Submitted by Eduarda Figueiredo (eduarda.ffigueiredo@ufpe.br) on 2015-03-06T13:44:05Z No. of bitstreams: 2 chaves.pdf: 2856967 bytes, checksum: 08cd733e8cb84a531adc13230e5edaaf (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-06T13:44:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 chaves.pdf: 2856967 bytes, checksum: 08cd733e8cb84a531adc13230e5edaaf (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012-02-24 / CNPq e CAPES / Nesta Tese são propostas diversas estratégias para projetar redes ópticas WDM de forma otimizada. As redes são consideradas com tráfego dinâmico e penalizadas pelas penalidades da camada física. As estratégias propostas lidam com os principais elementos que afetam a relação custo desempenho em uma rede óptica: o algoritmo de roteamento e atribuição de comprimentos de onda (RWA), a colocação de regeneradores (RP), a atribuição de regeneradores (RA), o projeto da topologia física da rede (PTD) e o dimensionamento dos dispositivos ópticos (DDO) que serão instalados na rede. Esses problemas são tratados tanto de forma separada quanto de forma integrada na Tese. Para o RWA, é proposta uma metodologia para se projetar algoritmos heurísticos de roteamento que têm como objetivo o aumento no desempenho da rede e que levam em conta as penalidades da camada física. Para a solução do RP são propostos algoritmos heurísticos e metaheurísticos para o projeto de redes ópticas translúcidas, considerando simultaneamente a otimização dos custos de capital (CapEx) e operacional (OpEx) e do desempenho da rede. O problema de PTD é tratado em conjunto com o DDO também de forma mutiobjetiva, considerando a otimização simultânea do CapEx e do desempenho (probabilidade de bloqueio). Um algoritmo multiobjetivo para realização da expansão de topologia (i.e. adição de novos enlaces a uma rede já existente) também é proposto. Além disso, são resolvidos conjuntamente os problemas de PTD, RP e RWA de forma mutiobjetiva considerando a otimização simultânea de CapEx e desempenho da rede. As otimizações das soluções são feitas utilizando as seguintes estratégias metaheuristicas propostas na área de inteligência computacional: Particle Swarm Optimization (PSO) e Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II).

Neste trabalho propomos e analisamos algoritmos de alocação dinâmica de banda para rede óptica passiva (PON) de acesso padrão GPON (Gigabit PON). Estes algoritmos utilizam dados oriundos de SLA (service level agreement) para gerenciar a alocação de banda e classificar em 4 contêineres de tráfego (T-CONT) o tráfego gerado em 16 ONUs (optical network unit). Na transmissão upstream é utilizada a técnica de multiplexação por divisão de tempo (TDM) para gerenciar o acesso ao meio, evitando colisões. O primeiro algoritmo proposto aloca banda garantida para as ONUs e distribui a banda não utilizada de acordo com critério baseado em três SLAs. A taxa de bit upstream é 1,25 Gbps e o desempenho do algoritmo é analisado com base na variação do atraso de pacotes em função do tráfego gerado nas ONUs. O segundo algoritmo proposto utiliza ponderação de tráfego. Neste, analisamos o comportamento dos atrasos e a quantidade de banda solicitada e atendida por ONU quando as bandas garantida e extra são alteradas. Por fim, acrescentamos em nossa implementação um intervalo para o processamento do algoritmo de alocação dinâmica de banda (DBA) e resposta do hardware relacionado ao ciclo de interrogação. Então, analisamos o atraso de pacotes quando variamos o intervalo de processamento do DBA. Ao final, propomos uma solução preliminar para minimizar estes atrasos. Os resultados obtidos por meio de simulação computacional mostram a versatilidade dos algoritmos. / In this work we propose and analyze the performance of dynamic bandwidth allocation algorithms for optical passive networks (PON) in GPON standard (Gigabit PON). These algorithms use data from SLA (service level agreement) to manage bandwidth allocation and classify in 4 traffic containers (T-CONT) the traffic generated by 16 ONUs (optical network unit). In the upstream transmission the time division multiplexing (TDM) technique is used to manage the medium access, avoiding collisions. The first proposed algorithm allocates guaranteed bandwidth for the ONUs and distributes the bandwidth not used according to the criteria based on three SLAs. The upstream bit rate is 1.25 Gbps and the algorithm performance is analyzed based on the packets delay variation versus the traffic generated by ONUs. The second proposed algorithm uses weighted traffic. In this, we analyze the delay performance and the required bandwidth for each ONU and how much it is served when the guaranteed and extra bandwidth are changed. Finally, we added in our implementation an interval for the processing of the dynamic bandwidth allocation algorithm (DBA) and response of the hardware related to the interrogation cycle. In the end, we propose a preliminary solution to minimize these delays. The results obtained by means of computational simulation show the versatility of the algorithms.

Esta dissertação de mestrado investiga os formatos de modulação óptica alternativos ao tradicional formato binário de intensidade (NRZ - Non-return-to-zero), ditos avançados, como tecnologia chave para atender às exigências do mercado atual de telecomunicações por transporte de grande volume de dados e alta largura de banda, associados com a redução do custo da informação transmitida por bit. Os formatos avançados de modulação óptica fazem parte das tecnologias que estão sendo investigadas intensamente com o objetivo de superar os desafios impostos pela nova geração de sistemas ópticos com taxas a partir de 40 Gb/s. Este trabalho focaliza o estudo dessa tecnologia, apresentando uma visão geral dos formatos mais discutidos atualmente, suas características e tecnologias de implementação. Foram realizadas simulações utilizando o software comercial Optisystem versão 7.0 da empresa canadense Optiwave Systems Inc., para analisar o desempenho de alguns formatos de modulação de intensidade e de fase com respeito à sensibilidade do receptor, resistência ao cascateamento de filtragem óptica e a efeitos dispersivos e não-lineares. Procurou-se avaliar os formatos em enlaces reais, com características necessárias à sua possível utilização. Também é feita uma breve consideração dos custos associados aos formatos de modulação analisados neste trabalho. Dentre os formatos analisados, os RZ (Return-to zero) apresentaram maior sensibilidade do receptor e melhor tolerância aos efeitos não-lineares que os seus equivalentes NRZ, porém baixa tolerância aos efeitos dispersivos e ao cascateamento de filtragem óptica. O formato duobinário mostrou fraco desempenho de sensibilidade, mas provou ser o mais tolerante à dispersão cromática e à concatenação de filtragem óptica. Os formatos de modulação de fase mostraram ser bem resistentes aos efeitos não-lineares e aos efeitos dispersivos. / This MSc thesis investigates optical modulation formats as an alternative to the use of the traditional intensity binary format NRZ (Non-return-to-zero). Those formats, classified as advanced, represent one of the key technologies aimed to enable the high data volume and broadband, demanded by the present telecommunication market, with cost reduction of transmitted information per bit. Those technologies have been intensevely studied with purpose of overcoming the challenges imposed by the new generation of optical systems, with bit rates from 40 Gb/s. This work focuses on the study of modulation formats most discussed currently, presenting an overview of their main characteristics and implementation techniques. The performance of some intensity and phase formats, in terms of receiver sensitivity, optical filtering cascading, dispersion and nonlinear effects robustness, have been theoretically analyzed from simulations carried out with the commercial software Optisystem v. 7.0, of the Canadian company Optiwave Systems Inc. The analysis has been applied to real optical links, with characteristics that, potentially, demand their use. A cost analysis, based on estimated values associated to devices required for implementing the formats investigated in this work, is also presented. Among the formats studied, those based on RZ (Return-to zero) presented the highest receiver sensitivity and best tolerance to nonlinear effects, in comparison to their equivalent formats, based on NRZ. However, they are less tolerant to dispersive effects and optical filtering cascading. The duobinary format (DB) has shown a weak performance in terms of sensitivity, though has been proved to be the most tolerant to chromatic dispersion and filtering cascading effects. Among all formats, the phase modulation ones presented the highest resistance against nonlinear and dispersive effects.

Neste trabalho analisamos e propomos a utilização de TDM (Time Division Multiplexing) nativo canalizado/estruturado em redes PON (Passive Optical Network) com padrão GPON (Gigabit Passive Optical Network), com ênfase na estrutura de transmissão do legado das redes de telefonia. O objetivo principal é obter um aumento na eficiência de banda transmitida através da fragmentação de sinais E1 sem que seja necessário o uso de técnicas de emulação de circuito (que reduzem a eficiência de banda devido à adição de cabeçalhos). Inicialmente, é descrito o transporte TDM em redes GPON, como efetuado pelos equipamentos comerciais atuais através de duas técnicas: CES - Circuit Emulation Service e TDM nativo não estruturado. Em seguida, é introduzido o conceito de comutação digital visando sua aplicação no transporte TDM nativo estruturado em redes GPON. Nesta etapa, é proposta uma solução para este transporte, é descrito o protocolo utilizado bem como seu funcionamento. Por fim, como prova de conceito, é apresentada uma implementação em HDL (Hardware Description Language) para FPGA (Field Programmable Gate Array). / In this work we analyze and propose the use of native channeled /structured TDM (Time Division Multiplexing) in GPON (Gigabit Passive Optical Network), with emphasis on the structure for transmission of the telephone network legacy. The main target is to achieve an increase in transmitted bandwidth efficiency by fragmenting E1 signals, thus avoiding the use of circuit emulation techniques (which reduce the bandwidth efficiency due to overhead addition). Initially, it is described in TDM transport in GPON networks, as it is performed in present commercial equipment by two techniques: CES - Circuit Emulation Service and Native TDM - unstructured. Next, we introduce the concepts of digital switching aiming its application on the transport of native and structured TDM in GPON. At this stage, we propose a transport solution, describe its protocol and functionalities. Finally, for concept proof, we present an implementation in HDL (Hardware Description Language) meant to FPGA (Field Programmable Gate Array) application.

Neste trabalho analisamos e propomos a utilização de TDM (Time Division Multiplexing) nativo canalizado/estruturado em redes PON (Passive Optical Network) com padrão GPON (Gigabit Passive Optical Network), com ênfase na estrutura de transmissão do legado das redes de telefonia. O objetivo principal é obter um aumento na eficiência de banda transmitida através da fragmentação de sinais E1 sem que seja necessário o uso de técnicas de emulação de circuito (que reduzem a eficiência de banda devido à adição de cabeçalhos). Inicialmente, é descrito o transporte TDM em redes GPON, como efetuado pelos equipamentos comerciais atuais através de duas técnicas: CES - Circuit Emulation Service e TDM nativo não estruturado. Em seguida, é introduzido o conceito de comutação digital visando sua aplicação no transporte TDM nativo estruturado em redes GPON. Nesta etapa, é proposta uma solução para este transporte, é descrito o protocolo utilizado bem como seu funcionamento. Por fim, como prova de conceito, é apresentada uma implementação em HDL (Hardware Description Language) para FPGA (Field Programmable Gate Array). / In this work we analyze and propose the use of native channeled /structured TDM (Time Division Multiplexing) in GPON (Gigabit Passive Optical Network), with emphasis on the structure for transmission of the telephone network legacy. The main target is to achieve an increase in transmitted bandwidth efficiency by fragmenting E1 signals, thus avoiding the use of circuit emulation techniques (which reduce the bandwidth efficiency due to overhead addition). Initially, it is described in TDM transport in GPON networks, as it is performed in present commercial equipment by two techniques: CES - Circuit Emulation Service and Native TDM - unstructured. Next, we introduce the concepts of digital switching aiming its application on the transport of native and structured TDM in GPON. At this stage, we propose a transport solution, describe its protocol and functionalities. Finally, for concept proof, we present an implementation in HDL (Hardware Description Language) meant to FPGA (Field Programmable Gate Array) application.