Iterative Resource Allocation Algorithm for EONs Based on a Linearized GN Model

Elastic optical networks (EONs) rely on efficient resource planning to meet future communication needs and avoid resource overprovisioning. Estimation of physical-layer impairments (PLIs) in EONs plays an important role in the network planning stage. Traditionally, the transmission reach (TR) and Gaussian noise (GN) models have been broadly employed in the estimation of the PLIs. However, the TR model cannot accurately estimate PLIs, whereas the GN model is incompatible with state of the art linear optimization solvers. In this paper, we propose a physical-layer estimation model based on the GN model, referred to as the conservative linearized Gaussian noise (CLGN) model. To address the routing, spectrum, and regeneration assignment problem accounting for PLIs, we introduce a link-based mixed integer linear programming formulation employing the CLGN, whose heavy computational burden is relieved by a heuristic approach referred to as the sequential iterative optimization algorithm. We show through simulation that network resources such as spectrum and regeneration nodes can be saved utilizing the CLGN model rather than the TR model. Our proposed heuristic algorithm speeds up the optimization process and provides better resource usage compared to state of the art algorithms on benchmark networks

AVANCES HACIA CONMUTACIÓN Y ENRUTAMIENTO COMPLETAMENTE ÓPTICOS EN REDES TIPO CORE

RESUMEN En la última década Internet ha tenido un crecimiento exponencial en el número de usuarios nuevos haciendo que las expectativas en cuanto a la calidad del servicio recibido sean evaluadas constantemente. Estas y otras exigencias constituyen la problemática principal que se relaciona con el comportamiento y desempeño en la infraestructura de las redes de acceso y tipo core definidas como soporte para las denominadas redes de próxima generación o NGN con orientación “todo IP”, es así como las propuestas en cuanto al soporte óptico desarrolladas hasta el momento, no aseguran que los resultados de su despliegue sean satisfactorios. Las redes ópticas surgen como una de las tecnologías más prometedoras para cubrir la demanda en cuanto a ancho de banda, capacidad de la red, calidad de servicio y desempeño. Lo anterior se soporta en el hecho del gran número de investigaciones que se están llevando a cabo por parte de Universidades, empresas y grupos alrededor del mundo respecto a las telecomunicaciones ópticas. OBS y OPS (conmutación óptica de ráfagas y de paquetes, respectivamente) son los avances con mayor relevancia en la actualidad prometiendo una red tipo core adaptable a los requerimientos de los servicios y a los cambios en la infraestructura de la red. Los avances más recientes en estas tecnologías aseguran un mejor aprovechamiento de la infraestructura óptica existente y por desplegar, asegurando procesos completamente ópticos (conmutación y enrutamiento) con retardos mínimos jamás alcanzados hasta ahora. PALABRAS CLAVES: Redes de Próxima Generación, Conmutación Óptica de Paquetes, Conmutación Óptica de Ráfagas, Calidad de Servicio y Dominio Óptico.  ANALYTICAL SUMMARY In the last decade Internet has experienced an explosive growth due to numbers of new users as well as their expectations to quality of receiving services. These changes are major problem in core networks and the technology used so far does not assure satisfying results. Optical networks have emerged as a promising technology to fulfill growing demands on networks capacity, Quality of Service and performance. Moreover, a wide variety of technologies of fiber communication and networking are focus of research in optical telecommunication domain. Optical Packet/ Burst Switching Network (OPS/OBS) is a promising technology to present and future core networks due to best network utilization and adaptability to changes in the network infrastructure (core network).  KEYWORDS: Next Generation Networks, Optical Packet and Burst Switching, Quality of Service and Optical domain

AVANCES HACIA CONMUTACIÓN Y ENRUTAMIENTO COMPLETAMENTE ÓPTICOS EN REDES TIPO CORE

RESUMEN En la última década Internet ha tenido un crecimiento exponencial en el número de usuarios nuevos haciendo que las expectativas en cuanto a la calidad del servicio recibido sean evaluadas constantemente. Estas y otras exigencias constituyen la problemática principal que se relaciona con el comportamiento y desempeño en la infraestructura de las redes de acceso y tipo core definidas como soporte para las denominadas redes de próxima generación o NGN con orientación “todo IP”, es así como las propuestas en cuanto al soporte óptico desarrolladas hasta el momento, no aseguran que los resultados de su despliegue sean satisfactorios. Las redes ópticas surgen como una de las tecnologías más prometedoras para cubrir la demanda en cuanto a ancho de banda, capacidad de la red, calidad de servicio y desempeño. Lo anterior se soporta en el hecho del gran número de investigaciones que se están llevando a cabo por parte de Universidades, empresas y grupos alrededor del mundo respecto a las telecomunicaciones ópticas. OBS y OPS (conmutación óptica de ráfagas y de paquetes, respectivamente) son los avances con mayor relevancia en la actualidad prometiendo una red tipo core adaptable a los requerimientos de los servicios y a los cambios en la infraestructura de la red. Los avances más recientes en estas tecnologías aseguran un mejor aprovechamiento de la infraestructura óptica existente y por desplegar, asegurando procesos completamente ópticos (conmutación y enrutamiento) con retardos mínimos jamás alcanzados hasta ahora. PALABRAS CLAVES: Redes de Próxima Generación, Conmutación Óptica de Paquetes, Conmutación Óptica de Ráfagas, Calidad de Servicio y Dominio Óptico.  ANALYTICAL SUMMARY In the last decade Internet has experienced an explosive growth due to numbers of new users as well as their expectations to quality of receiving services. These changes are major problem in core networks and the technology used so far does not assure satisfying results. Optical networks have emerged as a promising technology to fulfill growing demands on networks capacity, Quality of Service and performance. Moreover, a wide variety of technologies of fiber communication and networking are focus of research in optical telecommunication domain. Optical Packet/ Burst Switching Network (OPS/OBS) is a promising technology to present and future core networks due to best network utilization and adaptability to changes in the network infrastructure (core network).  KEYWORDS: Next Generation Networks, Optical Packet and Burst Switching, Quality of Service and Optical domain

Measuring and Testing of Integrated Fiber Optic Network

Import 05/08/2014Bakalářská práce se zabývá problematikou pasivních optických sítí. V teoretické části se zaměřuje na popis technologií Ethernet PON verze 2 a WDM-PON release 3, dále pak přehledem sítí nové generace s uvedeným popisem konkrétních zástupců. Praktická část se zabývá vytvořením speciální optické sítě, kdy komunikace bude probíhat jednom optickém vlákně. Následně ověřením funkčnosti těchto dvou různých technologií nasazených na jedno optické vlákno pomocí spektrální analýzy a zjištěním vzájemného vlivu využitých technologií pomocí testů RFC 2544 a ITU-T Y.1564. V druhé části se zabývá vytvořením integrované optické sítě v simulačním programu Optiwave Optisystem 12 a porovnáním reálných a simulovaných dat. V závěru bakalářská práce shrnuje vzájemný vliv technologií EPON2 a DWDM-PON integrovaných na jednom optickém vlákně.This thesis deals with the passive optical network problematic. The theoretical part focusses on the description of the Ethernet PON version 2 and WDM-PON release 3 technologies and furthermore, it presents a general view of the new generation networks with a description of their concrete agents. The practical part deals with the creation of a special optical network, when communication will be on a single fiber optic. Furthermore, it continues with verifying the functionality of both of those different technologies implemented on a single fiber optic by the mean of a spectral analysis and then, with detecting the mutual influence of the used technologies by the mean of RFC 2544 and ITU-T Y. 1564 tests. In its second part, the thesis deals with the creation of an integrated optical network in the Optiwave Optisystem 12 simulation program and with the comparison of real and simulated data. In its conclusion, this thesis summarizes the mutual influence of EPON2 and DWDM-PON technologies as integrated on a single fiber optic.440 - Katedra telekomunikační technikyvýborn

拡張性のある波長ルーティング光ネットワークにおけるルーティング及び波長割当て方式

The exponential growth of the bandwidth demand for data transmission capacity has made an optical network a promising candidate for the future core network architecture. A wavelength-routed optical network (WRON) has the potential to meet rising demands for high bandwidth and low latency communication. In conventional WRON, it is more difficult to manage optical carriers as the number of wavelengths increases. In addition, it is difficult to manage the entire network with full knowledge of network resources on single-domain scenarios. In order to make the conventional WRON more scalable and manageable, researches on optical carrier management for metro/regional networks and domain-level partitioning for large-scale optical networks are conducted. Accordingly, wavelength reusable multi-carrier-distributed (WRMD) network is able to simplify the optical carrier management by placing a multi-carrier light source (MCLS) in an MCLS node, as the communication light source device. In order to utilize network resources efficiently, a large network that is partitioned into several domains, called multi-domain network, can take place. In this thesis, RWA schemes in WRMD network and multi-domain network are introduced. In the WRMD network, a routing and wavelength assignment (RWA) scheme is considered. The RWA scheme in the WRMD network must take into account both optical carrier connections and requested lightpaths using the reuse of the optical carrier connections while minimizing the number of required wavelengths. There are two investigated cases, depending on the number of MCLS nodes: either one or multiple. First, the RWA problem is formulated as the integer linear programming (ILP) problem of obtaining the minimum number of required wavelengths to satisfy the given lightpath setup requests. For large-scale networks, the ILP approach is not practical solution times. A heuristic RWA scheme is then introduced to solve the RWA problem in practical times. In the multi-domain optical network, a survivable RWA scheme, which provides complete end-to-end primary and backup path pairs, is considered. In this thesis, the survivable lightpath provisioning scheme that allows traffic splitting to minimize the cumulative cost of a set of paths is introduced. This scheme employs an ILP formulation based on hierarchical path computation with full-mesh topology abstraction. There are two phases in the scheme. The first phase solves the ILP problem on an inter-domain topology and then feeds the results as intra-domain requests. The second phase solves the ILP problem in each related domain. Finally, all the intra-domain solutions are concatenated along routing sequences. Moreover, three different protection strategies, namely same domain sequence, link disjoint, and domain disjoint, are considered with varying degrees of primary and backup route separation. The performance of the RWA schemes in each network is evaluated in many points as well as many different network topologies. Therefore, the schemes can provide reference values to gauge the existing distributed heuristics and to further analysis.電気通信大学201

Optimised Radio over Fibre Links for Next Generation Radio Access Networks

This thesis was submitted for the award of Doctor of Philosophy and was awarded by Brunel University LondonOptical fibre has become the dominant theme of transmission in long haul, high data rate communication systems due to its tremendous bandwidth and low loss. Radio over Fibre (RoF) technology facilitates the seamless integration between wireless and optical communication systems and found to be the most promising solution to meet the exponential bandwidth demands expected for the upcoming years. However, the main bit-rate/distance limitation in RoF systems is the chromatic dispersion. In this thesis, the two generations of RoF technologies, namely Analogue RoF (ARoF) and Digital RoF (DRoF) are investigated. The overall aim of this research is to optimise the optical bandwidth utilisation of these two approaches for a typical transmission of the fronthaul link proposed in the next generation Centralised Radio Access Network (C-RAN). Consequently, a number of physical layer design scenarios for the optimised transmission of the Radio Frequency (RF) signals over a Standards Single Mode Fibre (SSMF) are demonstrated. Firstly, for an ARoF transmission, where the analogue RF signals are transported over SSMF using an optical carrier, a bidirectional link transmitting four Downlink/Uplink channels in a chromatic dispersion limited scenario is designed. Simulation results have shown a clear constellation diagram of a 2.5 Gb/s RF signal transmission over 120 km fibre length. Secondly, a DRoF system with reduced optical bandwidth occupancy is proposed. This system employs an optical Duobinary transmission to the digitised RF signal at the transmitter side to reduce its spectrum and to address the chromatic dispersion effect, simultaneously. Simulation results demonstrate the capability of the proposed system to maintain high-quality transmission of the digitised signals over 70 km of fibre distance without dispersion compensation requirements. Finally, an advanced DRoF transmission link based on integrating digital Optical Single Sideband (OSSB) transmission with Duobinary encoding scheme is designed. Simulation results have clearly verified system’s robustness against transmission impairments and have better performances in terms of the obtained BER and EVM with respect to the 3GPP standardised values. Moreover, the results show that both transmission distance and power budget are furtherly improved in comparison with two other digital transmission scenarios

ESTRATÉGIAS PARA O PLANEJAMENTO DE REDES ÓPTICAS DE TRANSPORTE

Este trabalho apresenta estratégias para planejamento de redes ópticas de transporte (OTN - Optical Transport Network), desde a alocação de equipamentos até o roteamento e atribuição de comprimentos onda aos canais ópticos. Busca-se criar abordagens realistas, aplicáveis às redes e aos equipamentos atuais, visando preencher a lacuna entre academia e industria nesse contexto. É considerada a viabilidade técnica das soluções do ponto de vista das características paramétricas dos equipamentos, visando criar projetos otimizados e de fato aplicáveis, embasados teoricamente, mas buscando seguir as recomendações da ITU (International Telecommunication Union). As estratégias desenvolvidas conseguem ser abrangentes mas mantem um baixo custo computacional, minimizando a quantidade de equipamentos necessários, e maximizando a disponibilidade da rede. É mostrado como o projeto pode ser feito de forma segmentada, onde partes do problema são tratadas em sequência, dando prioridade para características técnicas ou custo, conforme o caso. Foi equacionado com maior precisão o relacionamento entre a quantidade de amplificadores e a qualidade do sinal óptico, de modo que se pode minimizar os custos do projeto diminuindo o número de pontos de amplificação, mas balanceado com a qualidade necessária de sinal. A viabilidade dos canais é determinada previamente, antes do roteamento e alocação de comprimentos de onda (RWA - Routing and Wavelength Assignment), etapa para a qual um novo modelo de Programação Inteira foi criado, próprio para considerar as informações definidas pelas etapas precedentes, chamado de MRWA (Multiservice RWA). Isso permitiu que também fosse minimizado o número de regeneradores necessários no projeto com custo computacional polinomial, estrategia esta cuja eficiência contrasta com a literatura, pois, nas abordagens anteriores encontradas, o custo computacional é severamente prejudicado ao se tratar da alocação de regeneradores conjuntamente com o RWA. As etapas iniciais foram agrupadas em uma ferramenta de planejamento para OTNs, chamada KEPLAN, que faz a alocação de equipamentos e cria uma solução inicial simplificada para o RWA, usando algoritmos de custo polinomial. A KEPLAN é capaz de fornecer projetos com proteção de canais, minimizando o número de nós compartilhados em caminhos disjuntos de comprimento minimo, graças a uma generalização do algoritmo clássico de Suurballe que foi desenvolvida. Já o modelo MRWA foi testado simulando o projeto de 29 OTNs reais de grande porte, onde a coloração ótima foi atingida sem grande demanda de tempo para o conjunto de rotas viáveis. Graças a técnicas modernas de otimização que foram adaptadas ao MRWA, para a maior rede, com 100 nós, foram necessários menos de 15 minutos para se obter a coloração ótima

Acta Universitatis Sapientiae - Electrical and Mechanical Engineering

Series Electrical and Mechanical Engineering publishes original papers and surveys in various fields of Electrical and Mechanical Engineering

Définition d'un plan de contrôle pour les réseaux optiques sans filtre

Les réseaux optiques de prochaine génération sont destinés à faire face au succès croissant des applications Internet. Les architectures optiques doivent ainsi s’adapter au succès de l’Internet et de la donnée face à la voix, ce qui se traduit par des exigences en termes de reconfigurabilité et de simplicité d’opération, et ce pour accommoder des trafics de plus en plus imprédictibles et de types divers. Les réseaux tout optiques basés sur des commutateurs actifs, comme les « cross-connect » (OXC) ou les commutateurs sélectifs en longueur d’onde (WSS) sont à même de fournir ces aspects dans l’établissement dynamique et automatique des connexions optiques. L’agilité et la reconfigurabilité, dépendantes d’un plan de contrôle robuste et autonome déployant les derniers concepts de découverte du voisinage, de la gestion des connexions, et de routage intelligent en cas de maintenance ou de bris, viennent toutefois de pair avec un coût de déploiement plus élevé. Dans cette thèse, nous rappelons les principes des réseaux optiques sans filtre illustrés dans les travaux précédents. Un réseau optique sans filtre implémente les dernières avancées dans les lasers accordables, les récepteurs cohérents en fréquence, les formats de modulation avancés ou encore la compensation électronique de la dispersion, pour pouvoir remplacer les composants actifs de commutation par des diviseurs et des combineurs de puissance optiques passifs adaptés. De cette façon, l’agilité est déplacée aux noeuds émetteurs et aux destinataires associés. Nous présentons aussi les particularités intrinsèques à ces réseaux, comme les canaux non filtrés, les ports émetteurs en amont et en aval, ou encore les concepts de boucle laser et de réutilisation de longueurs d’onde, et nous montrons comment il est possible de développer d’autres façons d’opérer ces réseaux comme les bus de diffusion multipoint à multipoint, à la condition cependant de définir un plan de contrôle spécialisé sans lequel ces concepts pourraient nuire aux performances et aux connexions existantes. Finalement, un simulateur permet de reproduire ces concepts et de sélectionner les meilleures solutions issues des travaux antérieurs par le biais de métriques, telles le nombre de canaux par lien, incluant les canaux non filtrés, et d’une mesure de la quantité de requêtes bloquées. Nous montrons enfin, avec une étude finale des coûts et de la consommation électrique, comment il est possible de retenir des solutions prometteuses vis-à-vis des réseaux photoniques actifs

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