Optical resource allocation in optical network with mode group division multiplexing transmission and light trails

By exploiting the spatial dimension, data transmission over multi-mode fiber has the potential to increase the capacity of single-mode fiber significantly. Mode group division multiplexing (MGDM) is a recent technology for few-mode transmission, which optically switches altogether modes within a mode group to reduce the MIMO complexity. In transmission, we observe that MGDM naturally fits into a recent technology, called light trail that enabled sub-wavelength optical grooming to allocate network resources efficiently. The light trail is a generalization of lightpath, which allows traffic mapped on a certain wavelength between a start node and an end node to be optically dropped at intermediate nodes. In this thesis, we address the problem of optimal resource allocation in an optical network using Mode Group Division Multiplexing with Light Trail (MGDMLT). The most notable advantages of MGDMLT are the reduced MIMO complexity and spectrum occupation compared to the full MIMO scenario. To allocate resources for MGDM, we have to solve a new optimization problem referred to as Routing, Wavelength, and Mode Group Assignment for Light Trail (RWMGA-LT). To solve the problem, we first analyze the node architectures for MGDM and analyze the cost MGDM approach compared with the full-MIMO approach. Then, we formulate an Integer Linear Programming (ILP) model to solve the RWMA-LT problem, which can either optimize the MIMO complexity or spectrum occupation. Our numerical results carried on realistic network topology and traffic matrices quantify the advantages of the MGDM approach with light trail compared with full-MIMO approaches in terms of MIMO complexity and spectrum occupation.

Sfruttando la dimensione spaziale, la trasmissione di dati su fibra multimodale ha il potenziale per aumentare significativamente la capacità della fibra monomodale. Il multiplexing a divisione di gruppo di modalità (MGDM) è una tecnologia recente per la trasmissione a modalità ridotta, che commuta otticamente tutte le modalità all'interno di un gruppo di modalità per ridurre la complessità MIMO. In trasmissione, osserviamo che MGDM si inserisce naturalmente in una tecnologia recente, chiamata scia luminosa che ha consentito al grooming ottico della lunghezza d'onda inferiore di allocare le risorse di rete in modo efficiente. La scia di luce è una generalizzazione del percorso di luce, che consente al traffico mappato su una certa lunghezza d'onda tra un nodo iniziale e un nodo finale di essere rilasciato otticamente ai nodi intermedi. In questa tesi, affrontiamo il problema dell'allocazione ottimale delle risorse in una rete ottica utilizzando Mode Group Division Multiplexing with Light Trail (MGDMLT). I vantaggi più notevoli di MGDMLT sono la ridotta complessità MIMO e l'occupazione dello spettro rispetto allo scenario MIMO completo. Per allocare risorse per MGDM, dobbiamo risolvere un nuovo problema di ottimizzazione denominato Routing, Wavelength e Mode Group Assignment for Light Trail (RWMGA-LT). Per risolvere il problema, analizziamo prima le architetture dei nodi per MGDM e analizziamo l'approccio MGDM dei costi rispetto all'approccio MIMO completo. Quindi, formuliamo un modello ILP (Integer Linear Programming) per risolvere il problema RWMA-LT, che può ottimizzare la complessità MIMO o l'occupazione dello spettro. I nostri risultati numerici condotti su una topologia di rete realistica e matrici di traffico quantificano i vantaggi dell'approccio MGDM con la scia luminosa rispetto agli approcci MIMO completo in termini di complessità MIMO e occupazione dello spettro.