Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/81595
Title: Regeneration and Grooming in MPLS over WDM Networks
Other Titles: Regeneração e Grooming em redes MPLS sobre WDM
Authors: Nogueira, Bruna Antunes 
Orientador: Santos, João Miguel Lopes dos
Martins, Lúcia Maria dos Reis Albuquerque
Keywords: ILP; Agregação de Tráfego; Regeneração; Transponder; Heurística; ILP; Traffic Grooming; Regeneration; Transponder; Heuristic
Issue Date: 20-Sep-2016
Serial title, monograph or event: Regeneration and Grooming in MPLS over WDM Networks
Place of publication or event: DEEC
Abstract: A evolução da tecnologia de multiplexagem por divisão no comprimento de onda (Wavelength Division Multiplexing -- WDM) em redes óticas deu origem a um aumento contínuo nas capacidades das redes, como resposta ao crescimento exponencial do tráfego. Este aumento expressivo das capacidades reflectiu-se numa maior complexidade na electrónica associada à multiplexagem e comutação, tornando o custo da electrónica o custo dominante numa rede óptica. Particularmente, os custos envolvidos na agregação de tráfego (grooming) e regeneração, dominados pelo custo dos transponders, são os mais significativos. Tendo em conta que os pedidos de conexão feitos à rede podem exigir larguras de banda inferiores às do comprimento de onda, as técnicas de grooming emergiram no sentido de colmatar a discrepância entre as capacidades dos comprimentos de onda e dos pedidos de conexão. Assim, múltiplos pedidos são multiplexados em caminhos óticos (lightpaths) de maior capacidade, para um uso mais eficiente dos recursos da rede. Por outro lado, a regeneração do sinal ótico é necessária devido à degradação que este sofre à medida que se propaga. Desta forma, é necessário um posicionamento eficiente de transponders para grooming e regeneração, de modo a que todos os pedidos sejam satisfeitos com um custo mínimo. Este trabalho aborda o problema de Agregação de Tráfego, Encaminhamento e Atribuição de Comprimento de Onda com Regeneração (Grooming, Routing and Wavelength Assignment with Regeneration - GRWAR) para redes emalhadas, em cenários de tráfego estático. Dadas a topologia da rede e a matriz de tráfego, o objectivo é encaminhar e agregar pedidos de estabelecimento de ligações de forma a minimizar o número de transponders. Para simplificar, o trabalho foca-se primeiramente no problema de Agregação de tráfego e Encaminhamento com Regeneração (Grooming and Routing with Regeneration -- GRR), ignorando o problema de atribuição de comprimento de onda. Foram desenvolvidos três modelos de optimização usando Programação Linear Inteira (Integer Linear Programming-ILP), para redes dirigidas e não-dirigidas, bem como um modelo lexicográfico que minimiza o comprimento dos lightpaths para o número ótimo de transponders. É proposta uma heurística para o problema GRR como alternativa à abordagem ILP que, numa segunda fase, serve como base de desenvolvimento de duas heurísticas que abordam o problema GRWAR, em articulação com um trabalho sobre Encaminhamento e Atribuição de Comprimento de Onda com Regeneração (Routing and Wavelength Assignment with Regeneration - RWAR) desenvolvido no âmbito de outra tese de mestrado. Os desempenhos da formalização ILP e da heurística no problema GRR foram comparados para redes pequenas, tendo a heurística obtido bons resultados em tempos razoáveis - obtiveram-se um desvio máximo de 11% e um desvio médio de 6% em relação ao número ótimo de transponders. No que diz respeito às heurísticas para o problema GRWAR, os resultados indicam que uma das duas heurísticas pode ter um desempenho potencialmente superior ao da outra para ocupações da rede elevadas, apesar da amostra de resultados não ser suficientemente grande para suportar estatisticamente tal conclusão. Por essa razão, devem ser efectuadas mais experiências de modo a obter conclusões sólidas no que respeita aos benefícios de usar cada uma das heurísticas.
The deployment and maturing of Wavelength Division Multiplexing (WDM)technology in optical networks has allowed to continually increase network capacities, in response to the exponential growth of demand in communications.Such a massive increase in network capacities translated into greater electronic multiplexing and switching efforts, consequently making the cost of the electronics the dominant cost in a network.Particularly, the costs involved in traffic grooming and regeneration, dominated by transponders, are the prevalent. Because connection requests to the network typically require sub-wavelength data rates, traffic grooming techniques have emerged to face the gap between wavelength channel capacities and connection requests, in which multiple lower-speed traffic streams are multiplexed onto the high-speed wavelength lightpaths, for more efficient use of both network capacity and resources. On the other hand, the regeneration of the optical signal is mandatory due to the degradation it suffers as it propagates through the optical networks facilities. Thus, an efficient placement of transponders for electronic grooming and regeneration is necessary so that all the demands are carried with minimum cost.This work addresses the Grooming, Routing and Wavelength Assignment with Regeneration (GRWAR) problem for mesh networks, in static traffic scenarios. For given network topology and traffic matrix, the goal is to route and groom connection requests in a way that minimizes the number of transponders. To reduce complexity, this work focuses primarily on the Grooming and Routing with Regeneration (GRR) problem, which disregards the wavelength assignment problem. Three Integer Linear Programming (ILP) variants were developed, for directed and undirected networks, as well as a third lexicographical optimization that minimizes the cost of lightpaths for the optimal number of transponders. A GRR heuristic is proposed as an alternative to the ILP approach. The GRR heuristic then serves as a base to two heuristics proposed to address the GRWAR problem, in articulation with a work on Routing and Wavelength Assignment with Regeneration (RWAR) developed in the context of another Msc. thesis. The ILP and the heuristic for the GRR problem were compared for small networks, with the heuristic providing good results in reasonable times. The average deviation of 11% from the optimal number of transponders was observed, with the average difference being of 6%. Regarding the heuristics addressing the GRWAR, results indicate that one of the two heuristics can potentially be superior to the other for high network loads, although the sample of results is not large enough to statistically support such conclusion. For that reason, more experiences must be carried out in order to obtain solid conclusions about the benefits of using each of the approaches.
Description: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/81595
Rights: embargoedAccess
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