ExpectAll: A BDD Based Approach to Failure Resilience in Elastic Optical Networks
Authors
Hyldgaard, Frederik Max Wiggers ; Hebsgaard, Rasmus ; Hansen, Martin Pinholt ; Bruhns, Gustav Sneholm
Term
4. term
Education
Publication year
2024
Pages
16
Abstract
As demand for bandwidth and reliable service grows, building fast and resilient networks has become a key research challenge. In elastic optical networks, the optical spectrum can be allocated in a fine-grained way across traffic, which gives rise to the Routing and Spectrum Allocation (RSA) problem: choosing paths and assigning frequency slots without conflicts. State-of-the-art methods that find optimal RSA solutions are often too slow for real-time use, while faster approaches cannot guarantee optimal resource use. In addition, classical failover techniques do not translate directly to optical networks, and many optical approaches rely on reserving extra spectrum to recover quickly. We introduce ExpectAll, a tool based on binary decision diagrams (BDDs) that provides resilience to multiple simultaneous link failures without over-reserving spectrum. The method efficiently solves RSA instances and enables optimal failovers for any scenario involving up to k link failures. ExpectAll surpasses current methods both in the speed of finding a single optimal solution when a failure occurs and in the preparation time needed to compute enough solutions to withstand even large k-link failures. Because ExpectAll can compute and represent all potential solutions, network operators can select those that best meet their specific requirements.
Efterspørgslen efter højere båndbredde og stabil drift gør hurtige, robuste netværk til et centralt forskningsområde. I elastiske optiske netværk kan man fordele det optiske frekvensspektrum mere finmasket mellem datatrafik, hvilket giver opgaven rute- og spektrumallokering (Routing and Spectrum Allocation, RSA): at vælge ruter og tildele frekvenspladser uden konflikter. De bedste metoder til at finde optimale RSA-løsninger er ofte for langsomme til brug i realtid, mens hurtigere metoder ikke kan garantere optimal udnyttelse af ressourcerne. Samtidig kan klassiske metoder til fejlhåndtering ikke direkte overføres til optiske net, og eksisterende optiske metoder bygger ofte på at overreservere spektrum for at muliggøre hurtig genopretning. Vi præsenterer derfor ExpectAll, et værktøj baseret på binære beslutningsdiagrammer (BDD’er), der sikrer robusthed over for fejl i flere forbindelser uden at overreservere spektrum. Metoden beregner effektivt løsninger på RSA-problemet og muliggør optimale omlægninger ved alle fejlscenarier med op til k samtidige linkfejl. ExpectAll overgår gængse metoder både i hastigheden for at finde én optimal løsning under en fejl og i forberedelsestiden til at beregne tilstrækkelige løsninger, så netværket kan modstå selv store k-link-fejl. Derudover kan ExpectAll beregne og repræsentere alle mulige løsninger, så netoperatører kan vælge dem, der bedst opfylder deres specifikke krav.
[This apstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]
Keywords
BDD ; Optiske Netværk ; Elastiske Optiske Netværk ; RSA ; RWA ; RMSA