Estudos de heurísticas para o dimensionamento de redes de telecomunicações multi-serviço

Abstract

A integração de serviços com diferentes características de tráfego e requisitos de Qualidade de Serviço é uma realidade das tecnologias de redes de telecomunicações actuais como o ATM (Asynchronous Transfer Mode) e o MPLS (MultiProtocol Label Switching). A redução dos custos de operação e manutenção das redes de suporte a estas tecnologias é fundamental para a competitividade dos operadores de Telecomunicações. Dependendo das dimensões da rede e da quantidade de serviços envolvida, o problema de optimização resultante pode ser demasiado complexo para ser resolvido de uma forma exacta num intervalo de tempo aceitável. Uma solução para este dilema é a utilização de técnicas heurísticas que produzam resultados satisfatórios em intervalos de tempo inferiores. Actualmente, as técnicas heurísticas são métodos muito utilizados na resolução de problemas de optimização complexos. A sua aplicação generalizada deriva de vários factores, entre os quais a flexibilidade no estabelecimento de compromissos entre a eficiência e a eficácia dos algoritmos e a simplicidade de desenvolvimento e implementação dos mesmos. Este trabalho estuda a aplicação de algumas técnicas heurísticas ao processo de dimensionamento de redes multi-serviço. São abordadas as seguintes técnicas: algoritmos genéticos, relaxação lagrangeana com optimização por subgradiente e heurísticas dirigidas ao problema específico em estudo. Para cada técnica são abordados os conceitos subjacentes, os métodos de implementação escolhidos, os resultados obtidos e os estudos comparativos de desempenho. Por último é descrita uma ferramenta de planeamento de redes ATM que utiliza alguns dos conceitos estudados e ilustra a sua aplicação prática a redes de telecomunicações multi-serviço.

The integration of services with different traffic characterization and QoS (Quality of Service) requirements is a reality in today’s Telecommunications networks like ATM (Asynchronous Transfer Mode) and MPLS (MultiProtocol Label Switching). The reduction of the operational and maintenance costs of the networks is of fundamental importance for the competitiveness of network providers. Depending on the network’s dimensions and the amount of services involved, the resulting optimisation problem may be too complex to be solved exactly in a reasonable amount of time. A solution to this problem is to use heuristic techniques that produce satisfactory results in smaller amounts of time. Nowadays, heuristic techniques are widely used methods in solving complex optimisation problems. Their widespread application is due to a number of factors, like the flexibility in the establishment of compromises between the efficiency and efficacy of the algorithms and the simplicity of the development and implementation of these. This work studies the application of some heuristic techniques to the process of multi-service network dimensioning. The following techniques are mentioned: genetic algorithms, lagrangean relaxation with subgradient optimisation and heuristics for the specific problem. For each technique it is described the underlying concepts, the chosen implementation methods, the obtained results and the performance comparative studies. By last, an ATM network-planning tool is described, which uses some of the studied concepts and shows their practical application to multiservice telecommunications networks.