Estimativa da Probabilidade de BloqueioEstimativa da Probabilidade de Bloqueioem Redes Ópticas WDM com Topologiaem Redes Ópticas WDM com Topologia

em Anel e com Encaminhamento noem Anel e com Encaminhamento noComprimento de OndaComprimento de Onda

Mário M. Freire 1,3 e Álvaro M. F. de Carvalho 2,3

1 Departamento de Matemática e Informática, Universidade da Beira Interior2 Departamento de Engenharia Electrotécnica, Universidade de Coimbra

3 Instituto de Telecomunicações - Pólo de Coimbra

SumárioSumário

• Descrição de várias arquitecturas para redesÓpticas com encaminhamento no comprimentode onda (WRONs).

• Tecnologias para a realização de CaminhosÓpticos.

• Modelo para cálculo da probabilidade debloqueio (PB) de caminho em WRONs.

• Avaliação da PB em redes em anelunidireccional e bidireccional com e sempermuta de comprimentos de onda.

Arquitecturas para RedesArquitecturas para RedesÓpticasÓpticas

!Distinção pelo esquema de Multiplexagem

- Multiplexagem por divisão no comprimento deonda (WDM).

- Multiplexagem óptica por divisão no tempo(OTDM).

!Redes WDM

- Ligações ponto-a-ponto.

- Redes de Acesso.

- Redes de Difusão e Selecção.

- WRONs.

Redes de AcessoRedes de Acesso

• Linha de Assinante Digital Assimétrica (ADSL)

e de muito alta velocidade (VDSL).

• Ligação híbrida fibra-cabo coaxial (HFC).

• Redes Ópticas Passivas (PON).

Particularmente interessantes para redes de

acesso de banda larga.

Redes de Difusão e SelecçãoRedes de Difusão e Selecção

• Baseiam-se numa topologia em estrelautilizando um acoplador passivo.

• Cada estação possui um comprimento deonda de emissão que é difundido para todasas outras.

• O número total de estações suportado pelarede depende do número de comprimentosde onda disponíveis. Problemas deEscalabilidade.

• Exemplo: LAMBDANET (1990).

WRONWRON

• Utilização da tecnologia WDM na camada decaminho.

• Aumento significativo da capacidade detransmissão.

• Encaminhamento no comprimento de ondados caminhos ópticos utilizando conectoresde cruzamento WDM.

• As WRONs são facilmente escaláveis ⇒ - Aplicação em MANs e WANs

Conector de Cruzamento WDMReconfigurável

λ λ λ1 2 N...

Fibra 1

λ λ λ1 2 N...

Fibra 2

λ λ λ1 2 N...

Fibra M

...

DemuxComutador

óptico

MM x MMλ λ λ1 2 N

...Fibra 1

λ λ λ1 2 N...

Fibra 2

λ λ λ1 2 N...

Fibra M

...

...

...

...

λ1

Comutadoróptico

MM x MM

λ2

Comutadoróptico

MM x MM

λN

...

Mux

...

...

...

Conector de Cruzamento WDM comConector de Cruzamento WDM comPermuta de Comprimentos de OndaPermuta de Comprimentos de Onda

λ λ λ1 2 N...

Fibra 1

λ λ λ1 2 N...

Fibra 2

λ λ λ1 2 N...

Fibra M

...

Demux

Comutadoróptico

MN x MN

λ λ λ1 2 N...

Fibra 1

λ λ λ1 2 N...

Fibra 2

λ λ λ1 2 N...

Fibra M

...

C: Conversores de

C

C

C

C

C

C

C

C

C

comprimento de onda

Tecnologias para a RealizaçãoTecnologias para a Realizaçãode Caminhos Ópticosde Caminhos Ópticos

• Caminhos Ópticos ATM

- Caminhos ópticos para transporte de sinaiseléctricos que utilizam o formato célula/pacote.

• Caminhos Ópticos de comprimento de onda (WP)

- Suportam todos os modos de transferênciaeléctricos (STM e ATM).

- Serão virtuais se for utilizada permuta decomprimentos de onda (VWP).

Benefícios Introduzidos pelasBenefícios Introduzidos pelasTecnologias de Caminho Óptico (I)Tecnologias de Caminho Óptico (I)

• Aumento da capacidade de transmissão.

• Elevada capacidade de processamento dosconectores de cruzamento ópticos.

• Redução do custo por bit em redes de bandalarga.

• Constituem uma plataforma óptica que podeincorporar diferentes modos de transferência.

IP

ATM / Frame relay

SONET / SDH

Rede óptica

Serviço de pacotes

Serviço de circuito virtual

Serviço de circuito

Serviço óptico

Benefícios Introduzidos pelasBenefícios Introduzidos pelasTecnologias de Caminho Óptico (II)Tecnologias de Caminho Óptico (II)

• Flexibilidade no fornecimento de serviços

Camadas de Serviço de uma rede de banda larga

Benefícios Introduzidos pelasBenefícios Introduzidos pelasTecnologias de Caminho Óptico (III)Tecnologias de Caminho Óptico (III)

• Restauração de falhas com caminhos Ópticos.

Estrutura

Camadasem

Circuito

Fibraóptica

1.5 MSDH

���������53 M

Rede SDH

Camada de Circuito

Camada deCaminho

Camada

físicode meio

VC

Fibraóptica

�������������������������

Rede ATM

VC

Fibraóptica

���������������

Rede Óptica

VP

VP

Caminhoóptico

Arquitectura de redes SDH, ATM e Óptica. Função de restauração da rede(camada de protecção de serviço).

Modelo para Cálculo da PB deModelo para Cálculo da PB deCaminho em WRONsCaminho em WRONs

• Aplicável a redes com comutação de circuitos.

• Considera tráfego de entrada em tempo real.

• Tem em conta a correlação da utilização doscomprimentos de onda em ligações sucessivas.Pode por isso ser utilizado em redes com fracaconectividade.

Pressupostos do ModeloPressupostos do Modelo

• As chamadas chegam a cada nó da rede de acordo comum processo de Poisson com taxa λ.

• O tempo de duração das chamadas segue uma distribuiçãoexponencial com média 1/µ. A carga oferecida por estaçãoé então de ρ=λ / µ.

• O encaminhamento das chamadas obedece ao critério docaminho mais curto .

• O número de comprimentos de onda, F, é igual em todasas ligações.

• Os comprimentos de onda são atribuídos a uma sessão deforma aleatória de entre os disponíveis no caminhoassociado.

Cálculo da Probabilidade de BloqueioCálculo da Probabilidade de Bloqueio

∑ ∑−

= =

=1

1 0

),()()(

N

l

F

ylfbb

f

l

pyqPqP

- Para uma rede com N nós e com uma densidade de conversores decomprimento de onda q.

( ),)1(),,(

)1)(,0(,

)1(1

1

)(

)1()()(

−−−

=

−

−

+−=

∑ ill

if

l

lf

lf

lb

qqyqiY

qyTyqP

- A distribuição do comprimento de salto para uma topologia em anelserá então:

11,1

1 −≤≤−

= NlparaN

pl

=−

<≤−

−≤≤−

=

2,

1

12

1,1

22

11,

1

2

NleparNpara

N

NleparNpara

N

NleímparNpara

N

pl

bidireccional

unidireccional

Estimativa da Probabilidade deEstimativa da Probabilidade deBloqueio em WRONs em AnelBloqueio em WRONs em Anel

• A topologia em anel permite implementar esquemas deprotecção eficientes (rede auto-reconfigurável em anel).

• É apontada como a topologia a utilizar na primeira fase deimplementação das redes ópticas WDM.

• O anel bidireccional com uma só fibra entre cada nodopermite uma redução dos custos.

• Por outro lado o anel bidireccional com uma só fibra limitaa escabilidade da rede devido à acumulação de ruído ASE ede ruído de intensidade relativo (RIN).

• Utilizando filtros ópticos adequados a rede pode suportarmais de 40 nós espaçados de 40 km, ou 14 nós espaçadosde 80 km.

Probabilidade de Bloqueio para redeProbabilidade de Bloqueio para redeWDM em anel com N=14WDM em anel com N=14

1.0E-06

1.0E-05

1.0E-04

1.0E-03

1.0E-02

1.0E-01

1.0E+00

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0Carga por estação [Erlang]

Pro

babili

dade d

e b

loqueio

Uni, F=4Bi, F=4Uni, F=8Bi, F=8Uni, F=12Bi, F=12

Probabilidade de Bloqueio para redeProbabilidade de Bloqueio para redeWDM em anel com N=40WDM em anel com N=40

1.0E-06

1.0E-05

1.0E-04

1.0E-03

1.0E-02

1.0E-01

1.0E+00

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0Carga por estação [Erlang]

Pro

babili

dade d

e b

loqueio

Uni, F=4Bi, F=4Uni, F=8Bi, F=8Uni, F=12Bi, F=12Uni, F=16Bi, F=16

ConclusõesConclusões (I) (I)

• Numa rede em anel com N=14 existe uma carga por estação(ρ=0.25 Erlang) a partir da qual o anel unidireccional com F=8possui um desempenho inferior ao do anel bidireccional commetade dos comprimentos de onda por ligação.

• Numa rede em anel com N=40 o anel unidireccional comF=16 possui um desempenho inferior ao do anel bidireccionalcom metade dos comprimentos de onda por ligação paracargas por estação superiores a ρ=0.175 Erlang.

Probabilidade de Bloqueio para redeProbabilidade de Bloqueio para redeWDM em anel unidireccional com N=14WDM em anel unidireccional com N=14

e anel bidireccional com N=40e anel bidireccional com N=40

1.0E-06

1.0E-05

1.0E-04

1.0E-03

1.0E-02

1.0E-01

1.0E+00

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0Carga por estação [Erlang]

Pro

babili

dade d

e b

loqueio

Uni, F=4, N=14Uni, F=8, N=14Uni, F=10, N=14Uni, F=12, N=14Bi, F=4, N=40Bi, F=8, N=40Bi, F=10, N=40Bi, F=12, N=40

Probabilidade de Bloqueio para redeProbabilidade de Bloqueio para redeWDM em anel unidireccional com N=14WDM em anel unidireccional com N=14

e anel bidireccional com N=50e anel bidireccional com N=50

1.0E-06

1.0E-05

1.0E-04

1.0E-03

1.0E-02

1.0E-01

1.0E+00

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0Carga por estação [Erlang]

Pro

ba

bili

da

de

de

blo

qu

eio

Uni, F=4, N=14Uni, F=8, N=14Uni, F=10, N=14Uni, F=12, N=14Bi, F=4, N=50Bi, F=8, N=50Bi, F=10, N=50Bi, F=12, N=50

Probabilidade de Bloqueio para redeProbabilidade de Bloqueio para redeWDM em anel com N=40 e com ou semWDM em anel com N=40 e com ou sempermuta entre comprimentos de ondapermuta entre comprimentos de onda

1.0E-06

1.0E-05

1.0E-04

1.0E-03

1.0E-02

1.0E-01

1.0E+00

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0Carga por estação [Erlang]

Pro

babili

dade d

e b

loqueio

Uni, F=4Uni, F=4, wcUni, F=8Uni, F=8, wcBi, F=4Bi, F=4, wcBi, F=8Bi, F=8, wc

Conclusões (II)Conclusões (II)

• Mostrou-se que uma rede bidireccional com N=40 ésuperior a uma rede unidireccional com N=14 para osmesmos valores de F.

• Também uma rede bidireccional com N=50 é superior auma rede unidireccional com N=14 desde que F>4.

• Mostrou-se ainda que a utilização de conversores decomprimento de onda é mais eficaz na redução daprobabilidade de bloqueio para valores de F elevados e emredes bidireccionais.