Protection strategies for filterless optical networks

To meet the continuously growing traffic demands in telecom networks, operators are deploying active switching networks based on very costly components, such as Wavelength Selective Switches (WSSs) and WSS-based Reconfigurable Optical Add and Drop Multiplexers (ROADMs). Filterless Optical Networks (FONs) have been demostrated to be a cost-effective alternative technical solution, which is able to decrease network cost at the optical layer by replacing WSS with passive optical splitters and combiners. FON feature fixed OADMs but thanks to the use of coherent transmission technologies can still provide needed agility and reconfigurability in resource allocation. Beyond network cost, one of the major aspects that network operators have to take into account is the network survivability, in order to restore connectivity after links or node failures, to minimize outage probability and to meet Service Level Agreements (SLAs). One of the most popular failure recovery schemes is protection and in this work we propose a number of strategies in order to guarentee 1+1 Dedicated Path Protection at Optical Layer in FONs. These networks are characterized by the establishment of fiber trees, used to prevent closed laser loops: Fiber-tree-based FONs have a Broadcast-and-Select architecture, which may require additional components, such as inter-tree transceivers (ITTs), Wavelenght Blockers (WBs), to ensure the protection on the physical layer and concurrently to guarantee the maximum protection ratio. We investigate three different resource allocation strategies: one that does not include any additional equipment with respect to a full FON, one including the deployment of extra inter-tree transceivers, and one including additional WBs and fixed colored passive filters. All our model work under the assumption that the fiber trees are given. We propose an ILP solution to solve the three version of the problem of protection in FON introduced above. Moreover, we also provide three heuristic approaches which are scalable for larger networks. All of the models proposed are focused to the minimization of two different objectives: 1) the cost of additional equipment deployed and 2) the total wavelength consumption. Numerical results show that: 1) the more additional equipment we can use, the higher is the protection ratio that we can guarantee; 2) the higher is the count of extra equipment deployed, the less is the wavelength consumption.

Al fine di soddisfare le crescenti richieste di traffico nelle reti di telecomunicazioni, gli operatori di rete si affidano all’utilizzo di reti ottiche a commutazione cosidette active, caratterizzate da componenti altamente costosi, come i Wavelength Selective Switches (WSSs) e Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexers (ROADMs) basati su WSS. Una soluzione di rete capace di abbattere suddetti costi consiste nelle reti ottiche filterless (FON), in grado di garantire agilità e riconfigurabilità nell’allocazione delle risorse. Aldilà dei costi di rete, uno degli aspetti fondamentali di cui gli operatori di rete devono tener conto risiede nella sopravvivenza delle reti, allo scopo di ripristinare la connettività in occasione di malfunzionamenti nei link e nei nodi di rete, per minimizzare la probabilità di disservizio e per soddisfare i Service Level Agreements (SLA). Uno dei meccanismi di sopravvivenza più noti è la protezione e in questo lavoro di tesi proponiamo alcune strategie per garantire la 1+1 Dedicated Path Protection a livello ottico nelle reti filterless. Tali reti sono caratterizzate dall’utilizzo di fiber trees, per prevenire l’insorgenza di laser-loop: reti FON basate sui fiber trees formano un’architettura Broadcast-and-Select, che può richiedere l’installazione di componenti aggiuntivi, tra i quali inter-tree transceivers (ITTs), Wavelength Blockers(WBs), per assicurare la protezione a livello fisico. In questa tesi valutiamo tre diverse strategie di allocazione di risorse: una concernente la protezione senza l’utilizzo di alcun componente aggiuntivo, una riguardante l’uso di inter-tree transceivers, e una caratterizzata dall’installazione di WBs e filtri passivi colored. Un’assunzione valida per tutto il lavoro di tesi è quella secondo cui i fiber trees sono noti, ovvero costituiscono un input del problema. A tale scopo, proponiamo un modello ILP per risolvere le tre diverse versioni del problema introdotto precedentemente. Inoltre, per risolvere il problema della scalabilità, proponiamo tre approcci euristici utilizzabili anche in reti di grandi dimensioni. Tutti i modelli proposti si focalizzano sulla minimizzazione di due differenti costi: 1) il costo dei componenti aggiuntivi installati e 2) il consumo totale di lunghezze d’onda. I risultati numerici mostrano che da un lato, maggiore è il numero di componenti installati, maggiore è il tasso di protezione che può essere garantito; dall’altro, più componenti addizionali utilizziamo, minore è il consumo di lunghezze d’onda.