Resumen de Dynamic management and restoration of virtual paths in broadband networks based on distributed software agents
- English
Network management is a wide field including many different topics. This thesis focuses on resource management of broadband networks that have the mechanisms for performing resource reservation, such as Asynchronous Transfer Mode (ATM) or Multi-Protocol Label Switching (MPLS). Logical networks can be established by using Virtual Paths (VP) in ATM or Label Switched Paths (LSP) in MPLS, which we call generically Logical Paths (LP). The network users then use these LPs, which can have pre-reserved resources, to establish their communications. Moreover, LPs are very flexible and their characteristics can be dynamically changed. This work focuses, in particular, on the dynamic management of these logical paths in order to maximise the network performance by adapting the logical network to the offered connections.
In this scenario, there are several mechanisms that can affect and modify certain features of the LPs (bandwidth, route, etc.). They include load balancing mechanisms (bandwidth reallocation and re-routing) and fault restoration (utilisation of backup LPs). These two mechanisms can modify the logical network and manage the resources (bandwidth) of the physical links. Therefore, due to possible interferences, there is a need to co-ordinate these mechanisms. Conventional resource management, using a logical network, performs a centralised recalculation of the whole logical network periodically (e.g. every hour / day). This brings the problem that the logical network readjustments do not happen when a problem occurs. Moreover, there is a need of maintaining a centralised network overview.
In this thesis, a distributed architecture, based on a Multi-Agent System (MAS), is proposed. The main objective of this architecture is to perform joint resource management at a logical network level, integrating the bandwidth reallocation and LP re-routing with pre-planned restoration and spare bandwidth management. This is performed continuously, not periodically, when a problem is detected (an LP is congested, i.e. it is rejecting new user connections because it is already saturated with user connections) in a completely distributed way, i.e. without any central network overview. Therefore, the proposed architecture performs small rearrangements in the logical network and thus it is continuously being adapted to the user demands. The proposed architecture also considers other objectives, such as scalability, modularity, robustness, simplicity and flexibility.
The proposed MAS is structured in two layers of agents: The network Monitoring (M) agents and the Performance (P) agents. All these agents are situated at different network nodes, where the computing facilities are. There is one P agent and several M agents on every node. The M agents are subordinated to the P agents, therefore the proposed architecture can be seen as a hierarchy of agents. Each agent is responsible for monitoring and controlling the resources they are assigned to.
We have performed several experiments, using a connection level distributed simulator of our own design. The results show that our architecture is capable of performing the assigned tasks of detecting congestion, dynamic bandwidth reallocation and re-routing in a co-ordinated way with the pre-planned restoration and the spare capacity management. The distributed architecture offers a suitable scalability and robustness due to its flexibility and modularity.
- English
La gestió de xarxes és un camp molt ampli i inclou molts aspectes diferents. Aquesta tesi doctoral està centrada en la gestió dels recursos en les xarxes de banda ampla que disposin de mecanismes per fer reserves de recursos, com per exemple Asynchronous Transfer Mode (ATM) o Multi-Protocol Label Switching (MPLS). Es poden establir xarxes lògiques utilitzant els Virtual Paths (VP) dATM o els Label Switched Paths (LSP) de MPLS, als que anomenem genèricament camins lògics. Els usuaris de la xarxa utilitzen doncs aquests camins lògics, que poden tenir recursos assignats, per establir les seves comunicacions. A més, els camins lògics són molt flexibles i les seves característiques es poden canviar dinàmicament. Aquest treball, se centra, en particular, en la gestió dinàmica daquesta xarxa lògica per tal de maximitzar-ne el rendiment i adaptar-la a les connexions ofertes.
En aquest escenari, hi ha diversos mecanismes que poden afectar i modificar les característiques dels camins lògics (ample de banda, ruta, etc.). Aquests mecanismes inclouen els de balanceig de la càrrega (reassignació dample de banda i reencaminament) i els de restauració de fallades (ús de camins lògics de backup). Aquests dos mecanismes poden modificar la xarxa lògica i gestionar els recursos (ample de banda) dels enllaços físics. Per tant, existeix la necessitat de coordinar aquests mecanismes per evitar possibles interferències. La gestió de recursos convencional que fa ús de la xarxa lògica, recalcula periòdicament (per exemple cada hora o cada dia) tota la xarxa lògica duna forma centralitzada. Això introdueix el problema que els reajustaments de la xarxa lògica no es realitzen en el moment en què realment hi ha problemes. Daltra banda també introdueix la necessitat de mantenir una visió centralitzada de tota la xarxa.
En aquesta tesi, es proposa una arquitectura distribuïda basada en un sistema multi agent. Lobjectiu principal daquesta arquitectura és realitzar de forma conjunta i coordinada la gestió de recursos a nivell de xarxa lògica, integrant els mecanismes de reajustament dample de banda amb els mecanismes de restauració preplanejada, inclosa la gestió de lample de banda reservada per a la restauració. Es proposa que aquesta gestió es porti a terme duna forma contínua, no periòdica, actuant quan es detecta el problema (quan un camí lògic està congestionat, o sigui, quan està rebutjant peticions de connexió dels usuaris perquè està saturat) i duna forma completament distribuïda, o sigui, sense mantenir una visió global de la xarxa. Així doncs, larquitectura proposada realitza petits rearranjaments a la xarxa lògica adaptant-la duna forma contínua a la demanda dels usuaris. Larquitectura proposada també té en consideració altres objectius com lescalabilitat, la modularitat, la robustesa, la flexibilitat i la simplicitat.
El sistema multi agent proposat està estructurat en dues capes dagents: els agents de monitorització (M) i els de rendiment (P). Aquests agents estan situats en els diferents nodes de la xarxa: hi ha un agent P i diversos agents M a cada node; aquests últims subordinats als P. Per tant larquitectura proposada es pot veure com una jerarquia dagents. Cada agent és responsable de monitoritzar i controlar els recursos als que està assignat.
Shan realitzat diferents experiments utilitzant un simulador distribuït a nivell de connexió proposat per nosaltres mateixos. Els resultats mostren que larquitectura proposada és capaç de realitzar les tasques assignades de detecció de la congestió, reassignació dinàmica dample de banda i reencaminament duna forma coordinada amb els mecanismes de restauració preplanejada i gestió de lample de banda reservat per la restauració. Larquitectura distribuïda ofereix una escalabilitat i robustesa acceptables gràcies a la seva flexibilitat i modularitat.
