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Título: Projeto de Topologias Virtuais para Redes Opticas Multiserviço
Autor(es): Almeida, Renato Tannure Rotta de
Orientador: Calmon, Luiz de Calazans
Data do documento: 5-Ago-2005
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Sistemas ópticos de comunicações emergiram como a melhor solução para a implementação de redes de transporte de dados em larga escala, proporcionando canais ópticos com alta capacidade e cobrindo longas distâncias com baixa probabilidade de erro. A totalidade da banda de transmissão disponível nas fibras ópticas foi disponibilizada pelo desenvolvimento da tecnologia de multiplexação de comprimentos de onda (WDM), que permite que vários canais independentes compartilhem a mesma fibra óptica. A multiplicação da capacidade dos enlaces físicos das redes ópticas não foi o único benefício propiciado pela tecnologia WDM. O desenvolvimento de dispositivos ópticos como chaves, amplificadores, filtros e dispositivos sintonizáveis permitiram a implementação de redes com roteamento transparente de tráfego. Em tais redes, os canais ou caminhos ópticos, não estão mais limitados ao alcance de um enlace físico, o que tornou a configuração de caminhos ópticos ou topologia virtual, independente da topologia física de enlaces de fibra, permitindo que caminhos ópticos atravessem nós da rede de maneira transparente. A contribuição principal deste trabalho é a formulação de um problema de programação linear mista para projetar topologias virtuais ótimas considerando como função objetivo a minimização do tráfego processado eletronicamente para retransmissão nos nós da rede. Nosso objetivo é reduzir o roteamento eletrônico de tráfego na rede, obtendo assim uma distribuição mais transparente possível. Em sua forma final, a formulação proposta permite a segregação do tráfego em classes, com a aplicação de requisitos diferenciados de roteamento por classe. A formulação proposta revelou-se extremamente eficiente em termos de tempo de otimização, chegando a soluções ótimas em questão de segundos para redes de até 32 nós. De nosso conhecimento, esta é a primeira vez que se relata que problemas MILP de otimização de topologias virtuais com esta dimensão puderam ser resolvidos de maneira exata com reduzido esforço computacional.
Optical communication systems have emerged as the best solution for large scale data transport network implementation, providing optical channels with very high bit rates and covering large distances with low error probability. The entire bandwidth of the optical fibers became available with the development of the wavelength division multiplexing (WDM) technology, which allows several channels of different wavelengths to share the same physical links. The increase in physical link capacity was not the only benefit of WDM. The development of WDM optical devices, e.g., optical switches, multiplexers, demultiplexers, and tunable devices, has allowed the implementation of wavelength-routed optical networks. In such networks, the optical channels, also called lightpaths, are not restricted to the physical link edges. Wavelength routing detaches the lightpath configuration, or virtual topology, from the physical topology, permitting lightpaths to optically bypass intermediate nodes, until it reaches the destination node. In this Thesis we propose a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) formulation to design virtual topologies in wavelength-routed optical networks, considering as objective function the minimization of the traffic forwarded electronically at the network nodes. Our goal is twofold. Firstly, to reduce processing requirements of the electronic routers, and secondly, to get the most transparent traffic distribution for a given traffic matrix, using the available optical resources at the nodes. Traffic segregation in classes was also included in the formulation, allowing differentiated routing criteria to each class. The proposed formulation was applied successfully to reasonable sized networks yielding optimal solutions in few minutes. To the best knowledge of the authors, this is the first report of a large MILP formulation that optimizes virtual topology and traffic routing of optical networks with low computational cost.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/4103
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