Dimensionamento de redes ATM e MPLS

Abstract

Os fornecedores de serviço de Internet enfrentam constantemente o desafio de adaptar as suas redes, de modo a conseguir suportar o rápido crescimento e a procura de serviços cada vez mais fiáveis e diferenciados. Em meados dos anos 90, o modelo IP (Internet Protocol) sobre ATM (Asynchronous Transfer Mode) apresentava-se como uma boa solução, oferecendo um bom desempenho e funcionalidades de ET (Engenharia de Tráfego). Recentemente, foi introduzida a tecnologia MPLS (Multiprotocol Label Switching), que permite manter as capacidades de ET sem a complexidade de manter separadamente uma rede ATM. O MPLS promete resolver um número de problemas complexos existentes no modelo actual, nomeadamente, problemas de escalabilidade, complexidade de operação da rede e ineficiência no transporte da informação (overhead das células ATM). O desempenho de uma rede de telecomunicações depende de dois aspectos essenciais: gestão e planeamento. A gestão da rede é responsável por tarefas que vão desde a configuração dos equipamentos, até à recolha de estatísticas de tráfego. Por sua vez, o planeamento da rede inclui tarefas como a previsão da procura dos serviços e o dimensionamento dos recursos da rede. Nesse sentido, a aplicação de ferramentas de dimensionamento adequadas é determinante para garantir a satisfação dos requisitos dos clientes e a eficiência na utilização dos recursos da rede. A presente dissertação tem por objectivo abordar o problema do dimensionamento de redes ATM e MPLS. O problema estudado considera que a rede tem que suportar um conjunto de serviços de dois tipos diferentes: cliente-cliente e cliente-servidor. Cada serviço é suportado por uma rede lógica, constituída por VPCs (Virtual Path Connections) em ATM e LSPs (Label Switched Paths) em MPLS, do tipo extremo-a-extremo. Considera-se que a gestão de recursos é baseada em encaminhamento fixo (uni-horário e multi-horário). O dimensionamento consiste na determinação da capacidade das ligações físicas e encaminhamento dos VPCs (ou LSPs), sendo o critério de optimização a minimização dos custos de operação e manutenção da rede. No caso das redes MPLS, considerou-se um conjunto adicional de atributos para os LSPs, nomeadamente, conjunto de rotas preferidas, cores utilizáveis, número máximo de saltos e sobrevivencialidade. Os atributos definidos funcionam como restrições, que têm de ser satisfeitas quando se encaminha cada LSP. Os problemas de dimensionamento são formulados utilizando modelos de Programação Inteira, sendo resolvidos através de um algoritmo heurístico baseado em Relaxação Lagrangeana com Optimização por sub-gradiente. O trabalho desenvolvido no âmbito da dissertação inclui também a especificação e desenvolvimento de uma ferramenta de dimensionamento para redes ATM.

Internet Service Providers (ISPs) constantly face the challenges of adapting their networks, to support rapid growth and customer demand for more reliable and differentiated services. In the mid-1990s, the IP-over-ATM model provided to many ISPs a solution for delivering excellent performance and performing traffic engineering. Recently, with the introduction of MPLS, these traffic engineering capabilities can be supported without the complexity of maintaining a separate ATM network. MPLS promises to solve a number of complex problems that exists in the actual model, like scalability, complexity of network operation and information transport efficiency. The performance of a telecommunication network depends on two essential aspects: management and planning. Management includes aspects like equipment configuration and traffic statistics collect. Planning includes aspects like traffic demands forecasts and network dimensioning. In that sense, network dimensioning tools are fundamental to satisfy client requirements and to obtain efficiency on network resources utilisation. The main goal of this thesis is to study the problem of dimensioning ATM and MPLS networks. The addressed problem considers that the network has to support simultaneously client-client and client-server services. Each service is supported by a logical network, based on end-to-end VPCs (Virtual Path Connections) in ATM and end-to-end LSPs (Label Switched Paths) in MPLS. It is considered that resource management is based in static routing (uni-hour and multi-hour). The dimensioning problem consists in the calculation of link capacities and VPCs (or LSPs) routing, in order to minimise the network operational and maintenance costs. In the case of MPLS networks, it is considered a set of additional attributes to the LSPs that includes preferred routes, usable colours, maximum hop count and survivability. The attributes defined for each LSP act like constraints that must be satisfied when routing each LSP. The dimensioning problems are formulated using appropriate Integer Programming models, which are solved using an heuristic algorithm based on Lagrangean Relaxation with Sub-Gradient Optimization. The work performed in this thesis also includes the specification and development of a tool for ATM network dimensioning.