Planeamento de rede e análise de custo para redes de ... ?· ix Resumo Com a grande evolução das…

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  • Planeamento de rede e anlise de custo para redes de

    transporte pticas com diferentes solues de comutao

    Marisa Alexandra Vale Loureiro

    Dissertao para obteno do Grau de Mestre em

    Engenharia Electrotcnica e de Computadores

    Orientadores: Prof. Joo Jos de Oliveira Pires

    Dr. Joo Miguel Lopes dos Santos

    Jri

    Presidente: Fernando Duarte Nunes

    Vogais: Dr. Joo Miguel Lopes dos Santos

    Prof. Joo Lus da Costa Campos Gonalves Sobrinho

    Novembro 2014

  • iii

    Para a minha famlia

  • iv

  • v

    Agradecimentos Em primeiro lugar queria agradecer ao Prof. Joo Pires pela atribuio desta dissertao, e pela orientao e apoios prestados. Quero tambm agradecer ao Dr. Joo Miguel Santos (Coriant) por toda a disponibilidade e ajuda prestada, assim como sugestes fornecidas, fundamentais para a realizao desta dissertao. Quero agradecer minha famlia por me ter apoiado no decorrer de todo o processo. Aos meus amigos de longa data, que sempre me apoiaram e me animaram. Por fim queria agradecer ao Antnio Pinto, por todo o companheirismo, amizade e ajuda.

  • vi

  • vii

    Abstract

    With the great evolution of current transport networks and its rapid transformation, one of the main

    concerns with the fiber optics and its capacity of transmission, is studying the implementation of WDM

    (Wavelength Division Multiplexing) with wavelengths that reach up to 100Gb/s. The main study of this

    dissertation focuses on how to implement OTN (Optical Transport Network) switches on new

    generation WDM networks in a way that is most compensating. This study focuses on three

    architectures, one containing a WDM system and the others containing a WDM system and OTN

    switches. In the last two architectures, the differences lay on how the OTN switches are integrated on

    the systems. Due to many client services still having low data rates like 10G, different types of

    grooming of those services were analyzed in order to multiplex them into 100Gb/s wavelengths, to

    study its bandwidth efficiency. ILP (Integer Linear Programming) and heuristic formulations were

    proposed to study both grooming client signal cases source grooming and intermediate grooming of

    traffic. In which the last is related to two last mentioned types of architectures that use OTN switches.

    Lastly, a study was conducted to the costs associated with the installation of optical interfaces in the

    three architectures, and it was concluded that the Integrated WDM/OTN switch architecture is the one

    that further reduces the network CAPEX (Capital Expenditure).

    Keywords

    WDM, Traffic grooming, OTN switching

  • viii

  • ix

    Resumo

    Com a grande evoluo das redes de transporte actuais, em que existe uma rpida transformao

    das mesmas, no que diz respeito aos dbitos de transmisso por fibra ptica, uma das principais

    preocupaes dos operadores de rede passa por estudar a implementao de sistemas WDM

    (Wavelength Division Multiplexing) com comprimentos de onda a atingir dbitos de 100 Gb/s. O

    principal estudo feito nesta dissertao passa por determinar de que modo compensa implementar

    comutadores OTN (Optical Transport Network) nas redes WDM de nova gerao. Este estudo incide

    sobre trs arquitecturas, uma apenas com sistema WDM, e as restantes com sistema WDM e

    comutadores OTN. Nas ltimas duas arquitecturas as diferenas esto no modo como os

    comutadores OTN esto integrados nas mesmas. Como muitos dos servios cliente ainda possuem

    granularidades baixas, como 10G, so ento analisados diferentes tipos de agregao desses

    servios para os multiplexar em comprimentos de onda de 100 Gb/s, de modo a estudar a eficincia

    da utilizao da sua largura de banda. Foram ento propostas formulaes de programao linear

    inteira e heursticas para estudar os dois casos de agregao de sinais cliente agregao ponto-a-

    ponto e agregao intermdia de trfego. Sendo que o ltimo est relacionado com os dois tipos de

    arquitecturas que utilizam comutadores OTN. Por fim, foi feito um levantamento dos custos

    associados instalao de interfaces pticas nas trs arquitecturas, tendo-se concludo que a

    arquitectura composta por sistema WDM e comutadores OTN integrados a que mais reduz o

    CAPEX (Capital Expenditure) das redes.

    Palavras-chave

    WDM, Agregao de trfego, Comutao OTN

  • xi

    ndice

    Abstract ................................................................................................. vii

    Resumo ................................................................................................. ix

    ndice ................................................................................................... xi

    Lista de Figurasxiii

    Lista de Tabelas .................................................................................... xv

    Lista de Abreviaes ............................................................................ xvii

    1 Introduo .................................................................................... 1

    1.1 Evoluo das tecnologias de transporte .................................................. 1

    1.2 Enquadramento e motivao ................................................................... 2

    1.3 Objectivo e estrutura ............................................................................... 6

    1.4 Contribuies ........................................................................................... 7

    2 Aspectos da tecnologia OTN ........................................................ 9

    2.1 Redes OTN .............................................................................................. 9

    2.2 Arquitecturas WDM e OTN switching .................................................... 13

    2.2.1 Arquitectura WDM only .......................................................................... 13

    2.2.1.1 Transponders e muxponders ..................................................... 15

    2.2.1.2 ROADMs ................................................................................... 16

    2.2.2 Arquitectura WDM + switch OTN ........................................................... 18

    2.2.3 Arquitectura WDM com switch OTN integrado ...................................... 21

    3 Encaminhamento em redes OTN ............................................... 23

    3.1 Caracterizao da rede e do trfego ..................................................... 23

    3.2 Algoritmos heursticos ........................................................................... 24

    3.2.1 Encaminhamento pelo caminho mais curto ........................................... 24

    3.2.2 Encaminhamento pelos k-caminhos mais curtos ................................... 25

    3.2.3 Encaminhamento aleatrio Valiant ........................................................ 26

    3.3 Programao Linear .............................................................................. 27

    3.4 Balanceamento de trfego..................................................................... 29

    3.4.1 Mtodo heurstico .................................................................................. 29

  • xii

    3.4.2 Formulao ILP ..................................................................................... 30

    3.5 Anlise de resultados ............................................................................ 32

    4 Anlise de custos para agregao ponto-a-ponto ...................... 39

    4.1 Multiplexagem e agregao em redes OTN .......................................... 40

    4.2 Descrio dos mtodos de optimizao ................................................ 42

    4.2.1 Clculos prvios .................................................................................... 43

    4.2.2 Formulao ILP ..................................................................................... 45

    4.2.3 Mtodos heursticos .............................................................................. 48

    4.2.4 Contabilizao de interfaces pticas ..................................................... 50

    4.3 Anlise de resultados ............................................................................ 51

    4.3.1 Comparao de tempos de computao ............................................... 53

    4.3.2 Comparao de custos .......................................................................... 55

    5 Anlise de custos para agregao intermdia ............................ 61

    5.1 Agregao de trfego em ns intermdios ............................................ 62

    5.2 Descrio dos mtodos de optimizao ................................................ 64

    5.2.1 Clculos prvios .................................................................................... 65

    5.2.2 Formulao ILP ..................................................................................... 68

    4.2.3 Mtodos heursticos .............................................................................. 71

    5.2.4 Contabilizao de interfaces pticas ..................................................... 73

    5.3 Anlise de resultados ............................................................................ 74

    5.3.1 Comparao de tempos de computao ............................................... 76

    5.3.2 Comparao de custos .......................................................................... 77

    5.3.3 Comparao de arquitecturas ............................................................... 8