PDF de programación - Impacto de la incertidumbre en el protocolo Path Computation Element

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE MADRID

ESCUELA POLITECNICA SUPERIOR



PROYECTO FIN DE CARRERA

Impacto de la incertidumbre en el protocolo Path

Computation Element



Mario Briceño González



Diciembre 2013











Impacto de la incertidumbre en el protocolo Path Computation Element



AUTOR: Mario Briceño González

TUTOR: Víctor López Álvarez

PONENTE: Jorge E. López de Vergara Méndez



High Performance Computing and Networking Research Group

Dpto. de Tecnología Electrónica y de las Comunicaciones

Escuela Politécnica Superior

Universidad Autónoma de Madrid

Diciembre 2013











Resumen



La transición hacia las redes de próxima generación que se está llevando a cabo en la actualidad se cimenta
en la utilización de la arquitectura Automatic Switched Optical Network (ASON) y los protocolos Generalized
Multi-Protocol Label Switching (GMPLS), que han dado forma al plano de control usado las redes ópticas,
distribuyendo el cálculo de rutas de forma distribuida. Sin embargo la naturaleza de las redes ópticas con
múltiples restricciones hace que uno de los principales retos del plano de control sea el de lidiar con el
cálculo complejo de estas rutas.

La arquitectura Path Computation Element (PCE) permite aislar la tarea de cálculo de caminos de los nodos
de la red y realizarla en una entidad PCE separada. PCE se utiliza ampliamente en los entornos más
complejos, como por ejemplo las redes ópticas multi-dominio, donde el cálculo de cada ruta entraña un
considerable coste computacional.

El PCE como elemento principal de la misma es el encargado del cálculo de las rutas con los requisitos
que demandan los Path Computation Clients (PCC) y con la información del estado actual de su dominio de
red, disponible en la Traffic Engineering Database (TED).

En estos escenarios de alta complejidad, la arquitectura PCE contará con varias entidades operando sobre
el mismo plano de control. La concurrencia de tantas entidades sobre un mismo dominio conlleva que la
información sobre el estado de la red no sea fiel al estado puntual de la red en un momento determinado.
El retardo del plano de control es una de las causas principales de estas inexactitudes, generando una
incertidumbre en el cálculo de rutas que puede concurrir en bloqueos sobre el establecimiento de rutas que
ya habían sido aprobadas por el PCE.

En este proyecto se analiza la naturaleza de esta incertidumbre en el caso particular de un dominio
haciendo uso de la arquitectura PCE. Se implementa y evalúa el efecto de añadir una reserva temporal a la
petición de los recursos asignados a cada ruta frente a un modelo de incertidumbre basado en retardos en
el plano de control.

Con las conclusiones obtenidas a partir de este análisis, se define e implementa un algoritmo adaptativo a
aplicar sobre la arquitectura PCE de ese mismo dominio con el objetivo de dotar a la misma de capacidad
de hacer frente a esta incertidumbre de manera autónoma y sin extensiones adicionales en el protocolo
Path Computation Element (PCEP).



Palabras clave

Cálculo de rutas, incertidumbre, plano de control, PCE, TED, retardo en el plano de control, reserva
temporal de recursos.



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Abstract



Nowadays, communication networks are evolving to a new architecture called “Next Generation
Networks” (NGN). The advent of new technologies as the Automatic Switched Optical Network (ASON)
and the Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) allows for control plane operation over
optical networks. Path computation in these networks is done in each network node in a distributed
fashion. However, optical networks are much more complex in terms of physical restrictions, making path
computation a very complicated task.

Path Computation Element (PCE) architecture isolates path computation from the nodes to a separate
PCE entity. PCE is widely used in high complexity scenarios where path computation requires huge
computing efforts given the amount of restrictions that apply. For instance, PCE is a good fit for multi-
domain optical networks with several areas and physical restrictions.

PCE can process the incoming requests from the Path Computation Clients (PCC) and response to these
clients with the instructions to establish the calculated path. Path is computed using up to date domain
information stored in the Traffic Engineering Database (TED).

High complexity scenarios using PCE architecture will have several entities operating the same control
plane leading to inaccuracies between the network information in a particular moment and the actual
network status. Control plane delay is one of the main contributors to these inaccuracies, ultimately
blocking path establishment of previously acknowledged path computations.

This work aims to investigate the uncertainty present in a single PCE domain. It implements and evaluates
the use of a temporary resource reservation in order to eliminate the inaccuracies caused by an uncertainty
model for the control plane. The model will introduce inaccuracy using a control plane delay.

On top of the results from these evaluations, a dynamic algorithm is designed and implemented to be
applied together with the PCE architecture over a single domain. The goal of this algorithm is to eliminate
the uncertainty in a dynamic an autonomous way, without using any extensions to the Path Computation
Element Protocol (PCEP).



Keywords

Path computation, uncertainty, control plane, PCE, TED, control plane delay, temporary resource
reservation.



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Agradecimientos



Me gustaría agradecer a mi familia la oportunidad de tener una formación adecuada a lo largo de mi vida.
Gracias a su apoyo y cariño espero que este trabajo sirva al mismo tiempo de culminación de un largo
camino de aprendizaje, y de motivación para emprender con ánimo y expectativas muchos otros
apasionantes caminos.

Quisiera mencionar también a mis compañeros de clase que han hecho mucho más rico el proceso de
aprendizaje y trabajo por el que todos hemos pasado. Especial reconocimiento merecen David, Jorge y
Sergio como mis amigos y acompañantes de este gran viaje.

A Valerie, por sus ánimos y comprensión.

A Diego Álvarez por su ayuda y guía en los inicios de este proyecto, sin duda fue un inicio mucho más
llevadero con tu ayuda. También me gustaría mencionar a Fernando Muñoz del Nuevo y agradecerle varias
discusiones de gran valor para la consecución de este proyecto.

Y para concluir quisiera agradecer a mi tutor Víctor López por su implicación durante todo este tiempo.
Tu cercanía, calidad personal y competencia profesional han sido una mezcla perfecta que me ha guiado
con maestría en la consecución de este proyecto. Muchas gracias por tu paciencia y apoyo en todo
momento.



Gracias.



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Índice de contenidos



1.

Introducción .......................................................................................................................................................... 1

1.1. Motivación ................................................................................................................................................... 2

1.2. Objetivos ...................................................................................................................................................... 2

1.3.

Estructura de esta memoria ...................................................................................................................... 2

2. Arquitecturas de redes troncales de próxima generación ............................................................................... 5

2.1.

2.2.

2.3.

2.4.

Introducción ................................................................................................................................................ 5

Evolución en las redes troncales de comunicaciones ............................................................................ 5

Estructura de las redes de próxima generación ...................................................................................... 6

Redes multi-capa y multi-dominio ........................................................................................................... 9

2.4.1. Redes multi-capa y redes multi-región ................................................................................................ 9

2.4.2. Redes multi-dominio .......................................................................................................................... 12

2.5.

Path Computation Element (PCE) ....................................................................................................... 15

2.5.1. Arquitectura del Path Computation Element ................................................................................. 16

2.5.2. Descripción general del protocolo Path Computation Element (PCEP) ................................... 18

2.5.3. PCE sobre redes WSON ................................................................................................................... 21

2.5.4. PCE en entornos MLN/MRN ...........................................................