ALGORITMOS IA-RMLSA UTILIZANDO SISTEMAS FUZZY E A REDUÇÃO DE INTERFERÊNCIA NOS CIRCUITOS NAS REDES ÓPTICAS ELÁSTICAS

Abstract

RESUMO: As arquiteturas baseadas em redes ópticas elásticas têm se apresentado como soluções bastante promissoras para o provimento de altas taxas de transmissão de dados aos usuários. No entanto, alguns problemas associados ao roteamento, escolha de modulação, alocação de espectro, fragmentação e interferências nos circuitos, devem ser solucionados para aproveitar amplamente os recursos da rede. Outro desafio a ser tratado nas redes ópticas elásticas diz respeito as operadoras de telecomunicações e indústrias que têm considerado pesquisas relacionada ao alto consumo de energia devido aos altos requisitos de largura de banda de aplicativos ou serviços da internet. Assim, surge a necessidade de considerar a eficiência energética nas redes ópticas elásticas. Neste contexto, este trabalho apresenta a proposta de dois novos algoritmos para a solução do problema de roteamento, nível de modulação e alocação de espectro (RMLSA - Routing, Modulation Level and Spectrum Assignment) cientes dos efeitos de camada física denominados de CIR-MAS (Circuit Interference with Minimum Allocation Slots) e Fuzzy-RQoTO (Fuzzy - Reduction Quality of Transmission Other circuits). O algoritmo CIR-MAS busca selecionar o formato de modulação mais robusto à interferências dos circuitos ativos. Além disso, o algoritmo seleciona a rota com o número mínimo de slots alocados entre as soluções de rotas alternativas, a fim de reduzir o bloqueio causado pela degradação dos circuitos. O algoritmo Fuzzy-RQoTO, por sua vez, utiliza um sistema fuzzy para auxiliar na seleção da melhor rota (rota de qualidade) para um dado par (origem - destino), inferindo um grau de pertinência nas métricas nomeadas fragmentação relativa e quantidade de slots ocupados. Adicionalmente, foram realizados estudos para a avaliação de desempenho e eficiência energética considerando as topologias NSFNet e EON. Para ambos os cenários de redes, foram comparados os desempenhos dos algoritmos propostos CIR-MAS e Fuzzy-RQoTO com os algoritmos: K-Shortest Path Computation (KS-PC), Modified Dijkstra Path Computation (MD-PC) e K-Shortest Path with Reduction QoTO (KSP-RQoTO) disponíveis na literatura. Os resultados indicam que os algoritmos CIR-MAS e Fuzzy-RQoTO apresentaram ganhos mínimos de 40,5% e 27,5% quando comparados ao KS-PC, em termos de probabilidade de bloqueio do circuito, respectivamente. Em termos de probabilidade de bloqueio de largura de banda, o CIR-MAS e Fuzzy-RQoTO apresentou um ganho mínimo de 37,5% e 21,9% quando comparado ao KS-PC, respectivamente. Já em termos de eficiência energética o algoritmo CIR-MAS apresentou uma eficiência energética superior (ganho mínimo) de 1,8% quando comparado aos algoritmos KS-PC e MD-PC, enquanto que apontou uma eficiência energética inferior (perca mínima) de 0,9% quando comparado aos algoritmos KSP-RQoTO e Fuzzy-RQoTO. ABSTRACT: The architectures based on optical elastic networks have presented themselves as very promising solutions for the provision of high rates of data transmission to users. However, some problems associated with routing, choice of modulation, spectrum allocation, fragmentation and interference in circuits, must be solved to take full advantage network resources. Another challenge to be addressed in elastic optical networks telecommunications operators and industries that have considered research related to high energy consumption due high application bandwidth requirements or services. Like this, there is a need consider energy efficiency elastic optical networks. In this context, this work presents proposal two new algorithms for solution routing, modulation level and spectrum assignment problem (RMLSA - Routing, Modulation Level and Spectrum Assignment) aware of physical layer effects known as CIR-MAS (Circuit Interference with Minimum Allocation Slots) and Fuzzy-RQoTO (Fuzzy - Reduction Quality of Transmission Other circuits). The CIR-MAS algorithm seeks select modulation format more robust to interferences of active circuits. In addition, the algorithm selects route with minimum number of slots allocated between alternative route solutions in order to reduce the blockage caused by circuit breakdown. The Fuzzy-RQoTO algorithm, in turn, uses a fuzzy system to assist in selecting best route (route quality) for a given pair (source-destination), inferring degree of pertinence in metrics named relative fragmentation and number of occupied slots. In addition, studies were performed to evaluate performance and energy efficiency considering NSFNet and EON topologies. For both network scenarios, the performances proposed algorithms CIR-MAS and Fuzzy-RQoTO were compared with the algorithms: K-Shortest Path Computation (KS-PC), Modified Dijkstra Path Computation (MD -PC) and K-Shortest Path with Reduction QoTO (KSP-RQoTO) available in the literature. The results indicate CIR-MAS and Fuzzy-RQoTO algorithms presented a minimum gain of 40.5% and 27.5% when compared KS-PC, in terms circuit blocking probability, respectively. In terms of bandwidth blocking probability, the CIR-MAS and Fuzzy-RQoTO presented a minimum gain of 37.5 % and 21.9 % when compared KS-PC, respectively. Already in terms of energy efficiency, the CIR-MAS algorithm presented a higher energy efficiency (minimum gain) of 1.8 % when compared to the KS-PC and MD-PC algorithms, while it indicated a lower energy efficiency (minimum loss) of 0.9 % when compared to the KSP-RQoTO and Fuzzy-RQoTO algorithms.