Nova estratégia de desfragmentação de canais para redes ópticas elásticas

Abstract

As redes ópticas de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) acomodam o tráfego em canais fixos de 100, 50 e 25 GHz. Esta condição de grade fixa limita o número de conexões por fibra óptica (80 canais na banda C), e não permite taxas de transmissão com ocupação espectral acima de 50 GHz. Para melhorar estes fatores, foram propostas as redes ópticas elásticas (EON) com canais flexíveis, visando acomodar adequadamente as taxas de transmissão demandas pelos usuários. Esta proposta possibilita maior eficiência espectral e também amplia as taxas de transmissão suportadas pela rede. A eficiência espectral nas EONs é obtida com os algoritmos de roteamento e atribuição espectral (Routing and Spectrum Assignment, RSA), que atuam para maximizar seu uso espectral. Mesmo com o uso de RSAs, as EONs ainda apresentam índices de fragmentação consideráveis. Neste contexto, este trabalho propõe uma nova estratégia de desfragmentação espectral para EONs. Esta proposta de desfragmentação seleciona as conexões do enlace mais fragmentado, para o processo de desfragmentação. A desfragmentação baseia seu processo de realocação de conexões por RSA, denominado DF-RSA. O DF-RSA determina a nova posição e realiza a realocação das conexões. Com o uso de simulação computacional da operação de funcionamento da EON, foram submetidas várias demandas de taxas de transmissão com diferentes modulações e cargas de tráfego entre 45 e 100 erlang. Foram propostos dois cenários de simulação. No primeiro, foi comparado o desempenho do algoritmo RSA First-Fit (FF) com e sem o processo de desfragmentação. Considerou-se como ponto de inicio das desfragmentações (gatilho), o número de conexões liberadas da rede. Neste cenário obteve-se até 48% de ganho relativo na minimização da probabilidade de bloqueio. No segundo cenário, foram comparados os desempenhos dos seguintes algoritmos RSAs: FF, Maximize Path Spectrum Consecutiveness (MPSC) e Fragmentation Aware (FA). O FF foi avaliado com e sem desfragmentação e os demais somente com desfragmentação. Empregou-se como gatilho o eventual bloqueio de conexão. O segundo cenário alcançou mais de 80% de ganho relativo de probabilidade de bloqueio para carga de tráfego de 50 erlang. Conclui-se que a nova estratégia de desfragmentação para EONs oferece ganhos consideráveis na utilização espectral e, consequentemente, redução na probabilidade de bloqueio.

The wavelength division multiplexing (WDM) optical network accommodates traffic load in 100, 50 and 25 GHz fixed-grid channel. This fixed-grid condition limits the number of lightpath for each optical fiber (80 channels in c-band) and doesn t allow bit rates with bandwidth over 50 GHz. To improve these factors, the flexibly grid elastic optical network (EON) was proposed, aiming accommodate adequately bit rates demand by customers. This proposal allows efficiency bandwidth and also expands bit rates supported by network. The EON bandwidth efficiency is obtained by routing and spectrum assignment (RSA) algorithm which acts to maximize the bandwidth utilization. Even with RSA, EON still show fragmentation rates substantial. In this context, this work proposes a new elastic optical network defragmentation strategy. This defragmentation strategy selects the lightpaths from the most fragmented link. The defragmentation process is based on RSA (DF-RSA). The DF-RSA determines the new position to reallocate the connection selected and performs. Using computer simulation of EON operation, were submitted several bit rates demands with different modulations format and traffic load between 45 and 100 erlang. Two simulation scenarios were proposed. The first one, compare the performance of RSA algorithm first-fit (FF) with and without defragmentation. It was considered as defragmentation process beginning point (trigger), the number of release connections. This scenario had until 48% of relative gain on minimizing blocking probability. The second scenario compared the performance of the follows RSA algorithms: FF, Maximize Path Spectrum Consecutiveness (MPSC) and Fragmentation Aware (FA). The FF was evaluated with and without defragmentation process and the others just with defragmentation process. The trigger employed was eventual connection blocked. The second scenario reached over the 80% blocking probability relative gain in 50 erlang traffic load. We conclude that the new elastic optical network defragmentation offers substantial gain bandwidth utilization and consequently blocking probability reduction.