O principal objetivo deste trabalho é analisar a arquitetura das redes ópticas, discutir o estado da arte dos protocolos necessários ao seu desenvolvimento, e avaliar os vários esforços empregados para a padronização destas por diferentes instituições. Conceitualmente, redes ópticas são aquelas nas quais a tecnologia dominante na camada física é a fibra óptica. Tais redes originaram-se no início dos anos 80 com a utilização dos cabos de fibras ópticas monomodo, tendo evoluído com a introdução de uma nova base tecnológica composta por novos tipos de fibras ópticas, amplificadores ópticos, sistemas DWDM e componentes ópticos, como multiplexadores e demultiplexadores add/drop e cross-connects ópticos. O desenvolvimento destes componentes possibilitará a evolução dos simples enlaces DWDM ponto a ponto para a rede totalmente óptica. Neste trabalho é analisado como as aplicações interagirão com esta camada física. Tal interação tem provado ser um desafio dentro da atual arquitetura das redes de dados, no intuito de disponibilizar soluções que habilitem o transporte de um grande volume de tráfego de forma eficiente. Neste sentido é analisado o emprego de tecnologias como o MPLS (Multiprotocol Label Switching) e sua evolução, o Generalized MPLS (GMPLS). Finalmente apresenta-se a versão do ITU para arquitetura de redes ópticas, e a conseqüente inserção do GMPLS nesta padronização / The main objective of this work is to analyze the evolution trends for the architecture of the optical networks, discuss the state of the art protocols required for its development and evaluate the various efforts being carried out by different institutions in order to achieve standardization. In this context, optical networks are those in which the dominant technology in the physical layer is the optical fiber. Such networks arose in the early eighties with the use of the monomodo fiber optic cables and were further developed with the introduction of a new technological base composed by new types optical fibers, optical amplifiers, DWDM systems and optical components such as add/drop multiplexers and optical cross-connects. The introduction of these components will make possible the evolution from the simple point-to-point DWDM connections to the all optical networks. In this work we analyze how the applications will interact with this physical layer. Such interaction has been proving to be a challenge within the framework for the current architecture of data networks, aiming at offering solutions to enable the transport of a great volume of traffic in an efficient manner. With this goal in mind, the use of technologies such as MPLS (Multiprotocol Label Switching) and its evolution, the Generalized MPLS (GMPLS) is discussed. Finally, we present the ITU version for the architecture optical networks, addressing its merging with the GMPLS

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.

O principal objetivo deste trabalho é analisar a arquitetura das redes ópticas, discutir o estado da arte dos protocolos necessários ao seu desenvolvimento, e avaliar os vários esforços empregados para a padronização destas por diferentes instituições. Conceitualmente, redes ópticas são aquelas nas quais a tecnologia dominante na camada física é a fibra óptica. Tais redes originaram-se no início dos anos 80 com a utilização dos cabos de fibras ópticas monomodo, tendo evoluído com a introdução de uma nova base tecnológica composta por novos tipos de fibras ópticas, amplificadores ópticos, sistemas DWDM e componentes ópticos, como multiplexadores e demultiplexadores add/drop e cross-connects ópticos. O desenvolvimento destes componentes possibilitará a evolução dos simples enlaces DWDM ponto a ponto para a rede totalmente óptica. Neste trabalho é analisado como as aplicações interagirão com esta camada física. Tal interação tem provado ser um desafio dentro da atual arquitetura das redes de dados, no intuito de disponibilizar soluções que habilitem o transporte de um grande volume de tráfego de forma eficiente. Neste sentido é analisado o emprego de tecnologias como o MPLS (Multiprotocol Label Switching) e sua evolução, o Generalized MPLS (GMPLS). Finalmente apresenta-se a versão do ITU para arquitetura de redes ópticas, e a conseqüente inserção do GMPLS nesta padronização / The main objective of this work is to analyze the evolution trends for the architecture of the optical networks, discuss the state of the art protocols required for its development and evaluate the various efforts being carried out by different institutions in order to achieve standardization. In this context, optical networks are those in which the dominant technology in the physical layer is the optical fiber. Such networks arose in the early eighties with the use of the monomodo fiber optic cables and were further developed with the introduction of a new technological base composed by new types optical fibers, optical amplifiers, DWDM systems and optical components such as add/drop multiplexers and optical cross-connects. The introduction of these components will make possible the evolution from the simple point-to-point DWDM connections to the all optical networks. In this work we analyze how the applications will interact with this physical layer. Such interaction has been proving to be a challenge within the framework for the current architecture of data networks, aiming at offering solutions to enable the transport of a great volume of traffic in an efficient manner. With this goal in mind, the use of technologies such as MPLS (Multiprotocol Label Switching) and its evolution, the Generalized MPLS (GMPLS) is discussed. Finally, we present the ITU version for the architecture optical networks, addressing its merging with the GMPLS

Las empresas operadoras están enfrentando cambios radicales en el modelo de negocio. Sus clientes ya no contratan enlaces a redes porque ellos buscan servicios. Actualmente, los grandes sistemas de transporte digital, tanto urbanos como de larga distancia e internacionales, se basan en SDH (Synchronous Digital Hierarchy), las cuales son optimas para tráfico de voz pues están diseñadas para conmutar circuitos. Sin embargo, la conmutación de paquetes es la que ha experimentado un crecimiento exponencial y las empresas deben hacer frente a este proceso. El protocolo IP ha sido sin dudas el gran gestor de sistemas de valor agregado, mostrándose en franca consolidación y expansión. En respuesta a lo anterior, las plataformas actuales, compuestas por tecnologías variadas y muchas veces propietarias, deben evolucionar hacia estructuras más flexibles, dinámicas y, sobre todo, integradas y optimizadas para manejo robusto de tráfico paquetizado. El objetivo principal de este trabajo es proponer una tecnología de transporte digital que permita llevar a efecto la evolución de las tecnologías de transporte rentabilizando los recursos, migrando los servicios de manera transparente, y permitiendo la escalabilidad para soportar las nuevas demandas de ancho de banda y prestaciones. Otro de los objetivos es mejorar la operación, simplificando las tareas de gestión, habilitación, provisión y mantenimiento. Las etapas para lograr lo planteado son cuatro: estudio teórico de la recomendación G.ASON (Automatic Switched Optical Network) de la ITU (International Telecommunication Union) y del estándar GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching) de IETF (Internet Engineering Task Force); análisis técnico de las redes y protocolos en operación para voz, datos y otros servicios; especificación y propuesta de prototipo a escala de la solución; y, ejecución práctica e implementación de la maqueta de prueba para validar su funcionamiento. Este trabajo demuestra la aplicabilidad de ASON/GMPLS como nuevo estándar de transporte digital porque resuelve la problemática presente y capacidad para abordar los retos futuros: aumento drástico y escalable del ancho de banda; soporte de los servicios de manera transparente ya que es compatible con elementos multiservicios; fuerte crecimiento de los indicadores de disponibilidad de la red; simplificación de la provisión, habilitación, gestión y mantenimiento pues muchas de estas tareas son facilitadas por el plano de control distribuido de la tecnología ASON; y, explotación de la capacidad ociosa de enlaces, sin afectar la calidad de servicio comprometida. Además, este proyecto de título entrega un modelo conceptual, teórico y práctico para la implementación de ASON, aporta al conocimiento operativo de los dispositivos tecnológicos, contribuye a la creación de un plan de migración de las redes existentes y define requerimientos a exigir de los proveedores de equipos. La tendencia futura apunta hacia aplicaciones IP. En el núcleo de red de transporte, ASON basado en SDH mantendrá la supremacía. Esta tecnología será fortalecida con sistemas de gestión altamente inteligentes que permitirán inventario, provisión y reorganización de circuitos de manera totalmente automatizada.

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Les opérateurs de réseaux de télécommunications accordent une importance toute particulière à la gestion des pannes. L’implication de l'humain dans la prise de décision et l'analyse d'une quantité énorme d'alarmes et d'informations, ainsi que le caractère réactif des mécanismes de gestion des pannes, ne permettent pas la réactivité nécessaire à une gestion optimale des incidents. Pour pallier ce problème, cette thèse s'intéresse à des mécanismes proactifs qui anticipent les pannes afin d'améliorer l'efficacité de leur gestion. La mise en oeuvre, dans les équipements, de composants autonomes capables d'analyser en permanence l'état de santé du réseau permettrait de fournir une information en temps réel sur le risque de panne, nécessaire au déploiement de nouveaux mécanismes d'autoréparation proactifs. La première partie de cette thèse est donc consacrée à la définition des composants architecturaux indispensables à l'introduction de fonctions d'autoréparation proactives. Dans un deuxième temps, nous étudions et analysons en détail trois mécanismes d'autoréparation proactifs exploitant une information de risque de panne. Le premier mécanisme a pour objectif d'accélérer la convergence des protocoles de routage à état de lien en adaptant la fréquence d'envoi des messages de détection de pannes en fonction du risque de panne. Le deuxième mécanisme modifie dynamiquement les métriques de routage afin de détourner le trafic des équipements risqués et de minimiser l'impact d'une panne sur le trafic. Enfin, le dernier mécanisme s'attache aux dispositifs de protection et de restauration du protocole GMPLS afin d'adapter dynamiquement la consommation des ressources, aux risques encourus / Network providers attach a significant focus to fault-management. Indeed, availability and quality of service are highly important parameters in the competition between networks operators. Tthe involvement of human in the decision making process and the analyzing a huge amount of alarms and information, as well as the reactive nature of fault management mechanisms, do not allow the required reactivity for optimal management of incidents. This thesis focuses on proactive mechanisms which anticipate failures to improve the effectiveness of their management. Indeed, the failures are often preceded by alarms or symptomatic behaviors. Implementation, in equipment, of autonomous components capable of continuously analyzing the network health would enable to provide a real-time risk of failure information, required to deploy new proactive self-healing mechanisms. The first part of this thesis is devoted to the definition of architectural components necessary for the introduction of proactive self-healing functions. Then, in a second step, we study and analyze in detail three self-healing mechanisms exploiting a proactive risk-level of failure information. The first mechanism is designed to accelerate the convergence of link-state routing protocols by adjusting the frequency of sending failure detection messages function of the risk-level. The second mechanism dynamically tunes routing metrics in order to divert traffic flows from risky equipment and to minimize the failure incidence on traffic. Finally, the last proposition is dedicated to the recovery mechanisms of GMPLS protocol by dynamically adapting the resources consumption of recovery to the involved risks

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:05:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3190.pdf: 9507279 bytes, checksum: 8c55bfbb567b6057f6f56e7a27fb7164 (MD5) Previous issue date: 2009-06-08 / Financiadora de Estudos e Projetos / The increase in the number of users and the emergence of sophisticated network applications motivate the research to improve the data-communication technologies, and thus to meet the requirement for bandwidth. In optical networks, one of the main advances is wavelength division multiplexing (WDM). An essential issue in designing of optical networks is how the network will be controlled, that is, which type of signaling will be used for resources reservation, routing and wavelength assigning, and how physical impairments will be dealfish. This implies in the necessity of several devices to guarantee the good functioning of the network. The diversity and complexity of administration of these devices stimulate the creation of GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching), in order to provide control, for domains not only based on packages (as it makes the MPLS - Multiprotocol Label Switching), but also on time slots, wavelength and fiber. However, the labels switching on the wavelength multiplexing can generate a NP-complete problem involving the routing and wavelength assignment: if both do no succeed, the connection blocking will occur with and loss of network performance. Another relevant question is that, in all-optical networks, there is some physical impairment that influence the blocking probability e must be taken in consideration in algorithms RWA. This work presents the study of the control plan GMPLS and RWA algorithms for the setting up of connections in alloptical WDM networks. Moreover, the study of two physical impairments (polarization mode dispersion and optical signal noise rate) was done, inserting them in RWA algorithm to reduce the blocking probability due them. The results had shown that the MostUsed algorithm has better performance than the BestFit and the Random one when considered the connection blocking due to resources (lambdas). Moreover, the use of impairments-aware algorithms influence significantly in the reduction of the blocking probability. Therefore, the more advantageous performance was observed in the use of impairment-aware algorithms simultaneously with the MostUsed algorithm. / O aumento de usuários e o surgimento de aplicações de redes sofisticadas impulsionam as pesquisas para aprimorar as tecnologias de transmissão de dados, e assim suprir a exigência por largura de banda. Em redes ópticas, um dos principais avanços é o surgimento da multiplexação de comprimento de onda (WDM). Desta forma, uma questão essencial no projeto de redes ópticas compreende na definição de como a rede será controlada, isto é, qual tipo de sinalização será utilizado para reserva de recursos, definição de rotas, tratamento de falhas, entre outras funções formadoras do plano de controle. Isso implica na necessidade de diversos dispositivos para garantir o bom funcionamento da rede. A diversidade e complexidade de administração desses dispositivos incentivam a criação do GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching), a fim de prover controle, não somente para domínios baseados em pacotes (como faz o MPLS - Multiprotocol Label Switching), mas também em tempo, comprimento de onda e fibra. Porém, a comutação de rótulos sobre a multiplexação de comprimento de onda pode gerar um problema NP-Completo envolvendo o roteamento e a associação de comprimento de onda, uma vez que se ambas não obtiverem sucesso, ocorrerá o bloqueio da conexão e perda de desempenho da rede. Outra questão relevante é que, em redes totalmente ópticas, existem problemas inerentes da camada física os que influenciam na probabilidade de bloqueio e devem ser levados em consideração em algoritmos RWA (roteamento por associação de comprimento de onda). O presente trabalho realiza o estudo do plano de controle GMPLS e de algoritmos RWA para o estabelecimento de conexões em redes WDM transparentes. Além disso, é feito um estudo de duas restrições da camada física (dispersão por modo de polarização e relação sinal ruído óptica) inserindo-as no algoritmo RWA para diminuir a probabilidade de bloqueio devido a elas. Os resultados mostraram que o algoritmo MostUsed possui melhor desempenho em relação ao BestFit e ao Random quando considerado bloqueio por falta de recursos (lambdas). Além disso, o uso de algoritmos cientes de restrições da camada física influencia significamente na diminuição da probabilidade de bloqueio. Portanto, o melhor desempenho foi observado no uso de algoritmos cientes de restrições físicas juntamente com o algoritmo MostUsed.

Este trabalho investiga a influência dos efeitos da mistura de quatro ondas (FWM -. Four- Wave Mixing) durante o estabelecimento de caminhos ópticos em uma rede GMPLS/DWDM (Generalized MultiProtocol Label Switching/Dense Wavelength Division Multiplexing). Para minimizar seus impactos e assim reduzir o bloqueio total da rede, são propostas estratégias por meio de extensões ao RSVP-TE (Resource Reservation Protocol-Traffic Engineering). A partir de uma plataforma de simulação que emula e integra a camada óptica e o Plano de Controle da arquitetura GMPLS, a solução proposta é validada. Os vários métodos de alocação de comprimentos de onda são avaliados e as contribuições na redução dos sinais interferentes quantificadas. Para minimizar o bloqueio na rede, uma nova classe de métodos de alocação, classificados como híbridos, é definida e seu desempenho é avaliado. O bloqueio da rede em função da variação de parâmetros que reforçam a eficiência da FWM, tais como a quantidade e espaçamento entre canais, é observado, confirmando a necessidade de métodos de alocação especialistas para gerenciamento do QoS (Quality of Service) óptico em cada caminho a ser estabelecido. Os resultados obtidos comprovam a eficiência da solução proposta e evidenciam a necessidade de um Plano de Controle GMPLS com acurada visibilidade das restrições da camada física, tanto os efeitos estáticos quanto às degradações associadas ao comportamento dinâmico da rede. / This work investigates the effects of the Four-Wave Mixing (FWM) during the lightpaths establishment in a GMPLS/DWDM (Generalized Multiprotocol Label Switching / Dense Wavelength Division Multiplexing) network. In order to minimize their impacts and thus reduce network blocking, strategies based on RSVP-TE (Resource Reservation Protocol- Traffic Engineering) extensions are proposed. The proposed solution is validated using a simulation platform that integrates and emulates the optical layer and the GMPLS Control Plane. The various wavelength allocation methods are evaluated and their contributions on the reduction of interfering signals are quantified. In order to minimize the network blocking, a new class of allocation methods (classified as hybrids) is defined and its performance is evaluated. The network blocking caused by the parameters that enhance the FWM efficiency, such as the number and spacing between channels, is also observed, confirming the need of specialized wavelength allocation methods for managing the optical QoS for each lightpath. The results obtained ascertain that the proposed solution is efficient and demonstrate the need for a GMPLS Control Plane endowed with an accurate visibility of the restrictions in the physical layer, concerning both static and dynamic effects.

Para satisfazer o explosivo aumento na demanda de tráfego de voz e dados, as redes ópticas baseadas em WDM e GMPLS estão sendo desenvolvidas. A suíte de protocolos GMPLS é atualmente considerada como um plano de controle para as redes ópticas e é composta por protocolos de sinalização e de roteamento, como também do protocolo de gerenciamento de enlace (LMP). O LMP é um importante protocolo que interfere na atribuição de rótulos (comprimentos de onda) e é necessário fazer sua análise lógica para verificar se o mesmo está livre de erros de progresso. Para esta finalidade, o método denominado alcançabilidade justa foi utilizado. Verificada a corretude do LMP, o estudo foca o subproblema de atribuição de comprimento de onda do RWA nas redes GMPLS-WDM por ser um dos principais problemas que causam o baixo desempenho destas redes. O cenário estudado é das redes GMPLS-WDM que operam em um ambiente RWA dinâmico com restrição de continuidade de comprimento de onda. O problema RWA é examinado bem como as várias heurísticas de atribuição de comprimento de onda apresentadas na literatura. Com o objetivo de melhorar o desempenho das redes GMPLS-WDM com restrição de continuidade de comprimento de onda, propõe-se um algoritmo de atribuição de rótulos que utiliza os conceitos conjunto de rótulos e SRLG já implementados pelo GMPLS. O algoritmo proposto melhora a eficiência no uso de recursos nas redes em questão. O desempenho é verificado através da métricas de probabilidade de bloqueio de conexão, desempenho este próximo do ótimo e demonstrado através de simulações. / To satisfy the explosive increasing demands of voice and data traffic, optical networks based on WDM and GMPLS are being developed. The GMPLS´ suite of protocols is currently being considered as the control plane for optical networks and it is compounded of signaling and routing protocols, and also the link management protocol (LMP). The LMP is an important protocol that interferes with label (wavelength) assignment and it is necessary to logically analyse this protocol in order to verify if it is free from progress errors. For this purpose, the method called fair reachability has been used. Verified the LMP is correctable, the study focuses on the RWA wavelength assignment problem in GMPLS-WDM networks because it is one of the main problems which causes the low performance of these networks. The studied scene is GMPLS-WDM networks operating under a dynamic RWA environment with wavelength continuity constraint. The RWA problem is examined and also the various wavelength-assignment heuristics proposed in the literature. With the goal to improve the performance of the GMPLS-WDM networks with wavelength continuity constraint, it is proposed a label assignment algorithm, which uses the concepts of label set and SRLG, already implemented by GMPLS. The proposed algorithm provides an improvement in efficiency of resource use. The performance is verified by using the blocking probability metric, and it is very close to the optimum and demonstrated through simulations.