[논문 리뷰] A Reliable and Fault Tolerant Routing for Optical WDM Networks

Gajula Ramesh, SundaraVadivelu, S.|ArXiv.org|2009. 12. 03.

Advanced Optical Network Technologies참고 문헌 3인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 동적 링크 비용 지표를 기반으로 한 로드 밸런싱을 통한 주 경로 선택과 프로브 기반 차단 확률 추정을 통한 백업 경로 선택을 활용하여 신뢰성 있고 고장 내성적인 광 WDM 네트워크를 위한 라우팅 알고리즘을 제안한다. 시뮬레이션 결과, 기존 방법에 비해 차단 확률 감소, 지연 감소, 그리고 처리량과 채널 이용률 향상이 확인되었다.

ABSTRACT

In optical WDM networks, since each lightpath can carry a huge mount of traffic, failures may seriously damage the end user applications. Hence fault tolerance becomes an important issue on these networks. The light path which carries traffic during normal operation is called as primary path. The traffic is rerouted on a backup path in case of a failure. In this paper we propose to design a reliable and fault tolerant routing algorithm for establishing primary and backup paths. In order to establish the primary path, this algorithm uses load balancing in which link cost metrics are estimated based on the current load of the links. In backup path setup, the source calculates the blocking probability through the received feedback from the destination by sending a small fraction of probe packets along the existing paths. It then selects the optimal light path with the lowest blocking probability. Based on the simulation results, we show that the reliable and fault tolerant routing algorithm reduces the blocking probability and latency while increasing the throughput and channel utilization.

연구 동기 및 목표

• 단일 링크 장애가 고용량 라이트패스를 방해할 수 있는 광 WDM 네트워크에서 고장 내성성의 핵심 과제를 해결하기 위해.
• 주 경로 및 백업 경로 제공 시 차단 확률과 네트워크 지연을 줄이기 위해.
• 지능적인 경로 선택 메커니즘을 통해 네트워크 처리량과 채널 이용률을 향상시키기 위해.
• 실시간 네트워크 부하 및 고장 조건에 적응 가능한 동적 라우팅 알고리즘을 설계하기 위해.

제안 방법

• 주 경로 설정은 현재 링크 부하를 기반으로 산출된 동적 링크 비용 지표를 사용하여 네트워크 전반의 로드 밸런싱을 실현한다.
• 백업 경로 선택은 소스에서 목적지로 소량의 프로브 패킷을 전송하여 후보 경로의 차단 확률을 추정하는 방식을 취한다.
• 소스는 추정된 차단 확률이 가장 낮은 백업 경로를 선택하여 신뢰성을 극대화한다.
• 목적지로부터의 피드백을 활용하여 차단 확률 추정치를 정밀화하고 최적의 백업 경로 선택을 이끌어낸다.
• 주 경로 및 백업 경로 제공를 조율하여 고장 내성성을 보장하는 방식으로 알고리즘을 통합한다.
• 기존 네트워크 피드백 메커니즘을 활용하여 과도한 신호 전송 오버헤드를 방지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 WDM 광 네트워크에서 로드 밸런싱을 통해 혼잡을 줄이고 주 경로 라우팅을 최적화하는 가장 효과적인 방법은 무엇인가?
• RQ2 상당한 신호 전송 오버헤드 없이 잠재적 백업 경로의 차단 확률을 추정하는 데 가장 효과적인 방법은 무엇인가?
• RQ3 프로브 기반 피드백은 동적 네트워크 조건에서 백업 경로 선택의 신뢰성을 어떻게 향상시키는가?
• RQ4 기존 라우팅 전략에 비해 제안된 알고리즘이 차단 확률과 지연을 얼마나 줄일 수 있는가?
• RQ5 제안된 라우팅 방식은 네트워크 처리량과 채널 이용률에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 제안된 알고리즘은 기존의 라우팅 방법에 비해 차단 확률을 상당히 감소시킨다.
• 실시간 피드백 기반 최적화된 주 경로 및 백업 경로 선택으로 인해 네트워크 지연이 감소한다.
• 더 나은 로드 밸런싱과 효율적인 백업 경로 제공로 인해 처리량이 증가한다.
• 고부하 링크의 과도한 할당을 방지함으로써 채널 이용률이 향상된다.
• 신뢰성, 성능, 신호 전송 오버헤드 사이에 유리한 트레이드오프를 달성한다.
• 시뮬레이션 결과는 프로브 기반 피드백이 낮은 차단 확률을 갖는 백업 경로를 식별하는 데 효과적임을 확인한다.