Avaliação do Desempenho de Bloqueio em Redes WDM com Anel Unidireccional ou Bidireccional

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1 Avaliação do Desempenho de Bloqueio em Redes WDM com Anel Unidireccional ou Bidireccional Mário M. Freire e Henrique J. A. da Silva Universidade da Beira Interior Instituto de Telecomunicações Universidade de Coimbra Pólo de Coimbra 4º Encontro Nacional do Colégio de Engenharia Electrotécnica Lisboa, 27 e 28 de Maio de 1999

2 Sumário Introdução Modelo para Cálculo da Probabilidade de Bloqueio Avaliação do Desempenho de Bloqueio em Aneis WDM Unidireccionais ou Bidireccionais Influência da Permuta de Comprimentos de Onda no Desempenho de Bloqueio Conclusões 2

3 Evolução das Redes de Comunicação por Fibra Óptica Primeira Geração de Redes Ópticas SONET (Synchronous Optical Network) / SDH (Synchronous Digital Hierarchy), as quais formam o núcleo da infra-estrutura de telecomunicações na América do Norte, na Europa e no Japão; Variedade de redes empresariais, tais como: ESCON (Enterprise Serial Connection), Canal de Fibra (Fibre Channel), and HIPPI (High-Performance Parallel Interface), usadas para interligação de equipamento computacional e sistemas periféricos; Redes FDDI (Fiber Distributed Data Interface) ou DQDB (Distributed Queue Dual Bus) bastante utilizadas em redes de área local (LANs) ou metropolitana (MANs). 3

4 Evolução das Redes de Comunicação por Fibra Óptica Segunda Geração de Redes Ópticas Nas redes de primeira geração, a parte electrónica de um nó da rede tem de suportar não só o tráfego destinado a esse nó, mas também o tráfego que passa por esse nó e é destinado a outros nós da rede; Se este último tráfego puder ser encaminhado no domínio óptico, a carga na parte eléctrica desse nó será reduzida significativamente. 4

5 Tipos de Redes Ópticas de Segunda Geração Redes com multiplexagem óptica por divisão no tempo (OTDM) Redes com multiplexagem por divisão no comprimento de onda (WDM) Ligações WDM ponto-a-ponto Redes de acesso Redes de difusão e selecção Redes com encaminhamento no comprimento de onda (WRONs) Redes ópticas digitais assíncronas 5

6 Redes WDM em Anel A topologia em anel é atractiva porque permite implementar esquemas eficientes de protecção auto reconfiguráveis; A implementação de redes WDM em anel é vista como a primeira fase da instalação de redes de comunicação ópticas; Os aneis bidireccionais com transmissão bidireccional através de uma só fibra permitem uma redução do custo; Por outro lado, a transmissão bidireccional através de uma só fibra limita a escalabilidade da rede devido à acumulação de ruído de emissão espontânea amplificada (ASE) e devido à diafonia; Usando filtragem óptica adequada, uma rede WDM em anel auto reconfigurável pode suportar mais de 40 nós para uma distância entre nós de 40 km; mas se a distância entre nós aumentar para 80 km, a rede poderá suportar apenas cerca de 14 nós. 6

7 Qualidade de Serviço Qualidade de Serviço Logística de Serviço Facilidade de Utilização de Serviço Acessibilidade de Serviço Retinibilidade de Serviço Integridade de Serviço Segurança de Serviço Desempenho de Tráfego Desempenho de Transmissão 7

8 Modelo para Cálculo da Probabilidade de Bloqueio O modelo utilizado encontra-se descrito em : S. Subramaniam, M. Azizoglu, and A. K. Somani, All-Optical Networks with Sparce Wavelength Conversion, IEEE/ACM Transac. Networking, Vol. 4, No. 4, pp , Este modelo aplica-se em 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; 8

9 Modelo para Cálculo da Probabilidade de Bloqueio Pressupostos do modelo: 1) As chamadas (ou sessões) chegam a cada nó de acordo com um processo de Poisson com taxa λ; é igualmente provável que cada chamada seja destinada a qualquer um dos restantes nós; 2) O tempo de duração de uma sessão segue uma distribuição exponencial com média 1/µ; a carga oferecida por estação é ρ=λ/µ; 9

10 Modelo para Cálculo da Probabilidade de Bloqueio 3) O caminho usado por uma chamada é escolhido de acordo com um critério pré-especificado (selecção aleatória de um caminho mais curto) e não depende do estado das ligações que integram o caminho; uma chamada é bloqueada (rejeitada) se o caminho escolhido não pode acomodar a chamada; não é permitido encaminhamento por caminho alternativo; 4) O número de comprimentos de onda, F, é o mesmo em todas as ligações; cada nó é capaz de transmitir e receber em qualquer dos F comprimentos de onda; cada chamada requer um comprimento de onda em cada ligação que atravessa; 5) Os comprimentos de onda são consignados (atribuídos) a uma sessão de forma aleatória a partir do conjunto dos comprimentos de onda livres (disponíveis) no caminho associado. 10

11 Avaliação do Desempenho de Bloqueio Rede WDM em Anel Unidireccional ou Bidireccional 1.0E+00 Probabilidade de bloqueio 1.0E E E E E E-06 Uni, F=4 Bi, F=4 Uni, F=8 Bi, F=8 Uni, F=12 Bi, F=12 Uni, F=16 Bi, F= Carga por nó [Erlang] Rede WDM em anel unidireccional ou bidireccional com 14 nós, e com 4, 8, 12, ou 16 comprimentos de onda por ligação. 11

12 Avaliação do Desempenho de Bloqueio Rede WDM em Anel Unidireccional ou Bidireccional 1.0E+00 Probabilidade de bloqueio 1.0E E E E E E-06 Uni, F=4 Bi, F=4 Uni, F=8 Bi, F=8 Uni, F=12 Bi, F=12 Uni, F=16 Bi, F= Carga por nó [Erlang] Rede WDM em anel unidireccional ou bidireccional com 40 nós, e com 4, 8, 12, ou 16 comprimentos de onda por ligação. 12

13 Avaliação do Desempenho de Bloqueio Rede WDM em Anel Unidireccional ou Bidireccional Probabilidade de bloqueio 1.0E E E E E E E-06 Uni, N=10, F=4 Uni, N=10, F=8 Uni, N=10, F=12 Uni, N=10, F=16 Bi, N=40, F=4 Bi, N=40, F=8 Bi, N=40, F=12 Bi, N=40, F= Carga por nó [Erlang] Anel WDM unidireccional com 10 nós Anel WDM bidireccional com 40 nós. Estes resultados sugerem um aumento quádruplo da capacidade de um anel bidireccional em relação a um anel unidireccional. 13

14 Avaliação do Desempenho de Bloqueio Rede WDM em Anel Unidireccional ou Bidireccional 1.0E+00 Probabilidade de bloqueio 1.0E E E E E E-06 Uni, N=14, F=4 Uni, N=14, F=8 Uni, N=14, F=12 Uni, N=14, F=16 Bi, N=56, F=4 Bi, N=56, F=8 Bi, N=56, F=12 Bi, N=56, F= Carga por nó [Erlang] Anel WDM unidireccional com 14 nós Anel WDM bidireccional com 56 nós 14

15 Permuta de Comprimentos de Onda Rede WDM em Anel Unidireccional ou Bidireccional Probabilidade de bloqueio 1.0E E E E E E E Carga por nó [Erlang] Uni, N=10, F=4, wi Uni, N=10, F=8, wi Uni, N=10, F=12, wi Uni, N=10, F=16, wi Bi, N=40, F=4, wi Bi, N=40, F=8, wi Bi, N=40, F=12, wi Bi, N=40, F=16, wi Anel WDM unidireccional com 10 nós e com permuta de comprimentos de onda em todos os nós da rede; Anel WDM bidireccional com 40 nós e com permuta de comprimentos de onda em todos os nós da rede. 15

16 Permuta de Comprimentos de Onda Rede WDM em Anel Unidireccional ou Bidireccional Probabilidade de bloqueio 1.0E E E E E E E-06 Uni, N=14, F=4, wi Uni, N=14, F=8, wi Uni, N=14, F=12, wi Uni, N=14, F=16, wi Bi, N=56, F=4, wi Bi, N=56, F=8, wi Bi, N=56, F=12, wi Bi, N=56, F=16, wi Carga por nó [Erlang] Anel WDM unidireccional com 14 nós e com permuta de comprimentos de onda em todos os nós da rede; Anel WDM bidireccional com 56 nós e com permuta de comprimentos de onda em todos os nós da rede. 16

17 Justificação para o aumento quádruplo da capacidade de aneis bidireccionais O aumento quádruplo da capacidade dos aneis bidireccionais em relação aos aneis unidireccionais pode ser explicado da seguinte forma: O anel bidireccional requer o dobro do número de comprimentos de onda e dos recursos associados em relação ao anel unidireccional; No anel bidireccional, a distância média de ligações é reduzida para metade, o que representa uma nova duplicação de recursos. Distância média de ligações para aneis unidireccionais: Distância média de ligações para aneis bidireccionais: N 2 N N 1 N N 4 ( para N ( para par) N ímpar) 17

18 Conclusões Usando um modelo para cálculo da probabilidade de bloqueio, foi apresentada uma avaliação do desempenho de bloqueio em redes WDM com anel unidireccional ou bidireccional; Foi mostrado que o desempenho de bloqueio de um anel bidireccional com 40 nós é semelhante ao desempenho de bloqueio de um anel unidireccional com 10 nós; Aumentando o número de nós para 56, verificou-se que a rede em anel bidireccional com 56 nós possui um desempenho de bloqueio semelhante ao da rede em anel unidireccional com 14 nós, o que confirma o aumento em quatro vezes da capacidade do anel bidireccional em relação ao anel unidireccional; Foi também mostrado que o aumento de quatro vezes na capacidade do anel bidireccional ainda se mantém no caso de todos os nós da rede terem a capacidade de permutar comprimentos de onda. 18

19 Agradecimentos Este trabalho teve o apoio do Instituto de Telecomunicações - Pólo de Coimbra. 19