Orientador: Prof. Dr. Luiz Henrique Bonani do Nascimento / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia da Informação, 2014. / Atualmente as redes ópticas são vistas como uma solução promissora para suprir as altas demandas de tráfego com a crescente multiplicidade de serviços na rede. Estes serviços exigem que as redes tenham larguras de banda flexíveis, ao mesmo tempo em que sejam capazes de alcançar longas distâncias provendo altas taxas de dados. Para dar suporte a esta demanda,novas tecnologias vêm sendo estudadas, sendo que nos últimos anos o foco principal está na comutação óptica de espectro, levando os sistemas a considerarem as chamadas Redes Ópticas Elásticas. O objetivo deste trabalho é realizar uma análise de desempenho de uma Rede Óptica Elástica baseada na tecnologia OFDM com múltiplos serviços e múltiplos requisitos de largura de banda. A principal métrica a ser abordada neste trabalho é a Probabilidade de Bloqueio, mas também será abordada a Utilização dos enlaces. Esses parâmetros são estudados para cada tipo de serviço em diferentes cenários de rede, incluindo o caso com desfragmentação de espectro e sem desfragmentação de espectro, considerando alguns algoritmos para a alocação de espectro.

Orientador: Prof. Dr. Luiz Henrique Bonani do Nascimento / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia da Informação, 2016. / A crescente multiplicidade de serviços e a demanda por altas taxas de transmissão e de tráfego na rede fizeram das Redes Ópticas um recurso essencial no mundo contemporâneo. Recentemente, o advento das Redes Ópticas Elásticas (EON) permitiu que os dados sejam transportados em longas distâncias, fornecendo largura de banda e taxas de dados flexíveis, com base na tecnologia de Multiplexação por Divisão de Frequência Ortogonal (OFDM). Nos últimos anos, muitos esforços têm se concentrado na análise de desempenho dessas redes em vários cenários, entre os quais se destacam as variações de tipos de formato de modulação, de algoritmos de roteamento e alocação de espectro e de características nos tipos de serviços. A avaliação de tais cenários mostrou que diferentes tipos de serviço e diferentes estratégias de gerenciamentolevam a níveis muito díspares de desempenho entre serviços. Dessa forma, o objetivo desse trabalho é avaliar políticas híbridas de alocação de espectro, em termos de largura de faixa e taxa de bits, em cenários com compartilhamento dos recursos, de forma a analisar as diferenças de desempenho entre serviços e, assim, o nível de Qualidade de Serviço (QoS). As métricas adotadas para o trabalho são: (i) a probabilidade de bloqueio intraserviço e (ii) a probabilidade de bloqueio geral da rede e os resultados apresentados com a implantação de políticas híbridas permitiu obter fairness em EON. / The increasing amount of services and the demand for high transmission rates and network traffic, turn the Optical Networks as an essential resource in the contemporary world. Recently, the advent of Elastic Optical Networks (EON) allowed data transportation over long distances, providing flexible bandwidth and flexible data rates, based on Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) technology. In recent years, many efforts have been made to analyse the performance of these networks in a great amount of scenarios, considering the variation of modulation formats, the variation of routing and spectrum assignment algorithms and the variation of service characteristics. The evaluation of such scenarios has shown that different kind of services and different management strategies lead to different levels of service performance. Therefore, the aim of this work is to evaluate hybrid policies for spectrum assignment, considering bandwidth and bit rate in a scenario where the network resources are shared, in order to analise the differences of performance among service types and than the level of Quality of Service (QoS). The adopted metrics are: (i) the intraservice blocking probability and (ii) the general blocking probability and the results presented to the deployment of hybrid policies yielded fairness in EON.

Orientador: Nelson Luis Saldanha da Fonseca / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-27T20:17:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moura_PedroMesquita_M.pdf: 2113385 bytes, checksum: 1ba529be35f0f2fbcb95f91c01acfa29 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: As redes ópticas com multiplexação por comprimento de onda empregam uma grade fixa de divisão do espectro, dividindo-o em grandes faixas com alta capacidade de transmissão. Apesar de este esquema atingir altas velocidades de até 100Gb/s atualmente, a demanda de tráfego está cada vez maior e novas soluções são propostas como futuro das redes ópticas. A divisão do espectro em grandes faixas pode gerar problemas de falta de flexibilidade, onde requisições com baixas demandas de tráfego subutilizam comprimentos de onda. Nesse contexto as redes ópticas elásticas emergem, buscando flexibilizar a alocação do espectro utilizando alta granularidade na divisão do espectro, de modo que as conexões utilizem tipicamente vários slots, que são a unidade de alocação de redes ópticas elásticas. Utilizando-se da tecnologia de Multiplexação por Divisão de Frequências Ortogonais (OFDM), é possível fazer com que os slots adjacentes se sobreponham ortogonalmente, sem interferência, atingindo alta eficiência de utilização do espectro. O roteamento e alocação de espectro surge neste contexto com o objetivo de alocar rotas nas redes ópticas elásticas, necessitando caminhos na rede que possuam espectro suficiente para acomodar a demanda de tráfego, e a fim de manter o sinal no domínio óptico e evitar a custosa operação de conversão opto eletrônica, é necessário manter a mesma porção do espectro alocada em todos os enlaces do caminho, problema denominado de restrição de continuidade do espectro. Os slots devem ser também adjacentes para que estes se sobreponham utilizando OFDM, problema chamado de restrição de contiguidade do espectro. Esta dissertação investiga o problema roteamento e alocação de espectro e propõe algoritmos que melhoram características da rede, como qualidade de serviço, custo operacional e eficiência energética / Abstract: Wavelength division multiplexing optical networks employ fixed grid for spectrum, with high capacity transmission slots. Although this division allows high speeds of up to 100Gbps nowadays, the traffic demand grows each year and new solutions are needed in optical networks. The high capacity fixed grid can produce problems like the sub utilization of wavelengths by requests with lower traffic demand than their capacity. In this context the elastic optical networks emerged, allowing flexible division of spectrum, in a way that connections allocate several slots, the unit of spectrum of elastic optical networks. Together with Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), it is possible to orthogonally overlap adjacent slots, without interference, achieving higher spectrum efficiency. The routing and spectrum assignment problem aims to allocate routes and spectrum in elastic optical networks, finding for paths with enough spectrum to accommodate the traffic demand. In order to avoid the costly optoelectronic signal conversion, it is necessary to allocate the same portion of spectrum in each link of the path, problem called spectrum continuity constraint. The slots must also be allocated contiguously, in order to the overlapping with OFDM be effective, problem called spectrum contiguity constraint. This work investigate the routing and spectrum assignment problem and proposes algorithms to improve network characteristics such as quality of service, operational expenditure and energy efficiency / Mestrado / Ciência da Computação / Mestre em Ciência da Computação

A busca de sistemas de comunicação eficientes e econômicos é cada vez maior, principalmente com o aumento da demanda por tráfego e banda de transmissão. Conhecidas pela utilização eficiente de largura de banda, as redes ópticas de segmentação espectral flexível têm sido intensamente estudadas e são consideradas boas candidatas para a próxima geração de redes. Tais redes flexíveis utilizam formatos de modulação multinível e multiplexação multiportadora. Sistemas com alta capacidade de transmissão devem ser extremamente confiáveis, pois a falha em um dispositivo ou enlace da rede acarreta enorme perda de dados. Por isso, as técnicas de proteção e restauração do tráfego devem ser eficientes, de modo a garantir a sobrevivência da rede. Neste trabalho, foi desenvolvido um algoritmo capaz de lidar com cada requisição de conexão, encontrar um caminho óptico para transmissão e reservar outro caminho para recuperação do tráfego em caso de falha na rede. A seleção dos caminhos primário e de proteção utiliza a técnica smart-fit, que escolhe a solução com menor custo final, definido pela distância da rota percorrida somada ao custo do índice inicial da faixa espectral alocada, buscando equilibrar a escolha entre a posição no espectro e rota escolhida. Além disso, são definidos custos diferentes para slots de frequência livres e compartilhados, a fim de incentivar o compartilhamento espectral em caminhos de proteção. Dentre as técnicas de alocação espectral, a varredura com janela espectral varre o espectro em todos os enlaces da rota, slot por slot, em busca de uma faixa livre com tamanho suficiente para atender uma demanda. Neste trabalho, foi desenvolvida uma técnica chamada busca lógica, que lida simultaneamente com todos os enlaces da rota ao realizar operações lógicas com seus espectros. Em seguida, é realizada uma convolução entre a janela espectral, com tamanho da demanda, e o espectro resultante. A partir desse resultado, é possível saber as posições no espectro onde a demanda poderá ser alocada. Tal técnica, como será demonstrado, é mais veloz que a varredura com janela espectral. Para garantir a eficácia e confiabilidade do algoritmo, utilizando o software MATLAB, avaliou-se a probabilidade de bloqueio e probabilidade de bloqueio de banda, a fragmentação espectral média na rede, o grau de compartilhamento, a taxa de utilização espectral e a taxa de capacidade reservada. O algoritmo desenvolvido foi capaz de organizar o tráfego na rede de modo ordenado e pouco fragmentado, além de utilizar de maneira eficiente os recursos destinados à proteção. / The search for efficient and economical communication systems is increasing, especially with the increased demand for traffic and bandwidth transmission. The elastic optical networks, well known for their efficient using of bandwidth, have been thoroughly studied and are considered good candidates for the next generation networks. Such flexible networks use multilevel modulation formats and multicarrier multiplexing. Systems with high transmission capacity should be extremely reliable, as a failure in a device or link brings huge data loss. Therefore, traffic protection and restoration techniques should be efficient, to ensure network survivability. In this work, we propose an algorithm capable of managing each connection request, finding an optical path for transmission and a protection path to recover traffic in case of network failure. The selection of the primary and protection path uses the smart-fit technique, which chooses the solution with the lower final cost, defined by the route\'s distance plus the index\'s cost of the first slot of the allocated spectrum, in order to balance the choice between the position in the spectrum and the chosen route. In addition, different costs for free or shared frequency slots are defined, so as to encourage spectral sharing in protection paths. Among the spectrum allocation techniques, scanning with spectrum window scans the spectrum in all links of the route, slot by slot, searching for a free band large enough to meet the demand. In this work, we developed a new technique, called logical search, that simultaneously deals with all the links in the route, by performing logical operations with them. Then, a convolution is performed between a spectrum window, with the same size of the demand, and the resulting spectrum. From this result, it is possible to know all the positions in the spectrum where the demand may fit. This technique, as will be shown, is faster than the scan with spectrum window. To guarantee the efficiency and reliability of the algorithm, using the MATLAB software, we evaluated the blocking probability and bandwidth blocking probability, the average spectral fragmentation in the network, the shareability ratio, the spectral utilization ratio and the spare capacity ratio. The developed algorithm was able to organize the traffic in an orderly and less fragmented way, and use the protection resources efficiently.

A busca de sistemas de comunicação eficientes e econômicos é cada vez maior, principalmente com o aumento da demanda por tráfego e banda de transmissão. Conhecidas pela utilização eficiente de largura de banda, as redes ópticas de segmentação espectral flexível têm sido intensamente estudadas e são consideradas boas candidatas para a próxima geração de redes. Tais redes flexíveis utilizam formatos de modulação multinível e multiplexação multiportadora. Sistemas com alta capacidade de transmissão devem ser extremamente confiáveis, pois a falha em um dispositivo ou enlace da rede acarreta enorme perda de dados. Por isso, as técnicas de proteção e restauração do tráfego devem ser eficientes, de modo a garantir a sobrevivência da rede. Neste trabalho, foi desenvolvido um algoritmo capaz de lidar com cada requisição de conexão, encontrar um caminho óptico para transmissão e reservar outro caminho para recuperação do tráfego em caso de falha na rede. A seleção dos caminhos primário e de proteção utiliza a técnica smart-fit, que escolhe a solução com menor custo final, definido pela distância da rota percorrida somada ao custo do índice inicial da faixa espectral alocada, buscando equilibrar a escolha entre a posição no espectro e rota escolhida. Além disso, são definidos custos diferentes para slots de frequência livres e compartilhados, a fim de incentivar o compartilhamento espectral em caminhos de proteção. Dentre as técnicas de alocação espectral, a varredura com janela espectral varre o espectro em todos os enlaces da rota, slot por slot, em busca de uma faixa livre com tamanho suficiente para atender uma demanda. Neste trabalho, foi desenvolvida uma técnica chamada busca lógica, que lida simultaneamente com todos os enlaces da rota ao realizar operações lógicas com seus espectros. Em seguida, é realizada uma convolução entre a janela espectral, com tamanho da demanda, e o espectro resultante. A partir desse resultado, é possível saber as posições no espectro onde a demanda poderá ser alocada. Tal técnica, como será demonstrado, é mais veloz que a varredura com janela espectral. Para garantir a eficácia e confiabilidade do algoritmo, utilizando o software MATLAB, avaliou-se a probabilidade de bloqueio e probabilidade de bloqueio de banda, a fragmentação espectral média na rede, o grau de compartilhamento, a taxa de utilização espectral e a taxa de capacidade reservada. O algoritmo desenvolvido foi capaz de organizar o tráfego na rede de modo ordenado e pouco fragmentado, além de utilizar de maneira eficiente os recursos destinados à proteção. / The search for efficient and economical communication systems is increasing, especially with the increased demand for traffic and bandwidth transmission. The elastic optical networks, well known for their efficient using of bandwidth, have been thoroughly studied and are considered good candidates for the next generation networks. Such flexible networks use multilevel modulation formats and multicarrier multiplexing. Systems with high transmission capacity should be extremely reliable, as a failure in a device or link brings huge data loss. Therefore, traffic protection and restoration techniques should be efficient, to ensure network survivability. In this work, we propose an algorithm capable of managing each connection request, finding an optical path for transmission and a protection path to recover traffic in case of network failure. The selection of the primary and protection path uses the smart-fit technique, which chooses the solution with the lower final cost, defined by the route\'s distance plus the index\'s cost of the first slot of the allocated spectrum, in order to balance the choice between the position in the spectrum and the chosen route. In addition, different costs for free or shared frequency slots are defined, so as to encourage spectral sharing in protection paths. Among the spectrum allocation techniques, scanning with spectrum window scans the spectrum in all links of the route, slot by slot, searching for a free band large enough to meet the demand. In this work, we developed a new technique, called logical search, that simultaneously deals with all the links in the route, by performing logical operations with them. Then, a convolution is performed between a spectrum window, with the same size of the demand, and the resulting spectrum. From this result, it is possible to know all the positions in the spectrum where the demand may fit. This technique, as will be shown, is faster than the scan with spectrum window. To guarantee the efficiency and reliability of the algorithm, using the MATLAB software, we evaluated the blocking probability and bandwidth blocking probability, the average spectral fragmentation in the network, the shareability ratio, the spectral utilization ratio and the spare capacity ratio. The developed algorithm was able to organize the traffic in an orderly and less fragmented way, and use the protection resources efficiently.