O surgimento de novos serviços que requerem uma largura de banda cada vez maior, bem como o crescente número de usuários de tais serviços, têm introduzido desafios às empresas operadoras de telecomunicações em sua capacidade de atender a estas demandas sem perda apreciável da qualidade de serviço e mantendo, ainda assim, os custos num nível aceitável pelos usuários. Neste contexto, redes ópticas passivas (PONs) vêm atraindo grande interesse em anos recentes. Na sua variante de longo-alcance, as redes PON permitem uma consolidação do uso dos equipamentos e centrais de serviço requeridos, reduzindo custos operacionais e de instalação. Uma das formas de atingir este maior alcance dá-se por meio da inserção de amplificadores ópticos nas redes de acesso. Neste trabalho, portanto, estudaram-se alguns tipos de amplificadores ópticos e suas possíveis aplicações em redes de acesso, levando a topologias de longo alcance e alta capacidade. Foram realizadas avaliações experimentais de um extensor, baseado em amplificadores ópticos semicondutores (SOAs), na rede GPON do CPqD, sob a Meta 3 do Projeto GIGA, possibilitando a obtenção de uma topologia do tipo Fiber-to-the-Building (FTTB) com 80 km de extensão e 128 usuários atendidos por uma única central de serviço. Além dessas validações experimentais, foram simulados computacionalmente SOAs com características otimizadas bem como sistemas que utilizam fibras dopadas com érbio bombeadas remotamente, sendo que nestes últimos, atingiram-se distâncias superiores a 100 km. / The emergence of new services which require an increasing bandwidth, as well as the growing number of users of such services, have introduced challenges to the network operators in regard to their capacity of supporting these demands with no penalty on the required quality of service, while keeping the costs at an acceptable level for the users. In this context, passive optical networks (PONs) have attracted a great deal of interest in recent years. In the long-reach configuration, PON networks allow for a consolidation of equipament usage, reducing operational and installation costs. One way to achieve this longer reach is by the insertion of optical amplifiers in the access network. Therefore, in our work, we have investigated several optical amplifier configurations, as well as their application in access networks, leading to longreach and high capacity network topologies. Experimental evaluations of an extender, based on semiconductor optical amplifiers, were carried out in the CPqD GPON network, under Goal 3 of GIGA Project, allowing the achievement of a Fiber-to-the-Building (FTTB) topology with 80km of extension and 128 users served by a single central office. Besides these experimental validations, were simulated computationally SOAs with optimized characteristics as well as systems using remotely pumped erbium-doped fibers, whereas in the latter were reached distances exceeding 100 km.

Os objetivos desta monografia foram analisar as propriedades de topologias de redes complexas, analisar as potencialidades e comparar desempenho de softwares gratuitos de geração de topologias e simular roteamento de tráfego em redes de telecomunicações. As principais topologias analisadas foram a regular, aleatória e livre de escala. As propriedades topológicas incluem o grau nodal, a distribuição de grau, o coeficiente de agrupamento, o comprimento médio do caminho, além do efeito mundo pequeno. Foram avaliadas as potencialidades de três ferramentas gratuitas de geração e análise de redes, o B-A, Pajek e NetLogo. Como exemplos de aplicação em redes de telecomunicações, com destaque para redes ópticas utilizando técnica de multiplexação por divisão de comprimento de onda, foram implementados os seguintes algoritmos de roteamento de tráfego: roteamento fixo com alocação de comprimento de onda sequencial fixa e roteamento adaptativo com alocação de comprimento de onda menos usado, mais usado, aleatória e busca exaustiva. O desempenho dos algoritmos de roteamento e alocação de comprimentos de onda de modo nas topologias analisadas foram comparados. / The purposes of this master\'s thesis are to analyze the properties of complex network topologies, analyze and compare the performance of free software for generating topologies and simulate traffic routing in telecommunication networks. The main topologies analyzed were the regular, random and scale-free. The topological properties include the nodal degree, the distribution degree, clustering coefficient, average path length and small-world effect. The performance of the free softwares B-A, Pajek and Netlogo were evaluated. As examples of application in telecommunication networks, especially for optical networks using wavelength division multiplexing technique, the following routing traffic algorithms were implemented: Fixed routing with first-fit wavelength assignment and adaptive routing with least used wavelength assignment, most used, random and exhaustive search. The performance of algorithms for routing and wavelength allocation employed in the analyzed topologies was compared.

O objetivo deste trabalho é a otimização da distribuição dos divisores de potência utilizados em redes ópticas passivas, baseados na técnica de algoritmos genéticos, onde cada divisor possui uma única entrada e diversas saídas. O cenário prático de distribuição compreende uma determinada cidade, onde as ruas são as possíveis vias e as casas ou prédios são os possíveis terminais. Partindo de um ponto inicial (OLT - Optical Line Terminator), em geral a central de distribuição, chega-se aos usuários finais (ONUs - Optical Network Units) passando pelos divisores. Observa-se que temos pelo menos um ponto inicial (OLT) e diversos pontos de chegada (as ONUs) - dependendo da quantidade de saídas que o divisor óptico possui, cada uma destas representa um possível usuário ou outro divisor. O posicionamento dos divisores de potência e os caminhos utilizados que usaremos fazem parte de nossa solução. O conjunto destes elementos forma as redes de acesso óptico passivo (PON). Aspectos importantes considerados na otimização: (i) os comprimentos dos cabos desde a OLT até as ONUs, uma vez que ocorrem maiores degradações do sinal à medida que a distância aumenta, bem como aumentam os custos de implantação em proporção direta ao comprimento utilizado; e (ii) margem de potência no enlace e (iii) custo do enlace. Durante o processo de otimização, o algoritmo genético desenvolvido propõe um novo procedimento de busca de caminho denominado nó cíclico. Os resultados obtidos foram validados por comparações obtidas manualmente em redes de menor escala. Interfaces gráficas para carregamento de mapas urbanos a partir de aplicativos como Google map foram desenvolvidas. / This study, based on a genetic algorithm, optimizes the distribution of power dividers used, in the access, by passive optical networks, where each splitter has one input and several outputs. The practical scenario of distribution includes a particular city where the streets are the possible ways and the houses or buildings are the possible terminals. Starting from the OLT (Optical Line Terminal), in general the distribution center, the end users (ONUs - Optical Network Units) are connected to the OLT by a path with power divisions. Observe that we have at least one starting point (OLT) and several points of arrival (the ONUs) - depending on the amount of the optical splitter outputs, each of these representing a user. The positioning of the OLT, ONUs and power dividers are part of the solution we are seeking for and all these elements form the access passive optical network (PON). Important aspects considered: (i) the lengths of the cables from the OLT to the ONUs, once there are more signal degradation as the distance increases, (ii) link power budget and (iii) link cost. During the optimization process, the developed genetic algorithm proposes a new procedure for finding the optimum path which is called cyclic node. The obtained results have been validated by comparison with manual optimization in a smaller scale network. Graphical interfaces have been developed for uploading city maps from aplicatives Google maps.

Para suportar as novas aplicações heterogêneas e dinâmicas, como a TV digital interativa, os vídeos sob demanda e a computação em nuvem, as redes ópticas WDM (wavelength division multiplexing) estão passando por uma grande mudança. Estão deixando de ser estáticas para se tornarem reconfiguráveis. Assim, elas devem suportar diferentes taxas e formatos de modulação, que podem variar com o tempo, tornando-as heterogêneas tanto no que se refere aos tipos de serviços, quanto às tecnologias de transmissão. Assim, novos desafios para controlar e administrar estas redes estão surgindo e soluções cognitivas estão começando a ser estudadas. Uma das premissas de uma solução cognitiva é a adaptabilidade. Neste cenário, este trabalho propõe uma metodologia de controle adaptativo de ganho para amplificadores ópticos em redes WDM dinâmicas. Tal metodologia baseia-se em uma máscara de potência com informações sobre o desempenho óptico do amplificador em termos de figura de ruído e \"planicidade\" espectral de ganho, ajustando seu ponto de operação visando um compromisso entre estes parâmetros. Esta metodologia foi aplicada em um problema de roteamento e alocação de comprimento de onda para algumas topologias de redes com 4, 6, 10 e 15 nós e considerando uma restrição de qualidade de serviço, relacionada à OSNR do sinal, para realização da conexão. Os resultados mostram uma redução na probabilidade de bloqueio total com a aplicação da metodologia proposta em relação a um cenário sem a metodologia de 80% para abaixo de 20% em alguns casos. / To support new dynamic and heterogeneous applications such as interactive digital TV, video on demand and cloud computing, WDM (wavelength division multiplexing) optical networks are undergoing significant changes. They are changing from static to reconfigurable networks. Thus, they need to support different data rates and modulation formats, which can varie along the time, leading to a heterogeneous network with respect not only to different services, but also to different transmission technology. Therefore, new network control and management challenges are arising and cognitive solutions are being studied. One of the cognitive solution premises is adaptability. In this scenario, this work propose an adaptive gain control methodology for optical amplifiers in WDM dynamic optical networks. Such methodology is based on a power mask with information about the amplifier optical performance in terms of noise figure and gain flatness, adjusting its operating point aiming to the best trade off between these parameters. This methodology was applied to a routing and wavelength assignment problem to some network topology with 4, 6, 10 and 15 nodes and considering a quality of service constraint, due to the signal OSNR, to accomplish the connection. Results show blocking probability reduction from 80% to bellow 20% for some cases from a scenario without the methodology to one with it.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fulvio Ceragioli.pdf: 2365221 bytes, checksum: 1347a891429ce300b38fd6710b0a6e4d (MD5) Previous issue date: 2009-02-06 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / Study about / Estudo sobre

Internet traffic is increasing exponentially, driven by new technologies such as Internet of Things (IoT) and rich streaming media. The traditional IP router becomes a bottleneck for further Internet expansion due to its high power consumption and inefficiency in processing the growing traffic. Router bypass has been introduced to overcome capacity limitations and the processing costs of IP routers. With router bypass, a portion of traffic is provisioned to bypass the router and is switched by the transport layer. Router bypass has shown to provide significant savings in network costs. These advantages are limited by a reduction in the statistical multiplexing associated with the subdivision of the available bandwidth typically into bypass and traditional portions thus limiting the interest in bypass techniques. This thesis will explore multiple techniques to enhance the efficiency of router bypass. The main goals are to address the issue of the reduction in statistical multiplexing and to add a dynamic approach to the router bypass mechanism. The recent advancements in the Optical Transport Network (OTN) play a major role in the transport network. This proposal takes full advantage of OTN in the router-bypassing context by applying recent developments such as Hitless Adjustments ODUflex (HAO), which allow the provisioned channels to be adjusted without re-establishing the connections. In addition, it will allow the bypassing mechanism to be flexible enough to meet the traffic behaviour needs of the future. This thesis will study multiple approaches to enhance the router bypass mechanism including: an adaptive provisioning style using various degrees of provisioning granularities and controlling the provisioning based on traffic behaviour. In addition, this thesis will explore the impact of automation in Software-Defined Networking (SDN) on router bypass. The application-driven infrastructure in SDN is moving the network to be more adaptive, which paves the way for an enhanced implementation of router bypass. Many challenges still face the industry to fully integrate the three layers (3, 2, and 1) to transform the current infrastructure into an adaptive application driven network. The IP router (layer 3) provisions and restores the connection regardless of the underlying layers (layer 2 and 1) and the transport layer does the same regardless of the IP layer. Although allowing every layer to develop without being constrained by other layers offers a huge advantage, it renders the transport layer static and not fully aware of the traffic behaviour. It is my hope that this thesis is a step forward in transforming the current network into a dynamic, efficient and responsive network. A simulation has been built to imitate the router bypassing concept and then many measurements have been recorded. / Graduate

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Orientador: Mauricio Ferreira Magalhães / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-08T01:20:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zuliani_LuizGustavo_M.pdf: 512812 bytes, checksum: cab94937633f70467669b12635e8ccb1 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Redes totalmente ópticas (fotônicas) controladas por GMPLS (Generalized MultiProtocol Label Switching) são a promessa para lidar com o crescente volume de tráfego IP. Os protocolos de sinalização e roteamento GMPLS, principalmente OSPF (Open Shortest Path First) e RSVP (Resource ReSerVation Protocol), trabalham de tal modo que o cálculo da rota para circuitos ópticos não considera a disponibilidade de comprimentos de onda (labels). Esta solução não é ótima em termos do uso de recursos de rede e da probabilidade de bloqueio de novos circuitos. Para aprimorar este quadro, algoritmos RWA (Routing and Wavelength Assignment) mais eficientes poderiam ser usados para calcular a rota e o comprimento de onda simultaneamente. Estes algoritmos RWA necessitam conhecer a topologia óptica de um modo ainda não descrito pelas atuais especificações do protocolo OSPF. Esta dissertação propõe extensões de Engenharia de Tráfego para o protocolo OSPF para permitir que o plano de controle GMPLS se beneficie do uso de algoritmos RWA mais eficientes. Um protótipo foi desenvolvido e instalado em uma rede óptica emulada para verificar a praticabilidade da solução proposta baseado na sobrecarga de tráfego gerado no plano de controle / Abstract: GMPLS-controlled all-optical networks are the promise to handle the increasing volume of IP traffic. The GMPLS routing and signaling protocols, mainly OSPF and RSVP, work in such a way that the route calculation for optical circuits does not take into account the wavelength (label) availability. This is not optimal in terms of network resources usage and blocking probability of new circuits. To deal with this scenario, more efficient RWA algorithms could be used to calculate the route and the wavelength assignment at one time. These RWA engines need to know the optical topology in a way that is not described by current OSPF standards. This dissertation proposes Traffic Engineering extensions to the OSPF protocol to enable the GMPLS control plane to take advantage of the most effective RWA classes. A prototype was developed and deployed in an optical-emulated copper-based network to verify its feasibility based on the bandwidth overhead generated in the control plane / Mestrado / Engenharia de Computação / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Mauricio Ferreira Magalhães, Edmundo Roberto Mauro Madeira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-08T02:00:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Verdi_FabioLuciano_D.pdf: 3027740 bytes, checksum: 444aae1c448c43278addd0d412181602 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Nos últimos anos têm-se discutido uma maneira para envio de fluxos de pacotes entre domínios que leve em consideração aspectos relacionados com a qualidade de serviço de rede (banda, atraso, etc.). Entretanto, as soluções até agora apresentadas dependem de extensões que precisam ser feitas principalmente nos protocolos de roteamento entre domínios para suportar a distribuição de informações de engenharia de tráfego. Porém, tais extensões dependem de longos processos de padronização que, muitas vezes, apesar de profundas discussões, não conseguem efetivamente definir um padrão. Isto tem ocorrido nas redes IPs onde extensões ao BGP (Border Gateway Protocol) para distribuição de informações de engenharia de tráfego têm sido propostas, porém, nunca colocadas em prática. Recentemente, a mesma discussão surgiu nos cenários envolvendo redes ópticas para estabelecimento de conexões entre domínios. Esta tese apresenta uma alternativa em relação aos processos de padronização que propõem extensões aos protocolos para que os mesmos suportem o provisionamento de serviços entre domínios. Especificamente, a arquitetura para provisionamento e gerência de serviços entre domínios ópticos age de forma independente do plano de controle, ou seja, a proposta apresentada neste trabalho não depende de extensões aos protocolos usados atualmente no roteamento e sinalização entre domínios. A arquitetura apresentada nesta tese cria uma camada de serviços que facilita a interação entre diferentes domínios administrativos. Todas as interações para troca de informações de roteamento e estabelecimento de conexões são feitas na camada de serviços. Internamente a cada domínio, os caminhos de luz são estabelecidos usando tecnologias locais tais como a arquitetura GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching) ou ASON (Automatic Switched Optical Network). Porém, o provisionamento de serviços entre domínios é realizado não pelo plano de controle, mas sim pelo plano de serviços. Embora o foco da tese seja o provisionamento de serviços entre domínios, a arquitetura suporta também o provisionamento de serviços intra domínios. Os serviços de conexões e VPNs (Virtual Private Networks) dentro de um domínio e entre domínios administrativos diferentes serão oferecidos. A arquitetura é baseada no modelo TMN (Telecommunications Management Network), principalmente no que se refere às camadas do modelo e à nomenclatura. Usamos a tecnologiaWeb Services para implementação da arquitetura e uma análise de tal tecnologia foi realizada a fim de avaliarmos o seu uso para estabelecimento de serviços entre domínios. Os resultados apresentados indicam que o provisionamento de serviços realizado através da camada de serviços facilita e flexibiliza as interações entre domínios oferecendo aos provedores uma novo mecanismo para suporte a estas interações / Abstract: In the last few years it has been discussed a way for sending interdomain packet flows taking into account some aspects related to the network quality of service (bandwidth, delay, etc.). However, the solutions presented so far depend on the extensions that need to be done mainly in the interdomain routing protocols to support the distribution of traffic engineering information. Nevertheless, such extensions depend on long-process of standardization that, in many cases, does not reach a consensus and a standard is not effectively defined. An example of this is that in IP networks the proposed extensions for the BGP (Border Gateway Protocol) to support the distribution of traffic engineering information were not put into practice until now. Recently, the same discussion came through in the optical network scenario. This thesis presents an alternative to standardization processes. We propose an architecture for provisioning and management of interdomain services in optical networks. Such architecture acts independent of the control plane and does not depend on the protocol extensions that are needed to support interdomain routing and signaling. The architecture has a service layer by which all the interactions between different optical domains are done. Within each domain, the lightpaths are established using local solutions such as GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching) or ASON (Automatic Switched Optical Network). However, the provisioning of interdomain services is not done in the control plane. Instead, it is done in the services layer. Although the focus of this thesis is on the provisioning of interdomain services, the architecture also supports the establishment of intradomain services. We are particularly interested in the provisioning of connections and VPNs (Virtual Private Networks) within a domain as well as between domains. The architecture is based on the TMN model (TelecommunicationsManagement Network). The TMN model is used to divide the architecture into layers and to define the nomenclature of each layer. The Web Services technology was used to implement the architecture. The implementation was done to validate the architecture and to analyse the usage of Web Services to establish interdomain optical network services. The results presented in this work highlight that by doing the provisioning of services through the services layer facilitate the implementation of the interactions among different domains and offer a new mechanism to support such interactions / Doutorado / Engenharia de Computação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Nelson Luis Saldanha da Fonseca / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-27T12:19:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santi_Julianade_D.pdf: 2864937 bytes, checksum: 7526ed7e2e57bec4e7361a8c0f9f8b47 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: As redes ópticas com multiplexação por comprimento de onda (WDM) permitem a transmissão de grande volume de dados através de múltiplos canais com capacidade de transmissão de vários Gbps. Entretanto, as demandas por banda passante dos fluxos IPs são significativamente inferior à capacidade disponível em cada canal WDM. Para lidar com esta disparidade e utilizar de forma eficiente a banda disponível, é necessária a transmissão simultânea de vários fluxos em um caminho óptico, chamado de agregação de tráfego. Especificações de qualidade de serviço dos fluxos devem, também, ser consideradas nas decisões de agregação de tráfego. Ademais, aplicações emergentes podem demandar largura de banda superior à capacidade de um comprimento de onda, sendo necessário utilizar vários caminhos ópticos (roteamento multicaminho) para provisionar tais fluxos. Além disso, a expansão da infraestrutura e utilização das redes WDM têm elevado o consumo de energia, causando impactos econômicos e ambientais. Estas questões têm desafiado e motivado pesquisadores a encontrar alternativas para aprimorar as transmissões nas redes ópticas WDM, o que inclui a agregação de tráfego e o roteamento multicaminho. Nesta tese, abordam-se diversos problemas em agregação de tráfego e roteamento multicaminho em redes ópticas WDM. Foram desenvolvidos e validados algoritmos pelo menos tão eficientes quanto algoritmos existentes na literatura. Propõe-se um algoritmo de agregação de tráfego que considera a duração das conexões e a banda disponível. Para atender demandas superiores à capacidade de um comprimento de onda, desenvolveu-se um algoritmo que considera a duração do fluxo, divide-o em subfluxos e os transmite em múltiplos canais. Para este algoritmo, foi proposta uma versão aproximada visando reduzir o tempo de resolução do problema. Introduziu-se, também, um algoritmo que indica a postergação do momento de início da transmissão das conexões a fim de agregar lotes de conexões. Para reduzir o consumo de energia, foram desenvolvidas duas estratégias, de roteamento multicaminho e reroteamento, que levam em consideração o consumo de energia das operações envolvidas na transmissão da conexão / Abstract: The wavelength division multiplexing (WDM) optical networks allow the transmission of large volume of data through multiple channels with severals Gbps of transmission capacity. However, the demand for bandwidth of IP flows are significantly lower than the available capacity in each WDM channel. To address this disparity and make efficient use of the available bandwidth, it is necessary to transmit simultaneously multiple streams in lightpath, called traffic grooming. The quality of service specifications inherent to connections should also be considered in the traffic aggregation decisions. Moreover, emerging applications can request bandwidth greater than the capacity of a wavelength, which require several lightpaths (multipath routing) to establish such connections. In addition, infrastructure expansion and use of WDM networks have increased the energy consumption, leading to economic and environmental concerns. These issues have challenged and motivated researchers to find alternatives to enhance transmissions in WDM optical networks, which includes the traffic grooming and multipath routing. This thesis addresses several problems in traffic grooming and multipath routing in WDM optical networks. For each problem algorithms were developed and validated that are at least as efficient as existing algorithms in the literature. It was proposed a traffic grooming algorithm that considers the duration of connections and the available bandwidth along the path. In order to establish connections demanding bandwidth greater than the capacity of a wavelength, it was proposed an algorithm that considers the duration of a connection and divides this connection in to substreams and transmits them on multiple wavelengths. For this algorithm, it was proposed an approximate version to reduce the run time. Moreover, it was introduced an algorithm which postpones the time to establish the connections and aggregates batch connections. In order to reduce the energy consumption, two strategies, multipath routing and rerouting, were developed that take into account the energy consumption of each operation involved in the connection transmission / Doutorado / Ciência da Computação / Doutora em Ciência da Computação