Post on 14-Feb-2019
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.