Dynamic virtualization and service provision in multi-provider GMPLS networks

Abstract

In den letzten Jahren wurde zunehmend erkannt, dass die weitere Evolution des Internets eines neuen Kontrollparadigmas bedarf, das den Netzbetreibern ermöglicht, eigene Netze auf der physikalischen Netzwerkschicht (L1) zu virtualisieren und virtuelle Infrastrukturen als Netzdienste anzubieten. Der Technologie der optischen Netze wurde aufgrund ihrer inhärenten Flexibilität eine Schlüsselrolle in diesem neuen Szenario zuteil Des Weiteren erkannte man, dass sich das volle Potenzial der L1 Virtualisierung nur mit den dynamischen und automatischen Mechanismen und Protokollen für die Netzsteuerung entfalten kann. Die bekanntesten und gebräuchlichsten Mechanismen und Protokollen werden vom IETF innerhalb des GMPLS Rahmenwerks vorgeschlagen. Motiviert durch den Bedarf eines effizienten Ressourcenmanagements in virtualisierten optischen Netzen wird im Rahmen dieser Dissertation ein "Infrastructure Service Model" für die dynamische L1 Virtualisierung entwickelt, das auf zwei in diesem Kontext innovativen Konzepten basiert: der "resource visibility" und dem "GMPLS Exchange Point (GXP)". Mit der "resource visibility" wird die dienstspezifische Verfügbarkeit der Ressourcen definiert, die den gemeinsamen Zugriff vieler Dienste steuert, während der "GMPLS Exchange Point (GXP)" eine dynamisce Verbindung von GMPLS Domänen verschiedener Netzanbietern ermöglicht. Basierend auf diesen beiden Konzepten wurden in dieser Dissertation die Methoden für "Traffic Routing and Topology Engineering (RToE)" für Infrastrukturdienste entwickelt und in einer Simulationsstudie evaluiert. Die erzielten Resultate demonstrieren signifikante Leistungsverbesserungen eines Ressourcenmanagements auf Basis der eingeführten "resource visibility" und der neuartigen GXP-basierten Architektur und stellen einen wesentlichen Ausblick und Input für die zukünftige Forschungsrichtung dar.<br />

Recently, it has been recognized that for the Internet to evolve, it is important that network operators be able to virtualize their physical infrastructure into multiple parallel virtual networks, which can support different protocols and services. Due to its inherent exibility, optical networking technology has been identified as a key enabler for a new breed of eficient virtualization at the physical network layer or Layer 1 (L1). The major role in this approach play mechanisms and protocols for the dynamic and automatic network control, the most prominent of which have been proposed within the IETF Generalized Multi-protocol Label Switching (GMPLS) framework. Motivated by the need for efficient resource management in virtualized optical networks, this thesis develops the GMPLS network federation architecture and the Infrastructure Service model based on two novel concepts: (1) the dynamic interconnection of GMPLS domains is facilitated with the introduction of the novel GMPLS Exchange Point (GXP), which is a physical layer equivalent of the Internet Exchange Point (IXP), and (2) the resource allocation and sharing of resources among infrastructure services are controlled by means of a new resource visibility attribute, which represents service-specific resource usage policies within the control plane. Based on these concepts, this thesis develops and evaluates in a simulation study dynamic traffic routing and topology engineering (RToE) methods for the infrastructure services. The results obtained demonstrate signi cant performance benefits of the visibility-enabled resource control and GXP-based architecture, and indicate important directions for further standardization and research work.