelength interchangeable networks). The applicability of the proposed BBR and the BBOR mechanisms is validated by simulation and compared with existing methods on their respective network scenarios. These network scenarios have been selected so that obtained results may be extrapolated to a realistic network.

The paper gives an overview of the work carried out during the course of the COST-266 action on circuit/wavelength switched network studies. Several subjects are discussed in detail in this paper. A first important topic deals with the different control plane models in single- and multi-domain networks. A second important issue is the routing and wavelength assignment problem, both in networks with static and dynamic traffic demands. Also the IP-over-OTN network architecture, envisaged to be the network architecture most suited for future transport networks, is discussed. Finally the study on optical private networks is presented.