Estudo de caso de técnicas de utilização de transponders em redes ópticas elásticas

The growth in data traffic is mainly caused due to both the increasing number of subscriber and new applications that require high transmission rates. Optical networks have been the most suitable way to support this demand. One of the biggest challenges faced by these networks is optimizing the use of the available spectrum. The technologies that may lead to better use of the available optical spectrum is the one that allows to the divide the spectrum narrow slices. This approach is known as Elastic Optical Networks (EON), EONS are an evolution of WDM (Wavelength Division Multiplexing) networks. Moreover translucent elastic optical network may be designed from a transparent network by the addition of certain amount of regenerators 3R distributed in a strategically way in the network. In a translucent network, some nodes are transparent and other ones are opaque or translucent. Therefore, in such networks the question of deciding which nodes are translucent or transparent arises. This problem is known as Regenerator Placement (RP). The RP consists of to decide at which of EONs will be deployed 3R regenerators and as well as the number of 3R should be placed at each node. After the RP problem is solved, the regenerator allocation algorithm (RA) is responsible to determine whether to use, or not, the 3R regenerators deployed in each intermediate node of a given route. In EONs, the use of regenerators can be done by lack of quality in the transmission, by spectrum conversion or to improve modulation format. In this thesis, three algorithms to perform regenerator assignment for EONs are proposed. EONs with sparse regeneration and dynamic traffic are considered. The proposed algorithms are: The FLR-RA (First Longest Reach Regenerator Assignment), which tries to use as less as possible regenerators along a route, the FNS-RA (First Narrowest Spectrum Regenerator Assignment), which tries to use as less as possible spectrum along a route, and the exhaustive, that returns either the solution that uses the fewest possible number of regenerators or occupy fewest possible number of slots along a given route. The algorithms a simulated in two network topologies. The results show, in the simulated scenarios, that the FLR-RA reaches smaller blocking probabilities when the number of regenerators deployed in network is small, while the FNS-RA reaches smaller blocking probabilities in the cases in which many regenerators are placed in network. The FLR-RA and FNS-RA heuristics show similar results to the exhaustive, meaning that the heuristics present a good performance.O crescimento da demanda por tráfego de dados é ocasionado pelo aumento de assinantes e pelo aparecimento de novos aplicativos que exigem maiores taxas de transmissão. As redes ópticas têm sido o meio mais adequado para suportar essa demanda. Um dos grandes desafios enfrentados por essas redes é otimizar o uso do espectro disponível. Uma das tecnologias que permitem uma melhor utilização desse espectro é a que possibilita divisão do espectro em pequenas faixas espectrais. Essa abordagem conhecida como redes ópticas elásticas (EON, Elastic Optic Network). A rede óptica elástica translúcida é projetada em uma rede transparente acrescida de uma certa quantidade de regeneradores 3R distribuídos de forma estratégica na rede. Em uma rede translúcida, alguns nós são transparentes e outros são opacos ou translúcidos. Surge então a questão de decidir quais “nós” são translúcidos ou transparentes. Esse problema é conhecido como colocação de regeneradores (RP, Regenerator Placement). O RP consiste em decidir a quais “nós” das EONs serão adicionados regeneradores 3R e quantos deverão ser colocados em cada nó. Após ser resolvido o problema de RP, cabe ao algoritmo de atribuição de regeneradores (RA, Regenerator Allocation) determinar como usar esse recurso de regeneração 3R e determinar em que nó do caminho o regenerador será ou não usado. Nas EONs, o uso de regeneradores pode ser feito por falta de qualidade na transmissão, por conversão de espectro ou para melhorar o formato de modulação. Nesta dissertação, são analisados três algoritmos de atribuição de regeneradores para as EONs aplicadas à rede esparsa de tráfego dinâmico, visando à redução da probabilidade de bloqueio. O FLR-RA (First Longest Reach Regenerator Assignment), que economiza regeneradores na rede, o FNS-RA (First Narrowest Spectrum Regenerator Assignment), que economiza espectro na rede, e o exaustivo, que escolhe uma das possíveis soluções ótimas, ou uma solução que apresenta o menor número total de slots para implementá-la (FNS-RA) ou uma solução que apresenta o menor número total de regeneradores para implementá-la (FLR-RA). Os algoritmos foram simulados em duas topologias de rede. Os resultados mostram que nos cenários simulados o FLR-RA atinge uma menor probabilidade de bloqueio quando o número de regeneradores adicionado na rede é pequeno, enquanto o FNS-RA atinge menores probabilidades de bloqueio nos casos nos quais muitos regeneradores são colocados na rede. As heurísticas FLR-RA e FNS-RA apresentam resultados similares ao exaustivo, isto mostra que as heurísticas apresentam um bom desempenho

Reconfigurable optical networks with dynamic physical impairments

Orientador: Helio WaldmanDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: As redes ópticas reconfiguráveis compõem o backbone de grande parte das redes de transporte em operação ao redor do mundo. No entanto, os desafios para ampliar a capacidade e eficiência destas redes ainda são enormes. Com objetivo de maximizar a carga útil de tráfego suportada nas redes ópticas WDM reconfiguráveis é de fundamental importância adotar eficientes algoritmos RWA. Os algoritmos RWA são responsáveis pela escolha adequada de recursos na rede para provisionar novas conexões de forma a maximizar a probabilidade de atendimento das futuras conexões. Nesta dissertação, o problema RWA será investigado sob diversas novas perspectivas através de um ambiente de simulação. Com a preocupação de retratar os reais problemas vivenciados pelas redes ópticas reconfiguráveis, os elementos de rede foram modelados de acordo com as tecnologias e arquiteturas atualmente empregadas no mercado. No caso dos elementos de comutação ROADM e amplificadores EDFA, serão adotadas modelagens ainda não exploradas na literatura relacionada ao problema RWA. Diversos estudos abordam o problema RWA levando em consideração as degradações de camada física na escolha dos recursos apropriados para o provisionamento de novas conexões. Esta abordagem é conhecida na literatura como RWA-IA. Neste trabalho será adotada uma abordagem mais realista, considerando não apenas as condições de camada física para o provisionamento de novas conexões, mas também o impacto na camada física causado pelo estabelecimento de novas conexões nas demais já ativas na rede. Ainda neste trabalho serão propostos dois novos algoritmos de alocação de comprimento de onda sensíveis às degradações dinâmicas da camada física. Um extenso estudo com a avaliação de desempenho destes algoritmos será realizado, contemplando também um estudo comparativo com outros algoritmos encontrados na literatura e utilizados com frequência no mercado. Os algoritmos propostos demonstraram excelente desempenho, conseguindo inclusive superar o desempenho dos demais algoritmos avaliados em termos de probabilidade de bloqueioAbstract: Reconfigurable optical networks has been adopted as the backbone solution by most of transport networks around the world. However, in order to expand the capacity and efficiency of these networks, there are still many challenges to overcome. In order to improve the reconfigurable optical network capacity is very important to work with efficient RWA algorithms capable to find appropriate network resources for new lightpaths and, at the same, to minimize the blocking probability of future demands. In this dissertation, the RWA problem will be investigated under several new perspectives through a simulation environment. Committed to retract real problems experienced by reconfigurable optical networks, network elements were design according to the technologies and architectures currently employed in the industry. The ROADM switching elements and EDFA amplifiers were design in an unprecedented way in the RWA literature. Several studies addressing the RWA problem have already incorporated the physical layer impairments in order to find the appropriate resources for establishing new lightpaths. This approach has become known in the literature as Impairment Aware RWA (IA-RWA). In this dissertation, we adopted a more realistic approach to the RWA-IA problem, also considering the impact on the physical layer caused by the establishment of new connections in the others already established in the network. Moreover, in this work we will propose two new wavelength assignment algorithms aware to the physical layer dynamic impairments. An extensive performance evaluation study about these algorithms will be performed, also contemplating a comparative study with other algorithms from the literature and widely used in the industry. The proposed new algorithms have shown excellent performance, outperforming other algorithms evaluated in terms of blocking probabilityMestradoTelecomunicações e TelemáticaMestre em Engenharia Elétric