REDES ÓPTICAS ELÁSTICAS COGNITIVAS: OTIMIZAÇÃO DO PROBLEMA DO ROTEAMENTO E ALOCAÇÃO DE ESPECTRO

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Para que se estabeleça comunicação entre dois nós de uma rede WDM é necessário que seja definido o caminho óptico que será adotado e alocar os recursos necessários para o estabelecimento desta conexão. Porém, o tamanho fixo do canal de transmissão para acomodação das conexões, impacta na pouca flexibilidade destas redes, dado que existe um limite inferior para a granularidade e falta otimização na agregação de diversos desses canais para alcançar velocidades superiores. A fim de melhorar este mecanismo de alocação de recursos da rede (e.g. caminho ópticos, banda necessária, comprimento de onda a ser utilizado, etc.) surgiram diversas pesquisas para otimizar a alocação desses recursos, o que foi chamado de problema RWA (Routing and wavelenght Assignment), que consistia no uso de técnicas computacionais e heurísticas em busca da melhor forma de alocar os recursos nas comunicações.

Embora os algoritmos RWA tenham evoluído para atender/otimizar as diversas demandas de serviços de telecomunicações, observou-se a impossibilidade de transpor as limitações impostas pelo problema das grades fixas das redes WDM, surgindo um novo desafio na evolução das comunicações ópticas.

Devido às desvantagens da grade fixa nas redes WDM, recentemente tem surgido um crescente interesse nos estudos de uma arquitetura de rede óptica com menor grau de rigidez através do uso de uma grade flexível de comprimentos de onda. Em [1], Jinno propôs uma arquitetura de rede utilizando-se caminhos ópticos elásticos. A principal característica desta rede seria promover uma maior flexibilidade (elasticidade) e capacidade adaptativa na implementação dos caminhos ópticos.

Para isso foi adotado o sistema de transmissão O-OFDM (Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing), onde é possível a alocação dos sinais em qualquer intervalo contínuo de frequência do caminho óptico através do uso de subportadoras ortogonais de mais baixa velocidade.

Devido ao uso dessas subportadoras com um a largura de banda muito menor que os comprimentos de ondas utilizados nas redes WDM, é possível alcançar um excelente grau de granularidade. Sendo possível a transmissão de sinais com baixa velocidade ou agregação de diversas destas subportadoras para alcançar maiores capacidades.

De forma análoga ao problema de roteamento e alocação de comprimento de onda (RWA) das redes WDM, nas redes elásticas também foi observado a necessidade de estudos e pesquisas na solução do problema de roteamento e alocação de espectro, RSA (Routing and Spectrum Allocation).

Outro importante campo de estudo, que tem despertado bastante interesse de pesquisadores é a aplicação dos conceitos de cognição em redes ópticas. Inicialmente, o conceito de cognição foi introduzido em sistemas de comunicação sem fio, sendo posteriormente difundido e sendo aplicado nos mais diversos sistemas de redes e comunicações [19-22].

Segundo [22], Tecnologias cognitivas podem modificar os parâmetros de planejamento e operação das redes ópticas para prover uma solução mais simplificada, escalável e inovativa, demonstrando se tornar importante ferramenta para agregação de gerenciamento e operação de rede automáticos, gerando uma infraestrutura capaz de autogerenciamento, flexibilidade, robustez e melhor tempo de resposta.

A inovação apresentada pelas redes elásticas aliado às práticas de congnição e adaptabilidade das redes tem demonstrado ser uma excelente possibilidade de solução para os problemas/demandas atuais das redes ópticas e otimização da utilização dos recursos. Na figura 1 é possível verificar o impacto positivo no uso desses conhecimentos nas redes ópticas [3].

Na figura 1a é possível observar a forma de alocação dos sinais em redes WDM tradicionais com compartimentos fixos e existência de bandas de guarda fixas entre os grids ópticos, mesmo para demandas de maiores velocidades. Em 1b é possível a formação de supercanais, onde é possível a alocação dos sinais de forma otimizada e sem a presença de diversas bandas de guarda. Em 1c é possível visualizar um set de requisições com as mais variadas opções de arranjo espectral, e é possível observar o desperdício na utilização do espectro disponível, devido a fatores tais como ineficiência nas definições de parâmetros de comunicação (e.g. modulação, codificação, etc.) e tamanho fixo na alocação das bandas de comunicação (grid fixo das redes WDM). Em 1d é possível observar uma evolução em relação a figura 1c, pois é apresentado o mesmo conjunto de demandas otimizado com base nos conceitos de cognição e adaptação, tais como modulação adaptativa que leva em conta o estado do canal para escolha da modulação a ser utilizada. Por fim, na figura 1e, é aplicado o conceito de redes elásticas e é possível observar o ganho na alocação de espectro das demandas de 1d.

[pic 1]

Figura 1 - a) Grade Fixa (redes WDM) contendo banda de guarda fixas entre os sinais; b) Canais podem ser agrupados para envio na forma de um supercanal (redes elásticas); c) demanda e suas necessidades de espectro; d) mesma demanda de c, porém com o uso de modulação adaptativa; e) mesma demanda de c e d, porém utilizando-se a flexibilidade de espectro adicionado pelo uso de redes elásticas. [3].

Portanto é notório a importância dos campos de estudos das redes ópticas elásticas e cognitivas para a evolução da arquitetura das redes ópticas que atenda aos novos desafios impostos pelo novo modelo de consumo de dados das aplicações modernas.

3. OBJETIVO

O objetivo do trabalho a ser desenvolvido será analisar as diversas contribuições acadêmicas sobre o assunto de redes elásticas, assim como as propostas apresentadas na literatura para a solução do problema RSA. E utilizar os conceitos de Arquitetura de redes ópticas cognitivas e adaptação de parâmetros das comunicações ao meio de transmissão (modulações adaptativas, dentre outros) para propor soluções de otimização na implantação/operação das redes ópticas, buscando-se agregação de maior flexibilidade, resiliência e redução de custos às redes de telecomunicações.

Esta solução deverá partir de algoritmos genéticos e heurísticas aplicadas à arquitetura cognitiva obtendo-se uma rede capaz de adequar-se aos requisitos e complexidade requeridos das redes atuais e com a capacidade de prover uma eficiente resposta no tratamento de interferências, modificações e penalidades infligidas a esta rede.

4. METODOLOGIA

Serão