Roteamento e alocação de núcleo e espectro em redes ópticas com multiplexação espacial

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Moura, Pedro Mesquita, 1989-
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638382
Resumo: Orientador: Nelson Luis Saldanha da Fonseca
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A fim de expandir a capacidade de transmissão, novos modelos de redes ópticas estão em desenvolvimento e, dentre eles, os mais promissores são os de redes ópticas com multiplexação espacial, que utilizam múltiplos modos ou núcleos em cada fibra para transmissões de forma paralela. Para que ocorram transmissões nas redes ópticas com multiplexação espacial, é necessário o estabelecimento de caminhos ópticos por meio de seleção de rotas, núcleos e espectro óptico. Os algoritmos de roteamento e alocação de núcleo e espectro são responsáveis por esta tarefa e possuem complexidade maior do que os algoritmos tradicionais de roteamento para redes ópticas devido à introdução do domínio espacial. Nesta Tese, são propostos cinco algoritmos de roteamento e alocação de núcleo e espectro que mantêm baixa a complexidade computacional através do emprego de algoritmos de processamento de imagens, para a identificação do espectro óptico disponível. São propostas também quatro políticas de alocação de espectro considerando interferência entre os núcleos das fibras na decisão de alocação. O algoritmo de roteamento baseado em processamento de imagens é o fundamento dos demais propostos. A primeira extensão consiste de um algoritmo de roteamento com modulação adaptativa que estima o crosstalk para calcular a modulação com maior número de bits por símbolo possível para transmissão, diminuindo, assim, o bloqueio de requisições em até três ordens de grandeza. O algoritmo é estendido para realizar alocações multicaminho, quando não é possível realizar alocação em apenas um caminho, o que diminui o bloqueio de requisições em mais uma ordem de grandeza sem produzir variações significativas de atraso nos diferentes caminhos. Propõe-se, também, um mecanismo de eficiência energética, que computa o consumo energético das possíveis rotas, priorizando aquelas com menor consumo, o que aumenta a eficiência energética total da rede em até 16%. Por fim, um mecanismo de agregação de tráfego capaz de adiar a alocação de requisições para agrupá-las em lotes é empregado. Deste modo, os lotes demandam menos espectro, por meio da economia de bandas de guarda, reduzindo o bloqueio de requisições em até uma ordem de grandezaAbstract: The transmission capacity of the optical core of the Internet must be optimized to supply the bandwidth growth generated by modern applications. However, the possibility of optimizing the spectrum utilization in monocore fibers has reached the limit of physical transmission. To address such limitation, new types of optical networks have been developed, and space division multiplexing optical networks is one of the most promising one. This type of multiplexing employs multiple modes or cores in each fiber for parallel transmission. In order to transmit signals in space division multiplexing optical networks, it is necessary to establish lightpaths by selecting routes, cores and optical spectrum. The routing, core and spectrum assignment algorithms are responsible for this task, which complexity is higher than the complexity of traditional optical networks routing algorithms due to the introduction of the space domain. In this Thesis, five routing, core and spectrum assignment are proposed for keeping the computational complexity low by employing image processing algorithms to search the available spectrum for lightpath establishment. Four spectrum fitness policies are also proposed considering metrics such as intercore crosstalk. The routing algorithm based on image processing is the foundation of all the others proposed. The first algorithm extension consists of an adaptive modulation routing algorithm that estimates crosstalk to employ the modulation with the highest number of bits for the transmission, decreasing the blocking of requests by three orders of magnitude. Then, the algorithm is extended to perform multipath allocations, when single path allocations are not possible, searching for a combination of portions of the optical spectrum. The multipath routing algorithm reduces the blocking of requests by an order of magnitude without a significant differential delay. An energy saving mechanism is proposed which calculates the energy consumption of candidate paths, prioritizing the paths with highest energy efficiency, which produces saving of 16% of the total energy consumption of the network. Lastly, a traffic grooming mechanism is proposed to postpone the allocation of requests in order to group them in batches, which occupy less spectrum by saving guard bands, consequently reducing the blocking of requests by an order of magnitudeDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutor em Ciência da ComputaçãoCNPQ141219/2016-5CAPES[s.n.]Fonseca, Nelson Luis Saldanha da, 1961-Soares, André Castelo BrancoFigueiredo, Gustavo BittencourtUsberti, Fábio LuizMadeira, Edmundo Roberto MauroUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Ciência da ComputaçãoUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASMoura, Pedro Mesquita, 1989-20192019-08-28T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (168 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638382MOURA, Pedro Mesquita. Roteamento e alocação de núcleo e espectro em redes ópticas com multiplexação espacial. 2019. 1 recurso online (168 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1638382. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1127063Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-04-06T15:20:49Zoai::1127063Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2020-04-06T15:20:49Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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