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Tipo do documento: Tese
Título: Alocação de Recursos em Redes Ópticas Elásticas com Multiplexação por Divisão Espacial Considerando Limitações da Camada Física
Título(s) alternativo(s): Resource Allocation in Elastic Optical Networks with Multiplexing Space Division Considering Physical Layer Limitations
Autor: LACERDA JÚNIOR, Jurandir Cavalcante 
Primeiro orientador: SOARES, André Castelo Branco
Primeiro coorientador: CARTAXO, Adolfo da Visitação Tregeira
Primeiro membro da banca: SOARES, André Castelo Branco
Segundo membro da banca: CARTAXO, Adolfo da Visitação Tregeira
Terceiro membro da banca: PAIVA, Anselmo Cardoso de
Quarto membro da banca: REIS JUNIOR, Jose Valdemir dos
Quinto membro da banca: DRUMMOND, André Costa
Resumo: Nos últimos anos, a comunidade científica tem apontado as redes ópticas elásticas com multiplexação por divisão espacial (space-division multiplexed elastic optical networks (SDM-EONs)) para compor a infraestrutura das redes de transporte e atender a crescente demanda de tráfego dos usuários. Nas SDM-EONs baseadas em fibras multi-núcleos, a fibra óptica é composta por vários núcleos e cada núcleo possui seu próprio espectro óptico. Uma questão fundamental no funcionamento de uma SDM- EON é a alocação de novos caminhos ópticos a partir de chegadas de requisições para novas conexões. Esta questão está relacionada ao problema de alocação de recursos, conhecido como problema de roteamento, escolha de modulação, alocação de núcleo e espectro (routing, modulation, core, and spectrum assignment (RMCSA)). Um dos desafios para resolver o problema RMCSA são as limitações da camada física da rede. As limitações de camada física impactam diretamente na qualidade de transmissão dos caminhos ópticos da rede. Dentre as várias limitações de camada física, destacam- se o crosstalk inter-núcleo, o ruído de emissão espontânea amplificada (amplified spontaneous emission (ASE)) e as interferências não-lineares. Neste contexto, o objetivo desta tese é propor algoritmos para resolver o problema de alocação de recursos em SDM-EONs baseadas em fibras multi-núcleos, considerando as limitações da camada física da rede. Como contribuições são propostos cinco algoritmos: i) o algoritmo de balanceamento de espectro (ABE); ii) o algoritmo de balanceamento de núcleo (ABN); iii) o algoritmo com aprendizado de máquina para escolha de núcleo (AMN); iv) o algoritmo ciente de crosstalk para alocação de núcleo e espectro (ACiNE); e v) o algoritmo ciente de limitações intra e inter núcleo para escolha de modulação, núcleo e espectro (CIA-MCSA). Os algoritmos propostos são submetidos a um processo de avaliação de desempenho que considera diferentes formatos de modulação, o funcionamento em diferentes topologias de redes, em fibras ópticas multi-núcleos com diferentes coeficientes de acoplamento, cenários de tráfego dinâmico e com demandas por taxa de bits heterogêneas entre os clientes. Os resultados numéricos mostram que, quando comparados a outras propostas da literatura, os algoritmos propostos apresentam menor probabilidade de bloqueio de circuito e menor probabilidade de bloqueio de banda.
Abstract: In recent years, the scientific community has indicated the space-division multiplexed elastic optical networks (SDM-EONs) to compose the infrastructure of transport networks and satisfy the growing demand for user traffic. In SDM-EONs based on uncoupled multi-core fiber (MCF), the optical fiber is composed of several cores, each with its own optical spectrum. A fundamental issue in the operation of an SDM-EON is the allocation of a new lightpath based on the arrival of requests for new connections. This question is related to the resource allocation problem, known as the routing, modulation, core, and spectrum assignment (RMCSA) problem. One of the challenges in solving the RMCSA problem is the physical layer impairments of the network. Physical layer impairments directly impact the quality of transmission of the network’s lightpaths. Among the diverse physical layer impairments, the inter-core crosstalk, the amplified spontaneous emission (ASE) noise, and the non-linear interference stand out. In this context, this thesis proposes algorithms to solve the resource allocation problem in SDM-EONs MCF-based, considering the network’s physical layer impairments. As contributions, five algorithms are proposed: i) the spectrum balancing algorithm (ABE); ii) the core balancing algorithm (ABN); iii) the machine learning-based algorithm for core selection (AMN); iv) the crosstalk-aware algorithm for core and spectrum allocation (ACiNE); and v) the inter-core crosstalk-aware and intra-core impairment- aware algorithm for modulation, core, and spectrum assignment (CIA-MCSA). The proposed algorithms are subjected to a performance evaluation process considering different modulation formats, operation in different network topologies, multi-core fibers with different coupling coefficients, dynamic traffic scenarios, and heterogeneous bit rate demands among customers. The numerical results show that, when compared to other proposals in the literature, the proposed algorithms have a lower circuit blocking probability and a lower bandwidth blocking probability.
Palavras-chave: redes ópticas elásticas;
multiplexação por divisão espacial;
fibras multi-núcleos;
roteamento;
escolha de modulação;
alocação de núcleo e espectro;
limitações de camada física
elastic optical networks;
spatial division multiplexing;
multicore fiber;
routing;
modulation;
core and spectrum assignment;
physical layer impairments
Área(s) do CNPq: Arquitetura de Sistemas de Computação
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO DOUTORADO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
Citação: LACERDA JÚNIOR, Jurandir Cavalcante. Alocação de Recursos em Redes Ópticas Elásticas com Multiplexação por Divisão Espacial Considerando Limitações da Camada Física. 2024. 150 f. Tese( Programa de Pós-graduação Doutorado em Ciência da Computação) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2024.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/5264
Data de defesa: 13-Mar-2024
Aparece nas coleções:TESES DE DOUTORADO - PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO (ASSOCIAÇÃO UFMA/UFPI)

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