Protection in advanced PON architecture with minimum trenching costs

Passive Optical Networks (PON) are widely used for broadband access connectivity, and recent PON technology has evolved the original connections between core network and end user allowing even direct communication between the end users of the network, i.e., the Optical Network Units (ONUs) through the Remote Node (RN), leading to the so called Advanced PON. Since the new services have stringent availability requirements, it is important to study how to extend the existing PON protection scenarios to the Advanced PON architecture to protect traffic between ONUs. To achieve that, we propose two protection schemes, and compare them focusing on the minimization of the trenching costs, i.e. the cost needed to dig the ditch where the fiber will be laid, and of the total fiber length. In particular, RN-ONU protection scheme protects single communication between ONUs by duplicating two fibers and laying them in different trenches, while ONU-ONU protection protects a single communication between ONUs by reserving only one fiber that links them. In this work we first we analyze the protected communications types, between end users or between end user and the core network, of both the schemes and the changes needed by them in the state-of-the-art PON protection strategies. Then, we propose an ILP model that maps primary and backup optical fibers to the candidate trenches and compare two protection schemes in terms of their trenching and fiber costs. We show under which conditions, in terms of inter-ONU communication type, the two protection schemes provide lower cost. We find that in ONU-ONU protection enables, as best case, 10% cost savings increase compared to RN-ONU strategy when all the ONUs require to communicate with only one ONU identified as macrocell.

Passive Optical Networks (PON) sono reti largamente diffuse per acceso a banda larga, e le recenti tecnologie per le PON hanno permesso l’aggiunta, alle originali connessioni tra gli end user e il core della rete, di connessioni dirette tra gli end user, i.e. le Optical Network Unit (ONU) attraverso il Remote Node (RN), introducendo le Advanced PON. Dato che i nuovi servizi sono caratterizzati da stringenti richieste in termini di availability, risulta importante estendere gli scenari esistenti di protezione delle reti PON alle Advanced PON per proteggere anche il traffico tra le ONU. A questo scopo vengono proposti due schemi di protezione, comparati poi concentrandosi sulla minimizzazione del costo di trenching, i.e. il costo necessario per scavare il fosso dove verrà poi posata la fibra, e sulla lunghezza totale della fibra. In particolare, lo schema di protezione RN-ONU protegge una singola comunicazione tra due ONU duplicando due fibre e posandole in cammini differenti, mentre lo schema ONU-ONU protegge la singola comunicazione tra ONU riservando una sola fibra che colleghi queste due. In questo lavoro prima vengono analizzati i tipi di connessione, tra due end user oppure tra end user e core network, protette da entrambi gli schemi e i cambiamenti richiesti da questi nelle strategie di protezione delle reti PON. Successivamente, viene proposto un modello ILP che mappa la fibra primaria e la fibra di backup sui possibili trenching e compara i due schemi di protezione in termini di costi di trenching e di lunghezza totale della fibra. Viene poi mostrato in quali condizioni, in termini di tipologia di connessione tra ONU, i due schemi di protezione forniscono un costo inferiore. Viene scoperto infine che la protezione ONU-ONU, nel migliore dei casi, garantisce un aumento dei costi del 10% rispetto alla strategia RN-ONU, nel caso in cui tutte le ONU richiedono una connessione con solo una ONU definita come macrocella.