Abstract

Network technologies are continuously advancing and attracting ever-growing interests from the industry and society. Network users expect better experience and performance every day. Consequently, network operators need to improve the quality of their services. One way to achieve this goal entails over-provisioning the network resources, which is not economically efficient as it imposes unnecessary costs. Another way is to employ Traffic Engineering (TE) solutions to optimally utilize the current underlying resources by managing traffic distribution in the network. In this thesis, we consider packet-switched Networks (PSN), which allows messages to be split across multiple packets as in today’s Internet. Traffic engineering in PSN is a well-known topic yet current solutions fail to make efficient utilization of the network resources. The goal of the TE process is to compute a traffic distribution in the network that optimizes a given objective function while satisfying the network capacity constraints (e.g., do not overflow the link capacity with an excessive amount of traffic). A critical aspect of TE tools is the ability to capture the impact of routing a certain amount of traffic through a certain link, also referred as the link criticality function. Today’s TE tools rely on simplistic link criticality functions that are inaccurate in capturing the network-wide performance of the computed traffic distribution. A good link criticality function allows the TE tools to distribute the traffic in a way that it achieves close-to-optimal network performance, e.g., in terms of packet loss and possibly packet latencies. In this thesis, we embark upon the study of link criticality functions and introduce four different criticality functions called: 1) LeakyCap, 2) LeakyReLU, 3) SoftCap, and 4) Softplus. We compare and evaluate these four functions with the traditional link criticality function defined by Fortz and Thorup, which aims at capturing the performance degradation of a link given its utilization. To assess the proposed link criticality functions, we designed 57 network scenarios and showed how the link criticality functions affect network performance in terms of packet loss. We used different topologies and considered both constant and bursty types of traffic. Based on our results, the most reliable and effective link criticality function for determining traffic distribution rates is Softplus. Softplus outperformed Fortz function in 79% of experiments and was comparable in the remaining 21% of the cases. Nätverksteknik är ett område under snabb utveckling som röner ett stort och växande intresse från såväl industri som samhälle. Användare av nätverkskommunikation förväntar sig ständigt ökande prestanda och därför behöver nätverksoperatörerna förbättra sina tjänster i motsvarande grad. Ett sätt att möta användarnas ökade krav är att överdimensionera nätverksresurserna, vilket dock leder till onödigt höga kostnader. Ett annat sätt är att använda sig av trafikstyrninglösningar med målet att utnyttjade tillgängliga resurserna så bra som möjligt. I denna avhandling undersöker vi paketswitchade nätverk (PSN) i vilka meddelanden kan delas upp i multipla paket, vilket är den rådande paradigmen för dagens Internet. Ä ven om trafikstyrning (TS) för PSN är ett välkänt ämne så finns det utrymme för förbättringar relativt de lösningar som är kända idag. Målet för TS-processen är att beräkna en trafikfördelning i nätverket som optimerar en given målfunktion, samtidigt som nätverkets kapacitetsbegränsningar inte överskrids. En kritisk aspekt hos TS-verktygen är förmågan att fånga påverkan av att sända en viss mängd trafik genom en specifik länk, vilket vi kallar länkkritikalitetsfunktionen. Dagens TS verktyg använder sig av förenklade länkkritikalitetsfunktioner som inte väl nog beskriver trafikfördelningens påverkan på hela nätverkets prestanda. En bra länkkritikalitetsfunktion möjliggör för TS-verktygen att fördela trafiken på ett sätt som närmar sig optimal nätverksprestanda, till exempel beskrivet som låg paketförlust och låg paketlatens. I denna avhandling undersöker vi länkkritikalitetsfunktioner och föreslår fyra olika funktioner som vi kallar 1) LeakyCap, 2) LeakyReLU, 3) SoftCap, och 4) Softplus. Vi jämför och utvärderar dessa fyra funktioner och inkluderar även klassiska länkkritikalitetsfunktioner som Fortz och Thorup, vilka avser fånga prestandadegraderingen av en länk över graden av utnyttjande.Vi har undersökt 57 olika nätverksscenarier för att bestämma hur de olika länk kritikalitets funktionerna påverkar nätverksprestanda i form av paketförlust. Olika topologier har använts och vi har studerat såväl konstant som stötvis flödande trafik. Enligt våra resultat är Softplus den mest tillförlitliga och effektiva länkkritikalitetsfunktionen för att fördela trafiken i ett nätverk. Softplus presterade bättre än Fortz i 79% av våra tester, och var jämförbar i övriga 21%.