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Título: Estratégias para o planejamento de redes ópticas de transporte
Autor(es): Lima, Fabio de Oliveira
Orientador: Segatto, Marcelo Eduardo Vieira
Data do documento: 12-Jun-2015
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Este trabalho apresenta estratégias para planejamento de redes ópticas de transporte (OTN - Optical Transport Network), desde a alocação de equipamentos até o roteamento e atribuição de comprimentos onda aos canais ópticos. Busca-se criar abordagens realistas, aplicáveis às redes e aos equipamentos atuais, visando preencher a lacuna entre academia e industria nesse contexto. É considerada a viabilidade técnica das soluções do ponto de vista das características paramétricas dos equipamentos, visando criar projetos otimizados e de fato aplicáveis, embasados teoricamente, mas buscando seguir as recomendações da ITU (International Telecommunication Union). As estratégias desenvolvidas conseguem ser abrangentes mas mantem um baixo custo computacional, minimizando a quantidade de equipamentos necessários, e maximizando a disponibilidade da rede. É mostrado como o projeto pode ser feito de forma segmentada, onde partes do problema são tratadas em sequência, dando prioridade para características técnicas ou custo, conforme o caso. Foi equacionado com maior precisão o relacionamento entre a quantidade de amplificadores e a qualidade do sinal óptico, de modo que se pode minimizar os custos do projeto diminuindo o número de pontos de amplificação, mas balanceado com a qualidade necessária de sinal. A viabilidade dos canais é determinada previamente, antes do roteamento e alocação de comprimentos de onda (RWA - Routing and Wavelength Assignment), etapa para a qual um novo modelo de Programação Inteira foi criado, próprio para considerar as informações definidas pelas etapas precedentes, chamado de MRWA (Multiservice RWA). Isso permitiu que também fosse minimizado o número de regeneradores necessários no projeto com custo computacional polinomial, estrategia esta cuja eficiência contrasta com a literatura, pois, nas abordagens anteriores encontradas, o custo computacional é severamente prejudicado ao se tratar da alocação de regeneradores conjuntamente com o RWA. As etapas iniciais foram agrupadas em uma ferramenta de planejamento para OTNs, chamada KEPLAN, que faz a alocação de equipamentos e cria uma solução inicial simplificada para o RWA, usando algoritmos de custo polinomial. A KEPLAN é capaz de fornecer projetos com proteção de canais, minimizando o número de nós compartilhados em caminhos disjuntos de comprimento minimo, graças a uma generalização do algoritmo clássico de Suurballe que foi desenvolvida. Já o modelo MRWA foi testado simulando o projeto de 29 OTNs reais de grande porte, onde a coloração ótima foi atingida sem grande demanda de tempo para o conjunto de rotas viáveis. Graças a técnicas modernas de otimização que foram adaptadas ao MRWA, para a maior rede, com 100 nós, foram necessários menos de 15 minutos para se obter a coloração ótima.
In the thesis we present new strategies for the design of Optical Transport Networks (OTN). Starting with the physical topology, an equipment portfolio and a set of traffic demands we are able to place the equipment, solve the Routing and Wavelength Assignment (RWA) problem and determine the optical channels taking into account the network survivability. We seek to create realistic approaches aiming to bridge the gap between academia and industry in this context. We have considered the viability of each solution taking as reference the equipment characteristics and limitations, but always following the ITU OTN standards. Our strategies are computationally efficient with very low cost but able to minimize APEX and maximize the network availability. We have shown how the network design can be segmented without compromising the solution generality, allowing directly approach each subproblem. We have modeled more accurately the relationship between the number of amplifiers and the quality of the optical signal so now it is possible to balance the total number of optical amplifiers amplifiers and the signal quality at each receiver. The optical channel feasibility is determined in advance, before solving the RWA problem. For this problem a new and more flexible integer program model has been created. Called Multiservice RWA (MRWA), it was planned to deal with feasibility and routing information provided by prior steps. This also allowed minimize the required number of regenerators on the project with a efficient strategy. KEPLAN, a new OTN planning tool has been developed in order to aggregate all strategies in one software. It allocates equipment and creates an initial solution to the RWA with path protection, minimizing the amount of shared nodes into disjoint paths of minimum length. This was be done by a generalized Suurballe algorithm which will be shown. Our studies has shown that this tool has a very low computation cost. While the MRWA model was tested by simulating a set of 29 large real OTNs, where the optimality was achieved without great demand of time. Thanks to modern optimization techniques adapted to MRWA, it has able to optimally solve in less than 15 minutes a 100 nodes OTN.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/9724
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