Optimización y planificación de redes ópticas transparentes WDM

Résumé

Esta tesis contribuye en el campo de la optimización y planificación de redes ópticas transparentes WDM. Las redes ópticas transparentes basadas en multiplexación por división de onda (wavelength division multiplexing, WDM) son la solución tecnológica de las redes troncales de comunicaciones de alta velocidad. En redes transparentes, el tráfico es cursado por medio de conexiones todo-ópticas, llamadas lightpaths. Un lightpath se origina en un transmisor óptico y termina en un receptor óptico, ocupando un único canal de longitud de onda en cada enlace atravesado. Al ser procesado electrónicamente en los nodos intermedios el tráfico cargado por el lightpath, se pueden conseguir ahorros con respecto al uso de equipamiento de conmutación electrónica. El conjunto concreto de lighpaths establecidos sobre la topología física constituye la denominada topología virtual. La planificación de red en estas redes implica resolver un problema multicapa de optimización, al que nos referimos como Diseño de Topología Virtuales (Virtual Topology Design, VTD): en la capa superior, las demandas de tráfico electrónico son encaminadas a través de la topología virtual, mientras que, en la capa inferior, cada lightpath en la topología virtual lo es sobre la topología de red física, al tiempo que se le asigna a una longitud de onda. En la presente tesis, tres problemas en redes ópticas transparentes son investigados: (a) Planificación Estática Multifibra (Static Multifiber Planning), (b) Planificación Estática bajo Degradaciones de Capa Física (Static Physical Layer Impairment Aware, PLIA, Planning), y (c) Planificación Multihora (Multihour Planning). Algunas conclusiones interesantes se extraen acerca de las mejores configuraciones de red, en términos de costes, y sobre las ventajas y desventajas entre ellas. El Capítulo 1 introduce el concepto de redes ópticas WDM, como tecnología para el desarrollo de redes de de comunicación de gran velocidad. Los aspectos de planificación y optimización de estas redes también son presentados. Algunos de los problemas abiertos en esta línea de investigación son destacados, motivando el trabajo realizado en esta tesis. Por último, las contribuciones de esta tesis, elaborada en los capítulos siguientes, se enumeran y resumen. El Capítulo 2 describe la contribución de esta tesis a la investigación en la planificación multifibra. Es decir, redes en las que más de una fibra puede ser activada en los enlaces entre dos nodos. El Capítulo 3 desarrolla las principales aportaciones de esta tesis en la Planificación Estática bajo Degradaciones de Capa Física o planificación PLIA, es decir, cuando las consideraciones de capa física son introducidas en la planificación de redes WDM. En este escenario más realista, el planificador de la red tiene en cuenta los fenómenos físicos que degradan la calidad de la señal óptica. En las primeras secciones del capítulo, presentamos los fenómenos físicos que afectan con mayor severidad a la calidad de la señal, así como algunos métodos para estimar su impacto. Por lo general, dos familias de estrategias se utilizan para determinar si la señal óptica en el receptor cumple la llamada Calidad de Transmisión (Quality of Transmission, QoT): (i) calcular individualmente el efecto de cada de fenómeno en la QoT, o (ii) elaborar un evaluador global de calidad de la señal, contando todos los fenómenos físicos. El Capítulo 4 detalla las contribuciones de esta tesis a la planificación multihora en redes ópticas WDM. En contraste con los dos problemas de planificación anteriores en los que se consideraba la demanda de tráfico constante a lo largo del tiempo y la lightpaths se establecían semi-permanentemente sobre la base de este tráfico constante; en la planificación multihora, los cambios de la demanda de tráfico a lo largo de tiempo se suponen conocidos suficiente con precisión de antemano. Entonces, la planificación se lleva a cabo a lo largo de varios periodos de tiempo, tales como las horas o días, modelando la demanda de tráfico entre los nodos de la red como una secuencia de matrices, donde cada una corresponde a un periodo dado. Por último, el Capítulo 5 concluye la tesis, resumiendo los principales resultados y sugiriendo posibles líneas futuras de investigación.