Asignacin de rutas y longitudes de onda RWA con QoT en redes WDM

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Asignación de rutas y longitudes de onda (RWA)
con QoT en redes WDM
Ariel Leiva López Programa de Doctorado en
Ingeniería Electrónica
Alejandra Zapata B.
30 de Octubre, 2008.
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RWA con QoT en redes WDM
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RWA con QoT en redes WDM
1.- RESUMEN
Se analiza el problema RWA con QoT para redes WDM
Tópicos a analizar
RWA en redes WDM Enfoque clásico.
QoT y fenómenos que la afectan.
RWA con QoT en redes WDM estáticas y dinámicas.
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RWA con QoT en redes WDM
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RWA con QoT en redes WDM
2.- INTRODUCCIÓN
El crecimiento de tráfico IP mundial se ha
comportado de manera exponencial.
Crecimiento y proyección del tráfico de ruta
Atlántica
Cómo satisfacer esa demanda de tráfico?
Ofrecen capacidades del orden de los Tbps.
Redes Ópticas
Capacity Demand and Technology Challenges for
Lightwave Systems in the Next Two Decades,
Desurvire, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.
24, NO. 12, DECEMBER 2006.
6
RWA con QoT en redes WDM
2.- INTRODUCCIÓN
Qué características deben tener las redes de
transporte ópticas?
Escoger red óptica con características que
satisfagan la demanda de tráfico al menor costo
posible QoS.
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RWA con QoT en redes WDM
2.- INTRODUCCIÓN
Cómo satisfacer la demanda de tráfico al mínimo
costo en redes ópticas?
Opciones tecnológicas de Red
Naturaleza de componentes
Multiplexación
Operación
Tipo de componentes
TDM SDM PDM WDM
Estática Dinámica
Opaca. Translúcida. 100 óptica.
FO/Cables/Tendidos. Conv. de ? .
OXC/DXC ROADM/ADM. Amp.Opt./ Reg.
O-E. Compensadores.
?
Traffic and Network Modeling Applications,
L. Nederlof, International. Switching Sympo-.
sium/World Telcommunications Congress (ISS/WTC.
2004), Sept 2004, Seoul.
A Cost Model for the WDM Layer, M. Gunkel,
International Conference on Photonics in
Switching, 2006. PS '06, Heraklion, Crete.
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RWA con QoT en redes WDM
2.- INTRODUCCIÓN
Un problema común en las redes WDM es asignar
rutas y longitudes de onda (RWA) a sus conexiones.
Ruta 1 o Ruta2?
Ruta 1
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RWA con QoT en redes WDM
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RWA con QoT en redes WDM
3.- RWA en redes WDM Enfoque Clásico
Tutorial de Redes WDM A. Zapata. SENACITEL 2006
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3.- RWA en redes WDM Enfoque Clásico
Tutorial de Redes WDM A. Zapata. SENACITEL 2006
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RWA con QoT en redes WDM
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RWA con QoT en redes WDM
4.- QoT y fenómenos que la afectan.
Tipo de SMF (Convencional, dispersión desplazada
DSF, dispersión desplazada no cero NZDSF, secas
(dry)). Amplificadores ópticos (EDFA, Raman,
SOA). OXC, OADM. Compensadores de dispersión.
Formatos de modulación (ASK, FSK, PSK,
etc.). Formatos digitales (NRZ, RZ). FEC.
Fotodetector (PIN, APD). Tipo de detector
(detección directa, Coherente). FEC.
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4.- QoT y fenómenos que la afectan.
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RWA con QoT en redes WDM
4.- QoT y fenómenos que la afectan.
Receptores
Señal óptica
Datos (Señal eléctrica)
Optical Amplifier
Photo-detector
Front-end Amplifier
Decision Circuit
FEC
Receptor
Si existen impairments
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RWA con QoT en redes WDM
4.- QoT y fenómenos que la afectan.
Ruido en Receptores
BER
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RWA con QoT en redes WDM
4.- QoT y fenómenos que la afectan.
Ruido en Receptores
BER
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RWA con QoT en redes WDM
4.- QoT y fenómenos que la afectan.
La potencia unbral (recepción) se define para una
BER específica. Generalmente, BER de 10-9 (Q 6).
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RWA con QoT en redes WDM
4.- QoT y fenómenos que la afectan.
Atenuación
Pérdida de potencia óptica.
Solución AMPLIFICADORES ÓPTICOS
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RWA con QoT en redes WDM
4.- QoT y fenómenos que la afectan.
Variación de la velocidad de grupo de las
componentes de la señal.
Dispersión
ISI y aumento de BER.
Produce ensanchamiento de los pulsos.
Excepción Sistemas con Pre-Chirp
Cromática.
Dispersiones en SMF
Cromática 2º orden.
PMD.
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RWA con QoT en redes WDM
4.- QoT y fenómenos que la afectan.
Dispersión Cromática
Variación de la velocidad de grupo en función de
la frecuencia.
Coeficiente de dispersión cromática D (cte en
el tiempo)
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RWA con QoT en redes WDM
4.- QoT y fenómenos que la afectan.
Dispersión Cromática
Variación de la velocidad de grupo en función de
la frecuencia.
Coeficiente de dispersión cromática D (cte en
el tiempo)
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RWA con QoT en redes WDM
4.- QoT y fenómenos que la afectan.
PMD
Cada modo de polarización del modo fundamental se
propaga con distinta velocidad de grupo en
materiales birrefringentes.
Pulsos se ensanchan y distorsionan.
Coeficiente de PMD DPMD (variante en el tiempo)
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4.- QoT y fenómenos que la afectan.
SRS (Esparcimiento Raman Estimulado)
Ventaja Uso en amplificadores ópticos. Desventaja
pérdida de potencia de los canales.
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RWA con QoT en redes WDM
4.- QoT y fenómenos que la afectan.
FWM
Inversamente proporcional a Dcrom
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4.- QoT y fenómenos que la afectan.
SPM
Automodula su propia fase. Induce chirp positivo.
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4.- QoT y fenómenos que la afectan.
Se refiere a la variación de la Fase no lineal en
una señal debido a otros campos que se propagan
por la fibra óptica a distintas longitudes de
onda.
XPM
Crosstalk en canales adyacentes
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RWA con QoT en redes WDM
4.- QoT y fenómenos que la afectan.
EDFA es un Amplificador Concentrado.
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RWA con QoT en redes WDM
4.- QoT y fenómenos que la afectan.
Planicidad de ganancia y Ruido ASE después de
cadenas de amplificadores.
EDFA
DEGRADACIÓN DE LA OSNR
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RWA con QoT en redes WDM
4.- QoT y fenómenos que la afectan.
Crosstalk en OXC
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RWA con QoT en redes WDM
4.- QoT y fenómenos que la afectan.
Crosstalk en OXC
?i
?j
?i
?j
?i
?j
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RWA con QoT en redes WDM
4.- QoT y fenómenos que la afectan.
Limita el Bit Rate?
Dado un bit rate Influye en la máxima distancia
del LP?
Influye en la BER?
Influye en los LP estableci- dos?
Influye en el rise time budget?
Forma de compensar el fenómeno y su impacto.
Atenuación
NO
SI
SI
NO
NO
Amplificadores Ópticos
Disp. Cromática
SI
SI
SI
NO
SI
Técnicas de Pre y Post Comp.
PMD
SI
SI
SI
NO
SI
NO
FWM
NO
SI
SI
SI
NO
Fibra Convencional o NZ-DSF.
XPM
SI
SI
SI
SI
SI
Bajo umbral de potencia.
SPM
SI
SI
SI
NO
SI
Bajo umbral de potencia.
SRS
NO
SI
SI
SI
NO
Bajo umbral de potencia.
SBS
NO
SI
SI
NO
NO
Bajo umbral de potencia.
Ruido ASE
NO
SI
SI
NO
NO
Redes sin Amp. Ópticos.
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RWA con QoT en redes WDM
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RWA con QoT en redes WDM
5.- RWA con QoT
Caso ESTÁTICO.
RWA se resuelve off-line.
Simulaciones de gran duración.
Pruebas experimentales.
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RWA con QoT en redes WDM
5.- RWA con QoT
Caso DINÁMICO.
RWA se resuelve on-line.
Se debe estimar en tiempo real los efectos de los
fenómenos físicos.
BER Estimaciones en base a OSNR o factor Q.
Requiere de un plano de control de gran
procesamiento.
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RWA con QoT en redes WDM
5.- RWA con QoT
Los algoritmos RWA con restricciones físicas
pueden compararse, entre otros, de acuerdo a
A los fenómenos considerados y la manera de
modelarlos.
Consideraciones sólo en el LP candidato o en
todos los LP activos.
Modelo de restricción (BER o Factor-Q, OSNR,
individuales por cada fenómeno).
Consideración con las conexiones activas.
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RWA con QoT en redes WDM
5.- RWA con QoT
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RWA con QoT en redes WDM
5.- RWA con QoT
Las referencias bibliográficas son
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impairments in wavelength routed networks ONDM
2005.
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dynamic connection provisioning in all-optical
wavelength routed networks, Opticomm 2003.
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routing algorithms based on analytically
calculated Q-factor, OFC 2006.
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impairments in configuring wavelength routed
optical networks, OFC 2006.
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routing in WDM Metro networks, ECOC 2005.
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RWA con QoT en redes WDM
5.- RWA con QoT
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assignment in all optical networks, OFC 2006.
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networks using linear constraints for optical
path feasibility assessment, ECOC 2006.
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crosstalk limited networks, OFC 2006.
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routing and wavelength assignment in all optical
networks, ICC06.
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assignment incorporating the effects of crosstalk
enhancement by fiber nonlinearity, CISS 2005.
12 Y. He, Dynamic wavelength assignment using
wavelength spectrum separation for crosstalk
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RWA con QoT en redes WDM
5.- RWA con QoT
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assignment in dynamic wavelength routed optical
networks, BROADNETS04.
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routing and wavelength assignment, IMOC 2003.
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optical QoS in dynamic optical networks.
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assignment algorithm, ONDM 2005.
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RWA con QoT en redes WDM
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wavelength assignment for group multicaste in
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transmission impairment based on genetic
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RWA con QoT en redes WDM
5.- RWA con QoT
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redes ópticas dinamicas sob a influencia GVD, SPM
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over WDM considering both service
differentiation and transmission quality, ICC
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transmission impairment consideration in optical
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29 I. Fonseca, Optical diffserv in FWM
impairment dynamic optical networks SBT04.
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RWA con QoT en redes WDM
5.- RWA con QoT
22 B. Ramamurthy, Impact of transmission
impairments on the teletraffic perfmance of
wavelength routed optical networks, JLT Vol 17,
Nº10, Oct. 1999.
Algoritmo
Ruta mas corta.
Estima BER en ? disponible
Fenómenos incluidos
Ruido ASE (EDFA).
BER a través de s
Crosstalk en OXC
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RWA con QoT en redes WDM
5.- RWA con QoT
22 B. Ramamurthy, Impact of transmission
impairments on the teletraffic perfmance of
wavelength routed optical networks, JLT Vol 17,
Nº10, Oct. 1999.
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5.- RWA con QoT
1 R. Cardillo, Considering transmission
impairments in wavelength routed networks ONDM
2005.
Algoritmo B-OSNR
Un grafo para cada ?
Escoge LP según
Fenómenos incluidos
Ruido ASE (EDFA ganancia plana).
XPM (mediante OPTSIM).
OSNR
PMD.
Crosstalk en OXC (sólo penalidades).
NO CONSIDERA IMPACTO EN CONEXIONES ESTABLECIDAS.
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RWA con QoT en redes WDM
5.- RWA con QoT
2 Y. Huang, Signal-Quality consideration for
dynamic connection provisioning in all-optical
wavelength routed networks, Opticomm 2003.
Algoritmo
PMD.
Fenómenos incluidos por separado
OSNR
NO CONSIDERA IMPACTO EN CONEXIONES ESTABLECIDAS.
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RWA con QoT en redes WDM
5.- RWA con QoT
4 C. Politi, Physical layer impairment aware
routing algorithms based on analytically
calculated Q-factor, OFC 2006.
Fenómenos incluidos
FWM, XPM, noise
Obtiene cada contribución. s para obtener el
factor Q
CONSIDERA IMPACTO EN CONEXIONES ESTABLECIDAS
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RWA con QoT en redes WDM
5.- RWA con QoT
9 J. He, RWA using wavelength ordering for
crosstalk limited networks, OFC 2006.
Algoritmo para ordenar ?
Asignar ? de manera de quedar muy alejados una de
otra.
Evita Crosstalk. (único fenómeno considerado)
FFwO
Ejemplo 1-8-4-6-3-7-2-5
Algoritmo Camino más corto FFwO QoS-aware
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5.- RWA con QoT
15 I. Fonseca, Meeting optical QoS in dynamic
networks with reduced complexity, BROADNETS04.
2 Algoritmos para asignación de ?
Local
Global
Sólo se considera FWM (Factor Q). EDFA con
ganancia plana.
Algoritmo Camino más corto Local o Global
CONSIDERA IMPACTO EN CONEXIONES ESTABLECIDAS
(GLOBAL)
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RWA con QoT en redes WDM
5.- RWA con QoT
Características de algoritmos RWA con
restricciones físicas para asegurar una QoT
Autor
Huang 2,3,28
Ramamurthy 22
Cardillo 1,5
Deng 7,10,11,13,20
Fonseca 14-19,29
He 9
Politi 4
51
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52
RWA con QoT en redes WDM
6.- CONCLUSIONES
Se planteó la problemática existente al no
considerar los fenómenos físicos que degradan las
señales en los algoritmos RWA.
Se revisaron distintos algoritmos y se elaboró
una clasificación de los esquemas de solución
propuestos a la fecha.
Queda claro la dificultad para modelar estas
restricciones físicas.
Las líneas de estudio podrían centrarse en el
modelado de fenómenos físicos para incluirlos en
restricciones, plantear algoritmos RWA con
restricciones físicas, casos y métricas
particulares, impacto en la Pb, etc.