A Study on Optimal Multicast Routing Algorithm with QoS Guarantee in Optical Virtual Private Network

Abstract

차세대 광 인터넷 백본망은 IP에 의해 제어되는 GMPLS(Generalized Multi-Protocol Label Switching)를 기반으로 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 광 네트워크를 사용하는 IP/GMPLS over DWDM 프레임워크로 발전되고 있다. 이러한 DWDM 기술을 활용한 광가상사설망(OVPN - Optical Virtual Private Network)에서 QoS(Quality of Service)를 보장하는 라우팅 알고리즘의 개발 연구는 중요한 기술 중의 하나이다. 본 논문에서는 차등화된 QoS 요구사항을 만족하는 새로운 멀티캐스트 라우팅(PMIPMR-Priority-based Minimum Interference Path Multicast Routing) 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 멀티캐스트 트리 생성 후 혼잡 경로(세그먼트) 발생 시 우선순위가 높은 우회 경로로 라우팅함으로써 차단 확률 및 자원 사용률을 개선한다. 또한 QoS 보장을 위한 QoS 클래스 분석과 이를 토대로 QoS PMIPMR 알고리즘을 제안하고 CE-to-CE QoS 보장을 위한 QoS 구조적 프레임워크를 제시한다. 이와 더불어, 파장할당 알고리즘으로 동작과 알고리즘 수행 과정이 비교적 간단한 First-Fit 방법을 사용하며, 제안된 알고리즘의 광범위한 시뮬레이션을 통해 성능을 평가한다. 시뮬레이션 결과를 통해 제안된 알고리즘이 차단확률, 파장 사용률, 파장 채널 사용률 측면에서 기존의 Spawn-from-VS와 Capability-based-Priority Heuristic을 사용한 Source 기반의 Capability-based-Connection 멀티캐스트 라우팅 알고리즘에 비해 성능이 우수함을 입증한다. 차등화된 능력치를 가지는 각 노드의 우선순위를 고려하고 혼잡 경로 발생 시 우회 경로로 라우팅함으로써 파장 채널 수에서는 약간의 손실이 발생하지만, 생존률과 파장 사용률의 비교로 제안된 우선순위를 고려한 멀티캐스트 라우팅 알고리즘 성능의 우수함을 평가한다.

While the "virtual private network (VPN) over Internet" is cost-effective and flexible, it suffers from the difficulty of providing adequate transmission capacity for high bandwidth services. Hence a dense wavelength division multiplexing (DWDM) based “Optical VPN (OVPN)” technology has been regarded as a good alternative for realizing the future VPN services. To improve the transparency and data rate of OVPN, it is critical to consider the problem of Routing and Wavelength Assignment (RWA) for transmission capacity utilization. This paper proposes a Priority-based Minimum Interference Path Multicast Routing (PMIPMR) algorithm, a new routing algorithm which finds alternative routes based on node priorities and Virtual Source (VS) nodes that has both splitting and wavelength conversion, and then chooses a path that does not interfere with potential future multicast session requests when congestions occur in the network. The PMIPMR algorithm reduces blocking rate significantly and increases the wavelength utilization by avoiding congestion in future multicast session requests. We measured the performance of the proposed algorithm in terms of blocking rate, resource utilization. The simulation results demonstrate that the PMIPMR algorithm is superior to previous multicast routing algorithms using the Capability-based-Connection algorithm based on Capability-based-Priority and Spawn-from-VS methods.