[pt] O objetivo desta dissertação consiste no desenvolvimento de um analisador de erro para Redes Ópticas através da utilização de circuitos integrados programáveis operando na taxa do Gigabit. As principais fontes de erro, as técnicas de medição da taxa de bits errados e a avaliação de desempenho de enlaces elétricos e ópticos em redes de telecomunicações são descritas e caracterizadas. Dispositivos de transmissão e recepção são desenvolvidos através da introdução de ferramentas computacionais para FPGA colocando-se em evidência o mecanismo de alinhamento e sincronização entre os dois. As simulações e análises destes dispositivos são apresentadas possibilitando a inserção destes em um módulo capaz de avaliar o desempenho de um enlace óptico na taxa de 1.25Gbit/s em função da taxa de bits errados. / [en] The objective of this dissertation consist on development of an error analyzer for Optical Networks by the use of programmable integrated circuits operating in Gigabit rates. The main sources of error, the techniques of BER measurement and the performance evaluation of the electric and optical links in telecommunication networks are described and characterized. Transmission and reception devices are developed through the introduction of computational tools for FPGA giving emphasis to alignment and synchronization mechanism between the two. The simulations and analyses of these devices are presented making possible the insertion of these in a module capable to evaluate the performance of the optical link in the 1.25Gbit/s rate in function of the BER.

[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.

[pt] Neste trabalho, uma análise do fenômeno de mistura de quatro ondas (FWM) em sistemas ópticos multicanais é apresentada. Inicialmente, uma série de simulações determina as limitações impostas aos sistemas ópticos, sendo adotado um nível máximo de crosstalk permitido. Em seguida, os diversos parâmetros que influenciaram a eficiência da geração de FWM são estudados detalhadamente, com resultados apresentados em forma de gráficos. Nestes últimos, o nível de FWM obtido é especificado em função da potência de entrada por canal, comprimento do enlace, número de canais, presença de amplificadores, número de amplificadores e dispersão cromática da fibra utilizada. Um breve estudo discute a deterioração da qualidade do serviço, causada pro FWM, em redes ópticas. O trabalho se encerra com algumas aplicações que utilizam, de forma favorável, o fenômeno de FWM. / [en] This work adresses the four-wave mixing (FWM) issue in optical multichannel systems. First, some simulations are carried out for specifying which are the optical system limitations coping with a maximum allowed crosstalk level. Next, the different parameters affecting the FWM are throughly studied, with these last pertinent results being graphicallly presented. In these, the obtained FWM levels are specified as a function of the channel input power, link span, channel rumber, presence of amplifiers, number of amplifiers and fiber chromatic dispersion. A concise discussion, concerning the quality of service deterioration on optical networks, due to FWM, is also presented. The work is finally closed by presenting some applications that favorably use the FWM phenomena.

[pt] Este trabalho estuda o efeito de conversores de comprimento de onda em nós de redes multiplexadas por divisão de comprimento de onda totalmente ópticas ou transparentes. Foram executadas simulações para estudar os benefícios da introdução de conversores nas arquiteturas de rede. Ademais, são propostas heurísticas para alocação de conversores de comprimento de onda, baseadas na utilização destes. Os desempenhos das heurísticas são avaliados comparando-as com outros algoritmos estabelecidos na literatura. / [en] This work studies the effect of wavelength converters at nodes of wavelength division multiplexed all-optical networks. Simulations were performed to study the benefit of wavelength converters on network architectures. Moreover, wavelength converter placement heuristics based on the utilization of these devices are proposed. The performances of the heuristics are tested against existing converter placement algorithms in literature.

[pt] Este trabalho investiga o problema de alocação sub-óptima de conversores de comprimento de onda em nós de redes ópticas parciais, através da proposição de 3 algoritmos baseados nas metaheurísticas GA (Algoritmo Genético), PSO (Optimização por Enxame de Partícula) e SA (Recozimento Simulado). Simulações são apresentadas para ratificar os benefícios com a introdução de conversores nas arquiteturas de rede. Os desempenhos dos algoritmos são mensurados via um simulador, comparando-os com outros algoritmos estabelecidos na literatura. / [en] This work investigates the problem of suboptimally placing wavelength converters at nodes of partial optical networks, through the proposition of 3 algorithms based on the metaheuristics GA (Genetic Algorithm), PSO (Particle Swarm Optimization) and SA (Simulated Annealing). Simulations are presented to ratify the benefits with the introduction of wavelength converters on networks architectures. The results of these algorithms are measure by a simulator, comparing them with other algorithms in literature.

[pt] Neste trabalho são estudadas cascatas de amplificadores a fibra óptica dopada com Érbio (EDFAs) inseridas em redes ópticas multiplexadas em comprimento de onda (WDM). Modelos numéricos são desenvolvidos e implementados para estudar o efeito da variação do número de canais amplificados pela cascata de EDFAs no desempenho de redes WDM submetidas a funções de adição/retirada de canais. Considerando condições em estado estacionário, é desenvolvida uma inovadora configuração amplificadora WDM, que oferece robustez e bom desempenho diante da carga variável de canais transportados em enlaces de redes ópticas WDM. Transientes de potência em cascatas de EDFAs, assim como técnicas de compensação dos mesmos, são analisados. O estudo permite avaliar as vantagens e limitações dos modelos dinâmicos apresentados, assim como o desempenho das técnicas de controle de transientes de potência em cascatas de EDFAs, em condições realistas de operação. / [en] In this work Erbium Fiber-Doped Amplifiers (EDFAs) cascades in Wavelength Division Multiplexed optical networks (WDMs) are studied. Computer numerical models are developed and implemented in order to study the effect of the EDFA channel number variation in the performance of optical networks submitted to channels add/drop function. Initially, steady state conditions are considered. Then, a WDM amplifier configuration formed by EDFAs, power compensators and optical filters is developed. This configuration - which is a novel one - has shown to be robust and to offer a good performance, in regard to the variable load of the transported channels in WDM network links. In order to obtain a more detailed study of power transients in cascades of EDFA, two dynamic computer models of these amplifiers are implemented: (i) - a simple one, that neglects the amplified spontaneous emission (ASE) and; (ii) - a second one, which rigorously consider all noise-derived effects in an EDFA cascade. In order to achieve power transients control, several compensation techniques are studied and implemented. A comparative analysis, concerning the efficiency of the above mentioned compensation techniques is carried out. Advantages and limitations of two dynamic introduced models were also evaluated, as well the control techniques of power transients in EDFA cascades.

[pt] Esta dissertação tem como objetivo explorar as possibilidades de introdução de inteligência na camada física de uma Rede Óptica de Telecomunicações, visando a sua aplicação futura. A utilização de subportadoras de RF - introduzidas no domínio óptico através de moduladores Mach-Zehnder -, associada a tecnologias de múltiplo acesso óptico, permite a construção de mecanismos de proteção, restauração, endereçamento, qualidade de serviço e gerenciamento TMN, na camada física. A vantagem da solução proposta reside no aumento de velocidade de operação da rede, bem como na redução do custo e da complexidade de seu gerenciamento, uma vez que nesta configuração os pacotes de informação são abertos somente ao atingirem seu nó destino. Os resultados obtidos sugerem que esta configuração pode ser utilizada para a operação e o gerenciamento de toda uma rede óptica de altíssima velocidade. / [en] The objective of this work is to explore the possibilities of built-in intelligence embedded in the physical layer of an Optical Telecommunications Network, aiming at its future applications. The use of RF subcarriers - introduce above the optical payload through Mach-Zehnder modulators -, associated with multiple acess technologies, allows for protection, restoration, addressing, Quality of Service and TMN management network complexity and cost, while increasing its operational speed, since this approach allows data packages to be opened only when they reach their destination node. The results obtained suggest that this arrangement could be used for networking and management of ultra-high-speed optical systems.

[pt] Redes Manhattan Street (MS) têm sido descritas como um arranjo linear bidimensional de nós, semelhante à configuração de ruas e avenidas de Manhattan. O roteamento por deflexão é implementado encaminhando os pacotes que atingem um determinado nó a uma de suas saídas de forma síncrona ou assíncrona. O principal objetivo deste trabalho consiste na simulação e análise de redes totalmente ópticas configuradas segundo a topologia MS. O roteamento por deflexão e o assincronismo são considerados, para evitar complexidade eletrônica e armazenamento de pacotes no domínio óptico. Serão apresentadas as características das redes MS, suas propriedades estruturais e os parâmetros utilizados para analisar seu desempenho. Uma metodologia analítica dedicada a obtenção teórica destes parâmetros será introduzida. Serão apresentados alguns conceitos básicos sobre simulação de redes;diversas simulações da rede proposta utilizando os protocolos UDP e TCP; uma descrição do software que foi utilizado para realizar as simulações; uma comparação entre os resultados obtidos através da simulação e os obtidos através da metodologia analítica; e uma análise do efeito da latência na vazão do protocolo TCP. / [en] Manhattan Street (MS) Networks are bidimensional linear node sets arranged as the avenues and streets of Manhattan. The simulation and analysis of all-optical MS networks is the central target of this paper. In order to avoid using complex electronics and/or optical domain buffers, the deflection routing and the asynchronism are taken into account in the analysis. Deflection routing is performed by conveying incoming packets towards one of the two outputs. The characteristics of MS Networks are presented, along with their structural properties and the parameters used for performance analysis. An analytical methodology for the theoretical obtaining of these parameters is described. Some basic concepts on network simulation are discussed. Several simulations of the proposed network are presented, using both UDP and TCP protocols, and the software used for simulations is also described. The obtained results are compared and discussed with respect to the previously described analytic methodologies. Finally, the effect of network latency on the TCP-protocol throughput is assessed.

[pt] Impulsionadas pelo crescimento do mercado corporativo e pela prestação de serviços para grandes clientes, as operadoras de serviços de telecomunicação estão buscando processos automatizados e redução de custo no desenvolvimento de novos projetos de redes de telecomunicações. Nesse cenário, dois modelos de Programação Inteira são apresentados buscando uma minimização de custos. O primeiro para o problema de planejamento de novas redes. E segundo para o problema de configuração de trails nas redes SDH. Uma introdução sobre meios de transmissão, redes de telecomunicações, topologias mais utilizadas e sistemas de proteção são apresentados. Por fim, em ambos problemas, são apresentados estudos comparativos com situações reais, com o intuito de validar os modelos. / [en] Stimulated by the growth of the corporate market and by the services dedicated to big customers, providers are searching for, even more nowadays, automated process and cost reduction on the development of new telecommunications networks projects. In that setting, two models of Integer Programming will be presented, seeking a minimization of costs. At first, for the problem of planning of new networks, and second for the problem of configuration of trails in the SDH networks. Beyond that, an introduction about transmission lines, networks of communication, topology more utilized and systems of protection will be presented. In both problems, comparing real situations, with the purpose of validate the models.

[pt] Nas redes de fibras óticas, as informações são transmitidas na forma de um sinal luminoso através de uma fibra ótica. A tecnologia de multiplexação WDM permite a transmissão simultânea de vários sinais em um mesmo enlace. As conexões entre estações terminais são estabelecidas na forma de caminhos óticos, que são definidos em função de sua rota e do comprimento de onda no qual são multiplexados. Conversores de comprimentos de onda não são considerados neste trabalho. Conseqüentemente, os caminhos óticos devem permanecer com o mesmo comprimento de onda em todos os enlaces do transmissor ao receptor. O Problema de Roteamento e Atribuição Mínima de Comprimentos de Onda (min- RWA) consiste em estabelecer um conjunto de conexões entre pares de estações e atribuir um determinado comprimento de onda para cada uma delas, de forma que caminhos óticos que compartilhem algum enlace da rede tenham comprimentos de onda diferentes e que o número total de comprimentos de onda utilizados seja mínimo. Neste trabalho, uma nova heurística é proposta para min-RWA, onde k possíveis rotas são calculadas para cada conexão e, em seguida, uma rota (dentre as rotas pré-calculadas) e um comprimento de onda são atribuídos a cada conexão resolvendo-se um Problema de Coloração de Partições (PCP). O PCP é um problema de coloração em grafos particionados, ou seja, grafos onde os vértices estão particionados em subconjuntos disjuntos. O PCP consiste em selecionar e colorir um único vértice de cada subconjunto, de modo que dois vértices adjacentes, no grafo induzido pelos vértices selecionados tenham cores diferentes e que o número total de cores utilizadas seja mínimo. Nesta dissertação, são apresentadas e propostas novas heurísticas para PCP e min-RWA. Estas heurísticas são comparadas com as melhores conhecidas na literatura. / [en] In optical networks, the information is transmitted along the optical fibers as optical signals. Wavelength Division Multiplexing (WDM) allows more efficient use of the huge capacity of optical fibers, as far as it permits the simultaneous transmission of different channels along the same fiber, each of them using a different wavelength. The connections are established by lightpaths, in which the signal is converted to the optical domain and reaches the receptor without conversion to the electrical domain. A lightpath is defined by a route and a wavelength. We assume that wavelength conversion along a lightpath is not permitted, since this technology is not yet fully available. Therefore, each lightpath should use the same wavelength from the transmitter to the receiver. The Routing and Wavelength Assignment problem consists in routing a set of lightpaths and assigning a wavelength to each of them. All connection requirements are known beforehand and one seeks to minimize the total number of wavelengths used for routing these connections, so as that two lightpaths sharing a common link use different wavelengths. In this work, we propose a new heuristic in which min-RWA is solved by a combined approach involving the computation of alternative routes for the lightpaths, followed by the solution of a Parttion Coloring Problem (PCP). Given a graph where the vertex set is partitioned in disjoint susets, PCP consists in selecting and coloring only one vertex in each subset, so as that every two adjacent colored nodes have different colors and the total number of colors used is minimum. We present and propose new heuristics for PCP and min-RWA. Computational experiments are reported comparing the new heuristics and those which already appeared in the literature.