Avaliação de desempenho de algoritmos de roteamento e alocação de comprimento de onda em redes ópticas elásticas

Abstract

As comunicações ópticas têm sido motivo de estudo ao longo das últimas três décadas buscando-se métodos de aumento da eficiência nos meios de transmissão, que permitam maiores taxas de transmissão a maiores distâncias. A evolução do modelo de fragmentação espectral conhecido como grid fixo para o modelo de grid flexível permitiu, entre outras vantagens, a criação de canais de transmissão com alocação espectral variável, indo além dos tradicionais 50GHz ou 100GHz para canais com alta taxa de transmissão (como 400Gbps ou mesmo 1Tbps), e mesmo permitindo a alocação de canais com menos alocação espectral quando necessário. Com a alocação variável do espectro para cada canal de acordo com suas necessidades específicas, diminuiu-se o desperdício na alocação espectral, porém, o novo cenário potencializou ainda mais efeitos colaterais em redes ópticas transparentes, como as restrições de continuidade e contiguidade. Entre os inúmeros focos de estudo das últimas décadas estão os algoritmos de roteamento e alocação espectral, conhecidos como Routing and Wavelength Assignment (RSA), responsáveis por fazer a alocação dos recursos da rede óptica na criação dos enlaces, onde busca-se formas de definir as melhores rotas e melhores segmentos do espectro para os enlaces, buscando maximizar a capacidade da rede e aumentar sua eficiência. Este estudo avaliou o algoritmo RSA mais comumente utilizado como referência em estudos, assim como os parâmetros utilizados para estudos simulados, verificando que algumas alterações nestes mecanismos podem afetar a eficiência da rede e demonstrando, tanto numérica como graficamente, como alterações na parametrização de simulações podem tornar os testes nas redes mais eficientes e com maior desempenho. Este estudo também propôs modificações no algoritmo que puderam demonstrar melhorias nas métricas de eficiência de alocação espectral, quando comparados com a referência considerada em redes com baixa/média utilização, como por exemplo, a melhoria na probabilidade de bloqueio em mais de 35% em um dos modelos implementados.

Optical communications have been the subject of studies throughout the last three decades where researching for ways to increase efficiency in communication methods that allow higher data transfer rates at long distances. The evolution from the spectral fragmentation model known as fixed grid to the new flex-grid model allowed, among other advantages, the creation of transmisstion channels with variable spectral allocation, beyond the traditional 50GHz or 100GHz channel allocation to higher data rates channels (such as 400Gbps or even 1 Tbps), or even the creation of channels with shorter bandwidth allocation whenever possible. Flexible allocation of the spectrum for each channel according to its specific needs reduced the waste of spectral usage, however, such new scenario has potentialized side effects in transparent optical networks, such as continuity and contiguity constraints. Among the numerous focuses of study in the last decades are the routing and spectral allocation algorithms, also known as Routing and Wavelength Assignment (RSA), responsible for allocating the resources in the optical network for link definitions, searching for ways of defining the best routes and more appropriate spectrum segments that increase network capacity efficiency. This dissertation has evaluated some of the most used RSA algorithm and its performance, as well as parameters used in simulated scenarios, and noticed that some changes in those mechanisms may affect network efficiency,and demonstrated numerically and graphically how changes in simulation parameters may increase network performance and efficiency. This study also proposed modifications to algoritms that could demonstrate improvements on spectral allocation and efficiency metrics when compared to the reference algorithm when the network has low/médium utization, for instance a more than 35% improvement in blocking probability in one of the implemented models.