WDM ağlarda gecikme ve hizmet süresi gözeten kullanılabilirliği garantili bağlantı kurulumu

Transkript

1 iüdrgisi/d mühndislik Cil:9, Sayı:5, Ekim 2010 WDM ağlarda gcikm v hizm sürsi gözn kullanılabilirliği garanili bağlanı kurulumu Çiçk ÇAVDAR *1, Fza BUZLUCA 1, Biswanah MUKHERJEE 2 1 İTÜ Bilişim Ensiüsü, Bilgisayar Bilimlri Programı, 34469, Ayazağa, İsanbul 2 California Ünivrsisi, Bilgisayar Bilimlri Bölümü, Davis, California, ABD Öz Opik dalga boyu bölmli çoğullama (Wavlngh Division Muliplxing- WDM) ağlarında, yni knolojilrdki ilrlm, yüksk ban gnişliği isyn uygulamalara yüksk kapasi sağlamak üzr kiralanabilir dvrlrin dinamik v kısa vadli olarak kurulup srbs bırakılmasına olanak sağlamakadır. Yüksk hızlı opik bağlanının ksilmsi, büyük vri kaybına ndn olduğundan, bu bağlanıların arızalara karşı korunması grkmkdir. Diğr yandan, vri, ss v vido gibi vrilrin farklı rafik iplrinin hızla arması, kullanılabilirliği garanili ban gnişliğinin yanı sıra farklılaşırılmış hizmlr grkirmkdir. Bu ndnl, ilridki ağ aşıyıcılarının, HDA (Hizm Düzyi Anlaşması) (Srvic Lvl Agrmn- SLA) ilklrini karşılaması v böylc blli bir hizm düzyi garanilmsi v vrimli kaynak kullanımı sağlaması grkmkdir. Bu amaçla bu çalışmada farklı sürdürülbilir yol kurulum kniklri bağlanı isklrinin düzyin gör rcih dilmkdir. Hizm kalisin bağlı olarak korunmasız, yol paylaşımlı korumalı v yol aamalı korumalı bağlanı kurulumunun rcihli kullanımı sonucunda, isklrin farklılaşmış kullanılabilirlik grkliliklri karşılanmakadır. Bu çalışmada ydk kapasi kullanım oranının v blok olma olasılığının düşürülmsi amacıyla farklı iki knik anıılmışır. Birinci knik, yni gln isğin bağlanısını kurmadan önc sismd öncdn kurulmuş bağlanıların hizm sürlrindn yararlanarak paylaşımı arırma sasına dayanmakadır. İkinci yönm is blok olma olasılığını düşürmk amacıyla kullanıcı arafından blirlnn zaman olransı paramrsindn yararlanmakadır. Bu iki yönm öncki bnzr amaca yönlik algorimalarla karşılaşırılmakadır. Sonuç olarak önriln algorimaların kaynak kullanımını azalığı, blok olma oranını is yni kaynak klnmsin grk duyulmaksızın düşürdüğü gözlmlnmişir. Anahar Klimlr: Opik ağlar, dalga boyu bölmli çoğullama, kullanılabilirlik, yol aama. * Yazışmaların yapılacağı yazar: Çiçk ÇAVDAR. cavdarc@iu.du.r; Tl: (212) Bu makal, birinci yazar arafından İTÜ Bilişim Ensiüsü, Bilgisayar Bilimlri Programı nda amamlanmaka olan "Dynamic schduling of survivabl conncions in opical WDM nworks" adlı dokora zindn hazırlanmışır. Makal mni arihind drgiy ulaşmış, arihind basım kararı alınmışır. Makal il ilgili arışmalar arihin kadar drgiy göndrilmlidir.

2 Ç. Çavdar v diğrlri Holding im and dlay olranc awar, availabiliy-guarand conncion provisioning in WDM nworks Exndd absrac Wih h dvlopmn of agil opical swichs, dynamic opical circui swiching has bcom possibl and conncions ar s up and orn down on- dmand basis. Th xplosiv growh of diffrn raffic yps such as daa, voic and vido rquirs h suppor of diffrniad srvics in rms of survivabiliy masurs and iming rquirmns. In ordr o guaran a spcific lvl of survivabiliy, availabiliy-guarand bandwidh provisioning is considrd. On h ohr hand, conncions ar s up and rlasd for spcific im duraions, wih sliding or fixd s-up ims. Conncion rquss arriv o h nwork providr wih spcifid holding ims, dlay olrancs and availabiliy rquirmns which nd o b saisfid. Dlay olranc is dfind as h maximum im which a rqus can olra bfor h conncion is s up. Fuur nwork carrirs nd o m sric SLA (Srvic Lvl Agrmn) guidlins, hus guaraning a lvl of srvic, as wll as achiving fficin rsourc uilizaion. Conncion availabiliy is an imporan mric o masur h qualiy of srvic (QoS) in a survivabl nwork. I is dfind as h probabiliy ha a conncion will b found in h opraing sa a a random im in h fuur (Clouquur al., 2002). I is affcd by many facors such as nwork componn failur probabiliis, failur rpair ims, c. Usually, h availabiliy arg for a conncion is spcifid in a Srvic Lvl Agrmn (SLA), which is a conrac bwn a srvic providr (.g., a nwork opraor) and on of is cusomrs (.g., a larg insiuional usr of bandwidh). An SLA violaion may rsul in a pnaly o b paid by h nwork opraor o h cusomr according o h conrac (Grovr, 1999). In ordr o provid h appropria lvl of availabiliy sad in h SLAs, diffrn rcovry mchanisms can b usd o provision diffrn conncion rquss. In his sudy, w considr unprocd, shard-pah procd and ddicad-pah procd provisioning mchanisms a h sam im o saisfy diffrn QoS rquirmns in a dynamic mannr. Prvious sudis, whil maximizing sharabiliy by rouing backup pahs in a dynamic raffic nvironmn, do no mak any simaion on fuur sharabiliy of rsourcs. Thy ak h currn link sas ino considraion o choos sharabl links. Rfrnc (Tornaor al., 2005a,b) shows ha rsourc ovrbuild (RO) in shard-pah procion can b dcrasd by xploiing h holding-im informaion of conncions which hav alrady bn provisiond in h nwork. Sinc holding ims of incoming raffic dmands may b known in advanc for a variy of applicaions, his informaion abou h fuur sas of h links maks h rou dcision mor inllign by allowing h choic of mor sharabl pahs. In his papr, unprocd, shard-pah, and ddicad-pah procion chniqus ar usd o m h diffrniad availabiliy rquirmns. Rcnly, among h ohr Srvic Lvl Spcificaions (SLSs), many nw applicaions ar idnifid by known-in-advanc holding-im and dlay olranc. So, in his papr, for dynamic provisioning of availabiliy-guarand conncions in an opical msh nwork, w propos wo nw algorihms which xploi 1-h knowldg of conncion holding ims o accomplish minimum backup capaciy allocaion as compard o h prvious holding-im-unawar approach and 2- h knowldg of dlay olrancs o dgras h blocking probabiliy in h condiions ha h sysm rsourcs ar no availabl o saisfy h SLS dmands of conncion rquss. Hr w also propos a nw rouing mchanism for backup pahs opimizing backup rsourcs considring h fuur dparur im of xising conncions. In ordr o show h prformanc gain; h firs proposal, AGSDP_HT (Holding-im awar Availabiliy-Guarand Srvic-Diffrniad Provisioning) is compard by a bas lin algorihm AGSDP. Th scond proposal ADT (Availabiliy-guarand, srvic diffrniad provisioning wih Dlay Tolranc is compard by a bas lin approach which dos no considr dlay olranc. For h scond proposal, boh algorihms ddicad procion is no usd as a choic, sinc blocking is dcrasd by dlay olranc. Kywords: WDM Nworks, availabiliy awar provisioning, survivabiliy. 28

3 WDM ağlarda gcikm v hizm sürsi gözn kullanılabilirliği garanili bağlanı kurulumu Giriş Günümüzd, dinamik opik anaharlama kniklrinin glişimiyl birlik, opik dalga boyu bölmli çoğullama (WDM) ağları, öncdn blli olan hizm sürlrin dayanarak, kısa sürlrd kurulup srbs bırakılan yüksk kapasili v dinamik dvrlr sağlamakadırlar. Yüksk hızdaki opik bağlanının ksilmsi büyük mikarda vrinin kaybına ndn olacağından, sürdürülbilirlik, bir başka dğişl ağın arızalardan kilnn rafiği kurarabilmsi özlliği, WDM ağlarının asarımında önmli bir rol oynamakadır. Diğr yandan Inrn Prookolü (IP) üzrindn akan vri, ss v vido gibi farklı ip rafik mikarı hızla armaka, bu durum farklılaşırılmış hizmlri v kullanılabilirliği garanilnmiş ban gnişliği grkirmkdir. Bu ür bağlanılar, İnrn Hizm Sağlayıcılarına (Inrn Srvic Providr- ISP), WDM üzrindn IP ağ mimarisi içind opik örgüsl aşıyıcı ağlarla sağlanmakadır. Farklılaşırılmış hizmlr, ağ knolojilrind çoklu prookol ik anaharlama (MPLS-Muli Proocol Labl Swiching) gibi glişmlr saysind, IP sviysind ik anaharlı yollar (LSP) (Lawrnc, 2001) üzrind paklr dvr abanlı olarak yönlndirilmk suriyl sağlanabilir. Bağlanının kullanılabilirliği, sürdürülbilir bir ağda hizm kalisini ölçmk için önmli bir ölçüür. Glck rasgl bir zamanda bağlanının işlilir durumda olma olasılığı olarak anımlanır (Clouquur vd., 2002). Bu durum, ağ bilşnlrinin arıza olasılığı, arıza onarım sürsi, vs. gibi çok sayıda kn bağlıdır. Gnllikl, bir bağlanının kullanılabilirlik hdfi, hizm sağlayıcı (örn. ağ opraörü) il bir müşrisi (örn. Ban gnişliğinin büyük kurumsal bir kullanıcısı) arasında bir anlaşma olan Hizm Düzyi Anlaşması (HDA) (SLA-Srvic Lvl Agrmn) il blirlnir. HDA nın ihlal dilmsi, sözlşmy gör ağ opraörü arafından müşriy bir cza ödnmsin ndn olabilir (Grovr, 1999). Diğr yandan, sağlanan hizm HDA da bliriln grkli minimum kullanılabilirlik düzyini karşılamalı, böylc grksiz kaynak kullanımı ngllnmli v ağ maliyi azalılmalıdır (Song vd., 2007). HDA larda bliriln uygun kullanılabilirlik düzyini sağlamak için, farklı bağlanı alplrini sağlamak amacıyla farklı kurarma mkanizmaları kullanılabilir. Bu çalışmada, korumasız, korunan yol paylaşımlı v korunan yol aamalı bağlanı kurulum mkanizmaları aynı anda dğrlndirilmkdir. Mvcu aşıma ağlarında, bağlanı yönlndirm gnllikl oplam bağlanı maliyini n aza indirn düğüm çakışmasız n kısa yol algoriması uygulanarak yapılır. Gnl olarak ağırlıklar bağlanılara fibr msaf, skm sayısı, bağlanının kullanılabilirliği, vs. gibi niyilnmsin çalışılan ölçülr gör aanır. Bu şkild hr kaynak düğümü bu bağlanı ağırlıklarını dikka alarak, kndisin ai n kısa yolu hsaplayabilir. Daha önc yapılan çalışmalarda (Ou vd., 2004; Li vd., 2002), yol paylaşımlı korumada ydk kaynak yaırımını niyilmk için bağlanı maliyi aama yaklaşımları glişirilmişir. Buradaki ana fikir, yni kaynakları kullanmak yrin diğr çalışan bağlanılar arafından halihazırda kullanılmaka olan ydk kaynakları paylaşma sasına dayanmakadır. Yni bir bağlanı kurulumu sırasında, ydk yol kurulum amacıyla n kısa yol algoriması çalışırılmadan önc bağlanı ağırlıkları aanır. Ydk yol bağlanı adaylarına ağırlık aamaları yapılırkn kaynak paylaşımlı bağlanılara aanan ağırlıklar kaynak paylaşımsız bağlanılara aanan ağırlıklardan önmli oranda küçük olacak şkild ağırlıklar aanır. Bu aama srajisi il ydk yol kurulumunda, yni kaynak kullanımı yrin var olan kaynakların ydk bağlanılar arasında paylaşımı şvik dilmiş olur. Ancak, önriln bu sraji sismdki kurulu bağlanıların hizm sürlri bilgisindn yararlanmamaka, sismdn n zaman ayrılacaklarını, dolayısıyla kaynakların n kadar sürliğin paylaşılabilir olduğunu göz ardı mkdir. O anda paylaşılabilir kaynağı olan bağlanının durumunun, yni bağlanı sürsind paylaşılabilir kalması garani dilmmkdir. Kanarcı v diğrlri (2008) arafından yapılan bir çalışmada is kanalların paylaşılabilirlik drclri sismin ydk kaynak kullanım oranı v kullanılabilirlik drcsi izlnrk ayarlanmakadır. Paylaşılabilirlik drcsinin sismin 29

4 Ç. Çavdar v diğrlri prformans durumuna gör adapif olarak arırılıp azalılması saysind, bağlanıların kullanılabilirliği v ydk kaynak kullanım oranını arasında bir dng kurulmakadır. Hizm sürsi bilgisindn yararlanılmadığında, öncki çalışmalar, ydklm yollarını dinamik bir rafik oramında yönlndirmk suriyl paylaşılabilirliği n büyüklrkn, kaynakların glckki paylaşımı konusunda bir ahmind bulunamamakadır. Bu çalışmalar, paylaşılabilir bağlanıları sçmk için sadc o andaki bağlanı durumlarını göz önün almaka, glck sürç içindki durumları göz ardı mkdir. Bu ksiklik, yol paylaşımlı koruma için Tornaor v diğrlri (2005a, b) arafından glişiriln mola birlik gidrilmişir. Önriln yönm, ydk kaynak kullanım oranının, ağdaki kurulu bağlanıların hizm sürlrini göz önün alarak azalılabilcğini gösrmkdir. Gln rafik alplrinin hizm sürlri, çşili uygulamalar için öncdn bilinbildiğindn, bağlanıların glckki durumuna ilişkin bu bilgi, daha paylaşılabilir yolların sçilmsini sağlamakadır. Ancak önriln bu yaklaşım, gln bağlanıların, farklı kullanılabilirlik grksinmlri sbbiyl hizm farklılaşması barındırabilcğini göz önünd bulundurmamakadır. Hizm farklılaşmasını dsklyn bağlanı kurulum kniklri gçmiş saik rafik koşullarında Zhang v diğrlri (2003) arafından, dinamik rafik koşullarında is Song v diğrlri (2007) arafından önrilmişir. Kullanılabilirlik-garanili, hizmayrışırmalı bu bağlanı kurulum kniklrind birincil amaç, grkli kullanılabilirlik düzyini sağlayacak şkild bağlanıları yönlndirmkir. İkinci amaç is kaynak kullanımını n aza indirmkir. Zhang v diğrlri (2007) nin çalışmasında, bir bağlanının maliyi, onun kullanılabilirliğinin bir işlvi olarak anımlandığında, bu bağlanıların üzrind n kısa yolun bulunmasının, n güvnilir yolun (MRP) bulunmasına şdğr olduğu gösrilmkdir. Mllo v diğrlri (2005a, b) is, dinamik bir oramda garanili kullanılabilirlik grksinmlrini sağlayan paylaşımlı ydklm yollarını inclmk v kullanılabilirlik analizi için maris abanlı analiz kullanmakadırlar. Bir yolun vya yol çifinin bağlanı albi için kullanılabilirliğini, kaynakları kullanmadan önc ahmin dn öncki çalışmalarda (Tornaor vd., 2005a, b; Mllo vd., 2005a, b; Zhang vd., 2003; Song vd., 2007), farklı kullanılabilirlik analizi yön-mlri önrmkdir. Bu yönmlr arasında Song v diğrlri (2007) nin önrdiği yönmdn burada karşılaşırma amacıyla yararlanılmışır. Çalışmamızda anıığımız birinci yönm, hizm sürsi gözimli, kullanılabilirlik-garanili, hizm-ayrışırmalı bağlanı kurulumu kniği (HT-AGSDP -Holding Tim Awar Availabiliy-Guarand Srvic-Diffrniad Provisioning) olarak adlandırılmakadır. Burada bağlanıların kurulumunda, dinamik rafik oramında bağlanı hizm sürlri bilgisindn yararlanıl-makadır. Hizm sürsi gözimi saysind yol sçimi anlık olarak dğil, glckki sism kaynak kullanılabilirliği v paylaşımını göz önün alarak yapılmakadır. Önriln knik, bnzr niyilm hdflrin sahip ancak glckki bağlanı paylaşılabilirliği hakkında hrhangi bir ahmind bulunmayan bir başka knikl (Song vd., 2007) (AGSDP) karşılaşırılmakadır. Yol paylaşımlı bağlanı kurulumunda bağlanıların hizm sürlrini göz önün alan (Tornaor vd., 2005a, b) knikn farklı olarak HT-AGSDP, hizm-ayrışırmalı v kullanılabilirlik garanili bir çözüm sunmakadır. HT- AGSDP d AGSDP y gör ydk kaynak kullanım oranı (RO-Rsourc Ovrbuild) üzrind önmli bir düşüş sağlanmışır. Burada anıacağımız bir diğr yönm is, kullanılabilirlik-garanili, gcikm olranslı yol korumadır (ADT-Availabiliy-guarand, srvic diffrniad provisioning wih Dlay Tolranc. Önriln bu knik, dinamik bir rafik oramında dayanıklı bağlanıların kurulumu için gcikm olransının girdiği snklikn yararlanarak, kullanıcı isklrini rddmk yrin blirli bir sür bklmk v bu sür içrisind kaynak niyilmsi yaparak blok olma olasılığını düşürmkdir. Bu yönmd bir başka amaç kaynakların vrimli kullanılması hdfiyl uyuşmayan aanmış yol kurulumu yrin sadc paylaşımlı yol kurulumundan yararlanmakır. 30

5 WDM ağlarda gcikm v hizm sürsi gözn kullanılabilirliği garanili bağlanı kurulumu Tanıılan bu yönmlr başlangıç aşamasında sırasıyla Çavdar v diğrlri (2007, 2009) arafından sunulmuşur. Bu çalışmada is bu iki yönm gnişlilrk birlik l alınmaka, daha kapsamlı bnzim çalışmalarının sonuçlarına yr vrilmkdir. Bu makalnin gri kalan kısmı aşağıdaki şkild düznlnmişir: İkinci bölümd sism kaynaklarının glck srbs kalma bilgisini kullanılabilirlik hsabına kaarak kullanılabilirlik dinamizmi analiz dilmkdir. Üçüncü bölümd, problmin anımı yapılmaka, karşılaşırma amacıyla kullanılacak ml yaklaşım, AGSDP (Song vd., 2007) inclnmkdir. Dördüncü bölümd önriln HT-AGSDP kniği sunulmakadır. Bşinci bölümd is gcikm olransından yararlanan v yararlanmayan iki knik, sırasıyla AGP v ADT açıklanmakadır. Alıncı bölümd önriln iki knik o alandaki anıılan diğr ml kniklrl karşılaşırılarak, blok olma olasılığı v ydk kaynak kullanım oranına gör prformans dğrlndirmsi yapılmakadır. Kullanılabilirliği gözn yönlndirm Bir bağlanı albi için kaynakları sağlamadan önc, ilgili yol vya yol çifinin uygunluğunun ahmin dilmsi v bunun isnn kullanılabilirlikn daha yüksk olması grklidir. Yol paylaşımlı koruması olan bağlanının kullanılabilirliği, yni bağlanıların kurulumu v var olanların sismdn ayrılması ndniyl bağlanı sürsinc dğişbilir. Aslında, ydk bir kanalı paylaşan bağlanı sayısı dğişbilir v bu durum söz konusu bağlanının kullanılabilirlik dğrini kilr. Ancak, korunmamış vya yol aamalı bağlanıların kullanılabilirliği, bağlanı giriş v çıkışından kilnmz. Bu ndnl makald yol paylaşımlı korumada bağlanı kullanılabilirliğinin hsaplanması üzrind durulacakır. Dinamik kullanılabilirlik hsabı Yol paylaşımlı korumada, ydklm kaynakları birdn fazla asal bağlanı arasında paylaşırılabilir. Bir kanalı üzrind, ydk dalga boyları bir grup asal yolu korumak için ayrılabilir. Aynı ydk havuzunu kullanan bağlanı grubuna ydk paylaşan bağlanı grubu (BSCG) adı vrilir. BSCG dki bağlanıların asal yolları, aynı kanallar üzrindn gçmz. Bağlanı abanında B( sayıda ayrılmış ydk dalga boyu, kanal üzrind N( sayıda asal bağlanı arasında paylaşırılır. N(, kanalı arafından korunan bağlanı srisinin, kanalının BSCG sinin (BSCG() büyüklüğüdür. Bu ndnl, kanalı üzrind bağlanısının ydk havuzdan ydk dalga boylarından birini uzun vadd alma olasılığı, bağlanısı v BSCG( dki diğr bağlanılar arızalandığında v kanalı üzrindki B( sayıdaki dalga boyları için rkab iğind, B(/N( dir. Bu rkab sonucunda, ydk yol b üzrindki büün kanalları ld m olasılığı: B(, B( N( olarak hsaplanmakadır. Buna gör, yol paylaşımlı korunan bağ- b N( lanısının kullanılabilirliği aşağıdaki şkild hsaplanabilir: A A p B( ( 1 Ap ) Ab N( b (1) Dnklm 1 dki ydk kanalların paylaşılabilirlik drcsi, diğr gln vya gidn bağlanılardan ilrid kilnbilir. Buradaki kullanılabilirlik ahmini, ağın sadc mvcu görünümü göz önünd bulundurulduğundan köümsr bir kullanılabilirlik dğri vrir. Aşağıda, öncki yönmi ml bir adım olarak kullanarak, sism üzrind glckki giriş v çıkışları hsaba kaan v daha doğru kullanılabilirlik hsabı sağlayan hizm sürsini göz önünd bulundurmak için bir kullanılabilirlik dğrlndirm yaklaşımı önriyoruz. Aşağıdaki analiz gör, glck bir bağlanı, bağlanısının ydk kanalının B( ydklm havuzu il kaynak paylaşmaya çalışığında, kullanılabilirlik A, aşağıda açıklandığı üzr iki farklı şkild sınıflandırılabilir. bs b, kanalı üzrind, ydk dalga boyu havuzunda hrhangi bir fazladan ydk dalga boyu klmy grk kalmadan, bağlanıya aanan paylaşımlı ydk bağlanıları gösrir. Bağlanı, ydk dalga boyu havuzundaki mvcu dalga boylarını, o bağlanıdaki havuza başka bir dalga boyu (w) klnmsin grk kalmadan paylaşır. 31

6 Ç. Çavdar v diğrlri Bu durum, bağlanının asal yolu, diğr paylaşan bağlanıların asal yollarıyla orak kullanılan bir kanalı olmadığında vya aynı kanalından gçn orak bağlanılı asal bağlanı sayısı (farklı dalga boylarını kullanarak) B( ydk havuzundaki dalga boyu sayısını aşmadığında mydana glir. bu b, ydk dalga boyu havuzunda dalga boyu sayısını arırarak bağlanıya aanan paylaşımlı ydk bağlanı srisini gösrir. Yni bağlanılar, havuzdaki dalga boyu sayısını arırmadan, ydk kanalındaki ydk havuzunu paylaşamaz, Çünkü bu bağlanıya orak bağlı olan B( sayıdaki asal yollarla bu havuzu paylaşmakadır. Bu paylaşım ndniyl kullanılabilirlik düzyi, isnn kullanılabilirlik düzyinin alında kaldığından yni bir dalga boyu klyrk kanalın kullanılabilirliği arırılmaya çalışılmakadır. Bu anımlardan yola çıkarak, bağlanısının zamanla dğişn kullanılabilirliğini gösrn aşağıdaki şkild hsaplanabilir: A A p B( B( 1 ( 1 Ap ) Ab N( 1 N( 1 b s b u A, (2) Hr iki durumda, A gln hr yni bağlanıyla azalır. Bnzr şkild, gidn bağlanı A yi aşağıdaki şkild dğişirir: A A p B( B( 1 ( 1 Ap ) Ab N( 1 N( 1 b s b u (3) Problm anımı v ml çözüm Problm anımı Vrili bir fiziksl opolojid bağlanı kullanılabilirlik grksinmlrini karşılayan, düşük maliyli bağlanı kurulum problmi aşağıdaki şkild formül dilbilir: Vriln: a) Bir ağın, bir dizi knar v düğümlrdn oluşan fiziksl opolojisi; b) hr kanalı için kullanılabilirlik fonksiyonu A(: E (0,1); W: E Z + hr bağlanıdaki dalga boyu sayısı; burada (0,1) 0 v 1 arasındaki poziif grçk sayı dizisini v Z + poziif amsayıyı gösrir. c) vrili bir kullanılabilirlik hdfi, gliş zamanı, gcikm olransı v hizm sürsi il blirlnn kaynak-hdf arasındaki bağlanı albi. İsnn: Farklılaşırılmış hizm sağlayarak hr rafik bağlanısı için yolların blirlnmsi. Gln bağlanı isğin, hizm kalisin bağlı olarak (i) koruma vrilmz ya da (ii) yol paylaşımlı koruma vya (iii) yol aamalı koruma vrilir. Gln v kurulu hr bağlanı isği için, sırasıyla korumasız, yol paylaşımlı korunan v yol aamalı korunan bağlanılar için, hrhangi bir zamanda oluşan ağdaki mvcu bağlanı yolları dizilri aşağıdaki şkild gösrilir: i i i i i i i i i i i l i, i, i, i w lb a h sırasıyla, i. sırada sağla- P l,,, P l, l,,, P l, l,,. u w a h s w b a h d w b a h Dörlü nan bağlanı için asal yolu, ydk yolu, bağlanı isği gliş zamanını v hizm sürsini blirir. Amaç: Ydk kaynak yaırımını v blok olma olasılığını n aza indirirkn gln bağlanı albinin kullanılabilirlik grksinmlrini karşılamakır. Hr düğümdn dinamik olarak bağlanı alplri ürilir. Bağlanı sağlayıcı ağ, gln isk için k bağlanı yolu vya yol çifiyl isğin kullanılabilirlik albini sağlayamıyorsa, alp rdddilir. Ydk kaynak kullanımını akip mk için, ydk yollar arasındaki paylaşım poansiylini blirlmk amacıyla hr kanal için bir çakışma dizisi uulmakadır. kanalı için çakışma dizisi ν, bir amsayı dizisi olarak msil dilbilir v E,0 v f ( ) ; burada v, kanal dn gçn v kanalı arafından korunan asal yol sayısını blirir (yani, kanalından gçn ilgili ydk yolları). Bu ndnl kanalında ydk yollar için ayrılan dalga boyu sayısı B( max v ir (Ou vd., 2004). E Kullanılabilirliği garanili, hizm ayrışırmalı kurulum (AGSDP) yönmi AGSDP algoriması (Song vd., 2007), hizm sürsini göz önünd bulundurmaksızın gln bir 32

7 WDM ağlarda gcikm v hizm sürsi gözn kullanılabilirliği garanili bağlanı kurulumu bağlanı için kullanılabilirlik grksinimini karşılamak amacıyla korumasız, yol paylaşımlı koruma vya yol aamalı koruma sağlanmasının grkli olup olmadığını blirlr. Kaynağı sağlamadan önc, bağlanının kullanılabilirliği dinamik kullanılabilirlik hsabı bölümünd gösrildiği gibi hsaplanır. Vrili bir kaynak-hdf çifi (s,d) için aanan bağlanı maliylrin gör n kısa yol algorimasıyla asal v ydk yolları birinin ardından diğrini bulmaya çalışan iki adımlı, düğümçakışmasız, yol çifi algoriması kullanılmakadır. Algorima ilk olarak n güvnilir yol (MRP) olarak bir asal yol, p bulmaya çalışmakadır. Eğr HDA d bliriln kullanılabilirlik grksinimini karşılayamazsa, ydk yol b yi s dn d y kadar n düşük maliyl hsaplar. Burada, ydk yollar için, ml vrsiyonu (Ou vd., 2004) anımlanan maliy fonksiyonu C( kullanılmakadır. C(, kanal maliy hsabına ydk havuzun kullanılabilirliği v yükü ümlşirilmkdir. ( = (N( + 1) / B(, ( = (N( + 1) / (B( + 1), = 10-5 v f(, kanalı üzrindki boş dalga boyu sayısını gösrmk üzr, hrhangi bir ydk kanal adayı için C( maliyi aşağıdaki gibi hsaplanır (Şkil 1): a 1 2 h Şkil 1. Bağlanı isğinin hizm sürsi (h) içrisind ayrılan bağlanılar ( 1 v 2 ) C(. (.( log A( ) 1. (.( log A( ) ( i) ( ii) ( iii) (4) Dnklm 4 (i), (ii), v (iii) aşağıdaki koşullara karşılık glmkdir: (i) p is vya f(=0 v, p v B( is; (ii) p, v B( is; d (iii) aksi hald, f(>0 is. Durum (i) (sonsuz maliy), ydk yolu yönlndirmk için kanaldaki kaynakların yrsiz olduğu duruma kabül dr. Durum (ii) (ihmal dilbilir maliy), gln bağlanı için fazladan ydk kapasi sağlamaya grk olmadığında paylaşılabilir ydk havuzun varlığına kabül dr. Durum (iii ) (am maliy) ydk havuzuna yni bir dalga boyu klnmsi grkiği durumdur. Kanalın maliyi bu üç farklı duruma gör hsaplanır. Bu maliy hsaplaması, n güvnilir yolun (MRP) sçilmsin yardımcı olurkn aynı zamanda, yol paylaşımlı koruma kanalı kullanılabilirlik grksinimini ngllmdiği sürc, ydk kapasiyi olabildiğinc paylaşırmaya çalışır. Bu yönm, bağlanıların hizm sürlri bilgisini kullanmamakadır. Hizm sürsini gözn AGSDP (HT-AGSDP) Hizm sürsini gözn bir yaklaşımla, aday ydk yolların glckki paylaşılabilirliği ahmin dilbilir v bu ilav bilgi, ğr doğru dğrlndirilirs, daha kin bir kaynak kulanımı sağlayabilir. HT-AGSDP algorimasında aday ydk yollar kanal maliyin gör sçilir v hr kanal maliyi kaynaklar vrilmdn önc sism yni girn bağlanı için güncllnir. HT-AGSDP d bu hsap yapılırkn sism kaynaklarının glckki durumları da hsaba kaılır. Glckki çıkışları göz önünd uarak maliy hsaplaması C( iyilşirilbilir. Şkil 1 d, a zamanında gln bir bağlanı için maliy hsaplaması örnği vrilmkdir. Bu bağlanının h hizm sürsind mvcu iki bağlanı 1 v 2 zamanlarında sismdn ayrılmakadır. a zamanında bağlanıyı sağlamadan önc büün ydk kanal maliylri, 1 v 2 zamanlarında ayrılan diğr iki bağlanı göz önün alınarak hsaplanır. i, sonraki i. ayrılmaya kadar maliyinin hsaplandığı zaman aralığı olarak anımlanırsa, i zamanındaki güncllnmiş maliy sonraki ayrılma i+1 zamanına kadar C(, i+1 ) olacakır. Şkil 1 d görüldüğü gibi, 33

8 Ç. Çavdar v diğrlri ilk zaman aralığındaki kanal maliyi, sırasıyla v sismdn ayrılan hr bağlanı sonrasında 1 zamanında güncllnckir. Bu ndnl, a zamanında gln bağlanı için kanal maliylri aşağıdaki şkild hsaplanır: 1 1. C(, 1) 2. C(, 2) C( 3. (, 3) h C (5) Bu zaman aralığı, ağırlıklı oplam v kısmi maliy hsaplama yaklaşımı, kısmi v am olmak üzr farklı paylaşılabilirlik drclrinin anımlanmasını sağlar. Burada, başlangıça kısmn paylaşılabilir (durum (ii) ihmal dilbilir maliyli) olan bazı bağlanıların çıkışlar ndniyl paylaşılamaz hal glbildiği görülmkdir v bu ndnl maliy aaması am maliyli durum (iii) a dönüşbilir. Diğr yandan am paylaşımlı kanallar ihmal dilbilir maliyli durum (ii) d kalacakır. Paylaşılamayan kanalların maliyi is, β( dki dğişikliklr ndniyl olası küçük arışlara rağmn am maliyli olarak kalacakır. Gcikm olranslı kullanılabilirlikgaranili koruma (ADT) Bağlanıları gcikm olransı sürlrin gör ynidn düznlrkn bir sraji kararlaşırılması için glnksl AGP yaklaşımındaki blok olma ndnlrinin analiz dilmsi grkir. ADT, AGP nin blok olma sbbin gör farklı çözüm yolları önrmkdir. AGP v blok olma Şkil 2, Algorima 1, adım 1 d AGP önc ngüvnilir yol (MRP) olarak birincil bir yol bulmayı dnr. HDA daki adım 2 dki kullanılabilirlik şarını sağlayamazsa s n d y minimal maliyl ydk yolu l b hsaplar. AGP d bağlanı isklri iki ndndn ngllnbilir: (1) Bağlanı isklri ağda kaynak olmaması ndniyl adım 1 v 2 d ngllnir (Blok-R). (2) Bağlanılar adım 3 ki gibi isklrin kullanılabilirlik şarının sağlanmaması ndniyl rdddilir, bu da iki al gruba ayrılabilir: (a) Mvcu bağlanı isğinin kullanılabilirlik albini sağlayan bir yol çifi bulunamazsa grçklşir. (Blok A) (b) Aday paylaşımlı ydk yol, mvcu ydk paylaşım kanallarının (BSCG) kullanılabilirliğini düşürürs grçklşir (Blok-S). Algorima 1. AGP (Kullanılabilirlik-Garanili Koruma) Giriş: G(v,, W, R={s, d, a, A r, h, d } Çıkış: İsk ngllnir vya yol P u vya yol çifi P s kurulur. A shard (l w,l b ) paylaşımlı-yol korumalı yol çifinin kullanılabilirlik hsabını gösrir, burada l w,l b çalışan v ydk yolları gösrir. 1. l w =MRP(s,d) hsaplanır. If A(l w )> A r is yollardan biri isği karşılar. P u için Adım 4 gi. Els If Bir yol (pah) yoksa BLOK-R 2. Bağlanı maliyi fonksiyonuna, C(, gör minimum maliyi l b hsapla. If bir yol (pah) yoksa BLOK -R 3. If A shard (l w,l b )> A r is C=chck(BSCG) If C=NULL is Adım 4 gi Els BLOK -S Els If l b d boş W varsa, W yi ydk havuza kl (B(++) Els BLOCK -A If A shard (l w,l b )> A r is C=chck(BSCG) If C=NULL is Adım 4 gi Els BLOK -S Els BLOK -A 4. Bağlanı sağlandı. Yol P u vya yol çifi P s kuruldu. Şkil 2. Algorima 1 Block-S n önc BSCG yi konrol komuu vrili bulunan yol il çakışan bir kurulu bağlanı olup olmadığını konrol dr v çakışan bağlanıları (C), AGP y döndürür, bu da gln bağlanının rddin ndn olur. BSCG d bir HDA cavüzü oluşuğunda bağlanı isği rdddilir vya AGSDP d olduğu gibi aanmış koruma kullanılır. Burada zor olan soru, kaynak kullanımından aviz vrmdn bloklamanın nasıl azalılacağıdır. 34

9 WDM ağlarda gcikm v hizm sürsi gözn kullanılabilirliği garanili bağlanı kurulumu Gcikm olranslı AGP (ADT) AGP d kullanılabilirlik sınırlamaları ndniyl isk yapıldığı anda karşılanamayan bir bağlanı, bir sür sonra kabul dilbilir, çünkü başka bağlanılar ağdan ayrılabilir, bu sayd paylaşım drcsi azalır v kaynakların kullanılabilirliği arar. Yni glişlr v ayrılışlar ndniyl kullanılabilirliğin nasıl dğişiği Şkil 1 d gösrilmişir. ADT d iki alrnaif prosdür vardır (Şkil 3: Algorima 2). İkisi d mvcu bağlanının gcikm olransını v aynı zamanda sismdki mvcu bağlanıların hizm sürlrini kullanır. Algorima 2. ADT (Gcikm Tolranslı AGP) Prosdür 1. ADT-S Giriş: Çakışan bağlanının biiş sürsi ( C C C ) a h v isğin varış sürsi ( R ) a, gcikm olransı ( R ) d. Çıkış: Bağlanı ngllnir vya gcikir. hn, If C R R a d Els BLOK-S Prosdür 2. ADT-A R R R C R C R d a d a d Giriş: Birinci ayrılan bağlanının biiş sürsi ( D D D a h ) v isğin varış sürsi ( R ) a, gcikm olransı ( R ) d. Çıkış: Bağlanı ngllnir vya gcikir. hn, If D R R a d Els BLOK-A R R R D R D R d a d a d Şkil 3. Algorima 2 Bağlanıyı blok mk yrin ADT-S bağlanıyı, BSCG dki çakışan bir bağlanının ayrılmasından sonraya ynidn planlarkn, ADT-A, bağlanıyı mvcu bağlanılardan birinin ayrılmasına kadar gcikirir. Bağlanılar kuyruka, sabırsız isklr önclik vrilrk varış zamanlarına gör dizilir. AGP dki BLOCK-S vya BLOCK-A yrin, ADT sırasıyla ADT-S v ADT-A prosdürlrini çağırır (Şkil 3: Algorima 2). Prformans dğrlndirmsi Algorimanın prformans dğrlndirmsi için, dinamik bir ağ oramı C++ il glişiriln bnzim çalışması il ürilmişir. Bağlanı glişlri, üssl olarak dağıılan hizm sürlriyl Poisson sürcini akip dr. Bu çalışmada kullanılan ağ opolojisi, 24 düğüm v 43 ad çif yönlü kanala sahipir (Song vd., 2007). Hr fibr kanalının 16 dalga boyu kanalına sahip olduğu varsayılmakadır. Fibr kanalların kullanılabilirliği, {0.999, , } v bağlanı alplrinin kullanılabilirliği üç sınıf arasında {0.99, 0.999, } düzgün dağıılmışır. Bağlanı alplri simrikir v büün düğüm çiflri arasında düzgün dağıılmışır. HT-AGSDP üzrind hizm sürsi hususunun açıkça gözlmlnbilmsi için bu knik, aynı akışa v bnzr hdflr sahip olan hizm sürsini gözmyn algorima AGSDP il karşılaşırılmışır. Hr iki algorima farklılaşırılmış hizmlr sağladığından, bu hizmlr arasında kaynakların dağılımı analiz dilmişir. Aynı zamanda, ydk kapasinin vya k kapasinin kili kullanımını gösrn ydk kaynak kullanım oranı (RO-Rsourc Ovrbuild) üzrindki prformans kazanımı da gözlmlnmişir. Bnzr biçimd ikinci mo olan ADT, AGP il B p açısından karşılaşırılmış v aamalı kaynak kullanmaksızın B p nin önmli oranda düşüğü gözlmlnmişir. Farklı hizm düzylrind kaynak dağıımı Üç farklı bağlanı kurulum modu, kullanılabilirlik isğin gör kullanılmakadır: korumasız, paylaşımlı korumalı v aamalı korumalı. İlk olarak HT-AGSDP d farklı hizm sınıfları arasındaki kaynak dağılımını analiz dcğiz (Şkil 4). Şkil 4. Hr biri 0.99, 0.999, v olmak üzr kullanılabilirliğ gör 3 dğişik HDA sınıfı için dğişik bağlanı kurulum mkanizmalarının dağılımı (Yük=70 Erlang) 35

10 Ç. Çavdar v diğrlri HDA Sınıf 1 dki büün bağlanı alplrinin korumasız olarak sağlandığı gözlmlnmişir. Yol paylaşımlı korumalı v yol aamalı korumalı bağlanıların oranı, kullanılabilirlik albindki arışla birlik armakadır. HDA Sınıf 3, yol paylaşımlı korumalı bağlanıların oranı %36 ya ulaşırkn yol aamalı korumalı bağlanılar, sağlanan büün bağlanıların %15 ini oluşurmakadır. HT-AGSDP v AGSDP d kaynak dağılımı HDA Sınıf 3, n fazla sayıda yol paylaşımlı korunan yola sahip olduğundan, hizm sürsini gözn algorimanın avanajlarının bu sınıfa görülmsi bklnmkdir. Bu ndnl, HDA Sınıf 3 içind kaynak dağıımları karşılaşırılmışır (Şkil 5). Hr iki algorimada korumasız bağlanı sayısı aynıdır çünkü maliy hsaplaması asal yollar için hr iki algorimada da aynıdır. Ancak, paylaşımlı yol kurulumu söz konusu olduğundan kaynakların maliy hsaplaması farklı olduğundan dağılım dğişmişir. HT- AGSDP nin sağladığı kazanç burada gözlmlnmkdir. HDA Sınıf 3 için kaynak dağıımlarının karşılaşırılmasıyla, HT-AGSDP d yol aamalı korumalı bağlanılar için kaynak kazanım yüzdsinin %5 olduğu gözlmlnmişir. Hizm sürsini gözn algorima daha paylaşılabilir yolları rcih mk v AGSDP'd %20 yrin %15 oranında aanmış koruma kullanmakadır. (kaynakların) mikarını gösrir. Kullanılan oplam ydk kanal kapasisi il asal yol kapasisinin birbirin oranının zaman ağırlıklı olarak hsaplanmasıyla ld dilir. Şkil 6 da, RO nun ağ yükün gör dağılımı HT-AGSDP v AGSDP için görülmkdir. 20 v 100 Erlang arasında rafik yükü için HT- AGSDP nin, AGSDP üzrind yaklaşık %2.5 kazanımı olduğu gözlmlnmişir. RO kazanımı, daha yüksk yüklrd düşm ğilimi gösrmkdir çünkü bir bağlanının çalışma sürsi boyunca, gln bağlanı sayısı armakadır v yni girişlrin hsaba kaılamadığı sadc ilridki çıkışların bilinbildiği paylaşılabilirlik ahmini, algorimanın prformansında önmli bir dğişim yaramamakadır Şkil 6. Ydk kaynak kullanım oranının rafik yükün gör dağılımı ADT ADT algorimasında, gcikm olransının kisi iki farklı bloklama ürün gör dğişir: Block- S v Block-A. ADT-S, sadc Prosdür 1 i uygular. Şkil 5. HDA Sınıf 3 içrisind korumasız, paylaşımlı, korumalı v aamalı korumalı bağlanıların dağılım karşılaşırması Ydk kaynak kullanım oranı (RO) Ydk kaynak kullanım oranı, ağda çalışan hr bağlanı için kullanılan ydk bağlanıların Şkil 7 dn sadc Prosdür 1 kullanıldığında bil ADT nin B P yi önmli mikarda düşürdüğünü görbiliriz (ADT-S). ADT-S-A da prformans, Blok-A daki bağlanı isklri d ynidn hsaplanarak daha da iyilşirilbilir. Blok olma ndnlri arasında ADT dki Block-S i v Blok-A yı ayrı ayrı l alalım. Şkil 8 d iki farklı ndn için bloklama olasılıklarının dağılımı gösrilmişir. AGP için Şkil 36

11 Blok Olma Olasılığı WDM ağlarda gcikm v hizm sürsi gözn kullanılabilirliği garanili bağlanı kurulumu 8(a) da oplam ngllnn bağlanıların %70 inin Block-A dan v %30 unun Block- S dn olduğu gösrilmişir. ADT-S-A için, Şkil 8(b) d Blok-S ndniyl ngllnn bağlanı oranı % 4 armışır. Bunun ndni ADT d oplam B p nin düşmsi v ilişim ağının daha iyi bir kullanıma ulaşmasıdır, çünkü ağ, aynı rafik yükü için daha fazla sayıda bağlanı kurmakadır. Dolayısıyla Blok-S oranı armakadır , , , ,04 AGP ADT_S ADT_S_A , Yük, Erlang Şkil 7. Farklı yük dğrlrin gör blok olma (a) AGP (b) ADT Şkil 8. Erlang 70 rafik yükünd farklı bloklama ndnlri için bloklama olasılığı dağılımlarının karşılaşırılması Sonuç olarak boş kapasi kullanımı için fazladan kaynak kullanımına grk kalmaksızın, B P düşüşü ld dilmişir. Şuna dikka çkmk grkir ki hr n kadar bağlanı isklri kaynak olmaması ndniyl d (Blok-R) ngllnbilirs d buradaki gösrimlrd BLOK-A v BLOK-S üzrin odaklanılmışır. ADT bnzimlrind bunu sağlamak amacıyla, kaynak aşırı yüklmsin ulaşmadan önc, isklr sağlanamayan kullanılabilirlik alplri ndniyl bloklanır (Blok-A vya Blok- S), dolayısıyla Blok-R mikarı ihmal dilbilir düzyd uulur. Sonuç Bu çalışmada kullanım-garanili hizm-ayrışırmalı darik konusunda glişiriln farklı iki yaklaşım anıılmışır. İlk olarak, HT-AGSDP, ydk paylaşımını opimiz mk için hizm sürsini gözn, kullanılabilirliği garanili hizm farklılaşırması olan bağlanı sağlama yaklaşımı sunulmuşur. Bağlanı glişlrinin hizm sürlri kullanılarak, örnk bir ağ opolojisind, oralama yük sviylrind ydk kaynak kullanımında önmli asarruflar yapılabildiği bnzim oramında gözlmlnmişir. Aynı zamanda, bağlanıların ilridki paylaşılabilirlik v kullanılabilirlik durumunun, bu bağlanıya kaynak sağlanmasından sonra dğişbilcği gösrilmişir. İkinci olarak, boş ydk kapasi kullanımında aviz vrmdn B P nin n küçüklnmsi için gcikm-olransı gözn bağlanı dariki yönmi, ADT, anıılmışır. Bağlanı isklrinin gcikm olransı snkliğini kullanarak v farklı ynidn planlama yönmlri kullanarak üm yüklrdki B P nin düşürüldüğü gösrilmişir. Kaynaklar Cavdar, C., Tornaor, M. v Buzluca F., (2009). Availabiliy-guarand conncion provisioning wih dlay olranc in opical WDM msh nworks, Procdings, OFC 2009, San Digo, CA. Cavdar, C., Song L., Tornaor, M. v Mukhrj, B., (2007). Holding-im-awar and availabiliyguarand conncion provisioning in opical WDM msh nworks, Procdings, High Capaciy Opical Nworks and Enabling Tchnologis (HONET), 1-7, Dubai, UAE. Clouquur, M., v Grovr, W., (2002). Availabiliy analysis of span rsorabl msh nworks, IEEE Journal on Slcd Aras in Communicaions, 20, 4, Grovr, W.D., (1999). High availabiliy pah dsign in ring basd opical nworks, IEEE/ACM Transacions on Nworking, 7, 4, Lawrnc, J., (2001). Dsigning muliproocol labl swiching nworks, Communicaions Magazin, 39, 7,

12 Ç. Çavdar v diğrlri Li, G., Wang, D., Kalmank, C., v Dovrspik, R., (2002). Efficin disribud pah slcion for shard rsoraion conncions, Procdings, IEEE INFOCOM, , Nw York, NY. Mllo, D.A.A., Plgrini, A., Ribiro, R.P., Schupk, D.A. v Waldman, H., (2005a). Dynamic provisioning of shard-backup pah procd conncions wih guarand availabiliy Rquirmns, Procdings, Inrnaional Workshop on Guarand Opical Srvic Provisioning (GOSP), Boson, MA. Mllo, D.A.A., Schupk, D.A. v Waldman, H., (2005b). A marix-basd analyical approach o conncion unavailabiliy simaion in shard backup pah procion, IEEE Communicaions Lrs, 9, 9, Ou, C., Zhang, J., Zhang, H., Sahasrabuddh, L.H., v Mukhrj, B., (2004). Nw and improvd approachs for shard-pah procion in WDM msh Nworks, IEEE Journal of Lighwav Tchnology, 22, 5, Song, L., Zhang, J. v Mukhrj, B., (2007). Dynamic provisioning wih availabiliy guaran for diffrniad srvics in survivabl msh nworks, IEEE Journal on Slcd Aras in Communicaions, 25, 3, Tornaor, M., Ou, C.S., Zhang, J., Paavina, A. v Mukhrj, B., (2005a). PHOTO: An fficin shard-pah procion sragy basd on conncion-holding-im awarnss, IEEE/OSA Journal on Lighwav Tchnology, 23, 10, Tornaor, M., Mair, G. v Paavina, A., (2005b). Availabiliy dsign of opical ranspor nworks, IEEE Journal on Slcd Aras in Communicaions, 23, 8, Zhang, J., Zhu, K., Zhang, H., Maloff, N.S. v Mukhrj, B., (2007). Availabiliy-awar provisioning sragis for diffrniad procion srvics in wavlngh-convribl WDM msh nworks, IEEE/ACM Transacions on Nworking, 15, 5, Zhang, J., Zhu, K., Zang, H. v Mukhrj, B., (2003). A nw provisioning framwork o provid availabiliy-guarand srvic in WDM msh nworks, Procdings, Inrnaional Confrnc on Communicaions, Anchorag, AL. 38