Estimativa da Probabilidade de Bloqueio
em Redes Ópticas WDM com Topologia
em Anel e com Encaminhamento no
Comprimento de Onda
Mário M. Freire 1,3 e Álvaro M. F. de Carvalho 2,3
1 Departamento
de Matemática e Informática, Universidade da Beira Interior
2 Departamento de Engenharia Electrotécnica, Universidade de Coimbra
3
Instituto de Telecomunicações - Pólo de Coimbra
Sumário
• Descrição de várias arquitecturas para redes
Ópticas com encaminhamento no comprimento
de onda (WRONs).
• Tecnologias para a realização de Caminhos
Ópticos.
• Modelo para cálculo da probabilidade de
bloqueio (PB) de caminho em WRONs.
• Avaliação da PB em redes em anel
unidireccional e bidireccional com e sem
permuta de comprimentos de onda.
Arquitecturas para Redes
Ópticas
Distinção pelo esquema de Multiplexagem
- Multiplexagem por divisão no comprimento de
onda (WDM).
- Multiplexagem óptica por divisão no tempo
(OTDM).
Redes WDM
- Ligações ponto-a-ponto.
- Redes de Acesso.
- Redes de Difusão e Selecção.
- WRONs.
Redes de Acesso
• Linha de Assinante Digital Assimétrica (ADSL)
e de muito alta velocidade (VDSL).
• Ligação híbrida fibra-cabo coaxial (HFC).
• Redes Ópticas Passivas (PON).
Particularmente interessantes para redes de
acesso de banda larga.
Redes de Difusão e Selecção
• Baseiam-se numa topologia em estrela
utilizando um acoplador passivo.
• Cada estação possui um comprimento de
onda de emissão que é difundido para todas
as outras.
• O número total de estações suportado pela
rede depende do número de comprimentos
de onda disponíveis. Problemas de
Escalabilidade.
• Exemplo: LAMBDANET (1990).
WRON
• Utilização da tecnologia WDM na camada de
caminho.
• Aumento significativo da capacidade de
transmissão.
• Encaminhamento no comprimento de onda
dos caminhos ópticos utilizando conectores
de cruzamento WDM.
• As WRONs são facilmente escaláveis 
- Aplicação em MANs e WANs
Conector de Cruzamento WDM
Reconfigurável
Mux
Demux
Comutador
 óptico
Fibra 1
   
N
1 2
...
Fibra 2
   
N
1 2
...
1
MM x MM
Comutador
 óptico
2
...
...
...
Comutador
 óptico
N
MM x MM
   
N
1 2

...
Fibra M
   
N
1 2
Fibra 2
MM x MM

   
N
1 2
Fibra 1
Fibra M
...
   
N
1 2
Conector de Cruzamento WDM com
Permuta de Comprimentos de Onda
Demux
Fibra 1
C
   
N
1 2
C
Fibra 2
   
N
1 2

C
Comutador
óptico
Fibra 1
   
N
1 2
C
C
C
MN x MN
Fibra 2
   
N
1 2

Fibra M
C
   
N
1 2
C
C
Fibra M
   
N
1 2
C: Conversores de
comprimento de onda
Tecnologias para a Realização
de Caminhos Ópticos
• Caminhos Ópticos ATM
- Caminhos ópticos para transporte de sinais
eléctricos que utilizam o formato célula/pacote.
• Caminhos Ópticos de comprimento de onda (WP)
- Suportam todos os modos de transferência
eléctricos (STM e ATM).
- Serão virtuais se for utilizada permuta de
comprimentos de onda (VWP).
Benefícios Introduzidos pelas
Tecnologias de Caminho Óptico (I)
• Aumento da capacidade de transmissão.
• Elevada capacidade de processamento dos
conectores de cruzamento ópticos.
• Redução do custo por bit em redes de banda
larga.
• Constituem uma plataforma óptica que pode
incorporar diferentes modos de transferência.
Benefícios Introduzidos pelas
Tecnologias de Caminho Óptico (II)
• Flexibilidade no fornecimento de serviços
S e rv iç o d e p a c o te s
S e rv iç o d e c irc u ito v irtu a l
IP
S e rv iç o d e c irc u ito
A T M / Fra m e re la y
S e rv iç o ó p tic o
SON ET / SD H
R e d e ó p tic a
Camadas de Serviço de uma rede de banda larga
Benefícios Introduzidos pelas
Tecnologias de Caminho Óptico (III)
• Restauração de falhas com caminhos Ópticos.
E s tru t u ra
em
R e d e Ó p t ic a
C a m a d a s R e d e S D HR e d e A T M
Camada
C irc u it o
d e C irc u it o
Camada
de
C a m in h o
1 .5 M
SD H
53 M
Camada
d e m e io
f í s ic o
F ib ra
ó p tic a
VC
VC
VP
VP
F ib ra
ó p tic a
C a m in h o
ó p tic o
F ib ra
ó p tic a
Arquitectura de redes SDH, ATM e Óptica. Função de restauração da rede
(camada de protecção de serviço).
Modelo para Cálculo da PB de
Caminho em WRONs
• Aplicável a redes com comutação de circuitos.
• Considera tráfego de entrada em tempo real.
• Tem em conta a correlação da utilização dos
comprimentos de onda em ligações sucessivas.
Pode por isso ser utilizado em redes com fraca
conectividade.
Pressupostos do Modelo
• As chamadas chegam a cada nó da rede de acordo com
um processo de Poisson com taxa .
• O tempo de duração das chamadas segue uma distribuição
exponencial com média 1/. A carga oferecida por estação
é então de = / .
• O encaminhamento das chamadas obedece ao critério do
caminho mais curto .
• O número de comprimentos de onda, F, é igual em todas
as ligações.
• Os comprimentos de onda são atribuídos a uma sessão de
forma aleatória de entre os disponíveis no caminho
associado.
Cálculo da Probabilidade de Bloqueio
- Para uma rede com N nós e com uma densidade de conversores de
comprimento de onda q.
N 1 F
Pb( l ) q, y f   T ( l ) (0, y f )(1  q)( l 1) 
Pb (q)    Pb (q, y f ) pl
l 1 y f 0
(l )
l 1
(l )
( l i 1)
Y
(
i
,
q
,
y
)
q
(
1

q
)
,

f
i 1
- A distribuição do comprimento de salto para uma topologia em anel
será então:
N 1
 2
,
para
N
ím
par
e
1

l

 N 1
2

bidireccional
N
 2
pl  
, para N par e 1  l 
unidireccional
2
 N 1
N
 1
1
,
para
N
par
e
l

pl 
, para 1  l  N  1
 N  1
2
N 1
Estimativa da Probabilidade de
Bloqueio em WRONs em Anel
• A topologia em anel permite implementar esquemas de
protecção eficientes (rede auto-reconfigurável em anel).
• É apontada como a topologia a utilizar na primeira fase de
implementação das redes ópticas WDM.
• O anel bidireccional com uma só fibra entre cada nodo
permite uma redução dos custos.
• Por outro lado o anel bidireccional com uma só fibra limita
a escabilidade da rede devido à acumulação de ruído ASE e
de ruído de intensidade relativo (RIN).
• Utilizando filtros ópticos adequados a rede pode suportar
mais de 40 nós espaçados de 40 km, ou 14 nós espaçados
de 80 km.
Probabilidade de Bloqueio para rede
WDM em anel com N=14
Probabilidade de bloqueio
1.0E+00
1.0E-01
1.0E-02
1.0E-03
1.0E-04
1.0E-05
1.0E-06
Uni, F=4
Bi, F=4
Uni, F=8
Bi, F=8
Uni, F=12
Bi, F=12
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Carga por estação [Erlang]
Probabilidade de Bloqueio para rede
WDM em anel com N=40
Probabilidade de bloqueio
1.0E+00
1.0E-01
1.0E-02
1.0E-03
1.0E-04
1.0E-05
1.0E-06
Uni, F=4
Bi, F=4
Uni, F=8
Bi, F=8
Uni, F=12
Bi, F=12
Uni, F=16
Bi, F=16
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Carga por estação [Erlang]
Conclusões (I)
• Numa rede em anel com N=14 existe uma carga por estação
(=0.25 Erlang) a partir da qual o anel unidireccional com F=8
possui um desempenho inferior ao do anel bidireccional com
metade dos comprimentos de onda por ligação.
• Numa rede em anel com N=40 o anel unidireccional com
F=16 possui um desempenho inferior ao do anel bidireccional
com metade dos comprimentos de onda por ligação para
cargas por estação superiores a =0.175 Erlang.
Probabilidade de Bloqueio para rede
WDM em anel unidireccional com N=14
e anel bidireccional com N=40
Probabilidade de bloqueio
1.0E+00
1.0E-01
1.0E-02
1.0E-03
1.0E-04
1.0E-05
Uni, F=4, N=14
Uni, F=8, N=14
Uni, F=10, N=14
Uni, F=12, N=14
Bi, F=4, N=40
Bi, F=8, N=40
Bi, F=10, N=40
Bi, F=12, N=40
1.0E-06
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Carga por estação [Erlang]
Probabilidade de Bloqueio para rede
WDM em anel unidireccional com N=14
e anel bidireccional com N=50
Probabilidade de bloqueio
1.0E+00
1.0E-01
1.0E-02
1.0E-03
1.0E-04
1.0E-05
Uni, F=4, N=14
Uni, F=8, N=14
Uni, F=10, N=14
Uni, F=12, N=14
Bi, F=4, N=50
Bi, F=8, N=50
Bi, F=10, N=50
Bi, F=12, N=50
1.0E-06
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Carga por estação [Erlang]
Probabilidade de Bloqueio para rede
WDM em anel com N=40 e com ou sem
permuta entre comprimentos de onda
Probabilidade de bloqueio
1.0E+00
1.0E-01
1.0E-02
1.0E-03
1.0E-04
1.0E-05
Uni, F=4
Uni, F=4, wc
Uni, F=8
Uni, F=8, wc
Bi, F=4
Bi, F=4, wc
Bi, F=8
Bi, F=8, wc
1.0E-06
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Carga por estação [Erlang]
Conclusões (II)
• Mostrou-se que uma rede bidireccional com N=40 é
superior a uma rede unidireccional com N=14 para os
mesmos valores de F.
• Também uma rede bidireccional com N=50 é superior a
uma rede unidireccional com N=14 desde que F>4.
• Mostrou-se ainda que a utilização de conversores de
comprimento de onda é mais eficaz na redução da
probabilidade de bloqueio para valores de F elevados e em
redes bidireccionais.