Configuration of programmable optical switches for filterless optical networks

The unwavering growth of internet traffic and an increase in bandwidth-hungry services has led the service providers to introduce a broad range of flexibility in the network design. In order to meet this long-term growth it has become necessary for optical networks to be able to encompass high capacity, cost efficiency and agility. However the revenues for the internet service providers remain unduly flat which consequently leads to an imbalance where the optical networks have to be upgraded while keeping both capital and operational costs to minimum.\parskip In order to circumvent this issue there is a dire need to invest in solutions where CAPEX and OPEX can be fairly minimised. One such emerging solution has been \textit{filterless optical networks} that aims to minimise the usage of active devices by making use of passive components and the network agility is attained by coherent transceivers.However, this incentive comes at a performance trade-off where due to their broadcast -cast-select architecture we have spectrum wastage. In order to address the spectrum wastage introduced via FONs another proposed solution which enables high capacity and agile elastic optical networks is programmable optical white boxes. These optical switches aim to introduce a nodal architecture flexibility my mapping input and output ports utilising only passive components mounted on an optical backplane.\par The nodal architecture flexibility will aim to deal with uncertainty in traffic and offer a flexible node architecture where based on the needs of our network connections can be formed. In this thesis we will investigate how the total spectrum wastage introduced through filterless networks can be minimised. To address this issue, we propose a solution in this thesis with the objective of reducing the spectrum wastage with an implementation of a heuristic algorithm that aims to reduce all such paths taken up my demands that lead to copy of the signals being transmitted to unintended links. By extension with programmability in our nodes not only we will reduce the spectrum utilisation but also reduce the total number of used components. The proposed algorithm has been tested for several network topologies with several metrics of measurements where we can conclude that programmablility in FONs show a beneficial trade-off between component usage and spectrum utilisation even when compared to their traditional counter-parts such reconfigurable add/drop multiplexers.

La costante crescita del traffico Internet e un aumento dei servizi affamati di larghezza di banda hanno portato i fornitori di servizi a introdurre una vasta gamma di flessibilità nella progettazione della rete. Per far fronte a questa crescita a lungo termine è diventato necessario che le reti ottiche siano in grado di comprendere capacità elevata, efficienza dei costi e agilità. Tuttavia, le entrate per i fornitori di servizi Internet rimangono indebitamente piatte, il che di conseguenza porta a uno squilibrio in cui le reti ottiche devono essere aggiornate mantenendo al minimo sia i costi di capitale che operativi. Al fine di aggirare questo problema, è estremamente necessario investire in soluzioni in cui CAPEX e OPEX possono essere minimizzati in modo equo. Una di queste soluzioni emergenti è stata \ textit {reti ottiche senza filtro} che mira a ridurre al minimo l'utilizzo di dispositivi attivi facendo uso di componenti passivi e l'agilità di rete è raggiunta da ricetrasmettitori coerenti. Tuttavia, questo incentivo si traduce in un compromesso prestazionale in cui a causa della loro architettura broadcast -cast-select abbiamo uno spreco di spettro. Al fine di far fronte allo spreco di spettro introdotto tramite FON, un'altra soluzione proposta che consente reti ottiche elastiche agili ad alta capacità è scatole bianche ottiche programmabili. Questi switch ottici mirano a introdurre una flessibilità nell'architettura nodale, le mie porte di input e output di mapping che utilizzano solo componenti passivi montati su un backplane ottico. La flessibilità dell'architettura nodale mirerà a gestire l'incertezza del traffico e offrirà un'architettura di nodo flessibile in cui si possono formare sulla base delle esigenze delle nostre connessioni di rete. In questa tesi esamineremo come ridurre al minimo lo spreco di spettro totale introdotto attraverso reti senza filtro. Per affrontare questo problema, proponiamo una soluzione in questa tesi con l'obiettivo di ridurre lo spreco di spettro con un'implementazione di un algoritmo euristico che mira a ridurre tutti questi percorsi ripresi dalle mie richieste che portano alla copia dei segnali trasmessi a collegamenti non intenzionali . Per estensione con programmabilità nei nostri nodi, non solo ridurremo l'utilizzo dello spettro, ma ridurrà anche il numero totale di componenti usati. L'algoritmo proposto è stato testato per diverse topologie di rete con diverse metriche di misurazioni in cui possiamo concludere che la programmabilità nei FON mostra un vantaggioso compromesso tra l'utilizzo dei componenti e l'utilizzo dello spettro anche se confrontato con le loro controparti tradizionali come multiplexer riconfigurabili add / drop .