Protection strategies for cost minimization in translucent optical networks

Optical networks can be affected by failures and - to guarantee its robustness - protection of services must be accounted for during the network planning operation. With the aim of reducing the overall cost of the network we need to minimize the utilization of resources, and particularly costly ones are opto-electronic devices, such as 3Rs. These devices allow for wavelength conversion as well as signal regeneration, thus they are fundamental in optical networks. To scale down the number of 3Rs it is possible to focus on the ones needed for protection, which can be shared among connections in various scenarios. In this work, we will consider shared path protection, for which a 3R is treated as shareable among protection paths if their respective working paths are link-disjoint. In order to carry out this minimization operation while provisioning all the connection requests with a working and protection path, several algorithms were implemented. First of all we will focus on an Integer Linear Programming (ILP) formulation, after which a greedy and a genetic algorithm (GA) will be presented. Both the heuristic approaches perform an initial routing of the working paths, which serves as an input to the remaining parts of the algorithms, where the minimization of protection resources is achieved. Finally, results will be compared between different network settings and various traffic scenarios, with an incremental number of connection requests, until the procurement of all protection paths cannot be guaranteed.

Le reti ottiche possono essere colpite da guasti e - con lo scopo di garantire una certa robustezza - si deve tenere conto della protezione dei loro servizi durante la fase di pianificazione della rete. Affinché il costo totale della rete sia contenuto, bisogna minimizzare l’utilizzo di risorse e, fra di esse, le più costose sono gli apparati opto-elettronici, come i rigeneratori 3R. Questi dispositivi consentono la conversione di lunghezze d’onda come anche la rigenerazione del segnale, e sono dunque fondamentali nelle reti ottiche. Per diminuire il numero di 3R è possibile concentrarsi su quelli utilizzati per la protezione, i quali in vari scenari possono essere condivisi tra diverse connessioni. In questo lavoro si considererà la shared path protection, per la quale un 3R è valutato come condivisibile tra percorsi di protezione se i rispettivi percorsi primari non hanno alcun link in comune. In modo da eseguire questa minimizzazione, allo stesso tempo provvedendo a fornire un percorso principale e uno di backup per ogni richiesta di connessione, sono stati implementati diversi algoritmi. In primo luogo ci si concentrerà su una formulazione di programmazione lineare intera (ILP), dopodiché saranno presentati un algoritmo di tipo greedy e un algoritmo genetico (GA). Entrambi questi algoritmi euristici effettuano un routing iniziale dei percorsi primari, i quali forniscono un input alle parti rimanenti degli algoritmi, dove la minimizzazione delle risorse di protezione è effettivamente ottenuta. Infine, i risultati verrano comparati fra diversi scenari di rete e traffico, con un numero incrementale di richieste di connessioni, finché non si potrà più garantire la disponibilità di tutti i percorsi di protezione.