Scalable and energy efficient next generation photonic networks

We are currently facing two major challenges for the development of future photonic networks: scalability and energy efficiency. The process of evaluating the impact on the network of the expected increase of traffic demand is called scalability analysis. It is one of the most important tasks for a network designer, along with energy consumption reduction which has become a mandatory target for next generation communication networks. In the first part of this work, we perform design and scalability analysis on the recently deployed Telecom Italia's Wavelength Switched Optical Network (WSON) Kaleidon. We have developed a novel software planning tool in order to simulate a variety of case studies of practical interest. This part of the thesis has been carried out in collaboration with Telecom Italia Labs. In the second part of this study we propose different approaches to reduce network power consumption. We first introduce the concept of "Traffic-Aware" design (i.e., network design allowing reconfiguration when traffic varies) which involves both optical (WDM) and higher network layers (IP) in order to achieve very large energy savings. We compare different Traffic-Aware strategies and we propose a novel approach to achieve the best trade-off between energy and cost. This second part of the thesis has been carried out in collaboration with Alcatel-Lucent Bell Labs France.

Nell'ambito della realizzazione di reti ottiche di futura generazione, scalabilità ed efficienza energetica sono le due principali sfide per l'R&D. La valutazione dell'impatto della crescita del traffico sulle architetture di rete è chiamata analisi di scalabilità. E' uno dei più importanti compiti del progettista di rete, assieme alla riduzione dei consumi energetici, obiettivo che accomuna il futuro delle telecomunicazioni e del mondo ICT in generale. Nella prima parte di questo lavoro di tesi, sono condotte simulazioni di pianificazione sulla nuova rete di trasporto nazionale di Telecom Italia chiamata Kaleidon. A tal fine è stato sviluppato un nuovo strumento software di progettazione di rete che ci ha permesso di simulare una varietà di casi di interesse pratico: differenti sistemi di trasmissione, tipi di fibra, schemi di amplificazione, profili di traffico e architetture di rete. Questa parte di lavoro è stato realizzato in collaborazione con Telecom Italia Labs. La seconda parte di questa tesi presenta differenti approcci alla riduzione del consumo energetico nelle reti. Dapprima viene introdotto il concetto di "progettazione traffic-aware", in cui il progetto di rete viene effettuato considerando la possibilità che gli apparati di rete possano essere spenti/accesi in base alle variazioni giornaliere di traffico. Successivamente sono confrontate differenti tecniche "traffic-aware" e viene proposto un nuovo approccio per ottenere il migliore trade/off costi-consumi. Questa parte di lavoro è stato realizzato in collaborazione con Alcatel-Lucent Bell Labs France.