Novos algoritmos para alocação eficiente de canais em redes ópticas elásticas

Abstract

Novas redes ópticas de multiplexação por divisão de comprimento de onda (Wavelength Division Multiplexing, WDM) podem utilizar vários canais com taxas diferentes de bits. Além disso, cada um dos canais individuais pode transportar mais de 200 Gb/s e ocupar uma largura de banda que excede a grade fixa de 50 GHz da rede WDM. Neste cenário, a eficiência espectral torna-se uma questão importante e novos esquemas de alocação de canais precisam ser considerados. Uma solução atrativa para este problema é a utilização de uma rede WDM com espaçamento de canal variável, na abordagem chamada rede óptica elástica (EON). O principal objetivo do presente trabalho é propor algoritmos para resolver a questão da eficiência espectral em redes ópticas WDM emergentes. Tais propostas são divididas em duas classes. A primeira consiste em alocar diferentes blocos de espectro para canais com diferentes taxas de bits, o que é apontado como esquema de divisão de blocos de espectro (Spectrum Block Division, SBD). A segunda classe é baseada em esquemas de EON. Neste caso, não só o aperfeiçoamento de um algoritmo previamente descrito por WANG (2012), o algoritmo Maximize Total Link Spectrum Consecutiveness (MTLSC), é considerado, mas também um novo algoritmo, o Shortest Path with Maximum number of Free Frequency Slot Units (SPMFF) é proposto. Outra contribuição deste trabalho é o desenvolvimento de um simulador de EON, chamado EONSim, com base na linguagem de programação JAVA. Este simulador foi devidamente testado e foram reproduzidos os resultados de WANG (2012) dentro de uma precisão muito boa. Todos os resultados foram obtidos com a ajuda de EONSim e sugerem que os algoritmos propostos produzem um ganho de ocupação de banda, que varia de 7 a 18% mais elevada do que a fornecida pelo tradicional algoritmo First Fit (FF). Tais algoritmos também proporcionam uma probabilidade de bloqueio, que é de 2 a 8% mais baixa do que na estratégia FF. Por outro lado, verifica-se que os algoritmos de melhor ocupação espectral utilizam um número médio de saltos até 16% mais elevado do que os necessários para os algoritmos de menor caminho, que não levam em conta a largura de banda de atribuição de canal.

New optical wavelength division multiplexing (WDM) networks are expected to utilize multiple bit rate channels. Moreover, each individual channels may carry over 200 Gb/s and occupy a bandwidth that exceeds the 50-GHz WDM fixed grid. In this scenario, spectral efficiency becomes an important issue and new channel allocation schemes need to be considered. An attractive solution for this problem is the utilization of a WDM grid with variable channel spacing, in the so-called elastic optical network (EON) approach. The main goal of this work is to propose algorithms to solve the spectral efficiency issue in emerging optical WDM networks. Such proposals are divided in two classes. The first one consists of allocating different spectral blocks for channels with different bit rates; this is named as the spectrum block division (SBD) scheme. The second class of our proposals is based on EON schemes. In this case, not only the enhancement of a previously reported algorithm, the Maximize Total Link Spectrum Consecutiveness (MTLSC) algorithm, is considered but also a new algorithm, the Shortest Path with Maximum number of Free Frequency Slot Units (SPMFF) is proposed. Another contribution of this work is the development of an EON simulator, called EONSim, based on JAVA programming language. This simulator was properly tested and reproduced the results of literature papers within a very good accuracy. All of our results were obtained with the aid of EONSim and suggest that the proposed algorithms yield a bandwidth occupation gain that varies from 7 to 18% higher than the one provided by traditional first-fit (FF) algorithms. Such algorithms also provide a blocking probability that is 2 to 8% lower than in FF strategy. On the other hand, it is found that algorithms with higher spectral efficiency use an average number of hops that is up to 16% higher than those necessary for algorithms that do not take bandwidth into account in channel allocation.