As Internet traffic is unexpectedly and rapidly growing, a single-link failure in networks can cause critical problems, especially, survivability. Because it can lead to the failure of all paths traversing the failed link, and thus result in significant loss of traffic. While, it is introduced the new architecture that directly transports IP traffic to optical networks and the concept of link-share, called shared risk link group that enables limited bandwidth to be used efficiently.
In this thesis we propose the end-to-end protection and restoration algorithm considering link-shared to maximize resource efficiency in the IP over WDM network. In this algorithm, we use a hybrid approach, the combination with online path selection and offline path computation. First, we describe the IP over WDM network architecture based on an integrated model and its node architecture. And we analyze end-to-end protection and restoration schemes in terms of three main factors: restoration time, availability/blocking probability and bandwidth efficiency in the IP over WDM network. We get restoration time from operation procedure availability/blocking probability with the assumption of a queueing model. And we compare bandwidth efficiency in protection schemes.
본 논문은 IP/WDM 망에서 링크 공유를 고려한 종단간 보호 및 복구 알고리즘을 제시하였다. 먼저, 우리는 IP와 WDM망을 통합하는 모델을 기반으로 한 망 구조와 IP/WDM노드 구조를 기술하였다. 그리고 종단간 보호 및 복구 시킴의 동작 절차를 설명한 후, 이들을 세가지 관점 즉, 복구 시간, 사용가능/중단 확률, 대역폭 효율에 대해 분석하였다. 여기서, 각 스킴의 동작절차를 통해 노드 수 증가에 따른 복구 시간을 구하였다. 한편, 큐잉 모델을 가정하에 장애율 증가에 따른 노드 수와 복구 패스의 수를 각각 증가시킴으로써 사용가능/중단 확률을 구하였다. 그리고 보호 스킴에 대한 대역폭 효율을 복구 패스의 증가에 따라 상대적으로 비교하였다.
결론적으로, 1+1 보호는 단지 몇 ms 단위의 복구 시간을 제공함으로써 다른 어떤 보호 및 복구 스킴보다 가장 강력하게 복구된다. 그러나 1+1 보호에서는 하나의 동작 패스에 대해 이 동작 패스와 링크 공유를 하지 않는 하나의 보호 패스가 보장되어 있다. 이는 높은 사용가능 확률과 낮은 대역폭 효율을 야기함을 분석 결과 알 수 있었다. 예를 들어, $10^-3$의 평균 장애율에서 장애가 발생한 시점부터 지나는 노드 수를 3개에서 9개가지 증가시켰을 경우 $10^-5$~$10^-6$의 사용가능확률이 나타났고 이는 다른 보호 및 복구 스킴과 비교하였을 때 상대적으로 높은 확률이었다. 그리고, 대역폭 효율 면에서 항상 50%의 리소스 효율을 가지는데 이는 m:n 보호에서의 대역폭과 비교할 때 상당히 낮은 효율임을 알 수 있었다.
m:n 보호의 경우는 임의의 동작 패스에 대해 하나 혹은 여러 개의 복구 패스가 미리 설정되어 있다. 그래서 임의의 동작 패스에 장애가 발생하여도 복구 시간이 패스 복구에 비해 길지 않다. 우리가 분석한 결과로는 m:n 보호에서 장애가 발생하여 그 시점부터 지나는 노드 수가 최대 15개일 경우 50ms의 전후의 값을 가짐을 알 수 있었다. 그리고 $10^-3$의 평균 장애율에서 노드 수를 3개에서 9개까지 증가시켰을 경우 $10^{-6}$~$10^{-7}$의 중단확률이 나타났고, 같은 평균 장애율에서 보호 패스의 수를 2개에서 6개까지 증가시켰을 경우 $10^{-3}$~$10^{-8}$의 중단확률이 나타났다. 여기서, 우리는 중단확률이 노드 수에 비해 보호 패스의 수에 크게 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 리소스 측면에서는 보호 패스 수의 증가에 따라 리소스 효율은 상대적으로 낮아짐을 알 수 있었다.
한편, 패스 복구의 경우는 장애가 발생하면 복구 패스를 찾아야 하므로 복구하는 데 걸리는 시간이 길어지는 단점이 있다. 분석 결과로는, 복구패스의 노드 수가 5개 이내일 때 50ms의 복구시간이 걸림을 알 수 있었다. 그리고 $10^{-3}$의 평균 장애율에서 노드 수를 3개에서 9개까지 증가시켰을 경우 $10^{-7}$~$10^{-8}$의 중단확률이 나타났고, 같은 평균 장애율에서 보호 패스의 수를 2개에서 6개까지 증가시켰을 경우 $10^{-3}$~$10^{-9}$의 중단확률이 나타났다. 여기서, 우리는 중단확률이 노드 수에 비해 찾아진 복구 패스의 수에 크게 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 본 연구에서는 패스 복구의 경우 대역폭 효율을 분석하지 않았지만, 일반적으로 다른 연구에서 분석한 것을 참조하면 이 경우의 리소스 효율은 보호 스킴보다 상대적으로 높다. 이는 패스 복구에서 장애에 대비해 미리 복구 패스를 설정하지 않기 때문임을 쉽게 짐작할 수 있다.
최근 들어 링크 공유에 대한 개념의 등장으로 m:n 보호나 패스 복구에서 설정할 수 있는 보호 및 복구 패스의 수가 많아지게 되었다. 그리하여 제한된 리소스를 보다 효율적으로 이용할 수 있게 되었다. 이번 연구에 이어, 패스 복구의 대역폭 분석과 더불어 m:n 보호나 패스 복구에서 링크 공유로 인해 얻을 수 있는 효과에 대한 상세한 연구로 종단간 보호 및 복구 알고리즘의 성능 분석이 필요할 것이다.
