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Introdução Redes Ópticas Elásticas Estado da Arte Proposta de Trabalho Resultados Numéricos Conclusão

Novo Algoritmo RMLSA com RoteamentoMultihop em Redes Ópticas Elásticas

Lucas Rodrigues CostaAndré Costa Drummond

CIC - Departamento de Ciência da ComputaçãoUnB - Universidade de Brasília

Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos, 2016

01 de Junho de 2016

Lucas Rodrigues Costa André Costa Drummond UnB

Novo Algoritmo RMLSA com Roteamento Multihop em Redes Ópticas Elásticas


Sumário

1 Introdução

2 Redes Ópticas Elásticas

3 Estado da Arte

4 Proposta de Trabalho

5 Resultados Numéricos

6 Conclusão




Introdução

O paradigma de Redes Ópticas Elásticas (EON) éconsiderado o futuro das redes ópticas.As redes EON tem a característica de ajustardinamicamente seus recursos de acordo com a demandanecessária garantindo uma alta eficiência espectral.Para a alocação de recursos é necessário resolver oproblema de roteamento e alocação de espectro (Routingand Spectrum Allocation - RSA∗), que é NP-Difícil.

∗RMLSA - Routing and Modulation Level Spectrum Allocation




Canais ópticos com grade fixa e flexível

50 Ghz

Grade de tamanho fixo

Grade de tamanho flexível

10 Gb/s

40 Gb/s

100 Gb/s

400 Gb/s

1 Tb/s

Figura: Canais ópticos com grade fixa e flexível.




Representação da alocação de espectro através deslots

Figura: Representação do espectro em slots (subportadoras).




Níveis de modulação em uma subportadora

16QAM

8QAM

QPSK

BPSK

Nível de Modulação

Distância de Transmissão (km)

4 bits por símbolo

3 bits por símbolo

2 bits por símbolo

1 bit por símbolo

1000 2000 4000 8000

Modulação Slot (12,5GHz)16QAM 50Gbps8QAM 37,5GbpsQPSK 25GbpsBPSK 12,5Gbps

Figura: Níveis de modulação em uma subportadora OFDMEON.




Roteamento e alocação de espectro

3

2

1 4

2000 km 2000 km

1000 km1000 km

3000

km

Figura: Roteamento e alocação de espectro com 4 nós.





3

2

1 4

1Link 1→2

G G 1 1 1 G G1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

1Link 2→4

G G 1 1 1 G G1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

2000 km 2000 km

1000 km1000 km

3000

km

1 Requisição com 75 Gbps






3

2

1 4

1 2Link 1→2

G G 1 1 1 G G 2 2 2 2 2 G G1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

2Link 2→3G G 2 2 2 2 2 G G

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

1Link 2→4

G G 1 1 1 G G1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

2000 km 2000 km

1000 km1000 km

3000

km

1

2

Requisição com 75 Gbps







3

2

1 4

1 2Link 1→2

G G 1 1 1 G G 2 2 2 2 2 G G1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

2Link 2→3G G 2 2 2 2 2 G G

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

3Link 3→2

G G 3 3 3 3 G G2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

1 3Link 2→4

G G 1 1 1 G G 3 3 3 3 G G1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

2000 km 2000 km

1000 km1000 km

3000

km

1

2

3








Agregação Óptica em redes EON

Figura: Representação de Agregação Óptica em redes EON.




Literatura de referência

[Wan X. et al. 2012]

Aborda o cenário de tráfego dinâmico propondo trêsabordagens para resolver o RSA e um esquema demodulação adaptativa (mAdap)

[Khodashenas P. S. et al. 2013]

Aborda o cenário de tráfego dinâmico e propõem uma técnicade agregação óptica RSA no ambiente com modulação única.

[Zilong Ye et al. 2014]

Propõe uma técnica de modulação adaptativa e agregaçãoóptica para resolver o RMLSA no cenário de tráfego estático.




Maximizando o Uso do Maior Nível de Modulação

Engenharia de tráfego:

Este estudo propõe uma solução de engenharia de tráfego quelevará em consideração as seguintes questões:

Cenário de tráfego dinâmico;Agregação de tráfego;

Agregação elétrica;Agregação óptica;

Modulação adaptativa;Roteamento em múltiplos saltos (topologia virtual);




Esquema geral da solução proposta

G d1 d1 d2 d2 d3 d3 d4 d4 d4 d4 d4 d4 d4 d4 G

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

s

d3

d4

d1

d2Túnel Óptico 1

(a) Máxima agregação óptica possível, algoritmo FPA

m = 1

m = 2

m = 3

G d1 d2 d3 G d4 d4 d4 d4 d4 d4 d4 d4 G

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

d3

d4

d1

d2Túnel Óptico 1

(b) Agregação óptica consciente, algoritmo DFG

s

Túnel Óptico 2

m = 1

m = 2

m = 3




Algoritmo MBM (Maximize the use of Best Modulationformat)

G d1 d2 d3 d4 d4 d4 d4 G

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

d4

d1

d2

(c) Agregação óptica com multihop, algoritmo MBM

s

d3 G d4 d4 G

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Túnel Óptico 1

Túnel Óptico 2 m = 1

m = 2

m = 3




Esquema geral da solução proposta

AgregaçãoElétrica

(fim-a-fim)

Aceita a requisição R

Bloqueia a requisição R

Chegada da requisição R {s, d, b}

AgregaçãoÓptica

(fim-a-fim)

Estratégia Singlehop

+ Agregação



Chegada da requisição R {s, d, b} Agregação Óptica

(parte-a-parte)

Agregação Életrica(parte-a-parte) Cria Caminho

Óptico*(parte-a-parte)



Chegada da requisição R {s, d, b}

Estratégia Singlehop

Cria Caminho Óptico com o melhor nível

de modulação possível

Estratégia Multihop

+ Agregação




Relação com as propostas da literatura

Tabela: Principais propostas da literatura e suas características.

Proposta Tráfego AgregaçãoElétrica

AgregaçãoÓptica Roteamento Modulação

KSP Dinâmico Não Não Singlehop FixaMSP Dinâmico Não Não Singlehop FixaSPV Dinâmico Não Não Singlehop Fixa

RMLSA Estático Não Não Singlehop AdaptativaFPA Dinâmico Não Sim Singlehop Fixa

MPH-SRNP Dinâmico Sim Sim Multihop FixaDFG Estático Sim Sim Singlehop AdaptativaMBM Dinâmico Sim Sim Multihop Adaptativa




Ambiente

Tamanho de slot de 12,5 GHz e Guard-Band de 25 GHz5 simulações independentes com IC de 95%.15 níveis de carga na rede com 100.000 chamadas.Modulações: BPSK, QPSK, 8QAM e 16QAM.Esquema de Modulação Adaptativa: mAdapSimulador: ONS - Optical Network SimulatorTopologias: USANet e PanEuro:




Taxa de bloqueio de banda (BBR):

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

200 250 300 350 400 450 500 550

Taxa d

e B

loqueio

de B

anda (

%)

Carga de tráfego (Erlang)

KSP MSP SPV FPA MPH-SRNP MBM

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

200 250 300 350 400 450 500 550

Taxa d

e B

loqueio

de B

anda (

%)



Figura: Taxa de bloqueio de banda (BBR). USANet e PanEuro.




Taxa média de transmissores disponíveis:

4

8

12

16

20

24

28

32

36

40

44

48

52

56

60

200 250 300 350 400 450 500 550

Taxa m

édia

de t

ransm

isso

res

dis

ponív

eis

(%

)



12

16

20

24

28

32

36

40

44

48

52

56

60

64

200 250 300 350 400 450 500 550

Taxa m

édia

de t

ransm

isso

res

dis

ponív

eis

(%

)



Figura: Taxa média de transmissores disponíveis. USANet ePanEuro.




Média de saltos na topologia virtual:

1

1.25

1.5

1.75

2

2.25

200 250 300 350 400 450 500 550

Média

de s

alt

os

na t

opolo

gia

vir

tual por

requis

ição



1

1.25

1.5

1.75

2

2.25

2.5

200 250 300 350 400 450 500 550

Média

de s

alt

os

na t

opolo

gia

vir

tual por

requis

ição



Figura: Média de saltos na topologia virtual. USANet e PanEuro.




Taxa média de espectro disponível:

42

45

48

51

54

57

60

63

66

69

72

75

200 250 300 350 400 450 500 550

Taxa m

édia

de e

spect

ro d

isponív

el (%

)



36

39

42

45

48

51

54

57

60

63

66

69

72

75

200 250 300 350 400 450 500 550

Taxa m

édia

de e

spect

ro d

isponív

el (%

)



Figura: Taxa média de espectro disponível. USANet e PanEuro.




Taxa média do uso de modulação

Tabela: Taxa média do uso de modulação. USANet e PanEuro.

Algoritmo % BPSK % QPSK % 8QAM % 16QAMKSP 19,06 42,26 24,72 13,96MSP 22,23 39,93 24,18 13,66SPV 24,25 39,09 23,38 13,28FPA 16,48 43,87 25,52 14,13MPH-SRNP 27,87 26,39 20,49 25,25MBM 7,95 18,42 18,57 55,06

Algoritmo % BPSK % QPSK % 8QAM % 16QAMKSP 1,37 37,75 39,78 21,10MSP 2,77 36,64 39,23 21,36SPV 3,82 38,14 37,48 20,56FPA 1,19 37,24 40,36 21,21MPH-SRNP 19,03 19,00 22,56 39,41MBM 0,87 8,78 8,83 81,52




Considerações finais

O uso da agregação elétrica e óptica com modulaçãoadaptativa traz ganhos significativos na taxa de bloqueiono paradigma EON.Foi proposto um algoritmo (MBM) que procura realizaragregação óptica usando os melhores níveis demodulação através de múltiplos saltos na topologia virtual.O algoritmo (MBM) provoca uma menor utilização derecursos de espectro proporcionando uma reduçãosignificativa (50%) na taxa de bloqueio de banda (BBR).

Trabalhos Futuros:Desenvolvimento de um esquema de modulação adaptativaque proporcione um roteamento multihop.




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