Routing and spectrum assignment in elastic optical networks

Orientador: Nelson Luis Saldanha da FonsecaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: As redes ópticas com multiplexação por comprimento de onda empregam uma grade fixa de divisão do espectro, dividindo-o em grandes faixas com alta capacidade de transmissão. Apesar de este esquema atingir altas velocidades de até 100Gb/s atualmente, a demanda de tráfego está cada vez maior e novas soluções são propostas como futuro das redes ópticas. A divisão do espectro em grandes faixas pode gerar problemas de falta de flexibilidade, onde requisições com baixas demandas de tráfego subutilizam comprimentos de onda. Nesse contexto as redes ópticas elásticas emergem, buscando flexibilizar a alocação do espectro utilizando alta granularidade na divisão do espectro, de modo que as conexões utilizem tipicamente vários slots, que são a unidade de alocação de redes ópticas elásticas. Utilizando-se da tecnologia de Multiplexação por Divisão de Frequências Ortogonais (OFDM), é possível fazer com que os slots adjacentes se sobreponham ortogonalmente, sem interferência, atingindo alta eficiência de utilização do espectro. O roteamento e alocação de espectro surge neste contexto com o objetivo de alocar rotas nas redes ópticas elásticas, necessitando caminhos na rede que possuam espectro suficiente para acomodar a demanda de tráfego, e a fim de manter o sinal no domínio óptico e evitar a custosa operação de conversão opto eletrônica, é necessário manter a mesma porção do espectro alocada em todos os enlaces do caminho, problema denominado de restrição de continuidade do espectro. Os slots devem ser também adjacentes para que estes se sobreponham utilizando OFDM, problema chamado de restrição de contiguidade do espectro. Esta dissertação investiga o problema roteamento e alocação de espectro e propõe algoritmos que melhoram características da rede, como qualidade de serviço, custo operacional e eficiência energéticaAbstract: Wavelength division multiplexing optical networks employ fixed grid for spectrum, with high capacity transmission slots. Although this division allows high speeds of up to 100Gbps nowadays, the traffic demand grows each year and new solutions are needed in optical networks. The high capacity fixed grid can produce problems like the sub utilization of wavelengths by requests with lower traffic demand than their capacity. In this context the elastic optical networks emerged, allowing flexible division of spectrum, in a way that connections allocate several slots, the unit of spectrum of elastic optical networks. Together with Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), it is possible to orthogonally overlap adjacent slots, without interference, achieving higher spectrum efficiency. The routing and spectrum assignment problem aims to allocate routes and spectrum in elastic optical networks, finding for paths with enough spectrum to accommodate the traffic demand. In order to avoid the costly optoelectronic signal conversion, it is necessary to allocate the same portion of spectrum in each link of the path, problem called spectrum continuity constraint. The slots must also be allocated contiguously, in order to the overlapping with OFDM be effective, problem called spectrum contiguity constraint. This work investigate the routing and spectrum assignment problem and proposes algorithms to improve network characteristics such as quality of service, operational expenditure and energy efficiencyMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da Computaçã