Building an Access Network for Triple-Play Services

This final project was made for the Broadband department of TeliaSonera. This project gives an overview on how internet service provider might build an access network so that they can offer triple-play services. It also gives information on what equipment is needed and what is required from the access, aggregation and edge networks. The project starts by describing the triple-play service. Then it moves on to optical fiber cables, the network technology and network architecture. At the end of the project there is an example of the process and construction of the access network. It will give an overview of the total process and problems that a network planner might face during the planning phase of the project. It will give some indication on how one area is built from the start to finish. The conclusion of the project presents some points that must be taken into consideration when building an access network. The building of an access network has to be divided to a time span of eight to ten years, where one year is one phase in the project. One phase is divided into three parts; Selecting the areas and targets, Planning the areas and targets, and Documentation. The example area gives indication on the planning of an area. It is almost impossible to connect all targets at the same time. This means that the service provider has to complete the construction in two or three parts. The area is considered to be complete when more than 80% of the real estates have fiber.

Optimization of p-cycle protection schemes in optical networks

La survie des réseaux est un domaine d'étude technique très intéressant ainsi qu'une préoccupation critique dans la conception des réseaux. Compte tenu du fait que de plus en plus de données sont transportées à travers des réseaux de communication, une simple panne peut interrompre des millions d'utilisateurs et engendrer des millions de dollars de pertes de revenu. Les techniques de protection des réseaux consistent à fournir une capacité supplémentaire dans un réseau et à réacheminer les flux automatiquement autour de la panne en utilisant cette disponibilité de capacité. Cette thèse porte sur la conception de réseaux optiques intégrant des techniques de survie qui utilisent des schémas de protection basés sur les p-cycles. Plus précisément, les p-cycles de protection par chemin sont exploités dans le contexte de pannes sur les liens. Notre étude se concentre sur la mise en place de structures de protection par p-cycles, et ce, en supposant que les chemins d'opération pour l'ensemble des requêtes sont définis a priori. La majorité des travaux existants utilisent des heuristiques ou des méthodes de résolution ayant de la difficulté à résoudre des instances de grande taille. L'objectif de cette thèse est double. D'une part, nous proposons des modèles et des méthodes de résolution capables d'aborder des problèmes de plus grande taille que ceux déjà présentés dans la littérature. D'autre part, grâce aux nouveaux algorithmes, nous sommes en mesure de produire des solutions optimales ou quasi-optimales. Pour ce faire, nous nous appuyons sur la technique de génération de colonnes, celle-ci étant adéquate pour résoudre des problèmes de programmation linéaire de grande taille. Dans ce projet, la génération de colonnes est utilisée comme une façon intelligente d'énumérer implicitement des cycles prometteurs. Nous proposons d'abord des formulations pour le problème maître et le problème auxiliaire ainsi qu'un premier algorithme de génération de colonnes pour la conception de réseaux protegées par des p-cycles de la protection par chemin. L'algorithme obtient de meilleures solutions, dans un temps raisonnable, que celles obtenues par les méthodes existantes. Par la suite, une formulation plus compacte est proposée pour le problème auxiliaire. De plus, nous présentons une nouvelle méthode de décomposition hiérarchique qui apporte une grande amélioration de l'efficacité globale de l'algorithme. En ce qui concerne les solutions en nombres entiers, nous proposons deux méthodes heurisiques qui arrivent à trouver des bonnes solutions. Nous nous attardons aussi à une comparaison systématique entre les p-cycles et les schémas classiques de protection partagée. Nous effectuons donc une comparaison précise en utilisant des formulations unifiées et basées sur la génération de colonnes pour obtenir des résultats de bonne qualité. Par la suite, nous évaluons empiriquement les versions orientée et non-orientée des p-cycles pour la protection par lien ainsi que pour la protection par chemin, dans des scénarios de trafic asymétrique. Nous montrons quel est le coût de protection additionnel engendré lorsque des systèmes bidirectionnels sont employés dans de tels scénarios. Finalement, nous étudions une formulation de génération de colonnes pour la conception de réseaux avec des p-cycles en présence d'exigences de disponibilité et nous obtenons des premières bornes inférieures pour ce problème.

Domain/Multi-Domain Protection and Provisioning in Optical Networks

L’évolution récente des commutateurs de sélection de longueurs d’onde (WSS -Wavelength Selective Switch) favorise le développement du multiplexeur optique d’insertionextraction reconfigurable (ROADM - Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers) à plusieurs degrés sans orientation ni coloration, considéré comme un équipement fort prometteur pour les réseaux maillés du futur relativement au multiplexage en longueur d’onde (WDM -Wavelength Division Multiplexing ). Cependant, leur propriété de commutation asymétrique complique la question de l’acheminement et de l’attribution des longueur d’ondes (RWA - Routing andWavelength Assignment). Or la plupart des algorithmes de RWA existants ne tiennent pas compte de cette propriété d’asymétrie. L’interruption des services causée par des défauts d’équipements sur les chemins optiques (résultat provenant de la résolution du problème RWA) a pour conséquence la perte d’une grande quantité de données. Les recherches deviennent ainsi incontournables afin d’assurer la survie fonctionnelle des réseaux optiques, à savoir, le maintien des services, en particulier en cas de pannes d’équipement. La plupart des publications antérieures portaient particulièrement sur l’utilisation d’un système de protection permettant de garantir le reroutage du trafic en cas d’un défaut d’un lien. Cependant, la conception de la protection contre le défaut d’un lien ne s’avère pas toujours suffisante en termes de survie des réseaux WDM à partir de nombreux cas des autres types de pannes devenant courant de nos jours, tels que les bris d’équipements, les pannes de deux ou trois liens, etc. En outre, il y a des défis considérables pour protéger les grands réseaux optiques multidomaines composés de réseaux associés à un domaine simple, interconnectés par des liens interdomaines, où les détails topologiques internes d’un domaine ne sont généralement pas partagés à l’extérieur. La présente thèse a pour objectif de proposer des modèles d’optimisation de grande taille et des solutions aux problèmes mentionnés ci-dessus. Ces modèles-ci permettent de générer des solutions optimales ou quasi-optimales avec des écarts d’optimalité mathématiquement prouvée. Pour ce faire, nous avons recours à la technique de génération de colonnes afin de résoudre les problèmes inhérents à la programmation linéaire de grande envergure. Concernant la question de l’approvisionnement dans les réseaux optiques, nous proposons un nouveau modèle de programmation linéaire en nombres entiers (ILP - Integer Linear Programming) au problème RWA afin de maximiser le nombre de requêtes acceptées (GoS - Grade of Service). Le modèle résultant constitue celui de l’optimisation d’un ILP de grande taille, ce qui permet d’obtenir la solution exacte des instances RWA assez grandes, en supposant que tous les noeuds soient asymétriques et accompagnés d’une matrice de connectivité de commutation donnée. Ensuite, nous modifions le modèle et proposons une solution au problème RWA afin de trouver la meilleure matrice de commutation pour un nombre donné de ports et de connexions de commutation, tout en satisfaisant/maximisant la qualité d’écoulement du trafic GoS. Relativement à la protection des réseaux d’un domaine simple, nous proposons des solutions favorisant la protection contre les pannes multiples. En effet, nous développons la protection d’un réseau d’un domaine simple contre des pannes multiples, en utilisant les p-cycles de protection avec un chemin indépendant des pannes (FIPP - Failure Independent Path Protecting) et de la protection avec un chemin dépendant des pannes (FDPP - Failure Dependent Path-Protecting). Nous proposons ensuite une nouvelle formulation en termes de modèles de flots pour les p-cycles FDPP soumis à des pannes multiples. Le nouveau modèle soulève un problème de taille, qui a un nombre exponentiel de contraintes en raison de certaines contraintes d’élimination de sous-tour. Par conséquent, afin de résoudre efficacement ce problème, on examine : (i) une décomposition hiérarchique du problème auxiliaire dans le modèle de décomposition, (ii) des heuristiques pour gérer efficacement le grand nombre de contraintes. À propos de la protection dans les réseaux multidomaines, nous proposons des systèmes de protection contre les pannes d’un lien. Tout d’abord, un modèle d’optimisation est proposé pour un système de protection centralisée, en supposant que la gestion du réseau soit au courant de tous les détails des topologies physiques des domaines. Nous proposons ensuite un modèle distribué de l’optimisation de la protection dans les réseaux optiques multidomaines, une formulation beaucoup plus réaliste car elle est basée sur l’hypothèse d’une gestion de réseau distribué. Ensuite, nous ajoutons une bande pasiv sante partagée afin de réduire le coût de la protection. Plus précisément, la bande passante de chaque lien intra-domaine est partagée entre les p-cycles FIPP et les p-cycles dans une première étude, puis entre les chemins pour lien/chemin de protection dans une deuxième étude. Enfin, nous recommandons des stratégies parallèles aux solutions de grands réseaux optiques multidomaines. Les résultats de l’étude permettent d’élaborer une conception efficace d’un système de protection pour un très large réseau multidomaine (45 domaines), le plus large examiné dans la littérature, avec un système à la fois centralisé et distribué.

Facilitate international repository networks: the Pan-European OpenAIRE project and the Confederation of Open Access Repositories (COAR)

Primera conferencia. Bibliotecas y Repositorios Digitales: Gestión del Conocimiento, Acceso Abierto y Visibilidad Latinoamericana. (BIREDIAL) Mayo 9 al 11 de 2011. Bogotá, Colombia.

Label space reduction in GMPLs and All-Optical Label Swapping networks

All-Optical Label Swapping (AOLS) es una tecnología clave para la implementación de nodos de conmutación completamente óptica de paquetes. Sin embargo, el costo de su desarrollo es proporcional al tamaño del espacio de etiquetas (label space). Debido a que los principios de funcionamiento de AOLS son casos particulares de los del MultiProtocol Label Switching (MPLS), esta tesis estudia métodos generales, aplicables a ambos, con el propósito de reducir el espacio de etiquetas tanto como sea posible. Modelos de programación lineal entera y heurísticas son propuestos para el caso en el que se permite apilar una etiqueta extra. Encontramos que cerca del 50% del espacio de etiquetas puede ser reducido, si se permite colocar una etiqueta extra en la pila. Además, particularmente para AOLS, encontramos que se puede reducir el espacio de etiquetas cerca al 25% si se duplica la capacidad de los enlaces y se permite re-encaminar el tráfico.

An enhanced relay-enabled medium access control protocol for wireless ad hoc networks

In this paper we propose an enhanced relay-enabled distributed coordination function (rDCF) for wireless ad hoc networks. The idea of rDCF is to use high data rate nodes to work as relays for the low data rate nodes. The relay helps to increase the throughput and lower overall blocking time of nodes due to faster dual-hop transmission. rDCF achieves higher throughput over IEEE 802.11 distributed coordination function (DCF). The protocol is further enhanced for higher throughput and reduced energy. These enhancements result from the use of a dynamic preamble (i.e. using short preamble for the relay transmission) and also by reducing unnecessary overhearing (by other nodes not involved in transmission). We have modeled the energy consumption of rDCF, showing that rDCF provides an energy efficiency of 21.7% at 50 nodes over 802.11 DCF. Compared with the existing rDCF, the enhanced rDCF (ErDCF) scheme proposed in this paper yields a throughput improvement of 16.54% (at the packet length of 1000 bytes) and an energy saving of 53% at 50 nodes.

Minimal cross-subsidies approach for loss allocation in distribution networks with open access

Open access philosophy applied by regulatory agencies may lead to a scenario where captive consumers will solely face the responsibility on distribution network's losses even with Independent Energy Producers (also known as Distributed Generation) and Independent Energy Consumers connected to the system. This work proposes the utilization of a loss allocation method in distribution systems where open access is allowed, in which cross-subsidies, that appear due to the influence the generators have over the system losses, are minimized. Thus, guaranteeing to some extent the efficiency and transparency of the economic signals of the market. Results obtained through the Zbus loss allocation method adapted for distribution networks are processed in such a way that the corresponding allocation to the generation buses is divided among the consumer buses, while still considering consumers spatial characteristics. © 2007 IEEE.

Multidomain Optical Networks: Issues and Challenges

Today, many leading organizations are undertaking extensive research on a very broad range of new and evolving optical networking technologies. These efforts carry particular significance, especially in light of the “postbubble” dynamics of the optical networking market and have led to the investigation of various cost-efficient optical technologies. Today’s telecom carriers operate several independent optical domains based on diverse technologies, control solutions, standards, and protocols, making interdomain and intercarrier interworking extremely difficult. Standardized interworking across diverse multigranularity network interfaces, and interoperability across disparate vendor equipments and carrier domains are crucial to provisioning end-to-end services and achieving cost-efficient network operation. Needless to say, having an interoperable and standard control plane across multidomain optical networks can benefit carriers through the availability of a wide selection of network elements, platforms, and multiple vendor solutions resulting in faster deployment and reduced CAPEX and OPEX charges.

Elimination of All-Optical Cycles in Wavelength-Routed Optical Networks

A transparent (wide-area) wavelength-routed optical network may be constructed by using wavelength cross-connect switches connected together by fiber to form an arbitrary mesh structure. The network is accessed through electronic stations that are attached to some of these cross-connects. These wavelength cross-connect switches have the property that they may configure themselves into unspecified states. Each input port of a switch is always connected to some output port of the switch whether or not such a connection is required for the purpose of information transfer. Due to the presence of these unspecified states, there exists the possibility of setting up unintended alloptical cycles in the network (viz., a loop with no terminating electronics in it). If such a cycle contains amplifiers [e.g., Erbium- Doped Fiber Amplifiers (EDFA’s)], there exists the possibility that the net loop gain is greater than the net loop loss. The amplified spontaneous emission (ASE) noise from amplifiers can build up in such a feedback loop to saturate the amplifiers and result in oscillations of the ASE noise in the loop. Such all-optical cycles as defined above (and hereafter referred to as “white” cycles) must be eliminated from an optical network in order for the network to perform any useful operation. Furthermore, for the realistic case in which the wavelength cross-connects result in signal crosstalk, there is a possibility of having closed cycles with oscillating crosstalk signals. We examine algorithms that set up new transparent optical connections upon request while avoiding the creation of such cycles in the network. These algorithms attempt to find a route for a connection and then (in a post-processing fashion) configure switches such that white cycles that might get created would automatically get eliminated. In addition, our call-set-up algorithms can avoid the possibility of crosstalk cycles.

Routing and Wavelength Assignment (RWA) with Power Considerations In All- Optical Wavelength-Routed Networks

Routing and wavelength assignment (RWA) is an important problem that arises in wavelength division multiplexed (WDM) optical networks. Previous studies have solved many variations of this problem under the assumption of perfect conditions regarding the power of a signal. In this paper, we investigate this problem while allowing for degradation of routed signals by components such as taps, multiplexers, and fiber links. We assume that optical amplifiers are preplaced. We investigate the problem of routing the maximum number of connections while maintaining proper power levels. The problem is formulated as a mixed-integer nonlinear program and two-phase hybrid solution approaches employing two different heuristics are developed