Estimativa da Probabilidade de Bloqueio Estimativa da Probabilidade de Bloqueio em Redes Ópticas WDM com Topologia em Redes Ópticas WDM com Topologia

em Anel e com Encaminhamento no em Anel e com Encaminhamento no Comprimento de OndaComprimento de Onda

Mário M. Freire 1,3 e Álvaro M. F. de Carvalho 2,3

1 Departamento de Matemática e Informática, Universidade da Beira Interior2 Departamento de Engenharia Electrotécnica, Universidade de Coimbra

3 Instituto de Telecomunicações - Pólo de Coimbra

SumárioSumário• Descrição de várias arquitecturas para redes Ópticas

com encaminhamento no comprimento de onda (WRONs).

• Tecnologias para a realização de Caminhos Ópticos.

• Modelo para cálculo da probabilidade de bloqueio (PB) de caminho em WRONs.

• Avaliação da PB em redes em anel unidireccional e bidireccional com e sem permuta de comprimentos de onda.

Arquitecturas para Redes Arquitecturas para Redes ÓpticasÓpticas

Distinção pelo esquema de Multiplexagem

- Multiplexagem por divisão no comprimento de onda (WDM).

- Multiplexagem óptica por divisão no tempo (OTDM).

Redes WDM

- Ligações ponto-a-ponto.

- Redes de Acesso.

- Redes de Difusão e Selecção.

- WRONs.

Redes de AcessoRedes de Acesso

• Linha de Assinante Digital Assimétrica (ADSL)

e de muito alta velocidade (VDSL).

• Ligação híbrida fibra-cabo coaxial (HFC).

• Redes Ópticas Passivas (PON).

Particularmente interessantes para redes de

acesso de banda larga.

Redes de Difusão e SelecçãoRedes de Difusão e Selecção

• Baseiam-se numa topologia em estrela utilizando um acoplador passivo.

• Cada estação possui um comprimento de onda de emissão que é difundido para todas as outras.

• O número total de estações suportado pela rede depende do número de comprimentos de onda disponíveis. Problemas de Escalabilidade.

• Exemplo: LAMBDANET (1990).

WRONWRON

• Utilização da tecnologia WDM na camada de caminho.

• Aumento significativo da capacidade de transmissão.

• Encaminhamento no comprimento de onda dos caminhos ópticos utilizando conectores de cruzamento WDM.

• As WRONs são facilmente escaláveis - Aplicação em MANs e WANs

Conector de Cruzamento WDM Reconfigurável

1 2 N

Fibra 1

1 2 N

Fibra 2

1 2 N

Fibra M

DemuxComutador

óptico

MM x MM 1 2 N

Fibra 1

1 2 N

Fibra 2

1 2 N

Fibra M

...

...

...

1

Comutadoróptico

MM x MM

2

Comutadoróptico

MM x MM

N

...

Mux

...

...

...

Conector de Cruzamento WDM com Conector de Cruzamento WDM com Permuta de Comprimentos de OndaPermuta de Comprimentos de Onda

1 2 N

Fibra 1

1 2 N

Fibra 2

1 2 N

Fibra M

Demux

Comutadoróptico

MN x MN

1 2 N

Fibra 1

1 2 N

Fibra 2

1 2 N

Fibra M

C: Conversores de

C

C

C

C

C

C

C

C

C

comprimento de onda

Tecnologias para a Realização Tecnologias para a Realização de Caminhos Ópticosde Caminhos Ópticos

• Caminhos Ópticos ATM

- Caminhos ópticos para transporte de sinais eléctricos que utilizam o formato célula/pacote.

• Caminhos Ópticos de comprimento de onda (WP)

- Suportam todos os modos de transferência eléctricos (STM e ATM).

- Serão virtuais se for utilizada permuta de comprimentos de onda (VWP).

Benefícios Introduzidos pelas Benefícios Introduzidos pelas Tecnologias de Caminho Óptico (I)Tecnologias de Caminho Óptico (I)

• Aumento da capacidade de transmissão.• Elevada capacidade de processamento dos

conectores de cruzamento ópticos.• Redução do custo por bit em redes de banda

larga.• Constituem uma plataforma óptica que pode

incorporar diferentes modos de transferência.

IP

ATM / Frame relay

SONET / SDH

Rede óptica

Serviço de pacotes

Serviço de circuito virtual

Serviço de circuito

Serviço óptico

Benefícios Introduzidos pelas Benefícios Introduzidos pelas Tecnologias de Caminho Óptico (II)Tecnologias de Caminho Óptico (II)

• Flexibilidade no fornecimento de serviços

Camadas de Serviço de uma rede de banda larga

Benefícios Introduzidos pelas Benefícios Introduzidos pelas Tecnologias de Caminho Óptico (III)Tecnologias de Caminho Óptico (III)

• Restauração de falhas com caminhos Ópticos.

Estrutura

Camadasem

Circuito

Fibraóptica

1.5 MSDH

53 M

Rede SDH

Camada de Circuito

Camada deCaminho

Camada

físicode meio

VC

Fibraóptica

Rede ATM

VC

Fibraóptica

Rede Óptica

VP

VP

Caminhoóptico

Arquitectura de redes SDH, ATM e Óptica. Função de restauração da rede (camada de protecção de serviço).

Modelo para Cálculo da PB de Modelo para Cálculo da PB de Caminho em WRONsCaminho em WRONs

• Aplicável a redes com comutação de circuitos.

• Considera tráfego de entrada em tempo real.

• Tem em conta a correlação da utilização dos comprimentos de onda em ligações sucessivas. Pode por isso ser utilizado em redes com fraca conectividade.

Pressupostos do Modelo Pressupostos do Modelo

• As chamadas chegam a cada nó da rede de acordo com um processo de Poisson com taxa .

• O tempo de duração das chamadas segue uma distribuição exponencial com média 1/. A carga oferecida por estação é então de = / .

• O encaminhamento das chamadas obedece ao critério do caminho mais curto .

• O número de comprimentos de onda, F, é igual em todas as ligações.

• Os comprimentos de onda são atribuídos a uma sessão de forma aleatória de entre os disponíveis no caminho associado.

Cálculo da Probabilidade de BloqueioCálculo da Probabilidade de Bloqueio

1

1 0

),()()(

N

l

F

ylfbb

f

l

pyqPqP

- Para uma rede com N nós e com uma densidade de conversores de comprimento de onda q.

,)1(),,(

)1)(,0(,

)1(1

1

)(

)1()()(

ill

if

l

lf

lf

lb

qqyqiY

qyTyqP

- A distribuição do comprimento de salto para uma topologia em anel será então:

11,1

1

NlparaN

pl

2,1

12

1,1

22

11,

1

2

NleparNpara

N

NleparNpara

N

NleímparNpara

N

plbidireccional

unidireccional

Estimativa da Probabilidade de Estimativa da Probabilidade de Bloqueio em WRONs em AnelBloqueio em WRONs em Anel

• A topologia em anel permite implementar esquemas de protecção eficientes (rede auto-reconfigurável em anel).

• É apontada como a topologia a utilizar na primeira fase de implementação das redes ópticas WDM.

• O anel bidireccional com uma só fibra entre cada nodo permite uma redução dos custos.

• Por outro lado o anel bidireccional com uma só fibra limita a escabilidade da rede devido à acumulação de ruído ASE e de ruído de intensidade relativo (RIN).

• Utilizando filtros ópticos adequados a rede pode suportar mais de 40 nós espaçados de 40 km, ou 14 nós espaçados de 80 km.

Probabilidade de Bloqueio para rede Probabilidade de Bloqueio para rede WDM em anel com N=14WDM em anel com N=14

1.0E-06

1.0E-05

1.0E-04

1.0E-03

1.0E-02

1.0E-01

1.0E+00

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0Carga por estação [Erlang]

Pro

babi

lidad

e de

blo

quei

o

Uni, F=4Bi, F=4Uni, F=8Bi, F=8Uni, F=12Bi, F=12

Probabilidade de Bloqueio para rede Probabilidade de Bloqueio para rede WDM em anel com N=40WDM em anel com N=40

1.0E-06

1.0E-05

1.0E-04

1.0E-03

1.0E-02

1.0E-01

1.0E+00

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0Carga por estação [Erlang]

Pro

bab

ilid

ad

e d

e b

loq

ueio

Uni, F=4Bi, F=4Uni, F=8Bi, F=8Uni, F=12Bi, F=12Uni, F=16Bi, F=16

ConclusõesConclusões (I) (I)

• Numa rede em anel com N=14 existe uma carga por estação (=0.25 Erlang) a partir da qual o anel unidireccional com F=8 possui um desempenho inferior ao do anel bidireccional com metade dos comprimentos de onda por ligação.

• Numa rede em anel com N=40 o anel unidireccional com F=16 possui um desempenho inferior ao do anel bidireccional com metade dos comprimentos de onda por ligação para cargas por estação superiores a =0.175 Erlang.

Probabilidade de Bloqueio para rede Probabilidade de Bloqueio para rede WDM em anel unidireccional com WDM em anel unidireccional com

N=14 e anel bidireccional com N=40N=14 e anel bidireccional com N=40

1.0E-06

1.0E-05

1.0E-04

1.0E-03

1.0E-02

1.0E-01

1.0E+00

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0Carga por estação [Erlang]

Pro

babi

lidad

e de

blo

quei

o

Uni, F=4, N=14Uni, F=8, N=14Uni, F=10, N=14Uni, F=12, N=14Bi, F=4, N=40Bi, F=8, N=40Bi, F=10, N=40Bi, F=12, N=40

Probabilidade de Bloqueio para rede Probabilidade de Bloqueio para rede WDM em anel unidireccional com WDM em anel unidireccional com

N=14 e anel bidireccional com N=50N=14 e anel bidireccional com N=50

1.0E-06

1.0E-05

1.0E-04

1.0E-03

1.0E-02

1.0E-01

1.0E+00

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0Carga por estação [Erlang]

Pro

ba

bili

da

de

de

blo

qu

eio

Uni, F=4, N=14Uni, F=8, N=14Uni, F=10, N=14Uni, F=12, N=14Bi, F=4, N=50Bi, F=8, N=50Bi, F=10, N=50Bi, F=12, N=50

Probabilidade de Bloqueio para rede Probabilidade de Bloqueio para rede WDM em anel com N=40 e com ou sem WDM em anel com N=40 e com ou sem permuta entre comprimentos de ondapermuta entre comprimentos de onda

1.0E-06

1.0E-05

1.0E-04

1.0E-03

1.0E-02

1.0E-01

1.0E+00

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0Carga por estação [Erlang]

Pro

babi

lidad

e de

blo

quei

o

Uni, F=4Uni, F=4, wcUni, F=8Uni, F=8, wcBi, F=4Bi, F=4, wcBi, F=8Bi, F=8, wc

Conclusões (II)Conclusões (II)

• Mostrou-se que uma rede bidireccional com N=40 é superior a uma rede unidireccional com N=14 para os mesmos valores de F.

• Também uma rede bidireccional com N=50 é superior a uma rede unidireccional com N=14 desde que F>4.

• Mostrou-se ainda que a utilização de conversores de comprimento de onda é mais eficaz na redução da probabilidade de bloqueio para valores de F elevados e em redes bidireccionais.