[論文レビュー] Multimedia Traffic Routing in Multilayer WDM Networks

Angela Amphawan, Mohd Amirol Md Khair+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2012

Advanced Optical Network Technologies参考文献 14被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、マルチレイヤーWDMネットワークにおけるマルチメディアトラフィック向けに、帯域幅の効率的利用とエンドツーエンド遅延の最小化を目的として、Capacitated Shortest Path First (CSPF) および Flow Deviation Algorithm (FDA) の2つのルーティングアルゴリズムを提案および評価している。FDAは平均パケット遅延を低減する点でCSPFを上回り、リアルタイムマルチメディアアプリケーションにおける有効性を示している。

ABSTRACT

The advent of real-time multimedia services over the Internet has stimulated new technologies for expanding the information carrying capacity of optical network backbones. Multilayer wavelength division multiplexing (WDM) packet switching is an emerging technology for increasing the bandwidth of optical networks. Two algorithms for the routing of the multimedia traffic flows were applied: (i) Capacitated Shortest Path First (CSPF) routing, which minimizes the distance of each flow linking the given source and destination nodes and satisfying capacity constraints; and (ii) Flow Deviation Algorithm (FDA) routing, which minimizes the network-wide average packet delay.

研究の動機と目的

• リアルタイムマルチメディアサービスを支援する光ネットワークにおける、高帯域幅・低遅延ルーティングの増大する需要に対応する。
• 単一レイヤーの容量を超えるトラフィック要求が生じるマルチレイヤーWDMネットワークにおける従来のルーティングの限界を克服する。
• ネットワーク負荷をバランスさせるとともに、マルチメディアフローの遅延を最小限に抑えるルーティングアルゴリズムの開発および評価を行う。
• マルチレイヤーWDM環境下での遅延および容量制約の観点から、CSPFとFDAの性能を比較する。
• 次世代光バックボーンにおける効率的なマルチメディアトラフィック管理のフレームワークを提供する。

提案手法

• Capacitated Shortest Path First (CSPF) アルゴリズムを適用し、リンク容量制約を尊重しながら最短経路に沿ってマルチメディアフローをルーティングする。
• Flow Deviation Algorithm (FDA) を実装し、ネットワーク全体の平均パケット遅延を最小化するように反復的に経路を最適化する。
• 波長分割多重リンクと複数のレイヤーを備えたグラフとしてマルチレイヤーWDMネットワークをモデル化する。
• FDAにおけるコスト関数を、遅延低減を優先するように設定し、現在の負荷および遅延指標に応じて動的に経路を調整する。
• さまざまな負荷条件の下で、送信元-受信先ペア間のトラフィックフローをシミュレートし、アルゴリズムの性能を評価する。
• 波長割り当てと経路計算を統合し、マルチレイヤーアーキテクチャにおけるエンドツーエンド光路の提供を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチレイヤーWDMネットワークにおけるマルチメディアトラフィックに対して、Capacitated Shortest Path First (CSPF) アルゴリズムは、経路長および容量制約の観点でどのように性能を発揮するか？
• RQ2 Flow Deviation Algorithm (FDA) は、CSPFと比較してネットワーク全体の平均パケット遅延をどの程度低減できるか？
• RQ3 さまざまなネットワーク負荷下における、経路長と遅延最小化のトレードオフは何か？
• RQ4 マルチレイヤーWDM環境下で、2つのアルゴリズムはスケーラビリティおよび負荷分散の観点からどのように比較できるか？
• RQ5 FDAアルゴリズムは、動的なトラフィック要求に対応しながらも、リアルタイムマルチメディアアプリケーションにおける低エンドツーエンド遅延を維持できるか？

主な発見

• Flow Deviation Algorithm (FDA) は、Capacitated Shortest Path First (CSPF) アルゴリズムよりも低いネットワーク全体の平均パケット遅延を達成している。
• CSPFは経路長の最小化とリンク容量制約の尊重に成功しているが、高負荷下では平均遅延が高くなる。
• FDAは、特に高負荷状態下でネットワーク負荷のバランスと遅延低減の両面で優れた性能を示している。
• マルチレイヤーWDMアーキテクチャは、スケーラブルな帯域幅の提供を可能にし、高容量のマルチメディアフローをサポートしている。
• シミュレーション結果から、FDAはリアルタイムマルチメディアアプリケーションにおけるエンドツーエンド遅延の最小化において、CSPFよりも効果的であることが確認された。
• 本研究は、次世代光ネットワークにおける動的で遅延に敏感なルーティングにFDAを適用可能であることを検証した。