Made available in DSpace on 2014-06-12T17:39:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6961_1.pdf: 1602514 bytes, checksum: d3a1132dbb565fa8d43da6001ea39402 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Esta dissertação demonstra um novo algoritmo de roteamento dinâmico para redes ópticas transparentes baseado nas penalidades da camada física, como o acúmulo de ruído nos amplificadores, a saturação do ganho dos amplificadores e as perdas nos dispositivos ao longo do caminho óptico. A métrica do algoritmo proposto é baseada no cálculo da figura de ruído utilizando-se a formulação bastante conhecida para cascateamento de elementos no caminho óptico. A conversão de comprimentos de onda não é permitida na rede e a alocação dos comprimentos de onda é baseada no algoritmo de First-Fit. Para uma dada chamada o algoritmo atribui o primeiro comprimento de onda disponível e calcula a melhor rota (menor figura de ruído) usando um algoritmo de Dijkstra modificado com a figura de ruído como função custo. Após o cálculo da figura de ruído do caminho óptico a taxa de erro de bit (BER) é determinada. O novo algoritmo bloqueia uma chamada se não existir um comprimento de onda disponível ou se a BER estiver acima do limite pré-definido, o que garante uma qualidade de serviço para o funcionamento da rede. Os resultados de simulações para um tráfego dinâmico numa rede em malha hipotética são apresentados em termos da probabilidade de bloqueio em função da carga da rede e das características dos amplificadores. Mostra-se que o algoritmo proposto é melhor do que o algoritmo de roteamento de menor caminho. O algoritmo é estendido para as redes multifibras

Para suportar as novas aplicações heterogêneas e dinâmicas, como a TV digital interativa, os vídeos sob demanda e a computação em nuvem, as redes ópticas WDM (wavelength division multiplexing) estão passando por uma grande mudança. Estão deixando de ser estáticas para se tornarem reconfiguráveis. Assim, elas devem suportar diferentes taxas e formatos de modulação, que podem variar com o tempo, tornando-as heterogêneas tanto no que se refere aos tipos de serviços, quanto às tecnologias de transmissão. Assim, novos desafios para controlar e administrar estas redes estão surgindo e soluções cognitivas estão começando a ser estudadas. Uma das premissas de uma solução cognitiva é a adaptabilidade. Neste cenário, este trabalho propõe uma metodologia de controle adaptativo de ganho para amplificadores ópticos em redes WDM dinâmicas. Tal metodologia baseia-se em uma máscara de potência com informações sobre o desempenho óptico do amplificador em termos de figura de ruído e \"planicidade\" espectral de ganho, ajustando seu ponto de operação visando um compromisso entre estes parâmetros. Esta metodologia foi aplicada em um problema de roteamento e alocação de comprimento de onda para algumas topologias de redes com 4, 6, 10 e 15 nós e considerando uma restrição de qualidade de serviço, relacionada à OSNR do sinal, para realização da conexão. Os resultados mostram uma redução na probabilidade de bloqueio total com a aplicação da metodologia proposta em relação a um cenário sem a metodologia de 80% para abaixo de 20% em alguns casos. / To support new dynamic and heterogeneous applications such as interactive digital TV, video on demand and cloud computing, WDM (wavelength division multiplexing) optical networks are undergoing significant changes. They are changing from static to reconfigurable networks. Thus, they need to support different data rates and modulation formats, which can varie along the time, leading to a heterogeneous network with respect not only to different services, but also to different transmission technology. Therefore, new network control and management challenges are arising and cognitive solutions are being studied. One of the cognitive solution premises is adaptability. In this scenario, this work propose an adaptive gain control methodology for optical amplifiers in WDM dynamic optical networks. Such methodology is based on a power mask with information about the amplifier optical performance in terms of noise figure and gain flatness, adjusting its operating point aiming to the best trade off between these parameters. This methodology was applied to a routing and wavelength assignment problem to some network topology with 4, 6, 10 and 15 nodes and considering a quality of service constraint, due to the signal OSNR, to accomplish the connection. Results show blocking probability reduction from 80% to bellow 20% for some cases from a scenario without the methodology to one with it.

O projeto de amplificadores de baixo ruído (LNA) aparenta ser um trabalho simples pelos poucos componentes ativos e passivos que o compõe, porém a alta correlação entre os seus parâmetros de projeto dificulta muito esse trabalho. Esta dissertação apresenta uma proposta para contornar essa dificuldade: o uso de algoritmos metaheurísticos, em particular algoritmos genéticos e simulated annealing. Algoritmos metaheurísticos são técnicas avançadas que emulam princípios físicos ou naturais para resolver problemas com alto grau de complexidade. Esses algoritmos estão emergindo nos últimos anos porque têm mostrado eficiência e eficácia. São feitos neste trabalho os projetos de três LNAs, dois (LNA1 e LNA2) para sistemas com arquitetura homódine (LNA com carga capacitiva) e um (LNA3) para sistemas com arquitetura heteródine (LNA com carga resistiva) utilizando-se algoritmos genéticos e simulated annealing (recozimento simulado). Apresenta-se inicialmente a análise detalhada da configuração escolhida para os projetos (fonte comum cascode com degeneração indutiva FCCDI). A frequência de operação dos LNAs é 1,8 GHz e a fonte de alimentação de 2,0 V. Para o LNA1 e o LNA2 se atingiu uma figura de ruído de 2,8 dB e 3,2 dB, consumo de potência de 6,8 mW e 2,7 mW e ganho de tensão de 22 dB e 24 dB, respectivamente. Para LNA3 se atingiu uma figura de ruído de 3,5 dB, consumo de potência de 7,8 mW e ganho de tensão de 15,5 dB. Os resultados obtidos e comparações feitas com LNAs da literatura demonstram viabilidade e eficácia da aplicação de algoritmos metaheurísticos no projeto de LNA. Neste trabalho utilizaram-se as ferramentas ELDO (simulador de circuitos elétricos), versão 2009.1 patch1 64 bits, ASITIC (para projetar e simular os indutores), versão 03.19.00.0.0.0 e MATLAB (o toolbox fornece os algoritmos metaheurísticos), versão 7.9.0.529 R2009b. Além disso, os projetos foram desenvolvidos na tecnologia CMOS 0,35 m da AMS (Austria Micro Systems). / The design of low noise amplifiers (LNA) seems to be a simple work because the small number of active and passive device that they are composes, nevertheless the high trade off of LNA parameters complicates very much the work. This research presents a proposal to contour act the obstacle: to use metaheuristic algorithms, in special genetic algorithms and simulated annealing. The metaheuristic algorithms are advanced techniques that emulate physics or natural principles to solve problems with high grade of complexity. They have been emerging in the last years because they have shown effectiveness and efficiency. In this dissertation were designed three LNAs using genetic algorithms and simulated annealing: two (LNA1 and LNA2) to homódine architecture (LNA with capacitive load) and one (LNA3) to heteródine architecture (LNA with resistive load). First it is show the detailed analysis of configuration chosen to the designs (common source cascode with inductive degeneration). The operation frequency is 1.8 GHz and power supply is 2.0 V for all LNAs. LNA1 and LNA2 reached a noise figure of 2.8 dB and 3.2 dB, a dissipation power of 6.8 mW and 2.7 mW, and a voltage gain of 22 dB and 24 dB respectively. LNA3 reached 3.5 dB of noise figure, 7.8 mW of dissipation power, and 15.5 dB of voltage gain. The results obtained and the comparisons with LNAs from the literature demonstrate that the metaheuristic algorithms show efficiency and effectiveness in the design of LNA. This study was developed with the help of the tools ELDO (electric circuit simulator) version 2009.1 patch1 64 bits, ASITIC (to design and simulate the inductors) version 03.19.00.0.0.0, and MATLAB (the toolbox provides the metaheuristic algorithms) version 7.9.0.529 R2009b. Furthermore, the designs were developed on CMOS 0.35 AMS (Austria Micro Systems) technology.

O projeto de amplificadores de baixo ruído (LNA) aparenta ser um trabalho simples pelos poucos componentes ativos e passivos que o compõe, porém a alta correlação entre os seus parâmetros de projeto dificulta muito esse trabalho. Esta dissertação apresenta uma proposta para contornar essa dificuldade: o uso de algoritmos metaheurísticos, em particular algoritmos genéticos e simulated annealing. Algoritmos metaheurísticos são técnicas avançadas que emulam princípios físicos ou naturais para resolver problemas com alto grau de complexidade. Esses algoritmos estão emergindo nos últimos anos porque têm mostrado eficiência e eficácia. São feitos neste trabalho os projetos de três LNAs, dois (LNA1 e LNA2) para sistemas com arquitetura homódine (LNA com carga capacitiva) e um (LNA3) para sistemas com arquitetura heteródine (LNA com carga resistiva) utilizando-se algoritmos genéticos e simulated annealing (recozimento simulado). Apresenta-se inicialmente a análise detalhada da configuração escolhida para os projetos (fonte comum cascode com degeneração indutiva FCCDI). A frequência de operação dos LNAs é 1,8 GHz e a fonte de alimentação de 2,0 V. Para o LNA1 e o LNA2 se atingiu uma figura de ruído de 2,8 dB e 3,2 dB, consumo de potência de 6,8 mW e 2,7 mW e ganho de tensão de 22 dB e 24 dB, respectivamente. Para LNA3 se atingiu uma figura de ruído de 3,5 dB, consumo de potência de 7,8 mW e ganho de tensão de 15,5 dB. Os resultados obtidos e comparações feitas com LNAs da literatura demonstram viabilidade e eficácia da aplicação de algoritmos metaheurísticos no projeto de LNA. Neste trabalho utilizaram-se as ferramentas ELDO (simulador de circuitos elétricos), versão 2009.1 patch1 64 bits, ASITIC (para projetar e simular os indutores), versão 03.19.00.0.0.0 e MATLAB (o toolbox fornece os algoritmos metaheurísticos), versão 7.9.0.529 R2009b. Além disso, os projetos foram desenvolvidos na tecnologia CMOS 0,35 m da AMS (Austria Micro Systems). / The design of low noise amplifiers (LNA) seems to be a simple work because the small number of active and passive device that they are composes, nevertheless the high trade off of LNA parameters complicates very much the work. This research presents a proposal to contour act the obstacle: to use metaheuristic algorithms, in special genetic algorithms and simulated annealing. The metaheuristic algorithms are advanced techniques that emulate physics or natural principles to solve problems with high grade of complexity. They have been emerging in the last years because they have shown effectiveness and efficiency. In this dissertation were designed three LNAs using genetic algorithms and simulated annealing: two (LNA1 and LNA2) to homódine architecture (LNA with capacitive load) and one (LNA3) to heteródine architecture (LNA with resistive load). First it is show the detailed analysis of configuration chosen to the designs (common source cascode with inductive degeneration). The operation frequency is 1.8 GHz and power supply is 2.0 V for all LNAs. LNA1 and LNA2 reached a noise figure of 2.8 dB and 3.2 dB, a dissipation power of 6.8 mW and 2.7 mW, and a voltage gain of 22 dB and 24 dB respectively. LNA3 reached 3.5 dB of noise figure, 7.8 mW of dissipation power, and 15.5 dB of voltage gain. The results obtained and the comparisons with LNAs from the literature demonstrate that the metaheuristic algorithms show efficiency and effectiveness in the design of LNA. This study was developed with the help of the tools ELDO (electric circuit simulator) version 2009.1 patch1 64 bits, ASITIC (to design and simulate the inductors) version 03.19.00.0.0.0, and MATLAB (the toolbox provides the metaheuristic algorithms) version 7.9.0.529 R2009b. Furthermore, the designs were developed on CMOS 0.35 AMS (Austria Micro Systems) technology.

Para suportar as novas aplicações heterogêneas e dinâmicas, como a TV digital interativa, os vídeos sob demanda e a computação em nuvem, as redes ópticas WDM (wavelength division multiplexing) estão passando por uma grande mudança. Estão deixando de ser estáticas para se tornarem reconfiguráveis. Assim, elas devem suportar diferentes taxas e formatos de modulação, que podem variar com o tempo, tornando-as heterogêneas tanto no que se refere aos tipos de serviços, quanto às tecnologias de transmissão. Assim, novos desafios para controlar e administrar estas redes estão surgindo e soluções cognitivas estão começando a ser estudadas. Uma das premissas de uma solução cognitiva é a adaptabilidade. Neste cenário, este trabalho propõe uma metodologia de controle adaptativo de ganho para amplificadores ópticos em redes WDM dinâmicas. Tal metodologia baseia-se em uma máscara de potência com informações sobre o desempenho óptico do amplificador em termos de figura de ruído e \"planicidade\" espectral de ganho, ajustando seu ponto de operação visando um compromisso entre estes parâmetros. Esta metodologia foi aplicada em um problema de roteamento e alocação de comprimento de onda para algumas topologias de redes com 4, 6, 10 e 15 nós e considerando uma restrição de qualidade de serviço, relacionada à OSNR do sinal, para realização da conexão. Os resultados mostram uma redução na probabilidade de bloqueio total com a aplicação da metodologia proposta em relação a um cenário sem a metodologia de 80% para abaixo de 20% em alguns casos. / To support new dynamic and heterogeneous applications such as interactive digital TV, video on demand and cloud computing, WDM (wavelength division multiplexing) optical networks are undergoing significant changes. They are changing from static to reconfigurable networks. Thus, they need to support different data rates and modulation formats, which can varie along the time, leading to a heterogeneous network with respect not only to different services, but also to different transmission technology. Therefore, new network control and management challenges are arising and cognitive solutions are being studied. One of the cognitive solution premises is adaptability. In this scenario, this work propose an adaptive gain control methodology for optical amplifiers in WDM dynamic optical networks. Such methodology is based on a power mask with information about the amplifier optical performance in terms of noise figure and gain flatness, adjusting its operating point aiming to the best trade off between these parameters. This methodology was applied to a routing and wavelength assignment problem to some network topology with 4, 6, 10 and 15 nodes and considering a quality of service constraint, due to the signal OSNR, to accomplish the connection. Results show blocking probability reduction from 80% to bellow 20% for some cases from a scenario without the methodology to one with it.