CSCI 2017

Producción CientíficaElastic Optical Networks (EON) are seen as an essential technology to implement the backhaul of Future Internet allowing the deployment of emerging paradigms like the Internet of Things (IoT), Tactile Internet, or Industry 4.0. When designing those Elastic Optical Networks (EONs), the Routing and Spectrum Assignment (RSA) problem has to be solved. In this paper, we analyse the effect of using two types of flexibility in a well‑known RSA method. A simulation study will be presented with the main results of this comparison.Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (Projects TEC2014-53071-C3-2-P, TEC2015-71932-REDT)Ministerio de Educación, Cultura y Deporte (Proyect BES-2015-074514

Programmable filterless network architecture based on optical white boxes

We propose and evaluate a novel architecture enabling high-capacity, resource efficient and agile elastic optical networks. It is based on sliceable bandwidth-variable transponders and optical white box switches which route optical signals without filtering them. Instead of using active filtering components, each node is equipped with an optical white box based on a programmable optical switch that serves as an optical backplane. It provides interconnections between input/output ports and passive splitters and couplers. Due to signal broadcast and the absence of filtering (so-called drop-and-waste transmission), some of the signals appear on unintended links which can lead to an overhead in spectrum usage. To address this issue, we formulate the problem of signal routing, modulation format and spectrum assignment in programmable filterless networks based on optical white boxes as an integer linear program (ILP) with the objective to minimize the total spectrum usage. Simulation results indicate that our proposed solution obtains a beneficial tradeoff between component usage and spectrum consumption, using a drastically lower number of active switching elements than the conventional networks based on hard-wired reconfigurable add/drop multiplexers, and lowering the maximum used frequency slot by up to 48% compared to existing passive filterless networks

Otimização energética em redes óticas de próxima geração Flex-grid vs Fixed-grid

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Eletrónica e TelecomunicaçõesA avaliação e redução do consumo energético de redes core tem sido um assunto recorrente em investigações académicas nos últimos anos. Atualmente os serviços de rede utilizam uma elevada largura de banda colocando o ónus nos operadores de rede de modo a fazerem uso dos recursos de rede de forma eficiente. Os grupos de standarização estão a fazer um progresso significativo ao tentar passar dos canais óticos disponíveis, com velocidades de 10, 40, 100 Gbps, até aos esperados 400 Gbps e ou até 1 Tbps nas redes core. As redes DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) de próxima geração permitirãouma transmissão ótica eficiente com bit rates a partir dos 400 Gbps utilizando tecnologia flexgrid. O flex-grid proporciona aos operadores maior flexibilidade na atribuição de espectro quando comparado com as tradicionais redes fixas WDM (Wavelength Division Multiplexing), fixed-grid, que utilizam a grelha de 50 GHz do ITU-T. No flex-grid o espectro é dividido em pequenos slots, como recentemente definido pelo ITU-T. Esta flexibilidade adicional permitiráo transporte mais rápido, utilizando canais óticos que operam a velocidades diferentes com uma alocação espectral menos fixa e rígida dos comprimentos onda atribuídos. Fazendo uso deste novo formato de atribuição de espectro, o flex-grid proporcionará aos operadores de rede a capacidade para transportar mais tráfego nas redes WDM com maior eficiência dada a otimização espectral e redução de OPEX (OPerational EXpenditure). Recorrendo à plataforma de simulação IMB ILOG CPLEX, nesta dissertação irá efetuar-se oestudo comparativo entre diferentes modelos de otimização energética para redes core IP (Internet Protocol) sobre WDM com foco em técnicas de encaminhamento energeticamente eficientes, como o bypass ótico. Tendo por base as tecnologias fixed-grid e flex-grid, os modelos em questão possibilitam a utilização de canais com diferentes velocidades de transmissão na mesma fibra ótica (MLR). De forma a efetuar-se uma abordagem realista, utilizou-se uma rede da Alemanha fazendo uso da matriz de tráfego IP e previsão de crescimento de tráfego anual (CAGR) segundo VNI da Cisco, com base em informação estatística. Da comparação entre os diferentes modelos concluiu-se que as redes flex-grid são energeticamente mais eficientes, conseguindo-se uma redução do consumo global da rede em 60% face às redes tradicionais, fixed-grid. As redes flex-grid permitem o transporte de volumes de tráfego elevados de forma energeticamente mais eficiente devido à maior capacidade, eficiência energética e espetral dos canais de transmissão associados a este tipo de redes.Abstract: The evaluation and reduction of energy consumption of core network has been a popular subject of academic research in the last years. Currently t he network services use high bandwidth and put the onus on the network operators in order to efficiently use the network resources. The Standardization Groups are doing a significant progress moving from available optical channels (10, 40, 100 Gbps) up to the expected 400 Gbps or even 1 Tbps in the future core networks. The next generation of DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) allow spectrumefficient optical transmission with bit rates from 400 Gbps and beyond using flex-grid technology. Flex-grid provide flexibility to the operators when assigning spectrum compared to traditional fixed-grid WDM (Wavelength Division Multiplexing) networks using the 50 GHz ITU grid. In the flex-grid networks the spectrum is broken into small slots as recently defined by ITU-T. This additional flexibility will allow faster transport by using optical channels operating atdifferent speeds with different spectral widths assigned. From the use of these new spectrum allocation format, a key benefit that flex-grid offers to the network operators the ability to carry more traffic over WDM networks with optimized spectral efficiency and reduction of OPEX (OPerational EXpenditure). Using IBM ILOG CPLEX simulation platform, in this dissertation will be performed a study of different energy optimization models for IP (Internet Protocol) transport over WDM network, focusing on energy efficient routing techniques such as optical bypass. Based on the fixed-grid and flex-grid technologies, the models allow the use of channels with different transmission speeds on the same optical fiber (MLR). In order to get results more closely to reality, in this study a real German network was considered with IP traffic matrix and Cisco VNI forecast compound annual growth rate (CAGR), allowing consumption analysis along some years. After comparing different models it was possible to conclude that flex-grid networks has a better performance in energy-aware over traditional fixed-grid networks, achieving a reduction in overall network consumption by 60%. Flex-grid can carry higher volumes of traffic with lower energy consumption due to higher capacity and spectral efficiency of the transmission channels

Efficiency and fairness in an elastic optical network under heavy traffic

Orientador: Helio WaldmanDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: O crescimento do tráfego na rede mundial de computadores tem impulsionado a pesquisa em tecnologias que consigam usar a infraestrutura já instalada da forma mais eficiente possível. Essa infraestrutura é, em maior parte, composta de fibra óptica. Para aumentar sua eficiência foi proposta uma nova geração de redes ópticas, chamadas redes elásticas, que adotam um paradigma flexível de ocupação do espectro óptico aumentando substancialmente seu aproveitamento. Contudo, um ambiente heterogêneo no qual diferentes classes de tráfego convivem pode levar a uma competição e discriminação de algumas classes em detrimento de outras. Neste trabalho estudamos políticas de alocação espectral que visam garantir um eficiente uso da banda óptica, mantendo uma alta ocupação do espectro e eliminando a discriminação entre classes de acesso em uma rede sob alta carga de tráfegoAbstract: The traffic growth in the global computer network has driven the research on technologies that are able to use the infrastructure already installed as efficiently as possible. This infrastructure is, for the most part, composed of optical networks. In order to increase its efficiency, a new generation of optical networks, called elastic networks, was proposed adopting a flexible paradigm of optical spectrum occupancy, substantially increasing its utilization. However, a heterogeneous environment where different classes of traffic coexist can lead to competition and discrimination of some classes to the detriment of others. This work studies spectral allocation policies aimed at guaranteeing an efficient use of the optical bandwidth, maintaining a high spectral occupation and eliminating the discrimination between access classes in a network under a heavy trafficMestradoTelecomunicações e TelemáticaMestre em Engenharia Elétrica1554016CAPE

Análise comparativa entre o custo de implementação e o custo operacional numa rede core óptica

Trabalho final de mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e TelecomunicaçõesCada vez mais os operadores olham para os custos/consumos que as redes core actuais têm, sendo que este assunto tem sido recorrente em investigações académicas nos últimos anos. Actualmente os serviços de rede utilizam uma elevada largura de banda colocando o ónus nos operadores de rede de modo a fazerem uso dos recursos de rede de forma eficiente. Os grupos de standarização estão a fazer um progresso significativo ao tentar passar dos canais ópticos disponíveis, com velocidades de 10, 40 e 100 Gbps, até aos esperados 400 Gbps e ou até 1 Tbps nas redes core. Recorrendo à plataforma de simulação IMB ILOG CPLEX (software que simula modelos matemáticos), este trabalho permitirá efectuar o estudo comparativo entre os diferentes modelos de optimização de custo de implementação e custo operacional para redes core IP (Internet Protocol) sobre WDM (Wavelength Division Multiplexing), com foco em técnicas de encaminhamento eficientes, tal como o bypass óptico. Tendo por base as topologias fixed-grid e flex-grid, as tecnologias em questão possibilitarão a utilização de canais com diferentes velocidades de transmissão da mesma fibra óptica (MLR). De modo a poder-se simular uma abordagem realista, utilizou-se uma rede Alemã fazendo uso da matriz de tráfego IP e da sua previsão de crescimento de tráfego anual (CAGR), segundo o VNI da Cisco, com base em informação estatística. Comparando os diferentes modelos, conclui-se que tanto o custo de implementação como para o operacional nas redes flex-grid, estes são menores nas tradicionais redes fix-grid. Verificou-se que o custo de implementação reduziu 17.0% enquanto que o custo operacional reduziu 175.8%, face às redes fix-grid. As redes flex-grid permitem assim, o transporte de volumes de tráfego mais elevados de forma mais eficiente devido à sua maior capacidade, eficiência energética e espectral dos canais de transmissão associados a este tipo de redes.More and more operators look at the costs / consumptions that current core networks have, and this subject has been recurrent in academic research in recent years. Currently network services use a high bandwidth by placing the burden on network operators to make efficient use of network resources. Standarization groups are making significant progress in moving from the available optical channels, with speeds of 10, 40 and 100 Gbps, up to the expected 400 Gbps and up to 1 Tbps in the core networks. Using the IMB ILOG CPLEX simulation platform, this work will allow the comparative study of the different implementation cost optimization and operational cost models for Wavelength Division Multiplexing (WDM) Internet core networks. efficient routing techniques, such as optical bypass. Based on the fixed-grid and flex-grid topologies, the models in question will allow the use of channels with different transmission speeds of the same optical fiber (MLR). In order to simulate a realistic approach, a German network using the IP traffic matrix and its annual traffic growth forecast (CAGR), according to Cisco's VNI, was used based on statistical information. Comparing the different models, it is concluded that both the implementation cost and the operational cost in the flex-grid networks is lower than in the traditional fix-grid networks. The cost of implementation was reduced to 17.0% while the operational cost reduced 175.8% compared to the fixed grid networks. Flex-grid networks thus allow the transport of higher traffic volumes more efficiently due to their greater capacity, energy efficiency and spectral transmission channels associated with this type of networks.N/