Loss-free strategies for optical burst and packet switched networks

Resumo

La tendencia actual de acercar la fibra óptica al usuario final (redes FTTx) y el uso cada vez más extendido del protocolo IP en las redes de comunicaciones actuales, incrementan el interés por las tecnologías de conmutación ópticas no orientadas a conexión. Sin embargo, al no existir un equivalente de las memorias electrónicas en el dominio óptico, las redes ópticas no orientadas a conexión sufren el problema de las contiendas, que se producen cuando dos unidades de datos intentan utilizar simultáneamente la misma longitud de onda en un enlace. Debido a que las contiendas pueden ocasionar la pérdida de datos, la resolución de contiendas es un problema de especial interés en las redes ópticas no orientadas a conexión. En ésta tesis se propone una estrategia general de transmisión sin pérdidas para redes ópticas de conmutación de ráfagas (OBS) y redes ópticas de conmutación de paquetes (OPS) que asegura el correcto envío de los datos sin requerir la transmisión de información de control adicional. Se proponen distintos mecanismos para definir esquemas de transmisión acordes con la estrategia propuesta, y se estudia y evalúa el rendimiento de la red considerando las distintas soluciones que se obtienen al aplicar dichos mecanismos. La estrategia de transmisión sin pérdidas asegura el correcto envío de los datos combinando mecanismos sencillos de resolución de contiendas con un esquema de encaminamiento y asignación de longitudes de onda sin colisiones (CF-RWA). Se proponen dos mecanismos de resolución de contiendas. El primero, sólo para redes OBS, se basa en un esquema de ventanas de offset que asigna a cada comunicación un rango de valores de offset adecuado. El segundo esquema, válido para redes OBS y OPS, se basa en el uso de una única fibra de retardo en cada puerto de salida de cada nodo intermedio. Además, se describen dos mecanismos para definir esquemas CF-RWA. El primero se basa en la técnica del dígrafo línea. El segundo se basa en utilizar un algoritmo de coloreado de vértices del dígrafo de restricciones. Dado que los esquemas de asignación de recursos proporcionan varias soluciones posibles, se caracterizan distintos tipos de redes para las cuales es posible deducir el número de longitudes de onda que es suficiente para definir un esquema CF-RWA adecuado. A continuación, se aborda el problema de minimizar el número de longitudes de onda necesario para proporcionar servicio a una matriz de tráfico determinada. Para ello se proponen dos formulaciones del problema basadas en técnicas de programación lineal. La primera utiliza una notación similar a la utilizada en los problemas de flujos, con restricciones adicionales para garantizar la ausencia de colisiones. La segunda propuesta se basa en predefinir un conjunto de caminos donde se puede utilizar la misma longitud de onda. Para simplificar la definición de dicho conjunto de caminos se proponen algoritmos heurísticos. Después de discutir el problema de la asignación de recursos, se evalúa el rendimiento de los esquemas de transmisión sin pérdidas mediante simulación. De la propia definición y corroborado por los resultado de las simulaciones, los esquemas sin pérdidas tienen dos características predominantes. La primera característica es que en un nodo intermedio sólo se pueden producir contiendas con unidades de datos provenientes de un único enlace de entrada. La segunda particularidad es que las unidades de datos en tránsito tienen prioridad sobre aquellas para las cuales aún no se ha programado su transmisión. Teniendo en cuenta estas características, se propone un modelo analítico basado en un sistema M/G/1 con dos prioridades. Finalmente, se aborda el problema de la justicia definiendo dos posibles mecanismos.