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.

Η πρόσφατη τεχνολογική ανάπτυξη των οπτικών ενισχυτών, πολυπλεκτών/αποπλεκτών, οπτικών διακοπτών καθώς και άλλων οπτικών συσκευών μας οδηγεί στο να ελπίζουμε ότι σύντομα στο μέλλον θα υλοποιηθεί ένα πλήρες οπτικό (all optical), WDM (wavelength division multiplexing) δίκτυο που να ικανοποιεί και την ανάγκη για μεγάλα μεγέθη χωρητικότητας. Σε ένα τέτοιο δίκτυο η μετατροπή του οπτικού σήματος σε ηλεκτρονικό και εκ νέου στο οπτικό (ΟΕΟ) δεν θα χρησιμοποιείται στους ενδιάμεσους κόμβους, και αυτό συμβάλει σε οικονομικότερες υλοποιήσεις των οπτικών δικτύων. Σε ένα WDM δρομολογούμενο δίκτυο, τα δεδομένα μεταφέρονται μέσω ενός οπτικού καναλιού, lightpath, στους κόμβους του δικτύου που συνδέονται με οπτικές ίνες. Στις πλείστες των περιπτώσεων, κατά την άφιξη ενός lightpath σε κάποιο κόμβο, εφαρμόζεται σε αυτό οπτικό-ηλεκτρονική μετατροπή και αντίστροφα, ούτως ώστε το σήμα να αναδημιουργηθεί λόγω των απωλειών που υπέστη κατά την μεταφορά, ή ακόμη για να αναλυθεί από ενδιάμεσες ηλεκτρονικές συσκευές. Στα μη πλήρη οπτικά δίκτυα, η μεταφορά των δεδομένων γίνεται από κόμβο σε κόμβο κατά μήκος του δικτύου, ούτως ώστε το οπτικό σήμα να ενισχύεται και να αναγεννάτε μέσω της OEO επεξεργασίας. Παρ’ όλα αυτά, η κάθε ενδιάμεση ανάλυση του θέματος σε ένα τέτοιο δίκτυο προϋποθέτει πολύ μεγάλα κόστη λόγω των πολλών συσκευών που απαιτούνται για τη OEO επεξεργασία. Το γεγονός αυτό μας οδηγεί στα ημί-πλήρη δίκτυα όπου η ενίσχυση και αναγέννηση του θέματος δε γίνεται σε όλους τους ενδιάμεσους κόμβους αλλά σε μερικούς από αυτούς. Ο τελικός στόχος όμως είναι η απαλοιφή της ηλεκτρονικής μετατροπής και αυτό οδηγεί στην υλοποίηση των πλήρως οπτικών δικτύων. Στα πλήρη οπτικά δίκτυα, ένα σήμα που μεταδίδεται παραμένει, για όλο το lightpath, στο οπτικό επίπεδο. Έτσι, το πλήρες οπτικό δίκτυο μπορεί να απαλείψει την ασύμφορη OEO μετατροπή. Η αναζήτηση των κατάλληλων μονοπατιών με τα κατάλληλα μήκη κύματος που θα ικανοποιούσε ένα πλήρες οπτικό δίκτυο το οποίο δρομολογείται από ligthpaths, ονομάζεται Routing and Wavelength Assignment (RWA) και αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα ζητήματα για το σωστό σχεδιασμό των οπτικών δικτύων τέτοιου είδους. Το πρόβλημα γίνεται ιδιαίτερα πολύπλοκο όταν στην τελική απόφαση θα πρέπει να συμπεριληφθούν και τα χαρακτηριστικά του φυσικού επιπέδου του δικτύου, όπως εξασθένιση του σήματος, μη γραμμικά φαινόμενα, διασπορά κ.ά, η συμβολή των οποίων στην τελική δρομολόγηση δεν θεωρείται αμελητέα (Impairment Aware Routing and Wavelength Assignment, ΙΑ-RWA). Σε αυτή την εργασία μελετάται το RWA πρόβλημα και προτείνεται ένας μονού στόχου γενετικός αλγόριθμος (Single Objective Genetic Algorithm - SOGA), ο οποίος επιλύει ικανοποιητικά το πρόβλημα θεωρώντας στατική κίνηση. Επιπλέον τονίζεται η σημασία των φυσικών παραμέτρων του προβλήματος και πως αυτές επηρεάζουν την απόδοση του πλήρους οπτικού δικτυου. Στη συνέχεια προτείνεται ένας νέος, πολλαπλών στόχων γενετικός αλγόριθμος (multi objective genetic algorithm – MOGA) ο οποίος βελτιστοποιεί τις λύσεις του προβλήματος ικανοποιητικά λαμβάνοντας ταυτόχρονα υπόψη, με έμμεσο τρόπο, και τις φυσικές παραμέτρους. Επίσης προτείνεται και ένας μονού στόχου γενετικός αλγόριθμος οποίος χρησιμοποιεί ένα εργαλείο αποτίμηση της ποιότητας μετάδοσης (Q-TOOL) σαν μέτρο κατά τη διαδικασία εύρεσης ικανοποιητικής λύσης. Το υπόλοιπο της εργασίας οργανώνεται ως ακολούθως: Στην ενότητα 2 παρουσιάζεται μια σύντομη αναφορά στα WDM δίκτυα καθώς και η περιγραφή του RWA και IA-RWA προβλήματος, ενώ στην ενότητα 3 παρουσιάζεται η πρόταση επίλυσης του RWA προβληματος με τη χρήση γενετικών αλγορίθμων. Ακολουθεί στην ενότητα 4 η πρότασή μας για επίλυση του IA-RWA προβλήματος με τη χρήση Multi-objective διαδικασιών βελτιστοποίησης, καθώς και η βελτιστοποίηση του προβλήματος με τη χρήση του Q-TOOL. Τέλος στην ενότητα 5 συνοψίζουμε την εργασία και παρουσιάζουμε τα συμπεράσματα. / The recent development of optical amplifiers, multiplexers / de-multiplexers, optical switches and other optical devices leads us to hope that soon in future all optical, WDM (wavelength division multiplexing) networks will be implemented which that will satisfy the needs for large capacity. In such networks a viable conversion of the optical -> Electronic and back to optical (OEO) will not be used at intermediate nodes, and this will contribute to efficient and economical implementation. The search for the appropriate paths with the appropriate wavelengths that meet the requirement in all optical networks is called Routing and Wavelength Assignment (RWA) and is one of the most important issues for proper design of such optical networks. The problem becomes particularly complex when the final decision should include the characteristics of the physical layer of the network, such as attenuation of the signal, nonlinear effects, dispersion, etc., whose contribution to the final result is not considered negligible (Impairment Aware Routing and Wavelength Assignment,IA-RWA). This work studies the RWA problem considering static traffic, and proposes a single-objective genetic algorithm (Single Objective Genetic Algorithm - SOGA), which resolves the problem satisfactorily. Furthermore the work stresses the importance of physical parameters of the problem and how these affect the performance of the all optical networks, and proposes a new, multi-objective genetic algorithm (MOGA) which optimizes the solution of IA-RWA problem adequately taking into account indirectly, and the physical impairments that affect the quality of the signal. In addition, a single objective genetic algorithm is proposed that uses a tool to assess the quality of the transmission signal (Q-TOOL), as a benchmark, in the process of optimization of the solution to the IA-RWA problem.