Разработка и анализ диакоптического метода междоменной маршрутизации с балансировкой нагрузки в телекоммуникационной сети

Автор(и)

  • Oleksandr Vitalijovych Lemeshko Харківський національний університет радіоелектроніки, Україна https://orcid.org/0000-0002-0609-6520
  • Andrii Yevhenovych Ilіashenko Харківський національний університет радіоелектроніки, Україна
  • Tetiana Mykolaiivna Kovalenko Харківський національний університет радіоелектроніки, Україна https://orcid.org/0000-0001-5928-9476
  • Olena Serhiivna Nevzorova Харківський національний університет радіоелектроніки, Україна https://orcid.org/0000-0001-6150-5924

DOI:

https://doi.org/10.30837/pt.2018.1.01

Анотація

Запропоновано діакоптичний метод ієрархічної маршрутизації в мультидоменній телекомунікаційній мережі на основі потокової моделі маршрутизації з урахуванням концепції Traffic Engineering. Пропонований метод дозволяє мінімізувати порогове значення максимальної завантаженості каналів зв’язку мережі, вирішуючи при цьому проблему масштабованості існуючих методів маршрутизації. На ряді мережних прикладів проведено аналіз пропонованого метода та показано його ефективність у порівнянні з відомим централізованим підходом.

Біографії авторів

Oleksandr Vitalijovych Lemeshko, Харківський національний університет радіоелектроніки

Andrii Yevhenovych Ilіashenko, Харківський національний університет радіоелектроніки

Olena Serhiivna Nevzorova, Харківський національний університет радіоелектроніки

Посилання

VEGESHNA, SH. Kachestvo obsluzhivanija v setjah IP. Per. s anlg. [Quality of service on IP networks]. M.: Iz-datel'skij dom «Vil'jams», 2003. (In Russian)

BARREIROS, M.; LUNDQVIST, P. QOS-Enabled Networks: Tools and Foundations. Wiley Series on Communications Networking & Distributed Systems, 2nd Edition, Wiley, 2016.

HALABI, S. Internet Routing Architectures (2nd Edition). Cisco Press, 2000.

MEDHI, D.; RAMASAMY, K. Network Routing, Second Edition: Algorithms, Protocols, and Architectures, (The Morgan Kaufmann Series in Networking) 2nd Edition. Cambridge, MA, USA: Elsevier Inc., 2018. 1018 p.

GOL'DSHTEJN, A.B.; GOL'DSHTEJN, B.S. Tehnologija i protokoly MPLS. [MPLS technology and protocols]. SPb.: BHV, 2005. (In Russian).

OLIFER, V.G.; OLIFER, N.A. Komp'juternye seti. Principy, tehnologii, protokoly: uchebnik dlja vuzov. 3-e izd. [Computer networks. Principles, technologies, protocols: a textbook for universities. 3rd ed]. SPb.: Piter, 2006. (In Russian).

CISCO NETWORKING ACADEMY. Routing Protocols Companion Guide. Pearson Education. Cisco press, 2014.

MISRA, S.; GOSWAMI, S. Network Routing: Fundamentals, Applications, and Emerging Technologies 1st Edition. Wiley, 2017.

POPOVSKIJ, V.V.; LEMESHKO, A.V.; MEL'NIKOVA, L.I.; ANDRUSHKO, D.V. “Obzor i sravnitel'nyj analiz osnovnyh modelej i algoritmov mnogoputevoj marshrutizacii v mul'tiservisnyh telekommunikacionnyh setjah [Overeview and comparative analysis of the main models and algorithms for multipath routing in multiservice telecommunication networks] // Prikladnaja radiojelektronika, tom.4., vyp. № 4, p. 372-382. (In Russian).

LEE, G.M.; CHOI, J.S. “A survey of multipath routing for traffic engineering,” Springer-Verlag, p. 635-661, 2005. URI:

http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.97.9976&rep=rep1&type=pdf

SEGALL, A. “The Modeling of Adaptive Routing in Data Communication Networks,” IEEE Transactions on Communications, vol. 25, p. 85–95, january 1977. DOI: https://doi.org/10.1109/TCOM.1977.1093715.

RAK, J. Resilient Routing in Communication Networks (Computer Communications and Networks), 1st edition. Springer, 2015.

LEMESHKO, O.V.; YEREMENKO, O.S. “Dynamics Analysis of Multipath QoS-Routing Tensor Model with Support of Different Flows Classes,” 2016 International Conference on Smart Systems and Technologies (SST), 12-14 Oct. 2016, Josip Juraj Strossmayer University of Osijek, Croatia, p. 225-230. DOI: 10.1109/SST.2016.7765664.

LEMESHKO, O.; YEREMENKO, O. “Dynamic presentation of tensor model for multipath QoS-routing,” 2016 13th International Conference on Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science (TCSET), 23-26 Feb. 2016, Lviv, Ukraine. 2016, p. 601-604. URI: http://openarchive.nure.ua/handle/document/2147.

LEMESHKO, O.V.; YEREMENKO, O.S. “Dinamіchna model' marshrutizacії pri zabezpechennі jakostі obslugovuvannja za pokaznikom jmovіrnostі svoєchasnoї dostavki paketіv [Dynamic routing model while maintaining quality of service on the indicator of the probability of timely delivery of packages],” XІ Mіzhnarodna naukovo-tehnіchna konferencіja "Problemi telekomunіkacіj" PT-2017: Zbіrnik materіalіv konferencії, 2017, K.: KPІ іm. Іgorja Sіkors'kogo. 2017, p. 285-287. URI: http://conferenc.its.kpi.ua/proc/article/viewFile/101570/96782. (In Ukrainian).

LEMESHKO, О.; DROBOT, O. “A Mathematical Model of Multipath QoS-based Routing in Multiservice Networks,” Proceedings of International conference Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science (TCSET), 28 Feb.-4 March 2006, Lviv-Slavsko. IEEE, 2006, p. 72-74. DOI: https://doi.org/10.1109/TCSET.2006.4404448.

LIN, S.C.; AKYILDIZ, I.F.; WANG, P.; LUO, M. “QoS-aware Adaptive Routing in Multi-layer Hierarchical Software Defined Networks: A Reinforcement Learning Approach,” 2016 IEEE International Conference on Services Computing (SCC), 27 June-2 July 2016, San Francisco, CA, USA. IEEE, 2016, p. 25-33. DOI: https://doi.org/10.1109/SCC.2016.12.

ROMANOV, O.I.; NESTERENKO, M.M.; VERES, L.A.; HORDASHNYK, Y.S. “IMS: Model and calculation method of telecommunication network's capacity,” 2017 IEEE International Conference on Information and Telecommunication Technologies and Radio Electronics (UkrMiCo), 11-15 Sept. 2017, Odessa, Ukraine. IEEE, 2017, p. 1-4. DOI: https://doi.org/10.1109/UkrMiCo.2017.8095412.

WRIGHT, B. Inter-area routing, path selection and traffic engineering. white paper. Data Connection Limited, 2003.

VUTUCURY, S. Multipath routing mechanisms for traffiv engineering and quality of service in the Internet. PhD dissertation, University of California, USA, 2001.

VUTUKURY, S.; GARCIA-LUNA-ACEVES, J.J. “A traffic engineering approach based on minimum-delay routing,” 2000 IEEE Ninth International Conference on Computer Communications and Networks, 16-18 Oct. 2000, Las Vegas, USA. IEEE, 2000, p. 42-47. DOI: https://doi.org/10.1109/ICCCN.2000.885468.

SEOK, Y.; LEE, Y.; CHOI, Y.; KIM, C. “Dynamic Constrained Traffic Engineering for Multicast Routing,” Information Networking: Wired Communications and Management, vol. 2343, p. 278-288, Sept. 2002. DOI: https://doi.org/10.1007/3-540-45803-4_26.

WANG, Y.; WANG, Z. “Explicit routing algorithms for Internet Traffic Engineering,” Proceedings Eight International Conference Computer Communications and Networks, 11-13 Oct. 1999, Boston, USA. IEEE, 1999, p. 582-588. DOI: https://doi.org/10.1109/ICCCN.1999.805577.

LEMESHKO, O.; VAVENKO, T.; OVCHINNIKOV, K. “Design of multipath routing scheme with load balancing in MPLS-network,” 2013 IEEE XIIth International Conference THE EXPERIENCE OF DESIGNING AND APPLICATION OF CAD SYSTEMS IN MICROELECTRONICS, 19-23 February 2013, Polyana-Svalyava-(Zakarpattya), UKRAINE. IEEE, 2013, p. 211-213.

MERSNI, A.; ILYASHENKO, A.; VAVENKO, T. “Complex Optimality Criterion for Load Balancing with Multipath Routing in Telecommunications Networks of Nonuniform Topology,” 14th International Conference The Experience of Designing and Application of CAD System in Microelectronic (CADSM), 21-25 February 2017, Polyana-Svalyava (Zakarpattya), Ukraine. IEEE, 2017, p. 100-104. DOI: https://doi.org/10.1109/CADSM.2017.7916095.

MERSNI, A.; ILYASHENKO, A. E. “Complex criterion of load balance optimality for multipath routing in telecommunication networks of nonuniform topology,” Telecommunications and Radio Engineering, vol. 76, issue 7, p. 579-590, 2017. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v76.i7.20.

LEMESHKO, O.; YEREMENKO, O.; NEVZOROVA, O. “Hierarchical Method of Inter-Area Fast Rerouting,” Transport and Telecommunication Journal, vol. 18, n. 2, p. 155-167, June 2017. DOI: https://doi.org/10.1515/ttj-2017-0015.

YEVSYEYEVA, O.JU. “Reshenie zadachi ierarhichesko-koordinacionnoj marshrutizacii v telekommunikacionnyh setjah metodom predskazanija vzaimodejstvija [Solution of the problem of hierarchical coordination routing in telecommunication networks using the interaction prediction method],” Otkrytye informacionnye i komp'juternye integrirovannye tehnologii, vyp. 21, p. 102-111, 2003. (In Russian).

YEREMENKO, O.; LEMESHKO, O.; NEVZOROVA, O.; HAILAN, A.M. “Method of hierarchical QoS routing based on network resource reservation,” 2017 IEEE First Ukraine Conference on electrical and computer engineering (UKRCON), 29 May-2 June 2017, Kyiv, Ukraine. IEEE, 2017, p. 971-976. DOI: https://doi.org/10.1109/UKRCON.2017.8100393.

LEMESHKO, A.V.; HAJLAN, A.M.; SEMENJAKA, M.V. “Model' i metod ierarhicheskoj marshrutizacii na osnove rezervirovanija resursov v seti IP/IntSev [Model and method of hierarchical routing based on the resource reservation in the IP/IntSev network],” Radiotehnika: Vseukr. mezhved. nauch.-tehn. sb., vyp. 163, p. 79-84, 2010. (In Russian).

NEVZOROVA, YE.S.; AROUS, K.M.; SALAKH, M.T.R. “Method for hierarchical coordinated multicast routing in a telecommunication network,” Telecommunication and Radio Engineering, vol. 75, p. 1137-1151, 2016. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v75.i13.10.

LEMESHKO, A.V.; HAJLAN, A.M. “Mnogourovnevoe upravlenie trafikom v seti MPLS–TE DiffServ na osnove koordinacionnogo principa prognozirovanija vzaimodejstvij [Multi-level traffic management in the MPLS-TE DiffServ network based on the coordination principle of interaction prediction],” Problemy telekomunіkacіj, n.1(1), p. 35–44, 2010. URI: http://pt.journal.kh.ua/2010/1/1/101_lemeshko_traffic.pdf. (In Russian).

YEVSYEYEVA, O. “Diakoptical approach in telecommunication engineering,” 2010 IEEE Modern problems of radio engineering, telecommunication and computer science (TCSET’2010), 23-27 Feb. 2010, Lviv, Ukraine. IEEE, 2010, p. 29.

KRON, G. Diakoptics; the piecewise Solution of Large-Scale System. London: MacDonald, 1963.

Пристатейна бібліографія

Вегешна Ш. Качество обслуживания в сетях IP / Пер. С анлг. – М.: Из-дательский дом «Вильямс», 2003. – 368 с.

Barreiros M., Lundqvist P. QOS-Enabled Networks: Tools and Foundations. – Wiley Series on Communications Networking & Distributed Systems, 2nd Edition, Wiley, 2016. – 254 p.

Halabi S. Internet Routing Architectures (2nd Edition). – Cisco Press, 2000. – 521 p.

Medhi D., Ramasamy K. Network Routing, Second Edition: Algorithms, Protocols, and Architectures, (The Morgan Kaufmann Series in Networking) 2nd Edition. – Cambridge, MA, USA: Elsevier Inc., 2018. – 1018p.

Гольдштейн А.Б., Гольдштейн Б.С. Технология и протоколы MPLS. – СПб.: БХВ, 2005. – 304 с.

Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: учебник для вузов. 3-е изд. – СПб.: Питер, 2006. – 958 с.

Cisco Networking Academy. Routing Protocols Companion Guide. Pearson Education. Cisco press, 2014. – 756 p.

Misra S., Goswami S. Network Routing: Fundamentals, Applications, and Emerging Technologies 1st Edition. – Wiley, 2017. – 536 p.

Поповский ВВ., Лемешко А.В., Мельникова Л.И., Андрушко Д.В. Обзор и сравнительный анализ основных моделей и алгоритмов многопутевой маршрутизации в мультисервисных телекоммуникацион-ных сетях // Прикладная радиоэлектроника. – 2005. – Том.4. Вып. № 4. – C. 372-382.

Lee G.M., Choi J.S. A survey of multipath routing for traffic engineering // Springer-Verlag. – 2005. – P. 635-661.

Segall A. The Modeling of Adaptive Routing in Data Communication Networks // IEEE Transactions on Communications. – January 1977. – Vol. 25. – P. 85–95.

Rak J. Resilient Routing in Communication Networks (Computer Communications and Networks), 1st edition. – Springer, 2015.

Lemeshko O. V., Yeremenko O. S. Dynamics Analysis of Multipath QoS-Routing Tensor Model with Support of Different Flows Classes // 2016 International Conference on Smart Systems and Technologies (SST). – Josip Juraj Strossmayer University of Osijek, Croatia, 12-14 Oct. 2016. – P. 225-230.

Lemeshko O., Yeremenko O. Dynamic presentation of tensor model for multipath QoS-routing // 2016 13th International Conference on Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science (TCSET). – Lviv, Ukraine, 23-26 Feb. 2016. – P. 601-604.

Лемешко О.В., Єременко О.С. Динамічна модель маршрутизації при забезпеченні якості обслуговування за показником ймовірності своєчасної доставки пакетів // XІ Міжнародна науково-технічна конференція "Проблеми телекомунікацій" ПТ-2017: Збірник матеріалів конференції. К.: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2017. – С. 285-287.

Lemeshko О., Drobot O. A Mathematical Model of Multipath QoS-based Routing in Multiservice Networks // Proceedings of International conference Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science (TCSET). – Lviv-Slavsko, 2006. – P. 72-74.

Lin S. C., Akyildiz I. F., Wang P., Luo M. QoS-aware Adaptive Routing in Multi-layer Hierarchical Software Defined Networks: A Reinforcement Learning Approach // 2016 IEEE International Conference on Services Computing (SCC). – San Francisco, CA, USA, 27 June-2 July 2016. – P. 25-33.

Romanov O.I., Nesterenko M.M., Veres L.A., Hordashnyk Y.S. IMS: Model and calculation method of telecommunication network's capacity // 2017 IEEE International Conference on Information and Telecommunication Technologies and Radio Electronics (UkrMiCo), Odessa, Ukraine, 11-15 Sept. 2017. – P. 1-4.

Wright B. Inter-area routing, path selection and traffic engineering. white paper. – Data Connection Limited, 2003. – 42 p.

Vutucury S. Multipath routing mechanisms for traffiv engineering and quality of service in the Internet. – PhD dissertation, University of California, USA 2001. – 152 p.

Vutukury S., Garcia-Luna-Aceves J.J. A traffic engineering approach based on minimum-delay routing // 2000 IEEE Ninth International Conference on Computer Communications and Networks. – Las Vegas, 16-18 Oct. 2000. – P. 42-47.

Seok Y., Lee Y., Choi Y., Kim C. Dynamic Constrained Traffic Engineering for Multicast Routing // Information Networking: Wired Communications and Management. – Sept. 2002. – Vol. 2343. – P. 278-288.

Wang Y., Wang Z. Explicit routing algorithms for Internet Traffic Engineering // Proceedings Eight International Conference Computer Communications and Networks. – Boston, USA, 11-13 Oct. 1999. – P. 582-588.

Lemeshko O., Vavenko T., Ovchinnikov K. Design of multipath routing scheme with load balancing in MPLS-network // 2013 IEEE XIIth International Conference THE EXPERIENCE OF DESIGNING AND APPLICATION OF CAD SYSTEMS IN MICROELECTRONICS. – Polyana-Svalyava-(Zakarpattya), UKRAINE, 19-23 February 2013. – P. 211-213.

Mersni A., Ilyashenko A., Vavenko T. Complex Optimality Criterion for Load Balancing with Multipath Routing in Telecommunications Networks of Nonuniform Topology // 14th International Conference The Experience of Designing and Application of CAD System in Microelectronic (CADSM). – Polyana-Svalyava (Zakarpattya), Ukraine, 21-25 February 2017. – P. 100-104.

Mersni A., Ilyashenko A. E. Complex criterion of load balance optimality for multipath routing in telecommunication networks of nonuniform topology // Telecommunications and Radio Engineering. – 2017. – Vol. 76, Issue 7. – P. 579-590.

Lemeshko O., Yeremenko O., Nevzorova O. Hierarchical Method of Inter-Area Fast Rerouting // Transport and Telecommunication Journal. – June 2017. – Vol. 18, No. 2. – P. 155-167.

Евсеева О.Ю. Решение задачи иерархическо-координационной маршрутизации в телекоммуникационных сетях методом предсказания взаимодействия // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. – 2003. – Вып.21. – С. 102-111.

Yeremenko O., Lemeshko O., Nevzorova O., Hailan A.M. Method of hierarchical QoS routing based on network resource reservation // 2017 IEEE First Ukraine Conference on electrical and computer engineering (UKRCON). – Kyiv, Ukraine, 29 May-2 June 2017. – P. 971-976.

Лемешко А.В., Ахмад М. Хайлан, Семеняка М.В. Модель и метод иерархической маршрутизации на основе резервирования ресурсов в сети IP/IntSev // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. – 2010. – Вып. 163. – С. 79-84.

Nevzorova Ye.S., Arous K.M., Salakh M.T.R. Method for hierarchical coordinated multicast routing in a telecommunication network // Telecommunication and Radio Engineering. – 2016. – Vol. 75. – P. 1137-1151.

Лемешко А.В., Хайлан А.М. Многоуровневое управление трафиком в сети MPLS–TE DiffServ на основе координационного принципа прогнозирования взаимодействий // Проблеми телекомунікацій. – 2010. – № 1 (1). – С. 35 – 44.

Yevsyeyeva O. Diakoptical approach in telecommunication engineering // 2010 IEEE Modern problems of radio engineering, telecommunication and computer science (TCSET’2010). – Lviv, Ukraine, 2010. – P. 29.

Kron G. Diakoptics; the piecewise Solution of Large-Scale System. – MacDonald, London, 1963. – 166 p.

Проблеми телекомунікацій № 1(22) (2018)

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-12-11

Номер

№ 1(22) (2018)

Розділ

Статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Oleksandr Vitalijovych Lemeshko, Andrii Yevhenovych Ilіashenko, Tetiana Mykolaiivna Kovalenko, Olena Serhiivna Nevzorova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).