Protection in space division multiplexing elastic optical networks

Orientador: Nelson Luis Saldanha da FonsecaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: A multiplexação por divisão espacial é uma solução promissora para que as redes ópticas elásticas possam lidar com o esgotamento esperado da capacidade das redes de único núcleo. A introdução da multiplexação por divisão espacial em redes ópticas traz novos desafios para proteção de redes, uma vez que um caminho de luz pode abranger uma alta capacidade e transmitir dados a diferentes taxas. Adicionalmente, a enorme quantidade de tráfego nestas redes provocam a necessidade de proteção contra falhas, uma vez que essas são relativamente frequentes; atualmente, a taxa de falha de um corte de fibra é uma a cada quatro dias. Muitos estudos sobre redes ópticas têm sido desenvolvidos e relatados na literatura. No entanto, apenas recentemente, o estudo de multiplexação espacial para redes ópticas elásticas tem sido considerado. Nesse contexto, embora algoritmos de roteamento e alocação de núcleo e espectro tenham sido propostos na literatura, poucos trabalhos consideram proteção. Além disso, o compartilhamento de recursos de backup não é considerado. Nesta tese, propõe-se soluções de proteção em redes ópticas elásticas com multiplexação espacial, visando a redução do bloqueio de requisições para estabelecimento de conexão, o melhoramento da utilização dos recursos em redes ópticas elásticas com multiplexação espacial, considerando diferentes cenários de carga e topologias. Para tal, o problema de proteção destas redes levará em consideração a utilização de caminhos de proteção, diferentes formatos de modulação, o uso de agregação de tráfego, o uso de sobreposição de espectro em caminhos de proteção, interferência mínima e roteamento multicaminho. Diversos algoritmos foram propostos e avaliados para prover 100% de proteção contra ocorrência de uma falha, bem como um algoritmo para proteção contra duas falhas simultâneas. Os resultados indicam que os algoritmos propostos produzem um melhor desempenho quando comparado ao desempenho dos algoritmos existentes na literaturaAbstract: Spatial division multiplexing is a promising solution proposed for elastic optical networks to cope with the expected depletion of the capacity of single core networks. The introduction of space division multiplexing in optical networks brings new challenges for network protection since a lightpath can span high capacity and transmit data at different rates. In addition, there is the great need for protection mechanisms against failure due to the high volume of traffic carried in these networks. Failure is quite frequent in operational optical networks, it is estimated that there is a failure every four hours. Several studies on optical networks have been carried out but, only recently, the study of spatial division multiplexing for elastic optical networks has been considered. In this context, although routing, spectrum, and core allocation algorithms have been proposed in the literature, only a few papers consider protection. In addition, sharing of backup resources is not considered. In this thesis, it is proposed to provide protection solutions in spatial division multiplexing elastic optical networks, for reducing the blocking of requests for connection establishment, as well as improving the use of resources, considering different load scenarios and topologies. For this, the protection problem of these networks will take into consideration the use of protection paths, different modulation formats, the use of traffic grooming, the use of spectrum overlap in protection paths, minimum interference and multipath routing. Several algorithms are proposed in this thesis to provide 100% protection against a single failure and one algorithm for two simultaneous failure. results indicate that these algorithms overperform existing onesDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutor em Ciência da Computação165446/2015-3CNPQCAPE