wykład michał pióro (profesor) andrzej mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

20
Michał Pióro OPTYMALIZACJA SIECI TELEKOMUNIKACYJNYCH Michał Pióro Instytut Telekomunikacji Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechnika Warszawska semestr letni 2003/2004

Upload: cleantha-thanos

Post on 31-Dec-2015

33 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

OPTYMALIZACJA S IE CI TELEKOMUNIKACYJNYCH Michał Pióro Instytut Telekomunikacji Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechnika Warszawska semestr letni 2003/2004. Wykład Michał Pióro (profesor) Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne) Andrzej Mysłek - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

OPTYMALIZACJA SIECI TELEKOMUNIKACYJNYCH

Michał Pióro

Instytut Telekomunikacji Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

Politechnika Warszawska

semestr letni 2003/2004

Page 2: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

Wykład Michał Pióro (profesor) Andrzej Mysłek (prawie doktor)

Ćwiczenia (audytoryjne) Andrzej Mysłek ruszają w tygodniu nr 4 - 2 godziny tygodniowo

Projekt Mateusz Dzida (doktorant PW) Michał Zagożdżon (doktorant PW) rusza w tygodniu nr 6 - 2 godziny tygodniowo

Page 3: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

Literatura podstawowa

M. Pióro and D. Medhi

Routing, Flow and Capacity Design in Communication and Computer Networks

Morgan Kaufmann Publishers (Elsevier), April 2004ISBN 0125571895

www.mkp.com ($54.95 – 20% off)

Page 4: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

Warszawa

10

9

6

54

7

12

2

8

11

13

Sieć szkieletowa (core/backbone network)- IP/OSPF- MPLS- IDN- SDH- WDM

Page 5: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

Uncapacitated flow allocation problem

indices d=1,2,…,D demands p=1,2,…,Pd paths for flows realising demand d e=1,2,…,E links

constants hd volume of demand d

e unit (marginal) cost of link e

edp = 1 if e belongs to path p realising demand d, 0 otherwise

Page 6: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

Uncapacitated flow allocation problem – LP formulation

variables xdp flow realizing demand d on path p

ye capacity of link e

objective minimize F = e eye

constraints

p xdp = hd d=1,2,…,D

d p edpxdp ye e=1,2,…,E all variables are continuous non-negative

Page 7: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

Simple flow problem

given: capacities hd of all Layer 2 link d

- to be realised by means of flows in Layer 1

Layer 1:equipment

Layer 2:demand

link e with marginal cost ce and capacity ye

demand d with given volume hd

flow xd2 j xdj = hd demand d must be realised

flow through link e cannot exceed its capacity

flow xd1 nodes appearing only in Layer 1

Page 8: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

3 = 1

5 = 1

4 = 1

Example - a solution

equipment

demands

cost of the network: C(y) = e eye = 85this is not an optimal solution - why?

flow x11 = 15

h1 = 15

h3 = 20

h2 = 10

1 = 22 = 1

flow x21 = 5

flow x22 = 5

flow x31 = 5flow x32 = 15

x11 = 15 = h1 demand 1 is realised

x21 + x22 = 10 = h2 demand 2 is realised

x31 + x32 = 20 = h3 demand 3 is realised

x21 = 5 = y1 load and capacity of link 1

x11 + x22 = 20 = y2 load and capacity of link 2

x22 + x32 = 20 = y3 load and capacity of link 3

x11 + x32 = 30 = y4 load and capacity of link 4

x31 = 5 = y5 load and capacity of link 5

Page 9: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

3 = 1

5 = 1

4 = 1

Example - optimal solution

equipment

demand

cost of the network: F(y) = e eye = 70

flow x11 = 15

h1 = 15

h3 = 20

h2 = 10

1 = 22 = 1

flow x21 = z

flow x22 = 10 - z

flow x31 = 20flow x32 = 0

x11 = 15x21 = z , x22 = 10 - z ( 0 z 10 ) x31 = 20 , x32 = 0

y1 = zy2 = 25 - zy3 = 10 - zy4 = 15y5 = 20

The rule (SPAR): for each demand d realise the demanded volume hd

on its cheapest path(s)

Page 10: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

Uncapacitated flow allocation problem - MIP formulation

variables xdp flow realising demand d on path p

ye capacity of link e

objective minimize F = e eye

constraints

p xdp = hd d=1,2,…,D

d p edpxdp Mye e=1,2,…,E all flow variables variables are non-negative and all capacity

variables are non-negative integers

Page 11: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

Uncapacitated flow allocation problem - IP formulation

variables xdp flow realising demand d on path p

ye capacity of link e

objective minimise C = e eye

constraints

p xdp = hd d=1,2,…,D

d pedpxdp Mye e=1,2,…,E all variables are non-negative integers

Page 12: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

Capacitated flow allocation problem

indices d=1,2,…,D demands p=1,2,…,Pd paths for flows realising demand d e=1,2,…,E links

constants hd volume of demand d

ce capacity of link e

edp = 1 if e belongs to path p realising demand d, 0 otherwise

Page 13: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

Capacitated flow allocation problem – LP formulation

variables xdp flow realising demand d on path p

constraints p xdp = hd d=1,2,…,D

d p edpxdp ce e=1,2,…,E flow variables are continuous, non-negative

Page 14: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

Capacitated flow allocation problem - IP formulation

variables xdp flow realising demand d on path p

constraints p xdp = hd d=1,2,…,D

d p edpxdp ce e=1,2,…,E flow variables are non-negative integers

Page 15: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

Node-link formulation

indices d=1,2,…,D demands v,w=1,2,... ,V nodes

constants hd volume of demand d s(d), t(d) end-nodes of demand d A(v), B(v) sets of nodes “after” and “before” v cvw capacity of link (v,w)

so far we have been using link-path formulation

for directed graphs!

Page 16: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

Node-link formulation

variables xdvw 0 flow of demand d on link (v,w)

constraints

= hd if v = s(d)

wA(v) xdvw - wB(v) xdwv = 0 if x s(d),t(d)

= - hd if x = t(d)

v=1,2,...,V d=1,2,…,D

d xdvw cvw v,w=1,2,…,V (v,w) is a link (arc)

Page 17: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

Shortest Path Routing (IP/OSPF)

indices d=1,2,…,D demands p=1,2,…,Pd paths for flows realising demand d e=1,2,…,E links

constants hd volume of demand d

ce capacity of link e

edp = 1 if e belongs to path p realising demand d, 0 otherwise

Page 18: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

Shortest Path Routing (IP/OSPF)

variables we weight (metric) of link e, w = (w1,w2,...,wE)

xdp(w) flow induced by metric system w on path (d,p)

constraints p xdp(w) = hd d=1,2,…,D

d p edpxdp(w) ce e=1,2,…,E w W

Page 19: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

ECMP (Equal Cost Multi-Path) rule

Equal-split rule

ba

d

s

c e

t

Unfeasible paths

a

b

c

f

d

g

e

Page 20: Wykład Michał Pióro (profesor)  Andrzej Mysłek (prawie doktor) Ćwiczenia (audytoryjne)

Michał Pióro

Flow allocation - single path allocation (non-bifurcated flows)

variables udp binary flow variable corresponding to demand d and path p

constraints

p udp = 1 d=1,2,…,D

d hd p edpudj = ye e=1,2,…,E u:s are binary