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Design of Advanced optical networks based on the filterless concept

Xu, Zhenyu (2015). Design of Advanced optical networks based on the filterless concept. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Global Internet traffic will continue to grow at high speed in the forthcoming years. To meet this requirement and challenge, the capacity of optical core and regional networks has increased significantly over the past few years by leveraging the wavelength division multiplexing (WDM) technology.

Telecommunications network providers have been steadily focusing on reducing their operational costs and increasing the transmission efficiency so as to deploy more costeffective and spectrally efficient agile optical networks. Failure survivability is one of network operators’ major concerns considering that enormous losses could be caused by one small node or link failure in actual ultra high capacity optical networks.

The filterless network concept has been proposed as a simpler and more cost-effective method to deliver network agility compared to conventional wavelength selective switch (WSS) -based active photonic switching networks. This concept is based on the premise that the need for network agility and reconfigurability can be provided by using tunable transmitters and coherent receivers at the network edge terminals, as in radio networks.

A filterless network is devised by solving the fiber link interconnection problem, and then the resulting solutions are characterized by an intrinsic protection ratio. In this thesis, we propose a 1+1 dedicated optical-layer protection strategy for filterless networks in an effort to provide 100% protection for any connection within the topology. The wavelength consumption of protected filterless solutions is evaluated by solving the routing and wavelength assignment (RWA) problem. The simulation results show that the survivable filterless network solutions can be more cost-effective than its active counterpart while keeping the number of used wavelengths at a comparable level.

Elastic (flex-grid) optical networking is a promising solution to improve spectral efficiency and flexibility since channel bandwidth can be assigned to a traffic demand dynamically, according to its capacity and distance requirements. In this thesis, we present the concept of elastic filterless optical networks, which combines the advantages of filterless network architectures and flex-grid networking. Besides, we propose not only an mathematical optimization method based on an integer linear programming (ILP) formulation but also more computationally efficient heuristic methods to solve the routing and spectrum assignment (RSA) problem in the elastic filterless optical networks. The performance in terms of spectrum utilization and cost for fixed- and flex-grid filterless solutions are compared and the benefits of periodical spectrum defragmentation are quantified through simulations as well.

Titre traduit

Conception de réseaux optiques avancés basée sur le concept de sans filtre

Résumé traduit

Le trafic Internet mondial continuera à croître à une très grande vitesse dans les années à venir. Pour répondre à cette exigence et ce défi, la capacité des réseaux optiques a augmenté de façon significative au cours des dernières années en s’appuyant sur l’avancement de la technologie du multiplexage en longueur d’onde (WDM en anglais).

Les opérateurs de réseaux concentrent régulièrement sur la réduction des coûts opérationnels et l’augmentation de l’efficacité de transmission afin de déployer des réseaux optiques agiles plus rentables et plus efficaces spectralement. La résilience des réseaux est également une préoccupation majeure pour les opérateurs de réseaux étant donné que une énorme perte pourrait être causée par une petite défaillance de noeud ou de liaison dans les réseaux optiques à ultra haut débit.

Le concept des réseaux sans filtre a été proposé comme une méthode plus simple et plus rentable de fournir l’agilité du réseau par rapport aux réseaux photoniques actifs basés sur commutateurs sélectifs en longueur d’onde (WSS en anglais). Ce concept est basé sur la prémisse que l’agilité et la reconfigurabilité des réseaux optiques peuvent être obtenues en utilisant des transmetteurs accordables et des récepteurs cohérents aux terminaux de réseau, comme les réseaux radio.

Une solution du réseau sans filtre est obtenue en résolvant le problème d’interconnexion de liaison en fibre optique. Ensuite la solution obtenue est caractérisée par un ratio de protection inhérent. Dans cette thèse, nous proposons une stratégie de protection dédiée sur la couche optique pour les réseaux sans filtre en assurant une protection à 100% pour toutes les connexions dans la topologie sans filtre. La consommation de longueur d’onde des solutions sans filtre protégées est évaluée en résolvant le problème de routage et assignation de longueur d’onde (RWA en anglais). Les résultats de simulation montrent que les solutions des réseaux sans filtre protégées peuvent être réalisées avec un coût plus rentable que son homologue actif tout en gardant la consommation de longueurs d’onde à un niveau comparable.

Le réseau optique à grille flexible est une méthode prometteuse pour améliorer l’efficacité et la flexibilité spectrale car la largeur de bande passante d’un canal peut être attribuée à une demande spécifiquement, selon la condition de capacité et distance. Dans cette thèse, nous présentons le concept des réseaux optiques sans filtre à grille flexible, qui combine les avantages des architectures des réseaux sans filtre et des réseaux a grille flexible. Nous proposons à la fois une optimisation linéaire en nombres entiers (ILP en anglais) et des méthodes heuristiques pour résoudre le problème de routage et assignation du spectre (RSA en anglais) pour les réseaux optiques sans filtre à grille flexibles. Les solutions sans filtre à grille fixe et flexible sont comparées en termes de consommation spectrale et les avantages de la défragmentation du spectre périodique sont également quantifiés par des simulations.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy". Bibliographie : pages 119-126.
Mots-clés libres: Réseaux d'accès FiWi. Télécommunications optiques. Multiplexage en longueur d'onde. Routage (Gestion des réseaux d'ordinateurs) Interconnexion de réseaux (Télécommunications) Activité motrice. assignation, filtre, flexible, grille, réseau, sans, spectre, réseaux optiques à grille flexible, résilience, RSA, RWA, WDM
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Tremblay, Christine
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Bélanger, Michel P.
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 02 août 2016 14:40
Dernière modification: 23 janv. 2017 21:14
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1482

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