Control mechanisms for optical burst switched networks

A demanda cada vez maior por largura de banda tem levado a implantação de uma Internet de nova geração, com backbones com alta capacidade de transmissão baseados nas tecnologia de multiplexação Wavelength Division Multiplexing (WDM). Para o eficiente transporte do tráfego da Internet, é necessário o uso de um paradigma de transmissão flexível e capaz de se adequar às flutuações do tráfego da rede. Devido a imaturidade da tecnologia de comutação de pacotes ópticos (do inglês Optical Packet Switching - OPS) e das desvantagens da comutação de circuitos ópticos (do inglês Optical Circuit Switching - OCS), a comutação de rajadas ópticas (do inglês Optical Burst Switching - OBS) é uma opção atrativa, dada a sua flexibilidade, maturidade tecnológica e eficiência. Nas redes OBS, os pacotes IP são agrupados em unidades de transmissão maiores, denominadas rajadas, cuja transmissão é precedida por um pacote de controle que sinaliza, entre outras coisas, o momento em que os recursos devem ser reservados. O processo de reserva de recursos é feito em uma via, o que indica que o transmissor não necessita aguardar confirmação por parte do receptor antes de enviar as rajadas. Se não houver recursos disponíveis no momento da transmissão, a rajada é sumariamente descartada. O fato do transmissor não esperar confirmação por parte do receptor para a transmissão das rajadas, implica na necessidade de um dimensionamento adequado da rede, sob pena de alta probabilidade de bloqueio. Nesta tese, são propostos diferentes mecanismos de controle para redes OBS que podem ser usados conjuntamente, a fim de melhorar o desempenho da rede. Esta tese apresenta, inicialmente, um estudo sobre a ocorrência de transformações nas propriedades estatísticas do tráfego submetido à redes OBS, devido ao processo de montagem de rajadas, que ocorre na borda das redes OBS. Verificou-se que a transformação do tráfego está relacionada à escala limitante do tráfego multifractal. Além disso, verificou-se que o tráfego transformado em monofractal demanda menos recursos da rede. Assim, foi proposto um método para identificação automática da escala limitante de fluxos multifractais, além de um conjunto de algoritmos de montagem capazes de induzir as transformações nas propriedades estatísticas do tráfego. Foi proposto, também, na tese, um algoritmo adaptativo para escalonamento de canais em redes OBS que aloca comprimentos de onda com menor chance de reutilização por rajadas futuras. Analisou-se também, nesta tese, o problema de escalonamento em lote de canais em redes OBS. Foram propostos dois algoritmos ótimos: um para o caso quando as requisições que transitam pela rede não possuem diferenciação, e outro para quando a rede exige tratamento diferenciado das requisições. Além disso, foi proposta uma estratégia para a formação dos lotes que pode ser considerada uma extinção do protocolo Just Enough Time - JET. Os mecanismos propostos foram avaliados em comparação com outros existentes na literatura. Os resultados obtidos evidenciam ganhos e a adequabilidade para implementação em redes OBS, a fim de melhorar o desempenho destas redesThe growth of the number of Internet users has led to the increase of the bandwidth demand which, consequently, led to the need of adoption of high capacity links in the Internet backbone. Moreover, a flexible switching paradigm is necessary to provide efficient transport of Internet traffic. Due to the limitations of both optical packet switching (OPS) and optical circuit switching (OCS), optical burst switching (OBS) emerged as an attractive switching choice. In OBS networks, IP packets are aggregated into larger transmission units, called bursts. The transmission of a burst follows the transmission of its associated control packet, which carries among other information, the time that bandwidth should be reserved for that burst. In OBS networks, the process of bandwidth reservation is done in one way, which means that the burst is discarded if there is not enough bandwidth for the transmission of the burst at a node when the burst arrives. Therefore, scheduling and burst assembling mechanisms should be conceived to avoid burst loss as well as to support the quality of service of applications running over an OBS network. Initially, a study on traffic transformation at the edge of the network was conducted for the derivation of efficient mechanisms. The study aimed at verifying the changes of traffic descriptors due to the assembly of packets into bursts. It was found that the cutoff time scale of multifractal traffic impacts the traffic transformation. Moreover, it was found that these transformations can lead to smaller bandwidth demands. Based on findings, an automatic method was proposed for the identification of the cutoff time scale of multifractal flows, and a set of burst assembly algorithms for inducing such transformations were introduced. Furthermore, an adaptive algorithm for channel scheduling that allocates wavelengths with small chances of being reused by future requests was proposed. Two optimal algorithms were introduced for the provisioning of differentiated services. In addition, a batch assembly strategy, which can be considered an extension of JET protocol, was created. The proposed mechanisms were evaluated in comparison with other mechanisms in the literature via simulation. Results evince that the mechanisms introduced in this thesis are effective for the improvement of OBS networks performanc