Αρχιτεκτονικές δυναμικών οπτικών δικτύων: προσομοίωση και μελέτη απόδοσης

Abstract

It is well known that during the latest years Internet and networking applications have become part of our daily life. The increment of the bandwidth of the final users and thus the capacity of access networks has an important impact on the capacity that needs to be served daily by the core networks. Even though optical fibers are part of the today's networks, the systems that are being used cannot gradually and effectively scale to cover this augmenting demand since they are based in electronic packet switching. Scope of the research community is to create data transmitting systems based on pure optical technology in order to create scalable networks to cover future capacity demands with minimized delay and power consumption, networks that can also serve traffic variations. In this dissertation, all the technologies for the optical core networks that have been proposed until today are being presented and their performance is being evaluated through simulation. The work that is being presented here, not only covers the data transmitting process in optical networks but also emphasizes in the optical node architecture, two different topics that even though usually their are studied independently, they affect the performance of each other. The main scope of this dissertation is the performance evaluation of integrated solutions - architectures - for the optical networks against a number of metrics. Finally, a prototype network architecture, the CANON architecture, is being presented here and its performance evaluated in contrast to all the other solutions. The CANON architecture, which refers to both a networking concept and the corresponding switching solution, uses statistical multiplexing in order to achieve optimal network performance and dynamic resource reservation with minimized requirements of network resource.

Τα τελευταία χρόνια χαρακτηρίζονται από την είσοδο των διαδικτυακών εφαρμογών και του Διαδικτύου στην καθημερινή ζωή μας. Η αύξηση των ταχυτήτων πρόσβασης των τελικών καταναλωτών και των απαιτήσεων για όλο και περισσότερη πρόσβαση στο Διαδίκτυο έχει μεγάλη επίπτωση στα δίκτυα κορμού που πρέπει να εξυπηρετήσουν έναν πολύ μεγάλο όγκο δεδομένων καθημερινά, όγκος που αυξάνεται με πολύ μεγάλους ρυθμούς. Αν και οι οπτικές ίνες αποτελούν σήμερα το βασικό τρόπο σύνδεσης των κεντρικών κόμβων, τα σημερινά συστήματα δεν μπορούν να επεκταθούν για να καλύψουν την όλο και αυξανόμενη ανάγκη εύρου ζώνης καθώς βασίζονται στην ηλεκτρονική επεξεργασία των πακέτων που πρέπει να γίνεται σε κάθε κόμβο του δικτύου. Στόχος της επιστημονικής κοινότητας δεν είναι άλλος από την δημιουργία ενός συστήματος μετάδοσης των δεδομένων με αμιγώς οπτική τεχνολογία για την αύξηση της χωρητικότητας των δικτύων κορμού, την μείωση της καθυστέρησης, την μείωση της κατανάλωσης ισχύος, κ.α. ενώ τα συστήματα αυτά θα πρέπει να μπορούν να ανταποκρίνονται στις δυναμικές διακυμάνσεις της κίνησης. Στα πλαίσια αυτής της διατριβής αναλύονται τα διάφορα συστήματα οπτικής δικτύωσης που έχουν προταθεί για τα κεντρικά δίκτυα κορμού με στόχο την μελέτη της απόδοσης τους και την συγκριτική αξιολόγησή τους μέσω της διαδικασίας της προσομοίωσης. Η μελέτη εστιάζει τόσο σε διαφορετικούς τρόπους μετάδοσης δεδομένων σε ένα οπτικό δίκτυο όσο και στην αρχιτεκτονική των οπτικών κόμβων, δύο ζητήματα που, αν και συνήθως εξετάζονται αυτόνομα, οι τεχνολογίες τους εφάπτονται και είναι άμεσα εξαρτώμενες η μια με την άλλη. Απώτερος σκοπός δεν είναι η μελέτη της απόδοσης των παραπάνω τεχνολογιών αυτόνομα, αλλά η σύνθεσή τους σε ολοκληρωμένες λύσεις -αρχιτεκτονικές- οπτικής δικτύωσης. Επιπλέον, στα πλαίσια αυτής της διατριβής, παρουσιάζεται και εξετάζεται σε αντιπαράθεση με τις υπόλοιπες λύσεις, μια πρωτότυπη ιδέα για την συνολική αρχιτεκτονική ενός οπτικού δικτύου κορμού, η αρχιτεκτονική CANON, μια λύση που προσφέρει βέλτιστη δικτυακή απόδοση, δυναμική δέσμευση πόρων και με μικρές απαιτήσεις δικτυακών πόρων, χάρις στην εφαρμογή στατιστικής πολυπλεξίας.