Roteamento de tráfego e alocação de recursos em redes ópticas WDM com base em economia de energia

• Main Author: Nereida Celina Llerena Valdivia
• Other Authors: Amílcar Careli Cesar
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2014
• Subjects: Algoritmo de otimização; Economia de energia; Rede óptica; Roteamento de tráfego e alocação de recursos; WDM; Energy saving; Optical network; Optimization algorithms; Traffic routing and resource allocation
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18155/tde-06012015-161005/

O crescimento do tráfego de serviços de telecomunicações tem aumentado o consumo de energia e, em consequência, aumentado as emissões de CO2 que tem efeitos nocivos sobre o meio ambiente. É assim que a economia de energia torna-se um fator chave no planejamento de redes de telecomunicações. Para garantir a disponibilidade e confiabilidade, as redes possuem arquitetura redundante e são projetadas para suportar a demanda de pico de tráfego. Redes com mecanismos de proteção como proteção dedicada de caminhos (DPP), proveem caminhos alternativos para cada demanda de conexão. Os elementos da rede que suportam esses caminhos estão em estado ativo (consumindo energia), apesar de, na maior parte do tempo, não transportarem tráfego efetivo. Um método para diminuir o gasto de energia é utilizar roteamento adaptado à carga real de tráfego baseado em modo suspenso (estado de baixo consumo de energia que pode passar a estado ativo rapidamente). Assim, o tráfego é roteado com vistas à maximizar a quantidade de componentes que são parte de caminhos de proteção, que podem ser postos em modo suspenso. Neste trabalho, as redes usadas para os testes são a rede europeia Cost239, a rede estadunidense UsNet e a rede brasileira Ipê. Abordamos o problema de economia de energia em redes WDM com DPP através de quatro estratégias de roteamento. Cada uma tem objetivos diferentes, a Shortest Path-DPP (SP-DPP) faz o roteamento por caminho mais curto, a Energy Aware-DPP (EA-DPP) aloca as demandas por enlaces que estejam ativos, a Energy Aware-DPP with Mixing (EA-DPP-MixS) evita que caminhos principais sejam roteados por enlaces que já são parte de caminhos de proteção e a Energy Aware-DPP with Differentation (EA-DPP-Dif) evita a mistura de caminhos por um mesmo enlace. Em nossas simulações computacionais observamos que a EA-DPP-Dif economiza energia de maneira eficiente, mas a probabilidade de bloqueio aumenta. A EA-DPP-MixS diminui o bloqueio em detrimento da energia economizada. Já a SP-DPP e a EA-DPP são menos eficientes na diminuição da energia consumida. É assim que propomos um roteamento com busca de recursos mais ampla, usando cada uma das estratégias. A proposta será chamada de roteamento intensivo. A EA-DPP-Dif-Intensivo diminui a probabilidade de bloqueio e economiza energia mediante modo suspenso. Neste trabalho, analisamos o desempenho das estratégias para cada uma das redes e avaliamos o impacto da energia economizada sobre a probabilidade de bloqueio. A proposta de roteamento i>intensivo diminui a energia consumida em até 50%, diminuindo a probabilidade de bloqueio. Porém, os resultados estão diretamente relacionados com a carga de rede e as características particulares da topologia de cada rede. === The growth of data traffic in telecommunication networks has increased energy consumption and hence increased CO2 emissions, with harmful effects on the environment. Thus, energy saving becomes a key and a differential factor when planning telecommunication networks. In order to guarantee availability and reliability, core networks have redundant architecture and are designed to support peak-hour traffic demand. Networks with dedicated path protection (DPP) mechanisms provide alternative paths for each connection request. Network elements supporting these paths are in active state (consuming energy), although most of the time they dont carry traffic. One technique to decrease energy waste is by adaptive real traffic routing using sleep mode (a low energy consumption state which is able to rapidly change to an active state). Thus, traffic is routed in order to maximize the amount of network components used by protection paths, which can be set in sleep mode. In this work, European Cost239, American UsNet and Brazilian Ipê networks were used in computational simulations. We addressed the energy saving problem in WDM networks with DPP through four routing strategies, each with different goals. The Shorthest Path-Dedicated Path Protection (SP-DPP) technique uses shortest path for routing, Energy Aware-Dedicated Path Protection (EA-DPP) allocates demands in active links, Energy Aware-Dedicated Path Protection with Mixing (EA-DPP-MixS) prevents primary paths to be formed by links that are already part of the protection paths and Energy Aware-Dedicated Path Protection with Differentation (EA-DPP-Dif) prevents mixing primary and protection paths through the same link. We observe that EA-DPP-Dif efficiently saved energy, however blocking probability has increased. EA-DPP-MixS reduced blocking rather than saved energy. At least, SP-DPP and EA-DPP are less efficient in reducing energy consumption. Hence, we propose a wider resource search routing, the in-depth routing, using each of these strategies. Thus, EA-DPP-Dif-In-depth decreased blocking probability while maintaining energy saving through sleep mode. In this work, we analyze the strategies performance for each network and evaluate the impact of energy saved on the blocking probability. Our in-depth routing strategy reduced the energy consumption up to 50%, decreasing blocking probability. However, the results are directly related with the network load and the specific properties of each network topology.