No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

Ο πιο σύγχρονος και περισσότερα υποσχόμενος τύπος οπτικών δικτύων, είναι τα οπτικά δίκτυα πολυπλεξίας διαίρεσης μήκους κύματος (Wavelength Division Multiplexing – WDM). Τα δίκτυα αυτά διαθέτουν τεράστια χωρητικότητα και αναμένεται να αποτελέσουν τα μελλοντικά δίκτυα κορμού για τη μεταφορά μεγάλου όγκου δεδομένων. Η πλήρης αξιοποίηση της χωρητικότητας των WDM δικτύων, όμως, απαιτεί την επίλυση ειδικών θεμάτων που σχετίζονται µε τις ιδιαιτερότητες και τη φύση των WDM οπτικών δικτύων. Το σημαντικότερο ίσως από αυτά είναι το πρόβλημα της δρομολόγησης και ανάθεσης μήκους κύματος (Routing and Wavelength Assignment – RWA), πάνω στο οποίο έχει αναπτυχθεί έντονη ερευνητική δραστηριότητα τα τελευταία χρόνια, το οποίο είναι NP-πλήρες. Ένα άλλο θέμα που χρήζει ιδιαίτερης προσοχής είναι οι εξασθενήσεις που υφίσταται ένα σήμα μέσα στο οπτικό δίκτυο. Όταν λοιπόν κάποιο σήμα διαδίδεται κατά μήκος ενός οπτικού μονοπατιού πέφτει η ποιότητα του εξαιτίας των φυσικών επιδράσεων που δέχεται. Οι φυσικές επιδράσεις κατά κανόνα μειώνουν τον λόγο σήματος προς θόρυβο (SNR), με αποτέλεσμα να αυξηθεί σημαντικά και η συχνότητα εμφάνισης λαθών (BER) στον κόμβο προορισμού. Αν η παραπάνω συχνότητα εμφάνισης λαθών είναι μεγαλύτερη από ένα καθορισμένο όριο, τότε το αίτημα δρομολόγησης θα πρέπει να απορριφθεί. Επομένως κατά την επίλυση του RWA προβλήματος θα πρέπει να ληφθούν υπόψη οι επιδράσεις που προκαλούνται στο σήμα λόγω των φυσικών χαρακτηριστικών του δικτύου. Στην παρούσα διπλωματική εργασία έχει υλοποιηθεί ένας αλγόριθμος για την επίλυση του στατικού RWA, που βασίζεται στην μοντελοποίηση ενός γραμμικού προβλήματος (Linear Programming – LP). Κατά την μοντελοποίηση λαμβάνονται υπόψη οι πιο σημαντικές επιδράσεις, όπως η χρωματική διασπορά (Chromatic Dispersion – CD), η διασπορά τρόπου πόλωσης (Polarization Mode Dispersion – PMD), η ενισχυμένη αυθόρμητη εκπομπή (Amplifier Spontaneous Emission – ASE) και η αλληλεπίδραση γειτονικών καναλιών (crosstalk). Η επίδραση των τριών πρώτων παραμέτρων εξαρτάται αποκλειστικά από τα χαρακτηριστικά των συνδέσμων και μοντελοποιούνται σύμφωνα με αναλυτικούς τύπους, ενώ η επίδραση του crosstalk εξαρτάται από τον αριθμό των οπτικών μονοπατιών που διατρέχουν ένα σύνδεσμο. Προτείνεται επίσης μία συνάρτηση βελτιστοποίησης ώστε να προκύπτουν ακέραιες λύσεις με πολύ μεγάλη πιθανότητα από την επίλυση του LP (Linear Program) προβλήματος. Αυτός ο αλγόριθμος εφαρμόζεται σε ένα μητροπολιτικό δίκτυο και λαμβάνονται συγκριτικά αποτελέσματα για διάφορες παραμέτρους των φυσικών στοιχείων του δικτύου. / Wavelength division multiplexing (WDM) is a promising technology for faster and more reliable data communication networks. In a WDM network several optical signals are sent on the same fiber using different wavelength channels. Multiple WDM channels from different end users may be multiplexed on the same fiber. Traditionally only a small fraction of the fiber capacity is in use, but by using WDM it is possible to exploit this huge capacity more efficiently. Under WDM, the optical transmission spectrum is curved up into a number of non-overlapping wavelength bands, with each wavelength supporting a single communication channel operating at whatever rate one desires. WDM technology has been recognized as one of the key components of the future networks. Routing and wavelength assignment (RWA) is a crucial issue for WDM optical network designers. In wavelength routed WDM optical networks connections between terminal stations are established through the use of lightpaths. Given a WDM optical topology and a set of connection requests between pairs of source-destination terminal nodes, the problem of how to route all the lightpaths simultaneously, one per connection, and which wavelength should be assigned to each one of them, subject to minimizing network resources or maximizing traffic characteristics, arises; this is known as the Routing and Wavelength Assignment problem RWA. In transparent networks, the signal quality is subject to a variety of physical impairments, such as polarization mode dispersion (PMD), amplified spontaneous emission (ASE) noise and chromatic dispersion (CD) and crosstalk. These impairments are linearly modeled and handled effectively by a set of analytical formulas as additional constraints on RWA. We apply our algorithm to perform impairment-constraint based RWA, in order to obtain comparative results of a typical metropolitan network's performance under various network and impairment parameters, such as bit rate, amplifier gain and type, modulation format used, etc.

Optical networks employing wavelength division multiplexing technology have been well recognized as the core networks for the next generation Internet. In such networks, any fiber cut or node failure may lead to huge data loss. Thus, reliability is of great importance in the design of modern high-speed networks. At the same time, traffic grooming is another important design objective since it addresses multi-granularity traffic. The traditional routing approaches with differentiated services do not consider the traffic grooming case or reconfiguration method. Therefore, they are not resource-efficient for the next generation Internet. In this dissertation, an effective reconfigurable traffic grooming with differentiated reliability scheme is proposed to efficiently use network resources. Compared with the conventional rerouting method, the proposed scheme makes the network more robust and immune from service interruptions. An integer linear programming (ILP) formulation is presented first. By solving the ILP formulation, an optimal solution is obtained for each incoming connection request. However, the solution is so time consuming, a heuristic algorithm is introduced to get an approximate optimal solution. The performance evaluation indicates that the connection blocking probability can be decreased greatly by the proposed scheme.

Due to the tremendous growth of traffic volume caused by both exponential increase of number of Internet users and continual emergence of new bandwidth demanding applications, high capacity networks are required in order to satisfactorily handle the extremely large amount of traffic. Hence, optical fiber communication is the key technology for the network infrastructure. This thesis addresses design, analysis and simulation of access and core networks targeting important research problems, which need to be tackled for the effective realization of next generation optical networks. Among different fiber access architectures, passive optical network (PON) is considered as the most promising alternative for the last mile connection due to its relatively low cost and resource efficiency. The inherent bursty nature of the user generated traffic results in dynamically changing bandwidth demand on per subscriber basis. In addition, access networks are required to support differentiated quality of service and accommodate multiple service providers. To address these problems we proposed three novel scheduling algorithms to efficiently realize dynamic bandwidth allocation in PON, along with guaranteeing both the priority and fairness of the differentiated services among multiple users and/or service providers. Meanwhile, because of the increasing significance of reliable access to network services, an efficient fault management mechanism needs to be provided in PON. In addition, access networks are very cost sensitive and the cost of protection should be kept as low as possible. Therefore, we proposed three novel cost-effective protection architectures keeping in mind that reliability requirement in access networks should be satisfied at the minimal cost. Regarding the optical core networks, replacing electronic routers with all-optical switching nodes can offer significant advantages in realizing high capacity networks. Because of the technological limitations for realizing all-optical nodes, the focus is put on the ingenious architecture design. Therefore, we contributed on novel switching node architectures for optical circuit and packet switching networks. Furthermore, we addressed different aspects of routing and wavelength assignment (RWA) problem, which is an important and hard task to be solved in wavelength routed networks. First, we proposed an approach based on the information summary protocol to reduce the large amount of control overhead needed for dissemination of the link state information in the case of adaptive routing. In addition, transparency in optical networks may cause vulnerability to physical layer attacks. To target this critical security related issue, we proposed an RWA solution to minimize the possible reachability of a jamming attack. Finally, in order to evaluate our ideas we developed two tailor-made simulators based on discrete event driven system for the detailed studies of PON and switched optical networks. Moreover, the proposed tabu search heuristic for our RWA solution was implemented in C++. / QC 20100707

Κατά την διάδοση του σήματος στα οπτικά δίκτυα η ποιότητα του λαμβανόμενου σήματος εξασθενεί λόγω των διαφόρων ειδών απωλειών που υπεισέρχονται κατά τη μετάδοση. Οι κυριότερες εξ’ αυτών είναι: ο θόρυβος λόγω των οπτικών ενισχυτών, η διαφωνία, η χρωματική διασπορά, η διασπορά τρόπων πόλωσης, η μείξη τεσσάρων κυμάτων, η αυτοδιαμόρφωση φάσης κτλ. Προκειμένου να επιτευχθεί αποδεκτή ποιότητα λαμβανόμενου σήματος στον δέκτη είναι απαραίτητη, ιδιαίτερα για μεγάλα μονοπάτια, η χρήση οπτικών 3R αναγεννητών σε κάποιους ενδιάμεσους κόμβους για την περιοδική αναμετάδοση του σήματος. Στην παρούσα διπλωματική εργασία σχεδιάζονται και υλοποιούνται στατικοί αλγόριθμοι δρομολόγησης και ανάθεσης μηκών κύματος για ημιδιαφανή οπτικά δίκτυα. Συγκεκριμένα, θεωρώντας μια δικτυακή τοπολογία, έναν αριθμό διαθέσιμων μηκών κύματος, μια μήτρα κίνησης και μια (αραιή) τοπολογία 3R αναγεννητών για το εξεταζόμενο δίκτυο (ή εκφράζοντάς το διαφορετικά έναν αριθμό ελεύθερων πομποδεκτών για κάθε κόμβο του δικτύου) επιχειρείται η μεγιστοποίηση του αριθμού των συνδέσεων που μπορούν να επιτευχθούν, διατηρώντας παράλληλα την επιθυμητή ποιότητα μετάδοσης. Έτσι, το πρόβλημα της επιλογής της ακολουθίας των αναγεννητών μέσα από τους οποίους θα δρομολογηθεί η κάθε αδιαφανής αίτηση σύνδεσης, μοντελοποιείται σαν ένα πρόβλημα εικονικής τοπολογίας (virtual topology problem). Στην συνέχεια το πρόβλημα αυτό επιλύεται με τη βοήθεια μιας σειράς αλγορίθμων από πολύπλοκους που βασίζονται σε σχηματισμούς ακέραιου γραμμικού προγραμματισμού (Integer Linear Programming – ILP) έως απλούστερους αλλά πάντα πρακτικούς ως προς την εύρεση λύσης, ευριστικούς αλγόριθμους. Ύστερα από την επιλογή της ακολουθίας των χρησιμοποιούμενων αναγεννητών για κάθε αδιαφανή αίτηση σύνδεσης, η μήτρα κίνησης μετασχηματίζεται σε μια ισοδύναμη διαφανή, όπου κάθε αδιαφανής αίτηση έχει αντικατασταθεί από μια σειρά διαφανών συνδέσεων που τερματίζουν και ξεκινούν από τους συγκεκριμένους 3R κόμβους αναγέννησης. Ακολούθως, εφαρμόζεται ένας διαφανής IA-RWA αλγόριθμος για τη μετασχηματισμένη μήτρα κίνησης, ενώ τυχόν συνδέσεις που μποκάρονται ύστερα από την εφαρμογή του διαφανή αλγορίθμου επαναδρομολογούνται χρησιμοποιώντας τους υπολοιπόμενους αναγεννητές. Η Ποιότητα Μετάδοσης (Quality of Transmission QoT) των δημιουργουμένων lightpaths υπολογίζεται με τη βοήθεια ενός εκτιμητή της παραμέτρου Q του κάθε lightpath. Για την μοντελοποίηση των φυσικών περιορισμών του δικτύου χρησιμοποιούνται αναλυτικές φόρμουλες. Η απόδοση του προτεινόμενου αλγορίθμου υπολογίστηκε διεξάγοντας εξομοιώσεις για μια παραλλαγή του DTnet δικτύου εισάγοντας τη μοναδιαία μήτρα κίνησης. Η απόδοση του αλγορίθμου κρίνεται ικανοποιητική όχι μόνο για μεσαία, αλλά και για μεγάλης κλίμακας δίκτυα παρέχοντας βέλτιστες λύσεις. Το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου εκτέλεσης του αλγορίθμου, οφείλεται στον υπολογισμό του διαφανούς IA-RWA αλγόριθμου της δεύτερης φάσης. Σχετικά με την απόδοση των εξεταζόμενων αλγορίθμων της πρώτης φάσης, φαίνεται ότι ο αλγόριθμος που παρουσιάζει τα καλύτερα αποτελέσματα είναι αυτός που ελαχιστοποιεί τον μέγιστο αριθμό των χρησιμοποιούμενων αναγεννητών μεταξύ των διαφορετικών κόμβων αναγέννησης του σήματος. / Physical impairments in optical fiber transmission necessitate the use of regeneration at certain intermediate nodes, at least for certain lengthy lightpaths. We design and implement impairment-aware algorithms for routing and wavelength assignment (IA-RWA) in translucent optical networks. We focus on the offline version of the problem, where we are given a network topology, the available wavelengths, a traffic matrix and a (sparse) placement of 3R regenerators in the network (or, in a slightly different setting, the number of available transceivers at each network switch), and we aim at maximizing the number of connections served with adequate quality of transmission. We formulate the problem of choosing the sequence of regenerators to be used by non-transparent connections as a virtual topology design problem, and address it using various algorithms, ranging from an integer linear program (ILP) to simple heuristic algorithms. Once the sequence of regenerators to be used has been determined, we transform the traffic matrix by replacing non-transparent connections with a sequence of transparent connections that terminate and begin at the specified 3R intermediate nodes. Using the transformed matrix we then apply an IA-RWA algorithm designed for transparent (as opposed to translucent) networks to route the traffic. Connections that are blocked are re-routed using any remaining regenerator(s).