[pt] Nas redes de fibras óticas, as informações são transmitidas na forma de um sinal luminoso através de uma fibra ótica. A tecnologia de multiplexação WDM permite a transmissão simultânea de vários sinais em um mesmo enlace. As conexões entre estações terminais são estabelecidas na forma de caminhos óticos, que são definidos em função de sua rota e do comprimento de onda no qual são multiplexados. Conversores de comprimentos de onda não são considerados neste trabalho. Conseqüentemente, os caminhos óticos devem permanecer com o mesmo comprimento de onda em todos os enlaces do transmissor ao receptor. O Problema de Roteamento e Atribuição Mínima de Comprimentos de Onda (min- RWA) consiste em estabelecer um conjunto de conexões entre pares de estações e atribuir um determinado comprimento de onda para cada uma delas, de forma que caminhos óticos que compartilhem algum enlace da rede tenham comprimentos de onda diferentes e que o número total de comprimentos de onda utilizados seja mínimo. Neste trabalho, uma nova heurística é proposta para min-RWA, onde k possíveis rotas são calculadas para cada conexão e, em seguida, uma rota (dentre as rotas pré-calculadas) e um comprimento de onda são atribuídos a cada conexão resolvendo-se um Problema de Coloração de Partições (PCP). O PCP é um problema de coloração em grafos particionados, ou seja, grafos onde os vértices estão particionados em subconjuntos disjuntos. O PCP consiste em selecionar e colorir um único vértice de cada subconjunto, de modo que dois vértices adjacentes, no grafo induzido pelos vértices selecionados tenham cores diferentes e que o número total de cores utilizadas seja mínimo. Nesta dissertação, são apresentadas e propostas novas heurísticas para PCP e min-RWA. Estas heurísticas são comparadas com as melhores conhecidas na literatura. / [en] In optical networks, the information is transmitted along the optical fibers as optical signals. Wavelength Division Multiplexing (WDM) allows more efficient use of the huge capacity of optical fibers, as far as it permits the simultaneous transmission of different channels along the same fiber, each of them using a different wavelength. The connections are established by lightpaths, in which the signal is converted to the optical domain and reaches the receptor without conversion to the electrical domain. A lightpath is defined by a route and a wavelength. We assume that wavelength conversion along a lightpath is not permitted, since this technology is not yet fully available. Therefore, each lightpath should use the same wavelength from the transmitter to the receiver. The Routing and Wavelength Assignment problem consists in routing a set of lightpaths and assigning a wavelength to each of them. All connection requirements are known beforehand and one seeks to minimize the total number of wavelengths used for routing these connections, so as that two lightpaths sharing a common link use different wavelengths. In this work, we propose a new heuristic in which min-RWA is solved by a combined approach involving the computation of alternative routes for the lightpaths, followed by the solution of a Parttion Coloring Problem (PCP). Given a graph where the vertex set is partitioned in disjoint susets, PCP consists in selecting and coloring only one vertex in each subset, so as that every two adjacent colored nodes have different colors and the total number of colors used is minimum. We present and propose new heuristics for PCP and min-RWA. Computational experiments are reported comparing the new heuristics and those which already appeared in the literature.

Nessa tese, o objetivo principal foi verificar a estabilidade de sistemas atômicos condensados, sujeitos a diferentes combinações lineares e não-lineares de redes ópticas bie tridimensionais, considerando algumas situações simétricas e assimétricas. Com esse objetivo, foram realizadas análises variacionais e simulações numéricas exatas da equação não-linear correspondente que descreve sistemas condensados de Bose-Einstein, tipo-Schrödinger, mais conhecida como equação de Gross-Pitaevskii. No caso bidimensional, com redes ópticas cruzadas, linear e não-linear, foi verificada a existência de estabilidade para certas regiões de parâmetros das interações. Observou-se que essa estabilidade desaparece ao se incluir uma terceira dimensão sem a presença de um potencial de confinamento. No caso tridimensional, considerando redes ópticas lineares e não-lineares cruzadas, a estabilidade só ocorre quando consideramos uma interação confinante na terceira dimensão, no caso, uma segunda rede óptica linear. Finalmente, espera-se que nossos resultados venham a ser úteis para estudos experimentais que vêm sendo feitos em laboratórios de átomos ultra-frios. / In this thesis, the main objective was the verification of stability of condensed atomic systems, subject to different combinations of linear and nonlinear bi- and tridimensional optical lattices , considering some symmetric and asymmetric situations. With this objective, were performed variational analyzes and numerical exact simulations of the nonlinear Schrödinger-type equation that describes Bose-Einstein condensate systems, better known as Gross-Pitaevskii equation. In two-dimensional case, with a crossed linear and nonlinear optical lattice, the stability was confirmed for certain parameter regions of the interactions. It was observed that the stability disappears when including a third dimension without the presence of a confinement potential. In the three dimensional case, considering crossed linear and nonlinear optical lattices, stability occurs only when considering an interaction confining the third dimension, in this case a second linear optical lattice. Finally, it is expected that our results will be useful for experimental studies which have been done in the laboratories of ultra-cold atoms. Keywords:

[pt] Neste trabalho apresenta-se parâmetros/critérios de qualidade de serviço em redes ópticas. Partindo-se da definição de qualidade, sua importância e relevância em telecomunicações, direciona-se a discussão para a relação cliente - fornecedor onde o cliente pode ser visto como um indivíduo, uma corporação ou uma operadora. A partir dos parâmetros/critérios definidos, as características gerais das redes ópticas são analisadas. Sobre um ponto de vista técnico, define-se, fatores para a obtenção da qualidade de serviço desejada. A tecnologia de múltiplo acesso óptico é introduzida e estuda-se o caso WDM não apenas por sua grande conformidade com a Qualidade e a filosofia das redes totalmente ópticas mas também pela sua perfeita adequação à redes de alta velocidade e às propostas para a implementação de Terabit Offices. O aspecto para a alocação de comprimento de onda e o roteamento da rede apresentam-se como núcleo do trabalho. Um algoritmo é desenvolvido e simulações computacionais são analisadas, considerando, também, os aspectos de gerência da rede. Devido às relevâncias econômica e tecnológica das questões discutidas, perspectivas e tendências futuras são apresentadas. / [en] This work identifies some quality of service parameters / criteria to all optical networks. Starting with some definitions and the importance of quality in telecommunication the relationship between customer and supplier is analyzed. Next, the optical networks are studied. By using a technical vision, the main factors concerning quality are presented. The multiple access technology is introduced and WDM cases are more deeply studied, nor only by the great conformance with the quality aspects and all optical networks philosophy, but also for its match with the high speed networks and Terabit Offices implementation. The wavelength assignment and the routing problem are presented as they are the main point of this work. An algorithm is developed and a simulation is carried out considering the network management aspects. Due to the economical e technological importance of the subject, future trends are also presented.

[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.

[pt] O principal objetivo desta dissertação consiste na geração de novas funcionalidades inteligentes em redes ópticas associadas aos protocolos IP e Gigabit Ethernet, através da utilização de circuitos integrados programáveis operando na taxa do Gigabit. A padronização Ethernet é apresentada através das camadas PHY e MAC, destacando suas funções, interfaces e os tipos de chips disponíveis no mercado. A camada PHY do padrão Ethernet para meios ópticos é detalhada. Algumas tecnologias de chips são discutidas, entre elas o crescimento dedicado, os ASICs, as NPUs e as tecnologias programáveis: FPGAs e CPLDs. O conceito de inteligência óptica e o perfil de camadas equivalentes associados a este conceito são introduzidos. Um novo elemento de rede dedicado à inserção de sinalização na camada óptica é apresentado, destacando-se sua estrutura, sua realização, seu detalhamento para utilização em redes. Diversas montagens experimentais com o elemento desenvolvido são utilizadas para demonstrar as características do sistema, entre elas a eficiência da utilização da tecnologia de FPGAs e a transparência da inteligência na camada óptica para o padrão Ethernet. / [en] The main objective of this work is the generation of new functionalities in optical networks, associated to the Ethernet and IP protocols, by the use of programmable integrated circuits operating in Gigabit rates. The Ethernet standard is presented through its PHY and MAC layers, highlighting its functions, interfaces and the types of commercially available ICs. The Ethernet standard PHY layer for optical media is described. Some IC technologies are discussed, such as dedicated growth, ASICs, NPUs and the programmable technologies: FPGAs e CPLDs. The concept of built-in optical intelligence and a new layers model associated to it are presented. A new network element, dedicated to the insertion of signaling in the optical layer is also presented, and special attention is dedicated to its structure, to its implementation and to the aspects of its use in networks. Several experimental setups using the developed element are shown, demonstrating the characteristics of the system, particularly the efficiency obtained by the use of FPGA technology and the transparency of the optical intelligence with respect to the Ethernet standard.

[pt] O principal objetivo desta dissertação consiste na proposta de implementação de uma rede de telecomunicações utilizando novas tecnologias, enfatizando as aplicações de entretenimento. As soluções adotadas foram orientadas pelas características econômicas verificadas nas áreas nobres das regiões metropolitanas brasileiras e também pelas novas tecnologias de roteamento, chaveamento, armazenamento e distribuição local. A avaliação do custo de investimento e operacional da rede, bem como a formulação de um modelo de negócios associado a uma estrutura de serviços oferecidos foram apresentadas e desenvolvidas. A construção de um plano de negócio hipotético para avaliar a relação custo-benefício resultante da utilização da infra-estrutura da rede proposta associado ao modelo e estrutura dos serviços elaborados foi implementado e executado. Quatro alternativas de implementação de rede foram avaliadas. / [en] The present dissertation is aiming at proposing a telecommunications network implementation using some new technologies where the emphasis is put on entertainment applications. The adopted solutions try to offer a selection grid that qualitatively cope with the economic level of some selected noble metropolitan areas in Brazil and rely in new routing, switching storage and local distribution technologies. The investment evaluation, the operational network costs and the formulation of a business model associated with the respective used service structure is subsequently introduced and described. Next, a hypothetic business plan service model is launched in order to evaluate the cost-benefit ratio between the network infrastructure proposed working together with its new service model and its new structure. Four possible alternatives of network implementation were evaluated and commented.

Made available in DSpace on 2016-04-04T18:31:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Diego Cesar Valente e Silva.pdf: 2949032 bytes, checksum: 9f8f72c0ab49b16ab87dbd229e5acc93 (MD5) Previous issue date: 2009-02-09 / This work presents an experimental investigation on the implementation of wireless sensor networks (IEEE 802.15.4) over fiber optics. Such investigation was performed with the utilization of IEEE 802.15.4 transceivers, an optical fiber infrastructure inside a field-trial network, called KyaTera Network, and directly modulated lasers and photodiodes designed for usual lab applications. The analysis comprised optical and electrical signal-to-noise ratio meausermentes and packet error rate evaluation under different conditions of transmission (e.g., payload length and time between consecutive frames). Results indicate that the RF signals of the sensor network may be properly propagated through unamplified optical links of up to 100 km or for longer distances with the use of optical amplifiers. / Esse trabalho apresenta uma investiga??o experimental da implementa??o de redes de sensores (IEEE 802.15.4) sobre fibras ?pticas. Tal investiga??o foi realizada com a utiliza??o de transceptores IEEE 802.15.4, de uma infra-estrutura de fibras ?pticas localizada dentro uma rede experimental, chamada Rede KyaTera, e de lasers com modula??o direta e foto-diodos projetados para opera??es usuais em laborat?rios. A an?lise compreendeu medidas a raz?o sinal-ru?do ?ptica e el?trica e a avalia??o da taxa de erro de quadros sob diferentes condi??es de transmiss?o (p. ex., tamanho de payload e intervalo de tempo entre quadros sucessivos). Os resultados indicam que os sinais de RF da rede de sensores podem ser propagados adequadamente, sem amplifica??o ?pticapor, em enlaces de at? 100 km ou por dist?ncias ainda maiores, com a utiliza??o de amplificadores ?pticos.

[pt] Com a crescente demanda por maior capacidade na transmissão de dados, uma solução tem sido estudada para transmissão de rádio sobre fibra combinando múltiplos canais de dados sobre a portadora óptica na rede de acesso baseada em multiplexação por sub-portadoras. Ademais, essa rede de acesso é comumente ramificada na forma de uma rede óptica passiva. Monitoramento desses enlaces em fibra é, então, cada vez mais importante. A tecnologia atual de reflectometria óptica no domínio do tempo utilizada para monitoramento opera em um comprimento de onda óptico separado e possui ampla largura de banda de detecção, tornando-se relativamente cara. A busca por uma alternativa de monitoramento de alta precisão e baixo custo é de suma importância para a oferta de transmissão com garantia de qualidade de serviço. Neste trabalho, o uso de multiplexação por sub-portadoras é explorado, incorporando uma técnica de monitoramento de varredura de tom de baixa frequência na transmissão de dados. Um modelo matemático para a resposta em frequência do enlace foi derivado e a localização e a intensidade de uma falha são estimadas através da comparação com a amplitude e a fase detectadas da luz retroespalhadaa medida em que é feita uma varredura de frequência do sinal de monitoramento, aplicando-se um algoritmo de minimos quadrados. O modelo proposto considera que a medida do enlace antes da ocorrência de uma falha é conhecida. Uma única falha nova pode então ser detectada com precisão e sua posição e intensidade são estimadas da maneira descrita. / [en] With ever growing demand for higher capacity in data transmission, a solution has been proposed for analog Radio over Fiber transmission, combining several data channels over the optical carrier in the access network using Sub-Carrier Multiplexing (SCM). Furthermore, this access network is often branched in the form of a passive optical network (PON). Monitoring such fiber links is thus increasingly important. Current optical time domain reflectometry (OTDR) technology used for monitoring operates at a separate optical wavelength and has wide bandwidth detection, making it relatively costly. The pursuit of a low cost, high precision monitoring alternative is of paramount importance for cost effective quality of service (QoS) improvement. In this work employment of SCM for data multiplexing is exploited embedding a low frequency tone sweep monitoring technique into data transmission. A mathematical model for the frequency response of the link was derived and the fault location and intensity is estimated through comparison with acquired amplitude and phase of the backscattered light for the varying frequency by applying a simple least mean squared (LMS) algorithm. The modeling suggested requires that measurement of the link prior to the occurrence of a fault is known. A single new fault can then be accurately detected and its position and intensity estimated in the way described.

[pt] Para suportar os requisitos das redes móveis de 5a geração (5G), os sistemas de comunicação óptica serão usados nas redes de acesso. Isso ocorre porque a evolução das RAN (Radio Access Networks) incluem a centralização do equipamento mais crítico para implantar pontos de acesso móveis de baixa potência, como DAS (Distributed Antenna Systems) e Small Cells. Os serviços emergentes solicitam a implantação de tecnologias de rádio sobre fibra com ênfase na eficiência de largura de banda, eficiência energética e alta confiabilidade. Neste âmbito, um monitoramento eficiente da camada física é imperativo para a operação dessas redes. O sistema de monitoramento deve fornecer uma localização de falhas em serviço, econômico, centralizado e com impacto mínimo para a transmissão de dados. Esta tese propõe vários sistemas de monitoramento incorporado no transceptor utilizando reflectometria óptica no domínio do tempo. Os sistemas de monitoramento são testados em diferentes sistemas de transmissão de dados e arquiteturas de rede, onde é apresentada uma validação simulada e outras experimentais. / [en] In order to support the requirements for 5th generation mobile networks (5G), optical communication systems will be used in the access part of the network. This is because the evolution of radio access networks includes the centralization of the most critical equipment in order to deploy low power mobile access points, like distributed antenna systems and small cells. The emerging services call for the deployment of radio over fibre technologies with emphasis on bandwidth efficiency, energy efficiency and high reliability. Within this scope, an efficient monitoring of the physical layer would become essential for the operation of these networks. The monitoring system should provide in-service, cost efficient and centralized fault localization with minimum impact on data transmission. This thesis proposes several transceiver-embedded optical time domain reflectometry monitoring systems. The monitoring systems are tested over different data transmission systems and network architectures, where one architecture was simulated and several others experimentally validated.