As redes atuais buscam a integração dos serviços e tendem ao IP/MPLS sobre DWDM. No futuro, espera-se que as redes sejam do tipo GMPLS, apresentando melhoria na flexibilidade, capacidade de comutação no meio óptico e também um plano de controle único. Tais redes poderão prover a integração de diferentes camadas e tecnologias, além de reduzirem os custos de operação e de provisionamento. Dentre os muitos aspectos desta nova tecnologia, o trabalho proposto concentra-se no estudo do roteamento óptico em redes GMPLS, verificando a relação existente entre algoritmos RWA e o dimensionamento das mesmas. Pesquisas mostram que, ao tentar estabelecer uma rota numa rede totalmente óptica e com tráfego dinâmico, o bloqueio de conexões e o número de falhas podem limitar o seu desempenho. Realizando-se simulações com algoritmos RWA, é possível determinar o número mínimo de comprimentos de onda e avaliar a melhor topologia de rede para uma determinada probabilidade de bloqueio de conexões e de falhas. Este trabalho mostra como simulações com algoritmos RWA auxiliam no dimensionamento de redes GMPLS permitindo determinar a influência destes algoritmos em seu desempenho. Como principais resultados estão o dimensionamento de recursos, a determinação da carga de tráfego de trabalho e da taxa de falha permitida e a seleção do melhor tipo de algoritmo RWA para a rede de pesquisa Kyatera em duas possíveis fases de sua implementação. / Today's networks seek integration of services and tend towards lean IP/MPLS over DWDM. In the future, it is expected that the networks will tend towards GMPLS with enhanced flexibility and switching capability in the optical layer and a unified control plane. Such networks will provide integration between different network layers and technologies, besides decrease operating and provisioning costs. Among many aspects of this technology, this study concentrates on GMPLS network optical routing, verifying the relationship between RWA algorithms and network dimensioning. Research shows that when attempting to establish a route in an alloptical network with dynamic traffic, connection blocking and failures can limit performance. Through of RWA algorithms simulation, it is possible to determine the minimum wavelength number and check the best network topology for a given probability of connection blocking and failure. This work shows how RWA simulations can assist in the dimensioning of GMPLS networks and in determining the influence of RWA algorithm on their performance. The main results are resource dimensioning, the determination of working traffic load and the allowed failure rate and the selection of the best RWA algorithm for Kyatera research network in two possible phases of its implementation.

As redes atuais buscam a integração dos serviços e tendem ao IP/MPLS sobre DWDM. No futuro, espera-se que as redes sejam do tipo GMPLS, apresentando melhoria na flexibilidade, capacidade de comutação no meio óptico e também um plano de controle único. Tais redes poderão prover a integração de diferentes camadas e tecnologias, além de reduzirem os custos de operação e de provisionamento. Dentre os muitos aspectos desta nova tecnologia, o trabalho proposto concentra-se no estudo do roteamento óptico em redes GMPLS, verificando a relação existente entre algoritmos RWA e o dimensionamento das mesmas. Pesquisas mostram que, ao tentar estabelecer uma rota numa rede totalmente óptica e com tráfego dinâmico, o bloqueio de conexões e o número de falhas podem limitar o seu desempenho. Realizando-se simulações com algoritmos RWA, é possível determinar o número mínimo de comprimentos de onda e avaliar a melhor topologia de rede para uma determinada probabilidade de bloqueio de conexões e de falhas. Este trabalho mostra como simulações com algoritmos RWA auxiliam no dimensionamento de redes GMPLS permitindo determinar a influência destes algoritmos em seu desempenho. Como principais resultados estão o dimensionamento de recursos, a determinação da carga de tráfego de trabalho e da taxa de falha permitida e a seleção do melhor tipo de algoritmo RWA para a rede de pesquisa Kyatera em duas possíveis fases de sua implementação. / Today's networks seek integration of services and tend towards lean IP/MPLS over DWDM. In the future, it is expected that the networks will tend towards GMPLS with enhanced flexibility and switching capability in the optical layer and a unified control plane. Such networks will provide integration between different network layers and technologies, besides decrease operating and provisioning costs. Among many aspects of this technology, this study concentrates on GMPLS network optical routing, verifying the relationship between RWA algorithms and network dimensioning. Research shows that when attempting to establish a route in an alloptical network with dynamic traffic, connection blocking and failures can limit performance. Through of RWA algorithms simulation, it is possible to determine the minimum wavelength number and check the best network topology for a given probability of connection blocking and failure. This work shows how RWA simulations can assist in the dimensioning of GMPLS networks and in determining the influence of RWA algorithm on their performance. The main results are resource dimensioning, the determination of working traffic load and the allowed failure rate and the selection of the best RWA algorithm for Kyatera research network in two possible phases of its implementation.

[pt] A indústria das comunicações tem passado nos últimos anos, mundialmente, por profundas transformações. A Internet é a responsável pela maior destas transformações. Com o advento da Internet, existe a necessidade de uma banda de transmissão maior para o tráfego de dados. Para resolver esse problema, surgiu o conceito de redes ópticas e a multiplexação no domínio do comprimento de onda. Entretanto, isso criou um outro problema: o roteamento dos pacotes. A maior parte das redes de comunicação hoje em dia, ainda possui muitos sinais eletrônicos, o que significa que os sinais ópticos precisam ser convertidos em elétricos para serem ampliados, regenerados ou roteados e, depois, reconvertidos para ópticos. Isso acaba gerando atrasos na transmissão dos sinais e um gargalo nas redes ópticas. Para minimizar este problema, vários algoritmos foram criados. Apegando-se a tais fatos, este estudo explora o tema para implementar um algoritmo de enumeração recursiva, que tem como objetivo alocação de comprimentos em redes ópticas, visando minimizar o custo total de transmissão. Esse algoritmo foi testado e comparado com o algoritmo de programação linear, que fornece a solução ótima. / [en] The communication industry was passing in lastest years by great transformations in world. Internet is the mainly responsable for that, because there is the necessity of a large band to data transmission. The optical networks concept and wavelength division multiplexing technology were arised in order to solve this problem. However, this created another problem: the packet routing. The major part of communications networks still has electronics signals. This means that the optical signals have to be converted into electrical signals to be amplified, regenerated and routed and later recovered into optical. This implies in a delay on the data transmission and creates a bottleneck in the optical networks. Some algorithms have been created to minimize this problem. This dissertation has tried to develop an algorithm to solve RWA (routing and wavelength assignment) problems, aiming at the minimum total cost to transmitt datas. This algorithm was tested and compared with the linear program algorithm that gives the optimal solution to RWA problem.

Esta tesis constituye un estudio detallado y exhaustivo de las propiedades de una variedad específica de ondas ópticas solitarias. Observadas experimentalmente por primera vez en 1995, estas ondas estan formadas por un haz óptico a frecuencia fundamental y su segundo armónico que están ligados entre sí y viajan juntos en el material cuadrático; y son debidas al equilibrio entre la difracción lineal que sufre el haz al propagarse y un término no lineal de segundo orden en la susceptibilidad del medio. Las llamamos por eso solitones ópticos en medios cuadráticos o simplemente 'solitones cuadráticos'. También se les conoce como 'Solitones Multicolor' aludiendo al hecho de que requieren de haces a diferentes frecuencias para formarse.Un medio no-lineal cuadrático tiene por fuerza que ser no-centrosimétrico, lo cual es una variedad de anisotropía. Una gran parte de los materiales no-lineales cuadráticos (los que tienen mayor interés para la industria) son uniaxiales lo que significa que presentan un eje de simetría que suele llamarse eje óptico. De la dirección de un haz relativa a ese eje óptico dependen las características de la propagación del haz en el medio cuadrático no-lineal. Una consecuencia de eso en configuraciones de interés es un desvío ('walk-off') sufrido por el haz respecto a su dirección de propagación inicial al entrar en el material no-lineal.Las propiedades de los solitones cuadráticos 'caminantes' son también estudiadas en la tesis, estableciendo que existe una relación entre la potencia inyectada en el medio y el ángulo de desvío (walking angle).Una parte importante de la tesis está dedicada al estudio a través de exhaustivos experimentos numéricos del potencial de estas ondas solitarias para constituir la base de dispositivos de conmutación y encaminamiento totalmente ópticos que puedan hacer realidad la promesa de la red transparente totalmente óptica. Los experimentos han permitido identificar varias configuraciones de interés con niveles de potencia y dimensiones que permiten plantearse el diseño y construcción de dispositivos comerciales de conmutación y encaminamiento totalmente ópticos basados en solitones ópticos cuadráticos. / This thesis is a comprehensive study of the fundamental properties of a specific kind of optical spatial solitary waves. First observed experimentally in 1995, these solitary waves are formed by an optical beam at a fundamental frequency and its second harmonic which propagate together and are mutually entangled; and are due to a balanced interplay between the beams' linear diffraction and a second-order nonlinear susceptibility of the medium. They are thereby referred as 'Optical Solitons in Quadratic Nonlinear Media' or simply 'Quadratic Solitons', They are also known as 'Multicolor Solitons' recalling that they are formed by beams at different frequencies.A quadratic nonlinear media needs to be non centrosymmetric which is a special kind of anisotropy. A great deal of quadratic nonlinear materials (the most used by industry such as lithim niobate, KTP, etc.) are uniaxial meaning that they feature a symmetry axis known as 'optical axis'. The direction of propagation of an optical beam relative to that axis determines the characteristics of the beam's propagation through the quadratic nonlinear material. A main result of that in some configurations of interest is a walk-off suffered by the beam as it enters the quadratic material.The properties of the families of quadratic solitons in the presence of a linear walk-off (quadratic walking solitons) are studied as well in the thesis stating that there is a relationship between the power injected into the medium and the walking angle, suitable to applications of all-optical switching and routing.An important last part of the thesis is devoted to the study from a practical viewpoint and through extensive numerical experiments of the potential of these solitary waves as the basis of practical all-optical switches and routers which could take the all-optical transparent network to a reality. The experiments have allowed to identify several configurations of interest with power level and dimensions suited to practical applications which could allow the production of commercial all-optical switching and routing devices based on quadratic solitons.

[pt] Redes ópticas convencionais exigem conversão eletro-óptica em cada nó para roteamento adequado dos pacotes. Adicionalmente, recursos de gerenciamento relevantes são requisitados para auxiliar o roteamento. Neste trabalho, inteligência e funcionalidade são introduzidas na camada física de redes ópticas com topologia em malha de modo a prover um esquema eficiente de roteamento de portadoras ópticas e endereçamento de pacotes. No arranjo apresentado ocorre que: (a) nenhuma conversão optoeletrônica (O/E/O) torna-se necessária, exceto nos nós fonte e destinação; (b). recursos de gerenciamento são praticamente dispensados na camada física. Ao representar a rede por grafos, critérios de custo mínimo são atingidos. Em seguida, utilizam-se algoritmos que, em consonância com os custos mínimos, levam ao roteamento. A conectividade desejada é então introduzida, com os algoritmos seguindo a técnica de reutilização de capacidade dentro um mesmo comprimento de onda. Desta forma, os caminhos de luz são determinados englobando todos os pares de nós da rede. Chamamos este arranjo de SWRA (Smart Wavelength Routing Assignment) dado que cada portadora segue de forma passiva seu exato caminho na rede. A implicação é a sensível redução nos custos, tanto pelo lado dos conversores O/E/O, bem como pelo lado do gerenciamento da rede. Demonstra-se que este arranjo pode estar sujeito a colisão de dados em uma mesma portadora. Uma solução é apresentada pela introdução de buffers elétricos de baixo custo, dimensionados através de ferramentas estatísticas. / [en] In conventional optical networks, optoelectronic conversions are needed in each node for the sake of a proper packet routing. Simultaneously, intensive managing resources should be allocated to accomplish the routing task. The correct introduction of intelligence and functionality within the network physical layer may lead to some advantages over conventional networks. Two advantages are worthwhile be mentioning (a)-no optoelectronic conversions (O/E/O) are needed, except for the source and destination nodes, and (b)-management resources are practically unnecessary within the physical layer. As the network uses a graph representation, it is possible to reach minimal cost criteria. Next, coping with the minimal cost, suitable algorithms are used for proper wavelength routing. The desired connectivity is introduced, and the algorithms will lead to the technique of capacity reuse within the wavelength. In this way, light-paths are obtained, linking all network node pairs. We called this arrangement as SWRA (Smart Wavelength Routing Assignment), since within the network each wavelength follows its precise path in a passive way. The result appears as a significant cost reduction, which reflects the lack of O/E/O converters and on the use of less management gear. However, this arrangement may suffer occasional data collision within any wavelength. Hence, a solution to avoid this impairment is presented and described, using low-cost electric buffers. Additionally, the statistical evaluation of those buffers is supplied. / [es] Redes ópticas convencionales exigen conversión eletro- óptica en cada nodo para un adequado ruteamiento de los paquetes. Adicionalmente, se necesitan recursos relevantes de gerenciamiento para auxiliar el ruteamiento. En este trabajo, inteligencia y funcionalidad son introducidas en la camada física de redes ópticas con topología en malla a fin de proporcionar un esquema eficiente de roteamiento de portadoras ópticas y direccionamiento de paquetes. En el arreglo presentado sucede que: (a) no es necesaria ninguna conversión optoeletrónica (O/E/O), excepto en los nodos fuente y destino; (b). recursos de gerenciamiento son prácticamente dispensados en la camada física. Al representar la rede por grafos, es posible alcanzar criterios de costo mínimo. Enseguida, se utilizan algoritmos que, en consonancia con los costos mínimos, conducen al roteamiento. La conectividad deseada se introduce con los algoritmos siguiendo la técnica de reutilización de la capacidad dentro de la misma longitud de onda. De esta forma, los caminos de luz se determinan englobando todos los pares de nodos de la red. Este arreglo se denomina SWRA (Smart Wavelength Routing Asignment) dado que cada portadora sigue de forma pasiva su exacto camiño en la red. La implicación de este procedimento es uma sensible reducción de los costos, tanto por el lado de los conversores O/E/O, así como por el lado del gerenciamiento de la red. Se demuestra que este arreglo puede estar sujeto a colisión de dados en una misma portadora. Se presenta una solución introduciendo buffers eléctricos de bajo costo, dimensionados a través de herramientas estadísticas.