Дослідження методів маршрутизації з конверсією довжини хвилі - Фрейхат, Ахмад Мохаммад Мустафа (Національний університет "Львівська політехніка", 2010)
Work is devoted development and research of methods and mathematical models of routing in AON with conversion of wave-length. Wave converters execute transformation of lengths of waves which enter knot, in a new set which sharply increases a carrying capacity due to realization of the adaptive routing on free lengths of waves. The analysis of nonlinear effects of OV allowed to recommend the method of conversion of wave-length with the use of effect of the four wave mixing for realization of routers. It is rotined that the products of mixing can appear in the necessary ductings, that allows managing routing of messages in such systems. The mathematical model of Aon is first created and investigational with the stratified structure allowed to minimize the number of converters from one wave-length to other nearby (limited conversion) for networks with an arbitrary and circular topology, providing the maintainance of streams and minimizing the number of the utilized lengths of waves. Theorems are well-proven about the necessary amount of lengths of waves and proper converters the algorithm of choice of wave-length and routing in a bilateral ring network, which require the less number of converters (at 3,5 time) at the insignificant increase of number of in-use lengths of waves (on 25 %) as compared to known, allowed to offer, in networks with one port knots. The knot of ring network requires the use no more than one converter. The mathematical model of determination of blocking is created and investigational in fully optical networks with the fixed routing and limited range of transformation of lengths of waves in a knot. A theorem which determines distributing of number of the free light ductings is well-proven. The numerical analysis of fragment is conducted all-optical network.Работа посвящена разработке и исследованию методов и математических моделей маршрутизации в полностью оптических сетях с конверсией длины волны. Проведен системный анализ современных требований для построения оптических сетей, их классификации, типичных методов построения показал возможность повышения эффективности работы сетей в случае использования методов и устройств полностью оптической обработки и маршрутизации сообщений, то есть переходу к полностью оптическим сетям (АОN). Основными элементами таких сетей являются волновые конвертеры, которые позволяют выполнить преобразование поступающих в узел длин волн в новый набор, что увеличивает пропускную способность, благодаря реализации адаптивной маршрутизации по свободным длинам волн. Проанализированы модели частотного плана DWDM систем, в частности рассмотрены сетки с разной степенью разреженности каналов. Показано, что равномерное распределение каналов позволяет оптимизировать работу волновых конвертеров, лазеров и других устройств АОN. Также детально рассмотрены основные устройства и элементы оптических сетей и проведен сравнительный анализ характеристик ОВ по величине дисперсии и затуханию. Анализ нелинейных эффектов ОВ, которые обусловлены нелинейным отзывом оптически прозрачного вещества на увеличение интенсивности светового потока, позволил рекомендовать метод конверсии длины волны с использованием эффекта четырехволнового смешивания для реализации маршрутизаторов. Показано, что продукты смешивания могут появляться в необходимых каналах, что позволяет управлять маршрутизацией сообщений в таких системах. Мощность результата смешивания зависит от таких факторов, как способ размещения входных каналов, мощности излучения, вида ОВ. Чем больший коэффициент дисперсии ОВ, большая мощность передачи в одном канале, или гуще размещены каналы передачи, тем большую мощность продуктов четырехволнового смешивания можно получить в данном типе конвертеров на заданной длине волны. Это позволило предложить реализацию полностью оптического маршрутизатора AON. Рассмотрены методы повышения эффективности полностью оптических сетей, в частности с использованием оптических мультиплексоров ввода/выво¬да и конвертеров длины волны. Впервые создана и исследована математическая модель АОN со слоистой структурой позволила минимизировать число конвертеров длины волны с одной длины волны на другую соседнюю (ограни¬ченная конверсия) в сетях с произвольной и кольцевой топологией, обеспечивая сохранение потоков и число использованных длин волн. На основе доказанных теорем о необходимом количестве длин волн и соответствующих конвертеров предложен алгоритм выбора длины волны и маршрутизации в двусторонней кольцевой сети с конвертерами длины волны. Разработаны алгоритмы маршрутизации, которые требуют меньшего числа конвертеров (в 3,5 раза) при незначительном увеличении числа используемых длин волн (на 25 %) по сравнению с известными, в сетях с однопортовыми узлами. Показано, что любой узел кольцевой сети требует использования не более чем одного конвертера. Впервые создана и исследована математическая модель определения блокировок в АОN с фиксированной маршрутизацией и ограниченным диапазоном превращения длин волн в узле, исследовано распределение числа свободных световых каналов на звеньях сети, что дало возможность определить вероятность блокировок в зависимости от интенсивности поступления потока заявок на маршрут. Доказана теорема, которая определяет распределение числа свободных световых каналов. Проведенный численный анализ фрагмента АОN из двух узлов, показал уменьшение вероятности блокировок приблизительно в два разы при изменении интенсивности нагрузки в пределах и интенсивности неблокированных потоков.Роботу присвячено розробці та дослідженню методів і математичних моделей маршрутизації в AON з конверсією довжини хвилі. Хвилеві конвертери виконують перетворення довжин хвиль, що поступають у вузол, в новий набір, що збільшує пропускну здатність завдяки реалізації адаптивної маршрутизації по вільних довжинах хвиль. Аналіз нелінійних ефектів в ОВ дозволив рекомендувати метод конверсії довжини хвилі з використанням ефекту чотирихвилевого змішування для реалізації маршрутизаторів. Показано, що продукти змішування можуть з'являтися в необхідних каналах, що дозволяє управляти маршрутизацією повідомлень в таких системах. Вперше створена і досліджена математична модель АОN з шаруватою структурою дозволила мінімізувати число конвертерів з однієї довжини хвилі до іншої сусідньої (обмеженої конверсії) для мереж з довільною і кільцевою топологією, забезпечуючи збереження потоків і мінімізуючи число використаних довжин хвиль. Доведені теореми про необхідну кількість довжин хвиль і відповідних конвертерів дозволили запропонувати алгоритм вибору довжини хвилі і маршрутизації в двосторонній кільцевій мережі, які вимагають меншого числа конвертерів (у 3,5 разу) при незначному збільшенні числа використовуваних довжин хвиль (на 25 %) в порівнянні з відомими, в мережах з однопортовими вузлами. Вузол кільцевої мережі вимагає використання не більше, ніж одного конвертера. Створена і досліджена математична модель визначення блокувань в повністю оптичних мережах з фіксованою маршрутизацією і обмеженим діапазоном перетворення довжин хвиль у вузлі. Доведена теорема, яка визначає розподіл числа вільних світлових каналів. Проведений чисельний аналіз фрагмента повністю оптичної мережі, що складається з двох ланок, показав зменшення імовірності блокувань приблизно в два рази при зміні інтенсивності навантаження в межах та інтенсивності неблокованих потоків.
Исследование методов маршрутизации с конверсией длины волны
Research of methods of routing with conversion of wave-length
Keywords: повністю оптична мережа; маршрутизація; конвертери довжини хвилі; полностью оптическая сеть (АОN); маршрутизация; конвертеры длины волны; повністю оптична мережа; маршрутизація; конвертери довжини хвилі; all-optical network (AON); routing, converters of wave-length