ROUTAGE DYNAMIQUE ET ALLOCATION DE RESSOURCES POUR REDUIRE LA FRAGMENTATION DANS LES RESEAUX OPTIQUES ELASTIQUES MULTIFIBRES - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

DYNAMIC ROUTING AND RESOURCE ALLOCATION TO REDUCE FRAGMENTATION IN ELASTIC MULTIFIBER OPTICAL NETWORKS

ROUTAGE DYNAMIQUE ET ALLOCATION DE RESSOURCES POUR REDUIRE LA FRAGMENTATION DANS LES RESEAUX OPTIQUES ELASTIQUES MULTIFIBRES

Résumé

The volume of data traffic continues to grow dramatically due to the exponential and dynamic growth of applications that require heterogeneous bandwidth resources and data rates. Wavelength Division Multiplexing (WDM) technology used in optical networks allows the available spectrum to be shared to satisfy multiple connection demands at high data rates. However, the frequency grids in WDM networks are fixed, which leads to a waste of resources due to the large sub-bands allocated to less bandwidth-intensive applications. This observation led researchers to propose Elastic Optical Networks (EON), in which the allocation of frequency slots depends on the desired needs for a possible connection. This connection depends on the path length, the desired data rate and the modulation format. However, elastomeric optical networks are confronted with problems of routing, spectrum resource allocation and power consumption. However, the establishment and operation of dynamic connections with different bandwidths and data rates leads to spectrum fragmentation in the network over time. Elastic single-fiber optical networks face the problem of optical spectrum fragmentation. Spectrum fragmentation refers to small blocks, isolated and unaligned spectrum segments. Also with the advent of multifiber, this fragmentation rate is more pronounced, resulting in a very high blocking rate which has become a crucial issue in multifiber elastic optical networks. In our thesis work on dynamic routing and resource allocation to reduce fragmentation in elastic multifiber optical networks, we address the problem of adaptive routing and resource allocation in elastic multifiber optical networks in a dynamic context. In such a context, a more elaborate approach to fragmentation management in multifiber elastic optical networks would provide more flexibility and robustness in the management and allocation of optical network infrastructure resources. In our thesis project, we developed routing and resource allocation algorithms, namely AMF and RSA-RF in dynamic scenarios. These algorithms consider a new mathematical parameter that we have proposed as a criterion of choice in the determination of the optimal path and energy consumption; because multifiber elastic optical networks, like any other optical network, are made up of active components that have an impact on the overall energy consumption of the network. This parameter is the (AC) allocation cost. In the first approach of our study, we define as many virtual topologies as there are fibers on each link of the network. For each virtual topology, the k shortest paths are determined to find the candidate paths between the source and the destination according to the minimization of the allocation cost. Then, we apply the resource allocation algorithm followed by the selection of the optimal path with minimum energy cost. In our second approach, we consider that a connection request can be established over different fibers on a given path while respecting the continuity and spectrum contiguity constraints. To determine the set of slot blocks of a path, we create intersection combinations between the blocks of each set belonging to a path; this gives the set of slot blocks of the path. In this case, the optical path with the minimum allocation cost is chosen in order to minimize fragmentation. The blocking probability and the spectrum utilization rate are considered to evaluate the performance of our algorithms. The simulation results show the efficiency of our approaches and algorithms compared to different studies in the literature.
Le volume du trafic de données continue de croître considérablement par la croissance exponentielle et dynamique d’applications qui imposent des ressources en bandes passantes et des débits hétérogènes. La technologie de multiplexage en longueur d’ondes WDM (Wavelength Division Multiplexing) utilisée dans les réseaux optiques permet de partager la largeur du spectre disponible afin de satisfaire plusieurs demandes de connexion avec des débits élevés. Cependant, les grilles de fréquence dans les réseaux WDM sont fixes ce qui induit un gaspillage de ressources dû aux larges sous-bandes allouées aux applications moins exigeantes en bande passante. Ce constat a mené les chercheurs à proposer les réseaux optiques élastiques EON (Elastic Optical Network), dans lesquels l’allocation des slots de fréquence est fonction des besoins souhaités pour une éventuelle connexion. Cette connexion dépend de la longueur du chemin, le débit souhaité et le format de modulation. Cependant, les réseaux optiques élastiques sont confrontés aux problèmes de routage, d’allocations de ressources spectrales et de consommation d’énergie. Toutefois, l'établissement et la mise en service de connexions dynamiques avec des largeurs de bande et des débits de données différents entraînent avec le temps une fragmentation du spectre dans le réseau. Les réseaux optiques élastiques à fibre unique sont confrontés au problème de la fragmentation du spectre optique. La fragmentation du spectre se réfère à de petits blocs, des segments de spectre isolés et non alignés. Aussi avec l'avènement du multifibres, ce taux de fragmentation est plus prononcé, ce qui se traduit par un taux de blocage très élevé qui est devenu une problématique cruciale dans les réseaux optiques élastiques multifibres. Dans notre travail de thèse qui porte sur le routage dynamique et allocation de ressources pour réduire la fragmentation dans les réseaux optiques élastiques multifibres, nous abordons le problème de routage adaptatif et d’allocation des ressources dans les réseaux optiques élastiques multifibres dans un contexte dynamique. Dans un tel contexte, une approche plus élaborée de gestion de la fragmentation dans les réseaux optiques élastiques multifibres permettrait d’apporter plus de flexibilité et de robustesse dans la gestion et l’allocation des ressources de l’infrastructure réseau optique. Dans notre projet de thèse, nous avons développé des algorithmes de routage et d’allocation de ressources, à savoir AMF et RSA-RF dans des scénarios dynamiques. Ces algorithmes tiennent compte d’un nouveau paramètre mathématique que nous avons proposé comme critère de choix dans la détermination du chemin optimal et de la consommation d’énergie ; puisque que les réseaux optiques élastiques multifibres comme tout réseau optique, sont constitués de composants actifs qui ont un impact sur la consommation énergétique globale du réseau. Ce paramètre est le coût d’allocation (CA). Dans la première approche de notre étude, nous définissons autant de topologies virtuelles qu'il y a de fibres sur chaque lien du réseau. Pour chaque topologie virtuelle, les k chemins les plus courts sont déterminés pour trouver les chemins candidats entre la source et la destination en fonction de la minimisation du coût d'allocation. Ensuite, nous appliquons l'algorithme d'allocation des ressources suivi du choix du chemin optimal avec un coût énergétique minimum. Dans notre deuxième approche, nous considérons qu’une demande de connexion peut être établie sur différentes fibres sur un chemin donné tout en respectant les contraintes de continuité et de contiguïté du spectre. Pour déterminer, l’ensemble des blocs de slots d’un chemin, nous créons des combinaisons d’intersection entre les blocs de chaque ensemble appartenant à un chemin ; ce qui permet d’obtenir l’ensemble des blocs de slots du chemin. Dans ce cas, le chemin optique qui a le coût d’allocation minimal est choisi dans le but de minimiser la fragmentation. La probabilité de blocage et le taux d’utilisation du spectre sont pris en compte pour évaluer la performance de nos algorithmes. Les résultats de la simulation montrent l'efficacité de nos approches et de nos algorithmes comparativement aux différentes études menées dans la littérature.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-03698724 , version 1 (18-06-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03698724 , version 1

Citer

Boris Stéphane Zouneme. ROUTAGE DYNAMIQUE ET ALLOCATION DE RESSOURCES POUR REDUIRE LA FRAGMENTATION DANS LES RESEAUX OPTIQUES ELASTIQUES MULTIFIBRES. Réseaux et télécommunications [cs.NI]. Institut National Polytechnique Félix Houphouët-Boigny de Yamoussoukro (Côte d'Ivoire), 2022. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03698724⟩
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