Geri Dön

Modeling and fair slot assignment in elastic optical networks under dynamic traffic

Değişken trafikli esnek optik ağlarda modelleme ve adil slot atama

PDF İndir

  1. Tez No: 581073
  2. Yazar: NASIM RAVI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. AYŞEGÜL YAYIMLI
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Elastik optik ağlarda, optik spektrum çok sayıda dar bantlara bölünür ve WDM optik ağlar için ITU-grid tarafından tanımlanan daha geniş ve sabit slotlar yerine bir veya daha fazla ardışık slot birlikte kullanılabilir. Sadece gerekli sayıda ardışık slot kullanarak farklı bant genişliğinde bağlantıları oluşturma becerisine sahip olmak, ağ kaynaklarının daha verimli kullanılmasını sağlar. Esnek optik ağlarda çözülecek en temel sorun, yönlendirme ve spektrum atama problemleri olarak bilinen yeni gelen trafik talepleri için uygun bağlantılar kurmaktır. Dinamik trafik koşulları altında, farklı sayıda slot kullanma esnekliği, WDM ağlarda mevcut olmayan spektrum parçalanması olarak adlandırılan yeni bir soruna neden olur. Dinamik trafik koşullarında, bir süre sonra, gelen ve sonlanan bağlantılar nedeniyle, optik spektrum giderek farklı boyutlarda serbest ve ayrık slot gruplarına bölünür. Bu, spektrumda serbest alanlar olmasına rağmen bağlantı isteklerinin engellenmesine neden olabilir. Esnek optik ağlar (EON), daha ince spektrum ızgaraları aracılığıyla, spektral kaynakları verimli kullanmak için çok umut verici bir çözümdür. Çoklu bant genişliği servisleri aynı ağ kaynaklarını paylaştığında, uygun bant genişliği yönetimi gerekir. Ayrıca, yüksek bant genişliği isteklerinin düşük bant genişliği istekleriyle karşılaştırıldığında engellenmesi daha olasıdır ve bu da farklı istekler arasında adalet sorununa neden olur. Bu tezde temel amaç, dinamik trafik altındaki esnek optik ağlarda yönlendirme ve spektrum ataması problemini incelemektir ve problemi çözmek için yeni yöntemler geliştirmektir. Bu amaçla, spektrum kullanımı için elastik optik ağın dinamik davranışını modellemek için yeni bir grafik model geliştirilmiştir. Bu model, ağın mevcut durumunun grafiksel bir biçimde ve bellekteki uygun bir veri yapısının görselleştirilmesini basitleştirir. Modelin temel kavramları ilk önce tek bir bağlantı için gösteriliyor, daha sonra aynı fikir modeli tüm ağ topolojisini temsil etmek için genelleştirmek için kullanılıyor. Tek bir bağlantı için geliştirilen katmanlı model iki istek modelinde gösterildi, birinci tip [1, k] arasındaki herhangi bir sayıda slot bulunan tek biçimli bir model ve ikinci tip isteklerde ise, bağlantıların bant genişliği ihtiyacı ikinin katları halinde ifade edilebilir. Geliştirilen model hem statik hem de dinamik yönlendirme ve kanal atama durumlarında, ağdaki slotların belli bir andaki kullanım durumunu temsil etmek için kullanılabilir. Bir ağda gelen bağlantı istekleri belirli bir süre için önceden biliniyorsa, statik yönlendirme ve kanal atama yöntemleri kullanılabilir. Bu durumda ağda çok sayıda bağlantının kurulması için en uygun konfigürasyonu belirlemek için aynı anda tüm bağlantıları ele alabilen optimizasyon yöntemleri kullanılabilir. Ancak bu problem yapısı gereği NP-zor olduğu için tamsayı doğrusal programlama gibi yöntemler yerine sezgisel algoritmaların kullanılması tercih edilir. Bu tür sezgisel yöntemler ise bağlantıları belli bir kritere göre sıraya dizerek, teker teker kurulması prensibine dayanır. Bu durumda önerilen model ağ kaynaklarının kullanımını gösterebilmesi açısından yararlı olacaktır. Dinamik trafik durumunda ise, bağlantı isteklerinin ağa teker teker ve rastgele olarak geldiği varsayılır. Gelen bir bağlantı isteği için uygun yolun bulunması ve bu yol üzerindeki seçilen slot gruplarının rezerve edilmesi gerekmektedir. Bunu yaparken sadece ağın o anki durumuna bakılır. Bu nedenle ağ durumunu güncel tutan bir veri yapısı yönlendirme ve kanal atama algoritmalarını hızlandırabilir. Bu yeni modeli kullanarak, NP yönlendirme zorluğu olan genel yönlendirme ve spektrum ataması problemini çözmek için yeni etkili sezgisel algoritmalar tasarladık. Temel yaklaşım, farklı bant genişlikleri ile istenen adalet sağlamaya çalışarak genel engelleme olasılığını azaltmaktır. Adalet sorununu çözmek için iki yöntem önerdik: Birinci, Equal Opportunity Slot Assignment (EOSA) yönteminde, belirli slot numaralarından başlayan slot gruplarını tahsis etmeyi amaçlamaktadır. Bu sayede slot ataması mümkün olduğu kadar düzenli yapılır. Bir isteğin başlangıç slot numarası, kaç tane slot gerektirdiği dikkate alınarak belirlenir. Bu yöntemin asıl amacı, yüksek bant genişliği isteklerine, onları spektrumda düzgün bir şekilde yerleştirerek daha iyi atama olanakları sağlamaktır. Örneğin, biri 1 slotlı bant genişliğinde diğeri 7 slotlı iki bağlantı isteği, 16 slotlı bir blokta ilk 8 slotun parçası olarak yan yana yerleştirilebilir. Benzer şekilde, 2 ve 6 yarık, 3 ve 5 yarık, ... bağlantılar ayrıca 8 yarıkta toplanır. Daha yüksek bant genişliğine sahip bağlantı istekleri için 8 slot, böyle bir tamamlama gerekli değildir. Amaç, yüksek bant genişliği bağlantıları için engelleme olasılığını mümkün olduğunca azaltmaktır. İkinci yaklaşım olan, Nigh-Fairness Slot Ataması (NFSA), burada yine tüm spektrumu maksimum genişlikte slot gruplarına böldük. Temel fikir, her grubu iki eşit parçaya bölmektir; birinci kısım EOSA gibi davranır ve ikinci kısım seçilen herhangi bir algoritmayı izler. Simülasyonlarımızda First-Fit slot atamalarını kullanıyoruz. Bir istek geldiğinde, algoritma isteğin bant genişliğinin maksimum genişliğin yarısından daha küçük olup olmadığını kontrol eder ve bu durumda ilk uyan yöntemi kullanılır. Önerilen yöntemlerin her ikisi de, ağa gelen bağlantı taleplerinin slot numaralarının eşit şekilde dağıtıldığı varsayımına dayanmaktadır. Aslında, slot numaralarının dağılımı biliniyorsa, başlangıç slot numaralarına bağlı olarak farklı atamalar yapılabilir. Deneyler için farklı özelliklerde (Atamasında, ayrıt yoğunluğu) ağ topolojileri seçilmiştir. Bunlardan ikisi Kuzey Amerika topolojisi (NSFNet ve USNet), ikisi de Avrupa kıtası topolojisidir (COST239 ve COST266). Bu topolojiler, literatürde de benzeri çalışmalarda sıklıkla kullanılan fiziksel ağlardır. Deneylerde ağa gelen trafiğin, yani bağlantı isteklerinin Poisson dağılımına uygun olduğu varsayılarak, farklı yoğunluklarda bağlantı istekleri rastgele olarak üretilmiştir. Bağlantıların bant genişliği istekleri slot sayısı cinsinden 1 ile 16 arasında düzgün dağılmaktadır. Ağdaki tüm düğüm çiftleri arasında bağlantı isteği gelme olasılığı da eşittir. Bu seçilen trafik parametreleri, literatürdeki çalışmalar incelenerek ve en çok kullanılan parametreler gözönüne alınarak belirlenmiştir. Önerilen yöntemlerin performansını değerlendirmek için, EOSA ve NFSA'yı, farklı omurga topolojilerinde, karartma olasılığı durumunda en iyi performansa sahip First Fit slot atama yöntemiyle karşılaştırıyoruz. Farklı topolojiler için yapılan simülasyon sonuçları, ilk yöntemimizin, yüksek engelleme olasılığı olan kısmi adalet sorununu iyileştirdiğini, ancak ikinci yöntemimizin, engelleme olasılığını birinciden daha iyi geliştirdiğini göstermiştir. Genel olarak, yöntemlerimizin istenen adaleti sağladığını ve tüm ağın performansını engelleme olasılığı açısından dikkate değer bir şekilde iyileştirdiğini göstermektedir.

Özet (Çeviri)

In elastic optical networks, the optical spectrum is divided into very narrow bands (slots) and one or more consecutive slots can be used together, instead of thicker and fixed slots defined by the ITU-grid for WDM optical networks. Having the ability to create different bandwidth connections using only the required number of consecutive slots enables more efficient use of network resources. The most fundamental problem to be solved in elastic optical networks is to establish appropriate connections for new incoming traffic requests, known as routing and spectrum assignment problems. Under dynamic traffic conditions, the flexibility to use a different number of slots brings about a new problem called spectrum fragmentation that is not available in WDM networks. In dynamic traffic, over a period of time, the optical spectrum is divided into several free and separated slot groups of different sizes. This may result in blocking of connection requests even though there are free spaces in the spectrum. Another problem in elastic optical network is the fairness problem, which is due to high bandwidth requests are more likely to be blocked compared to low bandwidth requests. The main aim in thesis is to examine the problem of routing and spectrum assignment in the elastic optical networks under dynamic traffic and develop new methods for solving the problem. For this purpose, a new graphical model will be developed to model the dynamic behavior of the elastic optical network for spectrum utilization. This model simplifies the visualization of the current state of the network in a graphical form and an appropriate data structure in the memory. The basic concepts of the model are first shown for a single link, then the same idea is used to generalize the model to represent the entire network topology. The use of this model in the routing and spectrum assignment is explained by the update procedures in the structure after the addition or removal of a link. This new model can reduce the time complexity of routing and spectrum assignment methods by providing a data structure that captures the current spectrum of network links. Using this new model, we designed new effective heuristic algorithms to solve the problem of general routing and spectrum assignment, which proved to be NP-hard. The basic approach is to reduce the probability of general blocking by trying achieve desired fairness with different bandwidth. To solve the fairness problem, we proposed two methods: In Equal Opportunity Slot Assignment (EOSA), we set the slots that are determined by the number of slots needed, and the location of the slot will begin with respect to the predefined sections of whole grid. In the second approach, Nigh-Fairness Slot Assignment (NFSA), this idea has been developed using two different slot assignment methods. In general, the complexity of the problems prevents the optimal resolution of these except for very small samples. To evaluate the performance of the proposed methods, we compare EOSA and NFSA with First Fit slot assignment method, which has the best performance in case of blacking probability, on different backbone topologies. The result of comparison shows that our methods achieve desired fairness and improves the performance of the entire network in terms of blocking probability remarkably.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    66582

    Örme kumaş konfeksiyon işletmelerinde karşılaşılan kalite problemleri ve çözüm önerileri

    Summary quality problems and solutions of knitted fabric clothing companbes

    GÖKHAN OĞUZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. FATMA KALAOĞLU

  2. Tez No

    495922

    Customer order scheduling on two identical parallel machines with job setup times

    Kurulum süreli iki özdeş paralel makinada müşteri siparişi çizelgelemesi

    NİHAN ÇAĞLAYAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Endüstri ve Endüstri MühendisliğiÇankaya Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FERDA CAN ÇETİNKAYA

    YRD. DOÇ. ABDÜL KADİR GÖRÜR

  3. Tez No

    862643

    Long term competitive advantage effect on company value with fuzzy logic and machine learning applications

    Bulanık mantık ve makine öğrenmesi uygulamaları ile uzun vadeli rekabet avantajının şirket değeri üzerine etkisi

    ZEKERİYA BİLDİK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    İşletmeİstanbul Teknik Üniversitesi

    İşletme Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. KAYA TOKMAKÇIOĞLU

  4. Tez No

    476661

    Milimetrik dalga ağlarda çoklu kullanıcılara iletimlerde adil hüzme tahsisi ve ölçeklenebilir video kodlamali video çoğa gönderimlerde deneyim kalitesi temelli hüzme planlaması

    Fair beam allocation in millimeter-wave multiuser transmission and quality of experience based beam scheduling for svc video multicast to multiple groups in millimeter-wave networks

    FIRAT KARABABA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTobb Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TOLGA GİRİCİ

  5. Tez No

    736597

    Effect of lignin, extractive matter, holocellulose, and alpha cellulose of biomass on calorific value

    Biyokütlenin içeriğindeki lignin, ekstraktif madde, holoselüloz ve alfa selülozun kalorifik değer üzerindeki etkisi

    ÖZLEM ECEM KAYNAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SERDAR YAMAN

Geri Dön