O presente trabalho trata das estratégias de agregação de tráfego IP nas redes óticas WDM. Utilizar todo um comprimento de onda para transportar um único fluxo de dados numa rede WDM é ineficiente. O problema conhecido como agregação de tráfego consiste na multiplexação de distintos fluxos de tráfego em um mesmo comprimento de onda sobre um caminho ótico. A alocação de múltiplos fluxos de tráfego em comprimentos de onda é realizada por protocolos de controle de admissão, roteamento e designação de comprimento de onda (RWA) e algoritmos de agregação de tráfego. Neste trabalho é simulado o comportamento dinâmico e elástico do tráfego IP diretamente sobre a camada ótica. Com base nos resultados das simulações determinam-se os efeitos da granularidade dos fluxos IP nos parâmetros de desempenho da rede. As topologias utilizadas durante as simulações são das redes NSFNET e Kyatera. É estabelecida também uma correlação entre a granularidade dos fluxos de tráfego e os parâmetros de desempenho da rede. / The present work covers the IP traffic grooming strategies in optical WDM networks. Using an entire wavelength to transport an individual traffic flow in a WDM network is inefficient. The problem known as traffic grooming consists in the multiplexing of different traffic flows in a single wavelength within a lightpath. The allocation of multiple traffic flows is performed by routing and wavelength assignment (RWA) and traffic grooming algorithms. In this work it is simulated the dynamic and elastic behavior of IP traffic directly on top of the optical layer. Based on the simulation results the effects of the IP traffic flow granularity on the network performance parameters are determined. The simulated topologies are the NSFNET and Kyatera. It is also established the correlation between the traffic flow granularity and the network performance parameters.

O presente trabalho trata das estratégias de agregação de tráfego IP nas redes óticas WDM. Utilizar todo um comprimento de onda para transportar um único fluxo de dados numa rede WDM é ineficiente. O problema conhecido como agregação de tráfego consiste na multiplexação de distintos fluxos de tráfego em um mesmo comprimento de onda sobre um caminho ótico. A alocação de múltiplos fluxos de tráfego em comprimentos de onda é realizada por protocolos de controle de admissão, roteamento e designação de comprimento de onda (RWA) e algoritmos de agregação de tráfego. Neste trabalho é simulado o comportamento dinâmico e elástico do tráfego IP diretamente sobre a camada ótica. Com base nos resultados das simulações determinam-se os efeitos da granularidade dos fluxos IP nos parâmetros de desempenho da rede. As topologias utilizadas durante as simulações são das redes NSFNET e Kyatera. É estabelecida também uma correlação entre a granularidade dos fluxos de tráfego e os parâmetros de desempenho da rede. / The present work covers the IP traffic grooming strategies in optical WDM networks. Using an entire wavelength to transport an individual traffic flow in a WDM network is inefficient. The problem known as traffic grooming consists in the multiplexing of different traffic flows in a single wavelength within a lightpath. The allocation of multiple traffic flows is performed by routing and wavelength assignment (RWA) and traffic grooming algorithms. In this work it is simulated the dynamic and elastic behavior of IP traffic directly on top of the optical layer. Based on the simulation results the effects of the IP traffic flow granularity on the network performance parameters are determined. The simulated topologies are the NSFNET and Kyatera. It is also established the correlation between the traffic flow granularity and the network performance parameters.

La quantité de données devant être transportée via les réseaux de cœur croit de près de 25% par an. Pour maîtriser les coûts, les différentes couches du réseau doivent mettre des informations en commun pour inclure de plus en plus de paramètres lors du dimensionnement du réseau. Cela s’appelle « dimensionnement multicouche ». Nous étudions le dimensionnement multicouche de réseaux statiques composés de deux couches utilisant la commutation en mode circuit (typiquement IP-sur-WDM). Nous proposons un modèle semi-analytique expliquant le comportement des algorithmes responsables de l’agrégation et du routage dans les deux couches. Ce cadre théorique permet de comparer les algorithmes de dimensionnement multicouche entre eux, mais aussi d’expliquer et d’améliorer leur efficience. Nous décrivons ensuite comment la contrainte de portée optique affecte les résultats d’un algorithme de dimensionnement multicouche. Enfin, nous expliquons comment ces résultats s'appliquent au dimensionnement des réseaux de nouvelle génération (dynamiques et hétérogènes en capacité optique) / The traffic passing through core networks grows by nearly 25% each year. To bring the costs under control, the different network layers of the network should work together to include more and more parameters during the network planning phase. This is called “multilayer network planning”. We study the multilayer network planning of static networks composed of two circuit switched layers (typically IP-over-WDM). We propose a semi-analytical model explaining the behavior of algorithms responsible for aggregation and routing in both layers. This theory allows comparing multilayer planning algorithms between them, but also explaining and enhancing their efficiency. We then describe the impact of the optical reach constraint in WDM networks on the results of a multilayer planning algorithm. Finally, we explain how these results apply to the design of future networks (dynamic and with heterogeneous optical layers)

Dans cette thèse, nous nous intéressons à un problème de fiabilité dans les réseaux multicouches IP-sur-WDM. Etant donné un ensemble de demandes pour lesquelles on connaît une topologie fiable dans la couche IP, le problème consiste à sécuriser la couche optique WDM en y cherchant une topologie fiable. Nous montrons que le problème est NP-complet même dans le cas d'une seule demande. Ensuite, nous proposons quatre formulations en termes de programmes linéaires en nombres entiers pour le problème. La première est basée sur les contraintes de coupes. Nous considérons le polyèdre associé. Nous identifions de nouvelles familles de contraintes valides et étudions leur aspect facial. Nous proposons également des algorithmes de séparation pour ces contraintes. En utilisant ces résultats, nous développons un algorithme de coupes et branchements pour le problème et présentons une étude expérimentale. La deuxième formulation utilise comme variables des chemins entre des terminaux dans le graphe sous-jacent. Un algorithme de branchements et génération de colonnes est proposé pour cette formulation. Par la suite, nous discutons d'une formulation dite naturelle utilisant uniquement les variables de design. Enfin, nous présentons une formulation étendue compacte qui, en plus des variables naturelles, utilise des variables de routage. Nous montrons que cette formulation fournit une meilleure borne inférieure. / This thesis deals with a problem related to survivability issues in multilayer IP-over-WDM networks. Given a set of traffic demands for which we know a survivable logical routing in the IP layer, the aim is determine the corresponding survivable topology in the WDM layer. We show that the problem is NP-hard even for a single demand. Moreover, we propose four integer linear programming formulations for the problem. The first one is based on the so-called cut inequalities. We consider the polyhedron associated with the formulation. We identify several families of valid inequalities and discuss their facial aspect. We also develop separation routines. Using this, we devise a Branch-and-Cut algorithm and present experimental results. The second formulation uses paths between terminals of the underlying graph as variables. We devise a Branch-and-Price algorithm based on that formulation. In addition, we investigate a natural formulation for the problem which uses only the design variables.  Finally, we propose an extended compact formulation which, in addition to the design variables, uses routing variables. We show that this formulation provides a tighter bound for the problem.

[pt] A difusão seletiva e os recentes avanços na tecnologia de transmissão óptica, mais especificamente na multiplexação por comprimento de onda (Wavelength Division Multiplexing- WDM), aliados à consolidação do IP como protocolo dominante das redes convergentes, vêm oferecendo novas perspectivas para as futuras gerações de inter-redes. Este trabalho faz uso da evolução dessas tecnologias para propor um conjunto de adaptações à difusão seletiva, em especial ao IP Multicast, denominado MIRROR (Multicast IP para Redes baseadas em Rajadas Ópticas Rotuladas). A proposta MIRROR sugere modificações e adequações para tornar o IP Multicast menos complexo, mais escalável em relação ao número de grupos ativos simultaneamente e mais adequado às redes baseadas em comutação óptica. Basicamente, MIRROR revê a necessidade de todos os roteadores ao longo da árvore de distribuição multiponto manterem informações de estado relacionadas a esta, bem como sugere adequações na forma como os caminhos multiponto são estabelecidos quando se emprega comutação baseada em rótulos na difusão seletiva. Para avaliar a proposta MIRROR, investiu-se em duas frentes distintas, uma baseada na análise comparativa entre a MIRROR e algumas alternativas ao IP Multicast apresentadas na literatura, e outra baseada no desenvolvimento de um protótipo da proposta no simulador NS (Network Simulator), com o intuito de referendar os resultados da análise comparativa. Na análise comparativa, confronta-se parâmetros como: requisitos de informações de estado, custo com informações de controle, custo de encaminhamento dos pacotes e custo da árvore de multiponto. O desenvolvimento do protótipo envolveu a criação de uma nova estrutura de nó e a alteração de módulos já existentes no NS, para tornar possível a simulação de redes comutadas por rajadas ópticas rotuladas no contexto da difusão seletiva. / [en] Multicast communication and recent advances in optical technology, most specifically in Wavelength Division Multiplexing (WDM), allied with the consolidation of IP as the dominant protocol of convergent networks, offer new perspectives for the next generation Internet. This thesis utilises these technologies to propose a set of adaptations, called MIRROR, to multicast communication, specifically IP Multicast, in labelled burst-switched optical networks. MIRROR proposes modifications to traditional IP Multicast in order to improve its scalability as a function of the number of simultaneously active groups, as well as making it more appropriate for use in optically switched networks. Basically, MIRROR includes new proposals for handling state information about the multicast distribution tree, as well as for the establishment of label-based multicast paths. In order to evaluate this proposal, two approaches are followed, one based on a comparative analysis between MIRROR and a number of other alternatives to IP Multicast proposed in the literature, and the other based on the implementation of a prototype in the simulation environment provided by NS (Network Simulator). The comparative analysis evaluates such parameters as: state requirement information, control overhead, packet processing efficiency and tree cost. The prototype implementation implements a new node structure and alters existing NS modules (OBS e MPLS), to make possible the simulation of labelled burst-switched optical networks in the multicast context.