Algoritmos para el aprovisionamiento en redes ópticas elásticas

Autor: Gonzalez Montoro, Juan Nehuen
Přispěvatelé: Finochietto, Jorge Manuel
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Repositorio Digital Universitario (UNC)
Universidad Nacional de Córdoba
instacron:UNC
Popis: Tesis (DCI)--FCEFN-UNC, 2021 Las redes ópticas se han convertido en las últimas décadas en una infraestructura clave para el desarrollo de las sociedades modernas cuya demanda de tráfico siempre aumenta. Esta tendencia, que se ha mantenido por los últimos 20 años con incrementos del 30% anual, no parece remitir y en particular se espera en los próximo años aumentos en la demanda de tráfico debido principalmente a los servicios de video bajo demanda de alta calidad, el despliegue de las tecnologías 5G y del internet de las cosas. La redes ópticas han atravesado una serie de evoluciones para poder cubrir estos requerimientos, en este contexto es que aparecen las redes elásticas ópticas como el candidato más aceptado para la próxima generación de redes de transporte. Estas redes basan su funcionamiento en una grilla flexible compuesta por slots de espectro, en el uso de transpondedores de ancho de banda variable y conmutadores ópticos de ancho de banda variable. Una demanda puede transportarse utilizando un número arbitrario de slots permitiendo así mejorar la eficiencia espectral y la flexibilidad de las asignaciones. Los transpondedores de ancho de banda variable admiten una gran configurabilidad permitiendo ajustar el ancho de banda utilizado a los requerimientos de la demanda y la distancia de transmisión así como también reconfigurarse para ajustarse a los cambios de estos requerimientos. Los conmutadores de ancho de banda variable permiten construir nodos que admiten subir y bajar señales en cualquier porción del espectro así como dejar pasar las señales pasantes en cualquier sección del espectro con anchos de banda arbitrarios de forma totalmente óptica. El uso de la grilla flexible introduce también una relación de compromiso entre el uso de regeneración y el uso de espectro, ya que al incluir regeneración se acortan las distancias de transmisión y se mejora la eficiencia espectral. El aprovisionamiento en este tipo de redes consiste en encontrar una ruta y una asignación de recursos para una nueva demanda de tráfico representada por un nodo origen, un nodo destino y una tasa de transferencia demandada. Se espera que las demandas se presenten cada vez con más dinamismo. En este contexto el desafío del aprovisionamiento tiene dos objetivos complementarios, por un lado hacer un uso óptimo de los recursos para maximizar la cantidad de demandas servidas en cada momento y por otro lado la necesidad de hacerlo en tiempos reducidos para poder responder eficientemente a la dinámica de las redes. Las redes modernas dependen de algoritmos para enfrentar este problema. El problema del aprovisionamiento se divide en dos etapas, la de ruteo y la de asignación de recursos. La etapa de ruteo está dominada por la necesidad de garantizar la disponibilidad del servicio mientras que la asignación de recursos está dominada por la necesidad de hacer un uso racional de los recursos. En esta tesis realizamos aportes en ambas etapas del proceso de aprovisionamiento.En primer lugar contribuimos al estudio de el problema del ruteo diverso. Haciendo foco en la búsqueda de caminos parcialmente disjuntos que garanticen un cierto nivel de disponibilidad. Los caminos parcialmente disjuntos tienen el potencial de proveer soluciones de costo mínimo para un requerimiento determinado de disponibilidad. En este contexto aportamos un enfoque nuevo para el cálculo de la disponibilidad de un servicio basado en la enumeración de escenarios de falla relevantes. Mostramos que para redes de alta disponibilidad es posible aproximar la disponibilidad de un servicio en base a la probabilidad de falla de cierto conjunto de escenarios y que es posible acotar el error. Luego proponemos una algoritmo para encontrar un par de rutas parcialmente disjuntas que garanticen cierto grado de disponibilidad a un costo mínimo basado en esta estrategia. Comparamos su desempeño con un enfoque clásico de factorización y mostramos que es posible obtener buenos resultados reduciendo notablemente el tiempo de cómputo. En cuanto a la etapa de asignación de recursos, estudiamos el problema de la asignación de regeneradores, formato de modulación y espectro haciendo énfasis en la asignación de regeneración y modulación. Los esquemas clásicos transparentes y opacos así como los algoritmos más avanzados existentes en la bibliografía se concentran en minimizar el uso de alguno de los recursos, ya sea espectro o transpondedores. En este sentido decimos que son agnósticos con respecto a los recursos disponibles. Se espera que las redes elásticas soporten tráficos muy dinámicos con arribos y liberaciones cada vez más frecuentes. Cuando una demanda libera recursos, estos pueden ser aprovechados por demandas futuras. En este contexto, en lugar de pensar el problema como un problema de minimización de costo proponemos pensarlo como un problema de asignación de recursos en dos dimensiones. Proponemos dos estrategias que hacen uso de este enfoque que llamamos conscientes de los recursos disponibles. Comparamos el desempeño de estas estrategias mediante simulaciones sobre tres topologías típicas de redes ópticas y mostramos que es posible con un enfoque consciente de los recursos disponibles minimizar la tasa de bloqueo independientemente del estado de la red y de las características de las demandas. Finalmente aportamos un estudio sobre el impacto de las nuevas arquitecturas de transpondedores segmentables sobre el proceso de aprovisionamiento. Mostramos por simulación que estas arquitecturas no presentan ventajas desde el punto de vista de la probabilidad de bloqueo cuando se asumen conexiones transparentes. En cambio cuando se asume el uso de regeneración, la arquitectura segmentable permite compartir transpondedores. Esto implica que los regeneradores también se pueden compartir y por lo tanto la regeneración puede ser utilizada para mejorar la eficiencia espectral sin incurrir en un costo mayor. Mostramos que en redes elásticas equipadas con transpondedores segmentables utilizar conexiones translucidas permite disminuir la probabilidad de bloqueo incluso sin aumentar la cantidad de transpondedores desplegados. A lo largo de esta tesis realizamos aportes en el proceso de aprovisionamiento en redes elásticas ópticas teniendo en cuenta sus principales desafíos. Estos son, hacer un uso racional de los recursos para maximizar la carga transportada y por otro lado mantener los tiempos de cómputo asociados al aprovisionamiento bajos. Fil: González Montoro, Juan Nehuen. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: