Contributions for the analysis and simulation of optical networks: aspects of traffic engineering, dynamic restoration and conversion of wavelenghts

A tecnologia WDM (Wavelength Division Multiplexing) e a introdução de OXCs (Optical Cross Connect) e OADMs (Optical Add/Drop Multiplexer) puramente ópticos podem dotar as redes ópticas da função de networking, ou seja, da capacidade de manipular comprimentos de onda de forma a implementar o roteamento destes. Esta possibilidade implica em uma nova forma de relacionamento das aplicações com a camada física, sendo a arquitetura GMPLS candidata a estabelecer tal relacionamento. Soluções eficientes para o problema de alocação de recursos e roteamento de tráfego tornam-se uma necessidade imperiosa em projeto, expansão e gerenciamento de redes ópticas. A contribuição desta tese consiste em relacionar funcionalidades tais como: agregação (grooming) de tráfego, mecanismo de controle de admissão de chamadas (CAC), mecanismos de restauração e alocação de conversores em redes ópticas heterogêneas, avaliando-se as métricas de probabilidade de bloqueio, probabilidade do tráfego bloqueado e imparcialidade (fairness). Tais funcionalidades são tratadas separadamente na literatura. Com este objetivo em mente modela-se a rede com duas camadas: a camada física e a camada virtual. Estabelecem-se duas políticas de agregação de tráfego MrTV (minimização da rota na topologia virtual) e MrTF (minimização da rota na topologia física) e analisa-se o desempenho destas em relação à porcentagem de tráfego bloqueado. Em seguida um mecanismo de controle de admissão de chamadas (CAC) é implementado e sua influência em termos de imparcialidade (fairness) e probabilidade de bloqueio é analisada. A simulação e análise de redes ópticas, como a Rede NSFnet e a Rede Nacional Italiana são executadas por meio da implementação de um grafo baseado em Zhu e Mukherjee [28]. Como resultado, a política MrTF apresenta menor porcentagem de tráfego bloqueado do que a política MrTV para as redes simuladas e a implementação de um mecanismo de janela deslizante (rolling window) tornou o mecanismo de CAC mais otimizado. A utilidade de se implantar conversores de comprimento de onda apenas em alguns nós da rede (conversão esparsa) é estudada e uma análise sobre a probabilidade de bloqueio e a imparcialidade da rede desta distribuição de conversores é apresentada. Finalmente, técnicas de restauração na camada física e virtual são implementadas e uma análise da influência destes sobre a probabilidade de bloqueio e a imparcialidade da rede é executada.The Wavelength Division Multiplexing (WDM) technology as well as both the introduction of all optical OXCs (Optical Cross Connect) and OADMs (Optical Add/Drop Multiplexer) may provide the optical network with the networking function, i.e, the capacity to manipulate wavelengths in order to implement their routing. This possibility implies a new type of relationship between applications and the physical layer. The likely candidate to establish such relationships is GMPLS architecture. Efficient solutions to both the problems of allocating resources and traffic routing become an enhanced requirement in the design, expansion and management of optical networking. The present study focus at the relationship between functionalities such as traffic grooming, network fairness improvement, protection/restoring mechanisms and wavelength conversion in heterogeneous optical networks, evaluating the metrics of blocking probability, probability of traffic blocked and fairness. These functionalities are separately treated in literature. With this goal in mind, a two-layer representation is used in order to model the network: the physical and virtual layers, respectively. Two policies on traffic grooming are set up, as follows: MrTV (route minimizing on virtual topology) and MrTF (route minimizing on physical topology). The performance of such policies is analyzed regarding the percentage of blocked traffic. Next, a mechanism for call admission control (CAC) is implemented and its influence in terms of fairness and blocking probability is discussed. The simulations of optical networks such as NSFnet and the Italian National Network are carried out through a graph based in Zhu and Mukherjee [28]. As a result, MrTF policy presents a smaller percentage of blocked traffic than the MrTV for the simulated networks and the rolling window mechanism has allowed the optimization of the call admission control (CAC) mechanism. The usefulness of placing wavelength converters in a few networks nodes (spare conversion) is studied and an analysis on the blocking probability is presented. Next, the network fairness for this distribution of wavelength converters is presented. Finally, techniques for restoring both physical and virtual layers are also implemented and an analysis regarding their influence on the blocking probability and the network fairness is carried out