Dynamic bandwidth and wavelength allocation strategies for long reach WDM TDM passive optical network

Dynamic Bandwidth Allocation is a major open research challenge in the migration of Passive Optical Network (PON) systems towards Long Reach PON, especially when hybrid WDM/TDM is used (Long Reach WDM/TDM PON). New and efficient solutions for Dynamic Bandwidth and Wavelength Assignment are sought to address two main critical issues of such PON system: how to schedule the transmissions over multiple wavelengths and how to efficiently exploit the bandwidth in presence of long propagation delays that characterize long reach scenarios. While several DBAs have been proposed for long-reach single-wavelength PON systems or for WDM/TDM hybrid PONs (with no regard to the long reach aspect), only few DBAs have been investigated in the case of combined LR WDM/TDM PON scenario. In this work we propose and evaluate a number of Dynamic Bandwidth and Wavelength Allocation schemes with the aim of utilizing the available bandwidth efficiently while reducing as much as possible the average packet delay within a LR WDM/TDM PON. In particular, the algorithms proposed in this thesis are QoS-unaware, which means that QoS requirement of different ONUs are not taken into account. However, the proposed schemes do guarantee a bandwidth to each user.

Durante la migrazione dai sistemi d'accesso ottici passivi (PON) verso reti d'accesso a lungo raggio (LR-PON), uno dei campi di ricerca che si apre è quello relativo ai metodi di allocazione dinamici della banda. Questo tema è ancora più importante se si considerano sistemi d'accesso che utilizzano come tecniche di multiplazione sia il TDM che il WDM (LR WDM/TDM PON). In questi sistemi, il design di nuovi sistemi di allocazione dinamica della banda deve essere rivolto, in particolare, alla soluzione di due problemi principali: la ricerca di metodi per assegnare gli slot di trasmissione su reti con più lunghezze d'onda e la ricerca di metodi che siano in grado di sfruttare efficientemente la banda disponibile in presenza di scenari a lunga e lunghissima distanza (fino a 100 km). Molte soluzioni di allocazione della banda sono già state proposte in sistemi LR-PON a singola lunghezza d'onda (LR TDM PON) e in reti ibride WDM/TDM passive, senza però tener conto dei problemi introdotti dalla lunga distanza. Per quel che riguarda gli algoritmi di allocazione dinamica della banda e della lunghezza d'onda in sistemi LR WDM/TDM PON, invece, esistono in letteratura solo poche soluzioni già proposte. Per questo motivo, e considerato l'elevato interesse da parte del mondo scientifico per questi nuovi sistemi d'accesso LR WDM/TDM PON, in questo lavoro di tesi proponiamo e valutiamo diversi schemi di allocazione dinamica della banda e della lunghezza d'onda. Gli algoritmi studiati in questo lavoro hanno come obiettivo quello di cercare di utilizzare la banda disponibile quanto più efficientemente possibile e, contemporaneamente, quello di trovare metodi per ridurre il ritardo medio in rete delle trasmissioni. Le strategie proposte sono valutate attraverso simulazioni e confrontate con algoritmi esitenti per reti LR WDM/TDM PON. In particolare i sistemi considerati possono essere classificati QoS-unaware, cioè che non differenziano il servizio fornito agli utenti sulla base delle diverse richieste di QoS. Tuttavia, gli algoritmi proposti sono in grado di garantire una stessa capacità minima di trasmissione, in modo da assicurare la fairness tra tutti gli utenti finali.