Multi-repairmen problem for disaster recovery of optical networks

Survivability of optical networks is a growing concern because of strong reliance on the internet to accomplish our daily activities. This high reliance makes telecommunication infrastructure vital to our daily life. Accordingly, when large network failures occur due to a disaster, the whole community (network operator and end users) incur grave consequences. Hence, the quest of telecommunication infrastructures recovery after a disaster is indispensable. Even though some research focus on how to avoid such large scale failures, sometimes it is inevitable and fast recovery is required. In this study, we investigate the problem of multi-repairmen scheduling and assignment for disaster recovery of optical networks. Given a set of repairmen to repair a set of failures in the network in the aftermath of a disaster, the goal is to allocate each repairman to a set of failures in an intelligent manner such that we maximize recovered capacity as soon as possible for each recovery schedule thereby recovering more capacity as early as possible. We address the problem by proposing a Multi-Repairmen Disaster Recovery Algorithm (MRDRA) that provides intelligent recovery schedule for a given set of failures and repairmen. Finally, we present numerical results that show the potential merits of our study by considering a 24-node US nation-wide topology and an 11-node COST239 European topology. Numerical results show that our approach can recover more capacity compared to classical scheduling significantly.

Optik ağların afet sonrası onarımı için çoklu tamirci problemi

Günlük aktivitelerimizi sağlamak için internete olan bağlılığımız her geçen gün artmakta ve internetin omurgasını oluşturan optik ağların dayanıklılığı da bu nedenle büyüyen bir endişeye dönüşmektedir. Bu nedenle, afet kaynaklı geniş çaplı ağ arızaları oluştuğunda, toplum (ağ operatörleri ve son kullanıcılar) ağır sonuçlarla karşı karşıya kalmaktadırlar. Bundan dolayı afet sonrası haberleşme altyapısının ivedilikle onarılması için arayışlar kaçınılmazdır. Her ne kadar bazı araştırmalar geniş çaplı afetlerden optik bağlantıları sakınma üzerine odaklanmış olsa da bazen arızaların oluşması kaçınılmazdır ve servislerin çalışabilir hale gelmesi için hızlı bir onarma gereklidir. Bu çalışmada afet sonrası onarım için çoklu tamirci zamanlaması ve ataması problemi incelenmiştir. Afet sonrası oluşan bir arızalar kümesi ve ağ tamiri üzerine uzmanlaşmış bir tamirci kümesi verildiği düşünüldüğünde, bu çalışmanın amacı her bir tamirciyi arızalara uygun bir şekilde atamaktır. Öyle ki onarım sürecinde mümkün olan en kısa sürede mümkün olan en büyük miktardaki kapasite onarılmış olsun. Bu problemin çözümü için, verilen bir arızalar ve tamirciler kümesi için akıllı bir şekilde kurtarma planı oluşturan bir Çoklu Tamirci Afet Onarma Algoritması önerdik. Çalışmanın sonunda önerilen algoritmanın potansiyel faydaları, 24 düğümlü ABD ulusal ağı ve 11 düğümlü COST239 Avrupa ağı topolojileri için elde edilen sayısal sonuçlarla gösterildi. Sayısal sonuçlar, geliştirilen algoritmanın klasik onarım yaklaşımları ile kıyaslandağında daha kısa sürede daha çok kapasite onardığını göstermiştir.

PDF

___

M. Kobayashi, «Experience of Infrastructure Damage Caused by the Great East Japan Earthquake and Countermeasures against Future Disasters,» IEEE Commun. Mag, cilt 52, no. 3, pp. 23-29, 2014.

D. L. Msongaleli, F. Dikbiyik, M. Zukerman ve B. Mukherjee, «Disaster-Aware Submarine Fiber-Optic Cable Deployment for Mesh Networks,» IEEE/OSA J. Lightwave Tech., cilt 34, no. 18, pp. 4293-4303, 2016.

mi2g, [Çevrimiçi]. Available: http://www.mi2g.com/cgi/mi2g/frameset.php?pageid= http%3Awww.mi2g.com/cgi/mi2g/press/220705.php. [Erişildi: 2016].

Information Week,, [Çevrimiçi]. Available: http://www.informationweek.com/it-downtime-costs265-billion-inlost-revenue/d/d-id/1097919?. [Erişildi: 2016].

J. P. G. Sterbenz ve R. J. P., «Predicting topology survivability using path diversity,» %1 içinde IEEE RNDM, Budapest/Hungary, 2011.

M. F. Habib, M. Tornatore, F. Dikbiyik ve B. Mukherjee, «Disaster Survivability in Optical Communication Networks,» Computer Communications, cilt 36, no. 6, pp. 630-644, 2013.

D. P. Juniora ve M. C. Penna, «A new algorithm for dimensioning resilient optical networks for sharedmesh protection against multiple link failures,» Optical Switching and Netw., cilt 13, pp. 158-172, 2014.

Y. Xuan, Y. Shen, N. P. Nguyen ve M. T. Thai, «Efficient Multi-Link Failure Localization Schemes in All-Optical Networks,» IEEE Trans. Commun., cilt 61, no. 3, pp. 1144-1151, 2013.

M. Khair, J. Zheng ve H. T. Mouftah, «Distributed Multi-Failure Localization Protocol for All-Optical Networks,» %1 içinde IEEE ONDM, Braunschweig, Germany, 2009.

H. Yan, R. Wang, Q. Mao ve D. Wu, «A fast multi-fault localization mechanism for multi-domain all-optical networks,» %1 içinde Adv. Comp.Theory and Eng. (ICACTE), Chengdu, China, 2010.

K. T. Morrison, «Rapidly recovering from the catastrophic loss of a major telecommunications office,» IEEE Commun. Mag, cilt 49, no. 1, pp. 28-35, 2011.

J. Wang, C. Qiao ve H. Yu, «On progressive network recovery after a major disruption,» %1 içinde IEEE INFOCOM, Shanghai, China, 2011.

K. A. Sabeh, M. Tornatore ve F. Dikbiyik, «Progressive network recovery in optical core networks,» %1 içinde IEEE RNDM, Munich, Germany, 2015.

H. Yu ve C. Yang, «Partial network recovery to maximize traffic demand,» IEEE Comm. Lett., cilt 15, no. 12, pp. 1388-1390, 2011.

C. Ma, J. Zhang, Y. Zhao, M. Habib, S. S. Savas ve B. Mukherjee, «Traveling repairman problem for optical network recovery to restorevirtual networks after a disaster [invited],» IEEE J. Opt. Commun. Netw, cilt 7, no. 11, pp. 81-92, 2015.

C. Ma, J. Zhang, Y. Zhao ve M. F. Habib, «Scheme for optical network recovery schedule to restore virtual networks after a disaster,» %1 içinde IEEE/OSA OFC, Los Angeles, CA, USA, 2015.

R. Andonov ve S. Rajopadhye, «Knapsack on VLSI: From algorithm to optimal circuit,» IEEE Trans. on Parallel and Distributed Systems, cilt 8, no. 6, pp. 545- 561, 1997.

L. Ken-Li, D. Guang-Ming ve L. Qing-Hua, «A genetic algorithm for the unbounded knapsack problem,» %1 içinde Int. Conf. in Machine Learning and Cybernetics, Xi'an, China, 2003.

M. Yanjun, L. Jiandong, L. Qin ve C. Rui, «Group Based Interference Alignment,» IEEE. Commun. Lett., cilt 15, no. 4, pp. 383-385, 2011.

X.Wang, X. Jiang ve A. Pattavina, «Assessing Network Vulnerability Under Probabilistic Region Failure Model,» %1 içinde IEEE HPSR, Cartagena, Spain, 2011.

K. Kumar ve A. K. Garg, «A survey on protection and restoration methods in Optical Networks,» Int. J. of Enhanced Research in Science Tech. and Eng., cilt 3, no. 5, pp. 84-89, 2014.