ارائه یک طرح مبتنی بر برنامه‌ریزی خطی صحیح برای محافظت مبتنی بر قطعه‌بندی در شبکه‌های نوری کشسان

نویسندگان

تهران - دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی - دانشکده مهندسی کامپیوتر

چکیده

در این مقاله، روش‌های محافظت مسیر مشترک و محافظت قطعه مشترک در شبکه‌های نوری کشسان مورد بررسی و مقایسه قرار می‌گیرد. مسأله در قالب برنامه‌ریزی خطی صحیح مدل‌سازی شده است. هدف کمینه‌کردن یک تابع وزن‌دار از میزان کل ظرفیت یدکی و بیشینه اندیس شیار فرکانسی استفاده‌شده در شبکه است. در روش محافظت قطعه مشترک پیشنهادشده تمام گره‌های شبکه قابلیت تغییر بازه فرکانسی دارند. در این حالت، مسیر کاری می‌تواند قطعه‌بندی شده و برای هر قطعه، قطعه پشتیبان در نظر گرفت. هر کدام از قطعه‌های یک ارتباط به‌عنوان واحد مستقل و خوددرمان عمل می‌کند. اگر یک لینک از مسیر کاری دچار اشکال شود، تنها قطعه پشتیبان متناظر با لینک آسیب‌دیده فعال می‌شود. در حالتی که گره‌های میانی شبکه قابلیت تغییر طیف نداشته باشند، محافظت مسیر مشترک انجام می‌شود. به دلیل اینکه در قطعه‌بندی مسیر، فاصله فیزیکی هر قطعه و احتمال آسیب‌دیدن هم‌زمان جفت قطعه‌های کاری کمتر است، ظرفیت یدکی مورد نیاز در روش مبتنی بر قطعه‌بندی کمتر از روش محافظت مسیر است. نتایج به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی نشان می‌دهد، میزان ظرفیت یدکی کل استفاده‌شده در محافظت مسیر مشترک 14.5 درصد بیشتر از محافظت قطعه مشترک است. هم‌چنین، محافظت قطعه مشترک در مقایسه با محافظت مسیر مشترک مقاومت بیشتری در برابر آسیب هم‌زمان لینک‌ها دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

An Integer Linear Programming Based scheme for Segment Based Path Protection in Elastic Optical Networks

نویسندگان [English]

  • F. Seifi Atashgah
  • A. Ghasemi
Faculty of Computer Engineering, K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

This paper considers shared backup path protection in comparison with shared segment protection for elastic optical networks. The problem is formulated in an integer linear programming framework. The objective is to minimize the weighted function of the total used spare capacity and the maximal index of frequency slots used in the network. For the proposed shared segment protection scheme we assume that the network nodes are empowered with the frequency spectrum switching capability. Using this capability, we are able to decompose the working path into smaller segments and protect that segments against possible failures. Each segment of a connection behave as a self-healing and independent unit. If one link of working path is subject to any unexpected interruption, the restoration is performed only within the corresponding protection for that segment. In the case that the nodes are not empowered with the frequency spectrum switching capability, we use shared path protection. Since the physical distance of each segment and the possibility of simultaneous failure of segments for a given path is rare, the required spare capacity in the segment based scheme is decreased compared to the path protection. Simulation results show that the total spare capacity used in the shared path protection is 14/5% greater than the proposed shared segment protection scheme. Also, shared segment protection is more resilient against the simultaneous links failure events compared to the path protection.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Elastic optical network
  • shared segment protection
  • integer linear programming
  • survivability in elastic optical networks

مراجع

[1] G. Shen, H. Guo and S. K. Bose, “Survivable elastic optical networks: survey and perspective (invited),” Photonic Network Communications, vol. 31, issue 1, pp. 71-87, 2016.
[2] J. L. Vizcaino, Y. Ye, V. Lopez, F. Jimenez, F. Musumeci, M. Tornatore, A. Pattavina and P. M. Krummrich, “Protection in optical transport networks with fixed and flexible grid: cost and energy efficiency evaluation,” Optical Switching and Networking, vol. 11, issue 1, pp. 55-71, 2014.
[3] O. Gerstel, M. Jinno, A. Lord and S. J. B. Yoo, “Elastic optical networking: a new dawn for the optical layer?,” IEEE Communications Magazine, vol. 50, issue 2, pp. 12-20 ,2012.
[4] I. P. Kaminow, T. Li and A. E. Willner, Optical Telecommunications VIB Systems and Networks, Elsevier, 2013.
[5] F. Shirin Abkenar and A. Ghaffarpour Rahbar, “Study and analysis of routing and spectrum allocation (RSA) and routing, modulation and spectrum allocation (RMSA) algorithms in elastic optical networks (EONs),” Optical Switching and Networking Journal, vol. 23, part 1, pp. 5-39, 2017.
[6] S. Talebi, F. Alam, I. Katib, M. Khamis, R. Salama and G. N. Rouskas, “Spectrum management techniques for elastic optical networks: a survey,” Optical Switching and Networking, vol. 13, pp. 34-48, 2014.
[7] K. Christodoulopoulos, I. Tomkos and E. A. Varvarigos, “Elastic bandwidth allocation in flexible ofdm-based optical networks,” Lightwave Technology Journal, vol. 29, Issue 3, pp. 1354-1366, 2011.
[8] گلاله عزیزی، علیرضا عبداله­پوری، «تخصیص منابع در شبکه­های WiMAX مبتنی بر OFDMA برای سیستم­های IPTV با استفاده از الگوریتم ژنتیک»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 46، شماره 3، پاییز 95.
[9] G. Zhang, M. D. Leenheer, A. Morea and B. Mukherjee “A survey on ofdm-based elastic core optical networking,” IEEE Communications Surveys and Tutorials, vol. 15, issue 1, pp. 65-87, 2013.
[10] G. Shen, Y. Wei and S. K. Bose “Optimal design for shared backup path protected elastic optical networks under single-link failure,” Optical Communications and Networking Journal, vol. 6, issue. 7, pp. 649-659, 2014.
[11] معصومه واعظی، محمدعلی جبرئیل جمالی، «پروتکل مسیریابی جدید مبتنی بر کیفیت خدمات در شبکه­های حسگر بی­سیم با تحلیل سلسله مراتبی»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 46، شماره 2، تابستان 95.
[12] E. Bouillet, G. Ellinas, J. F. Labourdette and R. Ramamurthy, Path Routing in Mesh Optical Networks, Wiley Publishing, 2007.
[13] J. Tapolcai, P. H. Ho, P. Babarczi and L. Ronyai, Internet Optical Infrastructure Issues on Monitoring and Failure Restoration, Springer Publishing, 2015.
[14] P. H. Ho, J. Tapolcai and T. Cinkler, “Segment shared protection in mesh communications networks with bandwidth Guaranteed tunnels,” IEEE/ACM Transactions on Networking Journal, vol. 12, issue. 6, pp. 1105-1118, 2004.
[15] J. Tapolcai and P. H. Ho, “Dynamic survivable routing for shared segment protection,” Communications and Networks Journal, vol. 9, no. 2, pp. 198-209, 2007.
[16] D. Xu, Y. Xiong and C. Qiao, “Protection with multi-segments (PROMISE) in networks with shared risk link groups (SRLG),” Proceedings of 40th Annual Allerton Conference on Communication, Control, and Computing, 2002.
[17] Q. V. Phung, D. Habibi, H. N. Nguyen and K. M. Lo, “A segmentation method for shared protection in wdm mesh networks,” Proceedings of 14th IEEE International Conference on Networks, vol. 2, pp.1-6, 2006.
[18] AMPL [online]. Available: http://ampl.com.
[19] Gurobi [online]. Available: http://www.gurobi.com.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار