Estratégias para alocação de recursos em redes ópticas elásticas considerando as penalidades da camada física

Abstract

As Redes Ópticas Elásticas (EONs - Elastic Optical Networks) são cruciais para atender à crescente demanda por largura de banda, oferecendo flexibilidade na alocação de espectro e modulação. No entanto, enfrentam desafios como a degradação da qualidade da transmissão (QoT - Quality of Transmission) e o aumento da probabilidade de bloqueio (PB) devido ao tráfego intenso e a ruídos não lineares. Estratégias avançadas de alocação de recursos são fundamentais para otimizar o uso do espectro, lidar com tráfego dinâmico, suportar serviços diversos, reduzir custos e aumentar a confiabilidade do sistema. Neste contexto, a potência de lançamento da luz na fibra óptica é crucial para equilibrar a eficiência espectral e os efeitos das não linearidades, pois, em potências baixas, o sinal sofre degradação pela amplificação do ruído ASE, enquanto potências altas intensificam efeitos não lineares, como mistura de quatro ondas, auto-interferência do canal e interferência cruzada entre canais, que distorcem o sinal e limitam a transmissão. O ponto ideal de potência maximiza a relação sinal-ruído óptico (OSNR - optical signal-to-noise ratio) sem exacerbar as não linearidades, sendo essencial para sistemas que utilizam modulações avançadas, que exigem alta OSNR. Diante desse cenário, esta Tese de Doutorado visa contribuir para o avanço dessa tecnologia, propondo estratégias que busquem melhorar o desempenho das redes ópticas elásticas em termos de PB, com ênfase na melhoria da QoT por meio da atribuição de potência, visando à redução das penalidades da camada física e o uso eficiente do espectro. Para isso, são propostas duas abordagens de alocação de recursos: (1) P-MSCL (Power and Min Slot-Continuity Capacity Loss - potência e perda mínima de capacidade de continuidade de slot): Essa abordagem atribui a potência como um percentual da margem entre a OSNR mínima e máxima, com o objetivo de alcançar a melhor QoT possível, melhorar a eficiência espectral e reduzir a fragmentação, minimizando a perda de continuidade de capacidade de slots. (2) MO-PMRSA (Multi-objective - Power, Modulation, Routing and Spectrum Allocation - otimização multiobjetivo de potência, modulação, roteamento e alocação de espectro): Essa abordagem utiliza a otimização multiobjetivo para determinar simultaneamente a potência e o espectro, visando aos mesmos objetivos da abordagem anterior, mas de maneira integrada e baseada em múltiplos critérios. Foram utilizadas duas topologias de rede para as simulações: a NSFNET, com enlaces mais longos, e a DT14, com enlaces mais curtos. O objetivo foi examinar as estratégias em cenários com diferentes influências das penalidades na camada física, variando a carga de rede entre 100 e 200 Erlang, com incrementos de 20 Erlang. De acordo com os resultados, a estratégia P-MSCL proposta supera as estratégias adotadas como referência em até duas ordens de grandeza, enquanto a técnica MO-PRMSA proposta supera a estratégia P-MSCL em uma ordem de grandeza.