Performance of integrated network management architectures in next generation networks

Abstract

Neue Konzepte in der Realisierung und Entwicklung von Telekommunikationsdiensten zeigen, dass eine Industrialisierung in diesem Bereich begonnen hat.<br />Durch ein steigendes Qualitätsbewusstsein, spielen Dienstgütevereinbarungen, so genannte "Service Level Agreements (SLAs)", zwischen Geschäftspartnern in Zukunft eine zentrale Rolle. Wie in anderen Industriebereichen bereits üblich, entwickelt sich zunehmend auch im Telekommunikationsbereich eine globale Zulieferkette. Ziel dieser Arbeit ist es, ein Konzept für das integrierte Ende-zu-Ende Management heterogener Telekommunikationsnetze zu entwickeln. Basierend auf der ITU-T Spezifikation M.3400 werden die, ursprünglich für Leitungsvermittelte-Netze definierten, Leistungs-Management Funktionalitäten für Paket-orientierte Netze adaptiert.<br />Kernelement der entwickelten integrierten Management-Architektur ist eine Mehrzweck-Applikations Datenbank ("General Application Database"). Als zentraler Speicher von Management-Informationen bildet sie die Grundlage für Richtlinien-basiertes Netzmanagement ("Policy-based Management"). Die Speicherung der Informationen erfolgt nach dem Datenmodel ("Common Information Model") der Distributed Management Task Force, da deren auf XML-basierenden Konzepte auch Dienst-relevante Information abbilden.<br />Im zweiten Teil dieser Arbeit wird die Leistungsfähigkeit der entwickelten integrierten Management Architektur untersucht. Ziel ist es, die Schlüsselfaktoren, einer auf dem "Simple Network Management Protocol" basierenden Netzmanagement-Umgebung, zu identifizieren. Diese wurde um eine "MIB Cache" Infrastruktur erweitert, welche als SNMP Management Informations-Zwischenspeicher dient. Zentrale Applikation ist eine automatisierte Ressourcen-Optimierung, die mit Hilfe des Netzmanagements, MPLS/RSVP-TE Netzelemente kontrolliert. Unter Anwendung eines neuen Simulationsmodels, welches topologiespezifische MPLS Informationen in der Management Domäne abbildet, zeigt sich, dass die Einführung der Mehrzweck-Applikations Datenbank keinen negativen Einfluss auf die gesamte Leistungsfähigkeit des Managementsystems hat. Weiters ist eine deutliche Abhängigkeit der SNMP Leistungsfähigkeit von der Rechenleistung des Netzelements und der Verzögerungszeit der Managementanbindung zu erkennen. Durch Einsatz des in SNMP Version 2 unterstützten "Bulk" Features, welches die Anzahl der Abfragen deutlich reduziert, kann ebenfalls eine Leistungssteigerung erzielt werden.<br />Tatsächlich wird mit Hilfe der Zwischenspeicherungs-Architektur die Management Infrastruktur deutlich entlastet. Insgesamt betrachtet ist jedoch eine sorgfältige Planung und Dimensionierung des Managementnetzes in Hinblick auf die Anzahl der zu überwachenden Ressourcen und die zeitliche Auflösung notwendig, da die zu verarbeitende Informationsmenge von diesen Parametern stark abhängig ist. In diesem Zusammenhang müssen die Netzelemente mit steigenden Anforderungen an die Überwachungsmöglichkeiten auch mit einer stärkeren SNMP Verarbeitungsleistung, beziehungsweise effizienteren Mechanismen ausgestattet werden. Abschließend zeigte sich, dass im Rahmen der Ressourcenoptimierung auch eine Optimierung der Umsetzung notwendig ist, da in großen Netzen eine komplette Neukonfiguration sehr zeitintensiv ist.<br />

Summarizing the new concepts of service development and deployment, it could be seen that a trend towards service industrialization has been started. As quality expectations of customers and business partners rise, Service Level Agreements (SLAs) are playing the central part in future telecom business. Like in other industries, it is now time to think about a telecommunications services oriented, global supply chain. Aim of this thesis is to develop an overall concept for the integrated management of heterogeneous networks in an end-to-end perspective.<br />Basic idea is to enhance ITU-T's M.3400 circuit-switching performance management function blocks, so that they can be used for packet-switched networks. Key component within the proposed integrated management architecture is a XML-based "General Application Database (GADB)". Acting as management information repository it also enables policy-based management. Within this GADB all management-specific information is represented in DMTF's Common Information Model (CIM), as its concepts are also applicable to service-related information including SLAs and policies. Second part of this thesis is dedicated to the performance evaluation of the proposed integrated management architecture. Goal is to identify the key performance indicators of an SNMP enabled network management environment, enhanced with a "MIB Cache" infrastructure. Central application is a network management centric traffic engineering loop, optimizing a MPLS/RSVP-TE router-based network. Base for the performance evaluation is a novel simulation model, which maps topology specific MPLS information to the management domain. Main conclusion is that the GADB's introduction does not influence the management systems performance negatively. Furthermore, SNMP's performance largely depends on the network element's processing power and the management link's properties. By using SNMPv2's bulk feature the performance could be remarkable improved. In fact, simulation results show that for performance monitoring purposes a SNMP caching architecture yields remarkable performance gains. But on the bottom line a careful design in respect of resources to be monitored, and the monitoring frequency is required. With a rising demand on the performance information's accuracy, network elements will need to provide a higher SNMP processing power, or other efficient mechanisms for performance monitoring. Another issue that appeared during the investigations is that traffic engineering configuration operations need to be optimized, as especially path setup operations are very time consuming.