Burst switched optical networks supporting legacy and future service types

Focusing on the principles and the paradigm of OBS an overview addressing expectable performance and application issues is presented. Proposals on OBS were published over a decade and the presented techniques spread into many directions. The paper comprises discussions of several challenges that OBS meets, in order to compile the big picture. The OBS principle is presented unrestricted to individual proposals and trends. Merits are openly discussed, considering basic teletraffic theory and common traffic characterisation. A more generic OBS paradigm than usual is impartially discussed and found capable to overcome shortcomings of recent proposals. In conclusion, an OBS that offers different connection types may support most client demands within a sole optical network layer

Towards all-optical label switching nodes with multicast

Fiber optics has developed so rapidly during the last decades that it has be- come the backbone of our communication systems. Evolved from initially static single-channel point-to-point links, the current advanced optical backbone net- work consists mostly of wavelength-division multiplexed (WDM) networks with optical add/drop multiplexing nodes and optical cross-connects that can switch data in the optical domain. However, the commercially implemented optical net- work nodes are still performing optical circuit switching using wavelength routing. The dedicated use of wavelength and infrequent recon¯guration result in relatively poor bandwidth utilization. The success of electronic packet switching has inspired researchers to improve the °exibility, e±ciency, granularity and network utiliza- tion of optical networks by introducing optical packet switching using short, local optical labels for forwarding decision making at intermediate optical core network nodes, a technique that is referred to as optical label switching (OLS). Various research demonstrations on OLS systems have been reported with transparent optical packet payload forwarding based on electronic packet label processing, taking advantage of the mature technologies of electronic logical cir- cuitry. This approach requires optic-electronic-optic (OEO) conversion of the op- tical labels, a costly and power consuming procedure particularly for high-speed labels. As optical packet payload bit rate increases from gigabit per second (Gb/s) to terabit per second (Tb/s) or higher, the increased speed of the optical labels will eventually face the electronic bottleneck, so that the OEO conversion and the electronic label processing will be no longer e±cient. OLS with label processing in the optical domain, namely, all-optical label switching (AOLS), will become necessary. Di®erent AOLS techniques have been proposed in the last ¯ve years. In this thesis, AOLS node architectures based on optical time-serial label processing are presented for WDM optical packets. The unicast node architecture, where each optical packet is to be sent to only one output port of the node, has been in- vestigated and partially demonstrated in the EU IST-LASAGNE project. This thesis contributes to the multicast aspects of the AOLS nodes, where the optical packets can be forwarded to multiple or all output ports of a node. Multicast capable AOLS nodes are becoming increasingly interesting due to the exponen- tial growth of the emerging multicast Internet and modern data services such as video streaming, high de¯nition TV, multi-party online games, and enterprise ap- plications such as video conferencing and optical storage area networks. Current electronic routers implement multicast in the Internet protocol (IP) layer, which requires not only the OEO conversion of the optical packets, but also exhaus- tive routing table lookup of the globally unique IP addresses. Despite that, there has been no extensive studies on AOLS multicast nodes, technologies and tra±c performance, apart from a few proof-of-principle experimental demonstrations. In this thesis, three aspects of the multicast capable AOLS nodes are addressed: 1. Logical design of the AOLS multicast node architectures, as well as func- tional subsystems and interconnections, based on state-of-the-art literature research of the ¯eld and the subject. 2. Computer simulations of the tra±c performance of di®erent AOLS unicast and multicast node architectures, using a custom-developed AOLS simulator AOLSim. 3. Experimental demonstrations in laboratory and computer simulations using the commercially available simulator VPItransmissionMakerTM, to evaluate the physical layer performance of the required all-optical multicast technolo- gies. A few selected multi-wavelength conversion (MWC) techniques are particularly looked into. MWC is an essential subsystem of the AOLS node for realizing optical packet multicast by making multiple copies of the optical packet all-optically onto di®er- ent wavelengths channels. In this thesis, theMWC techniques based on cross-phase modulation and four-wave mixing are extensively investigated. The former tech- nique o®ers more wavelength °exibility and good conversion e±ciency, but it is only applicable to intensity modulated signals. The latter technique, on the other hand, o®ers strict transparency in data rate and modulation format, but its work- ing wavelengths are limited by the device or component used, and the conversion e±ciency is considerably lower. The proposals and results presented in this thesis show feasibility of all-optical packet switching and multicasting at line speed without any OEO conversion and electronic processing. The scalability and the costly optical components of the AOLS nodes have been so far two of the major obstacles for commercialization of the AOLS concept. This thesis also introduced a novel, scalable optical labeling concept and a label processing scheme for the AOLS multicast nodes. The pro- posed scheme makes use of the spatial positions of each label bit instead of the total absolute value of all the label bits. Thus for an n-bit label, the complexity of the label processor is determined by n instead of 2n

Telecommunications Networks

This book guides readers through the basics of rapidly emerging networks to more advanced concepts and future expectations of Telecommunications Networks. It identifies and examines the most pressing research issues in Telecommunications and it contains chapters written by leading researchers, academics and industry professionals. Telecommunications Networks - Current Status and Future Trends covers surveys of recent publications that investigate key areas of interest such as: IMS, eTOM, 3G/4G, optimization problems, modeling, simulation, quality of service, etc. This book, that is suitable for both PhD and master students, is organized into six sections: New Generation Networks, Quality of Services, Sensor Networks, Telecommunications, Traffic Engineering and Routing

Estudio y evaluación del desempeño de TCP sobre redes de conmutación óptica de ráfagas (OBS, Optical burst switching) mediante un prototipo basado en simulación

El entorno dinámico en el cual el tráfico de datos es el principal protagonista, ha conducido a un crecimiento sustancial en la demanda de ancho de banda en los últimos años, y el paso del dominio de la voz al dominio de los datos hace que el costo de red de las tecnologías actuales, no soporten el crecimiento esperado de forma rentable, por lo tanto, es evidente una evolución de las redes de datos que permita satisfacer, al costo beneficio deseado, las necesidades actuales y futuras de los usuarios que cada día requieren mayores capacidades y esperan un menor precio. Es así que, el reto principal que deben afrontar los operadores de telecomunicaciones se centra en un aumento acelerado de las capacidades a transportar sobre sus redes y un crecimiento moderado de sus ingresos; tal escenario implica obviamente, cambios tecnológicos para proveer una plataforma de red multi-servicios que permita la adaptación de distintos formatos de datos, el soporte de altas tasas de transmisión, y una provisión flexible de anchos de banda, que se consideran factores clave para el Internet de próxima generación. Ante esta realidad, la tecnología óptica ha permitido a través del desarrollo de DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) incrementar significativamente el ancho de banda de las trasmisiones por fibra óptica alcanzando velocidades de hasta decenas de Terabits/seg en el nivel de transporte; sin embargo la conmutación de paquetes utilizada en Internet por los equipos de internetworking, efectúan su procesamiento de forma electrónica (donde es necesaria la conversión opto-eléctrica y electro-óptica), lo cual constituye un cuello de botella con relación a las altas velocidades de transmisión alcanzadas en el nivel óptico, en especial con DWDM que sigue en desarrollo con tendencia a alcanzar cada vez mayores velocidades al multiplexar más canales por hilo de fibra óptica; esta tecnología se puede considerar como la base para el transporte de información que se encuentra en su etapa de evolución hacia las denominadas redes todo ópticas, dando lugar a la aparición de técnicas de conmutación óptica como: conmutación óptica de circuitos (OCS, Optical Circuit Switching), conmutación óptica de paquetes (OPS, Optical Packet Switching) y conmutación óptica de ráfagas (OBS, Optical Burst Switching). La tecnología OBS se considera una técnica de conmutación óptica de tercera generación dentro de la escala evolutiva del networking óptico, visualizada como un paradigma prometedor para el Internet Óptico de nueva generación, que podría ser adoptado para el transporte de información en el nivel de core, con el fin de minimizar el procesamiento electrónico para superar el cuello de botella de los enrutadores actuales, y a su vez enrutar y conmutar a nivel completamente óptico grandes volúmenes de información ensamblados en ráfagas. Esta tecnología se encuentra actualmente en estado de desarrollo e investigación y al respecto se han efectuado una serie de estudios que han conducido a la definición de modelos matemáticos, esquemas de señalización, algoritmos de planificación y técnicas de resolución de contenciones validados mediante simulaciones por computador, con el fin de evaluar el desempeño de este tipo de redes y su adaptabilidad al tráfico con naturaleza a ráfagas de Internet, encontrándose resultados interesantes así como también ciertas restricciones especialmente en cuanto al tema de contenciones, debido a la limitación del buffering óptico propio de la inmadurez de la tecnología fotónica actual. Por otro lado, varios estudios han mostrado que aproximadamente el 90% de las aplicaciones en Internet utilizan TCP, por lo cual se lo puede considerar como, el mayor referente del volumen de tráfico que cursa a través del Internet y que se prevé continuará siendo el protocolo de transporte dominante. Por lo tanto, se considera importante evaluar su desempeño en redes que puedan emplear a futuro la tecnología de conmutación óptica de ráfagas, donde a simple vista es necesario evaluar el impacto de la agregación de paquetes en ráfagas y el efecto de la limitación de almacenamiento temporal (buffering) óptico en los nodos de core, sobre el desempeño de TCP, ya que actualmente no existe un equivalente óptico a la memoria RAM electrónica, indispensable para la conmutación de paquetes utilizada en las redes de datos existentes. En este contexto, se evalúa el desempeño del protocolo TCP sobre un modelo de red OBS mediante el simulador de redes ns-2 (network simulator 2), utilizando las variantes más comunes basadas en pérdidas de este protocolo, tales como TCP Reno, Newreno y SACK; y se contrastan los resultados con los modelos analíticos basados en los procesos regenerativos y teoría de renovación de Markov, propuestos en la litertura. La realización de este proyecto de tesis se justifica técnicamente porque pretende efectuar un estudio moderado de la tecnología OBS para redes ópticas de nueva generación que se encuentran en desarrollo e investigación, complementado el fundamento teórico con un componente práctico que consiste en la implementación de un prototipo basado en simulación, que permitirá ampliar la comprensión de esta tecnología y modelar un determinado sistema a fin de obtener una aproximación lo más cercana a la realidad

End-to-end quality of service provisioning in multilayer and multidomain environments

Tesis doctoral inédita. Universidad Autónoma de Madrid, Escuela Politécnica Superior, marzo de 200