Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós -Graduação em Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-19T13:48:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T01:44:30Z : No. of bitstreams: 1 182020.pdf: 2848331 bytes, checksum: 3555b06e7b16fa808d8e66d6cc0ed42a (MD5) / A busca por modelos de diferenciação de serviços sobre o modelo Internet tem produzido diversas arquiteturas, todas as quais tem como objetivo em comum: tornar este modelo gerenciável, atrativo e lucrativo. Diferenciar significa, no entanto, correr o risco de produzir soluções que possam induzir ao modelo Internet, características contrárias às propriedades fundamentais que fizeram do modelo IP um modelo de sucesso. Este modelo tem como propriedade fundamental exibir um comportamento imparcial, adaptativo e escalável. Mesmo que soluções algorítmicas para a diferenciação de serviços acabem por induzir uma sobrecarga de processamento, estas se mostram flexíveis e capazes de atingir este objetivo, ao mesmo tempo em que preservam os requisitos de imparcialidade e adaptabilidade sobre a partilha de recursos de rede. Este trabalho busca a investigação destas soluções, mais precisamente aquelas que se referem ao compartilhamento hierárquico de recursos de rede. Através da utilização de um escalonador CQB, procura-se investigar o comportamento do modelo IP, quando a este for submetido uma estrutura hierárquica de controle de tráfego, a qual será responsável pela divisão do canal de comunicação em classes de serviço de redes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-18T03:16:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T00:45:38Z : No. of bitstreams: 1 182272.pdf: 4119589 bytes, checksum: 06b188c90060f1b1858b738eba485dc6 (MD5) / A atual arquitetura da Internet não possibilita a provisão da Qualidade de Serviço (Quality of Service - QoS) exigida por diferentes fluxos de aplicações multimídias heterogêneas. Essa incapacidade nos leva a pensar na necessidade de serviços adicionais a serem oferecidos pela Internet, possivelmente com tarifas diferenciadas. A arquitetura de Serviços Diferenciados propõe-se a oferecer QoS de forma escalável às novas aplicações multimídias surgidas na Internet. Nesse sentido, o presente trabalho consiste na implementação e uso de uma plataforma de testes - Testbed - para aplicações que envolvam mídias contínuas (áudio e vídeo) sobre redes IP, procurando estabelecer um determinado nível de QoS fim a fim para fluxos agregados. Nesse propósito, este testbed é implementado baseando-se nas abordagens do IETF para IP QoS, na forma de Serviços Diferenciados. Durante os testes procurou-se avaliar alguns parâmetros pertinentes com relação a aplicações que exigem da rede uma garantia fim a fim. Dentre os parâmetros analisados estão a taxa de perda de pacotes, o atraso médio por pacote (delay) e o atraso médio entre os pacotes (jitter). A seqüência de ensaios realizados sobre a plataforma, avalia o desempenho dos serviços oferecidos ao tráfego gerado por fontes de taxa constante (Constant Bit Rate - CBR) pelo esquema de Encaminhamento Expresso (Expedited Formwarding - EF). Os resultados para a implementação do Encaminhamento Expresso demonstram que é possível, dentro de um domínio DS, obter uma certa preservação da qualidade de transmissão para um fluxo através da provisão de prioridade de encaminhamento em relação ao fluxo do tipo Melhor Esforço (Best Effort).

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:59:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo4983_1.pdf: 1370415 bytes, checksum: c11d36e8f6ae78bade3b1e1177ca591c (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 202 / Qualidade de Serviço (QoS) para redes TCP/IP é um conceito que promete promover a utilização de aplicações que necessitam de garantia e confiabilidade, na maior rede de computadores do mundo, a Internet. Dentre as arquiteturas disponíveis para se implementar QoS, uma baseada em priorização de pacotes ou serviços, denominada Serviços Diferenciados (Differentiated Service - DiffServ), define mecanismos e componentes para oferecer mais eficiência na utilização dos recursos da rede. O controlador de banda (Bandwidth Broker - BB) é o componente da arquitetura DiffServ que controla e gerencia os recursos disponíveis na rede, como largura de banda e as políticas de serviços entre domínios vizinhos. O perfil bilateral de negociação de serviços do controlador de banda implica na necessidade de manter um caminho ou rota preestabelecida para cada conexão negociada. Em domínios que utilizam roteamento dinâmico tal proposta é insatisfatória. Esta dissertação propõe um modelo de implementação que possibilita a utilização do controlador de banda em Domínios DiffServ com Roteamento Dinâmico. Neste trabalho, são previstos problemas de renegociação e realocação de recursos dentro de um ou mais domínios, avaliando, com simulações, o desempenho desta proposta

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-20T01:53:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T01:34:34Z : No. of bitstreams: 1 184221.pdf: 3087560 bytes, checksum: 89e3c738c617d5753cf4a127a7380d11 (MD5) / Novos serviços baseados na arquitetura de Serviços Diferenciados estão sendo especificados para suportar aplicações avançadas na Internet. Um exemplo destes serviços é o serviço Premium, o qual possui a capacidade de garantir largura de banda e baixos níveis de latência, variação de latência e perda de pacotes. Devido ao aumento da complexidade da rede gerado por tais serviços, será necessário desenvolver um sistema de gerenciamento sofisticado para controlar o uso da rede. Por esta razão, várias esforços estão sendo direcionados na especificação de um sistema de gerenciamento para os serviços diferenciados. No momento, esta especificação ainda está incompleta, apresentando apenas uma arquitetura básica do sistema e as principais funcionalidades que devem ser implementadas. Este trabalho avalia a situação atual desta arquitetura através da implementação de um sistema de gerenciamento para o serviço Premium baseado na especificação existente. O modo como as funcionalidades do sistema foram desenvolvidas e as dificuldades encontradas são apresentadas em detalhes e as perspectivas futuras na área são comentadas.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ricardo Henrique Bezerra Azoubel.pdf: 588389 bytes, checksum: 40c0c99f808c27d0a6967b9d18c9c22a (MD5) Previous issue date: 2004-09-24 / This work presents a platform of tests (testbed) inexpensive, constructed in a controlled environment composed by microcomputers and free softwares. It is implemented, in such platform, the differentiated service model (DiffServ), with expedited forwarding (PHB EF). It is basically considered, from the collection of metrics main of QoS (delay, jitter, loss and throughtput), the performance analysis of voice characteristic traffics, when submitted to experimental tests in some scenes and conditions. Initially, in an environment capable to differentiate traffics, flows generated by standardized voice coder/decoder (G.711 and G.726) are modeled, in which the packets size and the amount of aggregate flows are varied, in scenes with and without QoS. It is compared, after that, the behavior of flows generated by activity-silence (ON-OFF) and continuous (CBR) sources. Can be perceived in this study how much the packets size variation influence in the performance of the most priority packets. It is carried, in the sequence, a specific analysis of the aggregation factor in flows generated by ON-OFF sources, in which can be observed the action of the basic principle of the model DiffServ, where aggregate flows receive differentiated treatment. It is studied, finally, through the use of transport protocols (UDP and TCP) and of elastic flows of FTP type, how much the best effort traffic confuses the performance of voice modeled flows. / Este trabalho apresenta uma plataforma de testes (testbed) sem custos, construída num ambiente controlado composto por microcomputadores e softwares livres. Implementa-se, em tal plataforma, o modelo de serviço diferenciado (DiffServ), com encaminhamento expresso (PHB EF). Propõe-se, fundamentalmente, a partir da obtenção das principais métricas de QoS (atraso, jitter, perda e vazão), a análise do desempenho de tráfego característico de voz, quando submetido a testes experimentais em vários cenários e condições. Inicialmente, num ambiente capaz de diferenciar tráfego, modelam-se fluxos gerados por codificadores/decodificadores de voz padronizados (G.711 e G.726), em que se varia o tamanho dos pacotes e a quantidade de fluxos agregados, em cenários com e sem QoS. Compara-se, em seguida, o comportamento de fluxos gerados por fontes atividadesilêncio (ON-OFF) e contínuas (CBR). Pode-se perceber nesse estudo o quanto a variação do tamanho dos pacotes impacta no desempenho dos pacotes mais prioritários. Realiza-se, na seqüência, uma análise específica do fator agregação em fluxos gerados por fontes ONOFF e observa-se a atuação do princípio básico do modelo DiffServ, onde fluxos agregados recebem tratamento diferenciado. Estuda-se, por fim, através da utilização de protocolos de transporte (UDP e TCP) e de fluxos elásticos do tipo FTP, o quanto o tráfego de melhor esforço impacta no desempenho de fluxos modelados de voz.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jose Coelho de Melo.pdf: 1424511 bytes, checksum: 76fbc2d3ff58f82123072e2b8323be1a (MD5) Previous issue date: 2005-03-14 / This work presents several ways of using mechanisms of Quality of Service (QoS) in networks hardwired for links of short band. It is demonstrated that the use of mechanisms of QoS brings profits of performance for priority applications and rationality in the use of band resources. The work is developed in a test platform of Previdência Social. Implementations of the PHBs EF, Afs and BE are tested. The work has evaluated the capacities to offer guaranteed band, traffic priority, conditioning of traffic and the impact of the competition between traffic classes. The experiments are mounted using the architecture of differentiated services (DiffServ) of platform Cisco, that is the standard in the network of the Previdência Social and are manipulated the mechanisms of classification, control of congestion, policing and conformation of traffic. The results give subsidy for implementation of some models of QoS in IP networks, mainly for those that serve short band. / Este trabalho apresenta diversas maneiras de utilização dos mecanismos de Qualidade de Serviço (QoS) em redes ligadas por enlaces de banda estreita. É demonstrado que o uso de mecanismos de QoS traz ganhos de performance aos aplicativos prioritários e racionalidade no uso de recursos de banda. O trabalho é desenvolvido em uma plataforma de teste que retrata um seguimento da rede da Previdência Social. São testadas possíveis implementações dos PHBs EF, Afs e BE. São avaliadas as capacidades de oferecer largura de banda garantida, priorização de tráfego, condicionamento de tráfego e o impacto da concorrência entre classes de tráfego. Os experimentos são montados utilizando a arquitetura de serviços diferenciados (DiffServ) da plataforma Cisco, que é o padrão na rede da Previdência Social, e são manipulados os mecanismos de classificação, controle de congestionamento, policiamento e conformação de tráfego. O resultado apresentado dá subsídio para implementação de vários modelos de QoS em redes IP, principalmente para redes servidas por banda estreita.

The significant advances in fiber-optic technology have broadened the optical network\'s reach into end-user business premises and even homes, allowing new services and technologies to be delivered to the customers. The next wave of innovation will certainly generate numerous opportunities provided by the widespread popularity of emerging solutions and applications such as tactile Internet, telemedicine and real time 3-D content generation, making them part of everyday life. Nevertheless, to support such an unprecedented and insatiable demand of data traffic, higher capacity and security, flexible bandwidth allocation and cost-efficiency have become crucial requirements for technologies candidate for future optical access networks. To this aim, optical code-division multiple-access (OCDMA) technology is considered as a prospective candidate, particularly due to features like asynchronous transmissions, flexible as well as conscious bandwidth resource distribution and support to differentiated services at the physical layer, to name but a few. In this context, this thesis proposes new mathematical formalisms for bit error rate, packet throughput and packet delay to assess the performance of flexible OCDMA networks capable of providing multiservice multirate transmissions according to users\' requirements. The proposed analytical formalisms do not require the knowledge a priori of the users\' code sequences, which means that the network performance can be addressed in a simple and straightforward manner using the code parameters only. In addition, the developed analytical formalisms account for a general number of distinct users\' classes as well as general probability of interference among users. Hence, these formalisms can be successfully applied for performance evaluation of flexible OCDMA networks not only under any number of users\' classes in a network, but also for most spreading codes with good correlation properties. The packet throughput expression is derived assuming Poisson, binomial and Markov chain approaches for the composite packet arrivals with the latter defined as benchmark. Then, it is shown via numerical simulation the Poisson-based expression is not appropriate for a reliable throughput estimate when compared to the benchmark (Markov) results. The binomial-based throughput equation, by its turn, provides results as accurate as the benchmark. In addition, the binomial-based throughput is numerically more convenient and computationally more efficient than the Markov chain approach, whereas the Markov-based one is computationally expensive, particularly if the number of users is large. The bit error rate (BER) expressions are derived considering gaussian and binomial distributions for the multiple-access interference and it is shown via numerical simulations that accurate performance of flexible OCDMA networks is only obtained with the binomial-based BER expression. This thesis also proposes and investigates a network architecture for Internet protocol traffic over flexible OCDMA with support to multiservice multirate transmissions, which is independent of the employed spreading code and does not require any new optical processing technology. In addition, the network performance assumes users transmitting asynchronously using receptors based on intensity-modulation direct-detection schemes. Numerical simulations shown that the proposed network performs well when its users are defined with high-weight code or when the channel utilization is low. The BER and packet throughput performance of an OCDMA network that provides multirate transmissions via multicode technique with two codes assigned to each single user is also addressed. Numerical results show that this technique outperforms classical techniques based on multilength code. Finally, this thesis addresses a new breakthrough technology that might lead to higher levels of security at the physical layer of optical networks. This technology consists in the generation of deterministic chaos from a commercial free-running vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL). The chaotic dynamics is generated by means of mechanical strains loaded onto an off-the-shelf quantum-well VCSEL using a simple and easily replicable holder. Deterministic chaos is then achieved, for the first time, without any additional complexity of optical feedback, parameter modulation or optical injection. The simplicity of the proposed system, which is based entirely on low-cost and easily available components, opens the way to the widespread use of commercial and free-running VCSEL devices for chaos-based applications. This off-the-shelf and cost-effective optical chaos generator has the potential for not only paving the way towards new security platforms in optical networks like, for example, successfully hiding the user information in an unpredictable, random-like signal against eventual eavesdroppers, but also for influencing emerging chaos applications initially limited or infeasible due to the lack of low-cost solutions. Furthermore, it leads the way to future realization of emerging applications with high-integrability and -scalability such as two-dimensional arrays of chaotic devices comprising hundreds of individual sources to increase requirements for random bit generation, cryptography or large-scale quantum networks. / Os avanços relacionados a tecnologia fotônica ampliaram o alcance das redes de comunicação óptica tanto em instalações de estabelecimentos comerciais quanto em residências, permitindo que novos serviços e tecnologias fossem entregues aos clientes. A próxima onda de inovação certamente gerará inúmeras oportunidades proporcionadas pela popularidade de soluções emergentes e aplicações como a Internet tátil, a telemedicina e a geração de conteúdo 3-D em tempo real, tornando-os parte da vida cotidiana. No entanto, para suportar a crescente demanda de tráfego atual, uma maior capacidade e segurança, alocação flexível de largura de banda e custo-eficiência tornaram-se requisitos cruciais para as tecnologias candidatas a futuras redes de acesso óptico. Para este fim, a tecnologia de acesso múltiplo por divisão de código óptico (OCDMA) é considerada um candidato em potencial, particularmente devido a características como transmissões assíncronas, distribuição flexível de banda larga e suporte a serviços diferenciados na camada física, para citar apenas alguns. Neste contexto, esta tese propõe novos formalismos matemáticos para a taxa de erro de bits, taxa de transferência de pacotes e atraso de pacotes para avaliar o desempenho de redes OCDMA flexíveis capazes de fornecer transmissões em múltiplas qualidades de serviço (QoS) de acordo com as necessidades dos usuários. Os formalismos analíticos propostos não requerem o conhecimento a priori das sequências de código dos usuários, o que significa que o desempenho da rede pode ser abordado de forma simples e direta usando apenas os parâmetros de código. Além disso, os formalismos analíticos desenvolvidos representam um número geral de classes de usuários distintos, bem como a probabilidade geral de interferência entre os usuários. Portanto, esses formalismos podem ser aplicados com sucesso na avaliação de desempenho de redes OCDMA flexíveis não apenas em qualquer número de classes de usuários em uma rede, mas também para a maioria dos códigos de espalhamento com boas propriedades de correlação. A expressão de taxa de transferência de pacotes é derivada assumindo aproximações de Poisson, binomial e de cadeia de Markov para as chegadas de pacotes compostos, com a última definida como benchmark. Em seguida, é mostrado via simulação numérica que a expressão baseada em Poisson não é apropriada para uma estimativa confiável de taxa de transferência quando comparada aos resultados de benchmark (Markov). A equação de taxa de transferência binomial, por sua vez, fornece resultados tão precisos quanto o benchmark. Além disso, a taxa de transferência binomial é numericamente mais conveniente e computacionalmente eficiente quando comparada com abordagem de Markov, enquanto esta última é computacionalmente dispendiosa, particularmente se o número de usuários é grande. As expressões de taxa de erro de bit (BER) são derivadas considerando distribuições gaussianas e binomiais para a interferência de acesso múltiplo e é mostrado por meio de simulações numéricas que o desempenho exato de redes OCDMA flexíveis é obtido somente com a expressão binomial de BER. Esta tese também propõe e investiga uma arquitetura de rede para o tráfego de protocolo de Internet sobre OCDMA flexível com suporte a transmissões de QoS e de múltiplas taxas, que é independente do código de espalhamento empregado e não requer qualquer nova tecnologia de processamento óptico. Além disso, o desempenho da rede assume que os usuários transmitem de forma assíncrona usando receptores baseados em esquemas de detecção direta de modulação de intensidade. As simulações numéricas mostraram que a rede proposta possui melhor desempenho quando seus usuários são definidos com peso de código alto ou quando a utilização do canal é baixa. O desempenho da BER e da taxa de transferência de pacotes de uma rede OCDMA que fornece transmissões de múltiplas taxas por meio de uma técnica multi-código com dois códigos atribuídos a cada usuário é também abordado. Os resultados numéricos mostram que esta técnica supera as técnicas clássicas baseadas no código de comprimento múltiplo. Finalmente, esta tese aborda uma nova tecnologia que pode levar a níveis mais elevados de segurança na camada física de redes ópticas. Esta tecnologia consiste na geração de caos determinístico a partir de um laser de emissão superficial com cavidade vertical (VCSEL). A dinâmica caótica é gerada através da aplicação de forças mecânicas em um VCSEL comercial usando um suporte simples e facilmente replicável. O caos determinístico é então alcançado, pela primeira vez, sem qualquer complexidade adicional de realimentação óptica, modulação de parâmetros ou injeção óptica. A simplicidade do sistema proposto, o qual se baseia inteiramente em componentes de baixo custo e que são facilmente encontrados, abre o caminho para o uso de dispositivos VCSEL comerciais para aplicações baseadas em caos. Este gerador de caos óptico tem o potencial não só de pavimentar o caminho para novas plataformas de segurança em redes ópticas, como, por exemplo, ocultar com êxito as informações do usuário em um sinal imprevisível e aleatório contra eventuais invasores, como também tem o potencial de influenciar aplicações de caos emergentes inicialmente limitadas ou inviáveis devido à falta de soluções de baixo custo. Além disso, ele conduz o caminho para a realização futura de aplicações emergentes com alta integridade e escalabilidade, tais como matrizes bidimensionais de dispositivos caóticos que compreendem centenas de fontes individuais para aumentar as necessidades de geração de bit aleatória, criptografia ou redes quânticas de grande escala.

The significant advances in fiber-optic technology have broadened the optical network\'s reach into end-user business premises and even homes, allowing new services and technologies to be delivered to the customers. The next wave of innovation will certainly generate numerous opportunities provided by the widespread popularity of emerging solutions and applications such as tactile Internet, telemedicine and real time 3-D content generation, making them part of everyday life. Nevertheless, to support such an unprecedented and insatiable demand of data traffic, higher capacity and security, flexible bandwidth allocation and cost-efficiency have become crucial requirements for technologies candidate for future optical access networks. To this aim, optical code-division multiple-access (OCDMA) technology is considered as a prospective candidate, particularly due to features like asynchronous transmissions, flexible as well as conscious bandwidth resource distribution and support to differentiated services at the physical layer, to name but a few. In this context, this thesis proposes new mathematical formalisms for bit error rate, packet throughput and packet delay to assess the performance of flexible OCDMA networks capable of providing multiservice multirate transmissions according to users\' requirements. The proposed analytical formalisms do not require the knowledge a priori of the users\' code sequences, which means that the network performance can be addressed in a simple and straightforward manner using the code parameters only. In addition, the developed analytical formalisms account for a general number of distinct users\' classes as well as general probability of interference among users. Hence, these formalisms can be successfully applied for performance evaluation of flexible OCDMA networks not only under any number of users\' classes in a network, but also for most spreading codes with good correlation properties. The packet throughput expression is derived assuming Poisson, binomial and Markov chain approaches for the composite packet arrivals with the latter defined as benchmark. Then, it is shown via numerical simulation the Poisson-based expression is not appropriate for a reliable throughput estimate when compared to the benchmark (Markov) results. The binomial-based throughput equation, by its turn, provides results as accurate as the benchmark. In addition, the binomial-based throughput is numerically more convenient and computationally more efficient than the Markov chain approach, whereas the Markov-based one is computationally expensive, particularly if the number of users is large. The bit error rate (BER) expressions are derived considering gaussian and binomial distributions for the multiple-access interference and it is shown via numerical simulations that accurate performance of flexible OCDMA networks is only obtained with the binomial-based BER expression. This thesis also proposes and investigates a network architecture for Internet protocol traffic over flexible OCDMA with support to multiservice multirate transmissions, which is independent of the employed spreading code and does not require any new optical processing technology. In addition, the network performance assumes users transmitting asynchronously using receptors based on intensity-modulation direct-detection schemes. Numerical simulations shown that the proposed network performs well when its users are defined with high-weight code or when the channel utilization is low. The BER and packet throughput performance of an OCDMA network that provides multirate transmissions via multicode technique with two codes assigned to each single user is also addressed. Numerical results show that this technique outperforms classical techniques based on multilength code. Finally, this thesis addresses a new breakthrough technology that might lead to higher levels of security at the physical layer of optical networks. This technology consists in the generation of deterministic chaos from a commercial free-running vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL). The chaotic dynamics is generated by means of mechanical strains loaded onto an off-the-shelf quantum-well VCSEL using a simple and easily replicable holder. Deterministic chaos is then achieved, for the first time, without any additional complexity of optical feedback, parameter modulation or optical injection. The simplicity of the proposed system, which is based entirely on low-cost and easily available components, opens the way to the widespread use of commercial and free-running VCSEL devices for chaos-based applications. This off-the-shelf and cost-effective optical chaos generator has the potential for not only paving the way towards new security platforms in optical networks like, for example, successfully hiding the user information in an unpredictable, random-like signal against eventual eavesdroppers, but also for influencing emerging chaos applications initially limited or infeasible due to the lack of low-cost solutions. Furthermore, it leads the way to future realization of emerging applications with high-integrability and -scalability such as two-dimensional arrays of chaotic devices comprising hundreds of individual sources to increase requirements for random bit generation, cryptography or large-scale quantum networks. / Os avanços relacionados a tecnologia fotônica ampliaram o alcance das redes de comunicação óptica tanto em instalações de estabelecimentos comerciais quanto em residências, permitindo que novos serviços e tecnologias fossem entregues aos clientes. A próxima onda de inovação certamente gerará inúmeras oportunidades proporcionadas pela popularidade de soluções emergentes e aplicações como a Internet tátil, a telemedicina e a geração de conteúdo 3-D em tempo real, tornando-os parte da vida cotidiana. No entanto, para suportar a crescente demanda de tráfego atual, uma maior capacidade e segurança, alocação flexível de largura de banda e custo-eficiência tornaram-se requisitos cruciais para as tecnologias candidatas a futuras redes de acesso óptico. Para este fim, a tecnologia de acesso múltiplo por divisão de código óptico (OCDMA) é considerada um candidato em potencial, particularmente devido a características como transmissões assíncronas, distribuição flexível de banda larga e suporte a serviços diferenciados na camada física, para citar apenas alguns. Neste contexto, esta tese propõe novos formalismos matemáticos para a taxa de erro de bits, taxa de transferência de pacotes e atraso de pacotes para avaliar o desempenho de redes OCDMA flexíveis capazes de fornecer transmissões em múltiplas qualidades de serviço (QoS) de acordo com as necessidades dos usuários. Os formalismos analíticos propostos não requerem o conhecimento a priori das sequências de código dos usuários, o que significa que o desempenho da rede pode ser abordado de forma simples e direta usando apenas os parâmetros de código. Além disso, os formalismos analíticos desenvolvidos representam um número geral de classes de usuários distintos, bem como a probabilidade geral de interferência entre os usuários. Portanto, esses formalismos podem ser aplicados com sucesso na avaliação de desempenho de redes OCDMA flexíveis não apenas em qualquer número de classes de usuários em uma rede, mas também para a maioria dos códigos de espalhamento com boas propriedades de correlação. A expressão de taxa de transferência de pacotes é derivada assumindo aproximações de Poisson, binomial e de cadeia de Markov para as chegadas de pacotes compostos, com a última definida como benchmark. Em seguida, é mostrado via simulação numérica que a expressão baseada em Poisson não é apropriada para uma estimativa confiável de taxa de transferência quando comparada aos resultados de benchmark (Markov). A equação de taxa de transferência binomial, por sua vez, fornece resultados tão precisos quanto o benchmark. Além disso, a taxa de transferência binomial é numericamente mais conveniente e computacionalmente eficiente quando comparada com abordagem de Markov, enquanto esta última é computacionalmente dispendiosa, particularmente se o número de usuários é grande. As expressões de taxa de erro de bit (BER) são derivadas considerando distribuições gaussianas e binomiais para a interferência de acesso múltiplo e é mostrado por meio de simulações numéricas que o desempenho exato de redes OCDMA flexíveis é obtido somente com a expressão binomial de BER. Esta tese também propõe e investiga uma arquitetura de rede para o tráfego de protocolo de Internet sobre OCDMA flexível com suporte a transmissões de QoS e de múltiplas taxas, que é independente do código de espalhamento empregado e não requer qualquer nova tecnologia de processamento óptico. Além disso, o desempenho da rede assume que os usuários transmitem de forma assíncrona usando receptores baseados em esquemas de detecção direta de modulação de intensidade. As simulações numéricas mostraram que a rede proposta possui melhor desempenho quando seus usuários são definidos com peso de código alto ou quando a utilização do canal é baixa. O desempenho da BER e da taxa de transferência de pacotes de uma rede OCDMA que fornece transmissões de múltiplas taxas por meio de uma técnica multi-código com dois códigos atribuídos a cada usuário é também abordado. Os resultados numéricos mostram que esta técnica supera as técnicas clássicas baseadas no código de comprimento múltiplo. Finalmente, esta tese aborda uma nova tecnologia que pode levar a níveis mais elevados de segurança na camada física de redes ópticas. Esta tecnologia consiste na geração de caos determinístico a partir de um laser de emissão superficial com cavidade vertical (VCSEL). A dinâmica caótica é gerada através da aplicação de forças mecânicas em um VCSEL comercial usando um suporte simples e facilmente replicável. O caos determinístico é então alcançado, pela primeira vez, sem qualquer complexidade adicional de realimentação óptica, modulação de parâmetros ou injeção óptica. A simplicidade do sistema proposto, o qual se baseia inteiramente em componentes de baixo custo e que são facilmente encontrados, abre o caminho para o uso de dispositivos VCSEL comerciais para aplicações baseadas em caos. Este gerador de caos óptico tem o potencial não só de pavimentar o caminho para novas plataformas de segurança em redes ópticas, como, por exemplo, ocultar com êxito as informações do usuário em um sinal imprevisível e aleatório contra eventuais invasores, como também tem o potencial de influenciar aplicações de caos emergentes inicialmente limitadas ou inviáveis devido à falta de soluções de baixo custo. Além disso, ele conduz o caminho para a realização futura de aplicações emergentes com alta integridade e escalabilidade, tais como matrizes bidimensionais de dispositivos caóticos que compreendem centenas de fontes individuais para aumentar as necessidades de geração de bit aleatória, criptografia ou redes quânticas de grande escala.