Design of translucent optical networks

ÖZET YARI SAYDAM OPTİK AĞLARI TASARIMI Mustafa Arısoylu Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Yüksek Lisans Tez Yöneticisi: Yrd. Doç. Dr. Ezhan Karaşan Temmuz 2001 Bu tezde birbirlerine alıcı- vericilerle bağlanmış onarılabilir altağlardan oluşan optik ağların tasarlanma problemi ele alınmıştır. Ortaya çıkan bu ağ mimarisini yarısaydam ağ mimarisi olarak adlandırdık. Literatürde bu tip mimarilere say dam adalar adı verilmiştir. Yarı-saydam optik ağları, saydam ve donuk optik ağlar arasında bir geçiş ağ mimarisidir. Bu yeni mimarinin bir çok avantajları vardır. Bunlar kısaca, daha kolay birlikte çalışabilirlik, alıcı-verici maliyetlerinde azalma, daha basit ağ işletimi, ölçeklenebilir ağ mimarisi ve daha hızlı onarım zamanlarıdır. Herhangi bir ağ topolojisi için onarılabilir altağların tasarım prob lemini, tamsayılı doğrusal programlama ile formüle ettik. Bu formülasyonda altağlar bazı sınırlamalara göre belirlenmiştir. Bu sınırlamalara göre, her bir altağ bazı büyüklük sınırlamalarına uymalıdır ve de her bir altağ iki bağlı ol malıdır. Aynı problem için bir de buluşsal algoritma öngörülmüştür. Her iki yöntem için de sayısal sonuçlar sunulmuştur. Yarı-saydam ağlarda her bir altağdaki arıza o altağın onarım yöneticisi tarafından ele alınır. Bu onarım şekli kısmen dağıtılmış bir onarım şeklidir. Kısmen dağıtılmış onarım tekniği, merkezi onarım yöntemine göre daha kısa onarım zamanlan sağlar. Ana ve onarım kapasitelerini kısmen dağıtılmış onarım ivile belirleyen ağ tasarım problemi iki farklı durum için tam sayılı doğrusal pro gramlama ile formüle edilmiştir. Bu durumlar birleşik tasarım ve de ayrık tasarımlardır. Birleşik tasarım tekniğinde bütün altağların bağ kapasiteleri aynı zamanda eniyilenmektedir. Diğer taraftan, ayrık tasarım tekniğinde her altağ diğer altağlardan bağımsız olarak tasarlanır. Bundan başka, yol onarım problemi de, birleşik ve ayrık tasarım teknikleri kullanılarak formüle edilmiştir. Bunun amacı, kısmen dağıtılmış onarım tekniğinin başarımının yol onarım tekniğininkiyle karşılaştırılmasıdır. Her iki yöntemi de karşılaştıran sayısal sonuçlar sunulmuştur. Kısmen dağıtılmış onarım yöntemi aynı zamanda parça onarım tekniği olarak da adlandırılmıştır. Parça onarımı hem birleşik hem de ayrık tasarımlarla, merkezi yol onarımının ağ maliyetlerine çok yakın ağ maliyet leri vermektedir. Sonuç olarak, düşük maliyetlere ve hızlı onarım zamanlarına sahip olan parça onarım tekniği gelecek nesil yarı-saydam optik mimarileri için umut vericidir. Anahtar Kelimeler: optik ağların onarımı, yarı-saydam optik ağlar, ağ tasarımı ABSTRACT DESIGN OF TRANSLUCENT OPTICAL NETWORKS Mustafa Ansoylu M.S. in Electrical and Electronics Engineering Supervisor: Assist. Prof. Dr. Ezhan Karaşan July 2001 We discuss the problem of building optical networks composed of restorable, transparent subnetworks interconnected via transponders. We call the resulting network architecture as the translucent network architecture, also named `islands of transparency` in the literature. Translucent optical networks provide a com promise between all-optical and opaque networks and present several advantages: easier interoperability, reduced transponder costs, simpler network management, scalable network architecture and faster restoration times. We formulate the problem of designing restorable subnetworks for an arbitrary network as an Inte ger Linear Programming (ILP) problem, where the subnetworks are determined subject to the constraints that each subnetwork satisfies some size constraints and it is 2-connected. A greedy heuristic algorithm for the same problem is also proposed for planar networks. Numerical results are presented for both methods. For translucent networks, failures in each subnetwork are managed by the Restoration Manager (RM) of that subnetwork, which results in quasi-distributed restoration. Quasi-distributed restoration provides smaller restoration times compared to centralized restoration. The network design problem of determining working and restoration capacities with quasi-distributed restoration is formu lated as an ILP problem for two different cases: joint design, where link capacities mare optimized for all subnetworks concurrently, and separate design, where each subnetwork is designed independent from other subnetworks. Furthermore, path restoration problem is also formulated in joint and separate designs, in order to compare the performance of quasi-distributed restoration with respect to path restoration. Numerical results comparing both design methods are presented. The quasi- distributed restoration method which is called section restoration, with both joint and separate designs, generate network costs which are very close to the costs of the centralized path restoration. Consequently, having low costs and fast restoration times the section restoration technique is promising for the next generation translucent optical architectures. Keywords: optical networks restoration, translucent optical networks, network design. IV 87