Heuristic algorithms for virtual topology design and routing and wavelength assignment in WDM networks

doctoral thesis

• Title (croatian): Heuristički algoritmi za planiranje virtualnih topologija, usmjeravanje i dodjeljivanje valnih duljina u WDM mrežama
• Author: Nina Skorin-Kapov
• Mentor: Mladen Kos (mentor)
• Committee member: Vedran Mornar (član povjerenstva)
• Committee member: Mladen Kos (član povjerenstva)
• Committee member: Nicholas Puech (član povjerenstva); strani drzavljanin: Nije dostupno
• Committee member: Branko Mikac (član povjerenstva)
• Committee member: Ignac Lovrek (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Electrical Engineering and Computing; (Department of Telecommunications); Zagreb
• Defense date and country: 2006, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Electrical Engineering; Telecommunications and Informatics
• Universal decimal classification (UDC): 654 - Telecommunication and telecontrol ; 621.3 - Electrical engineering

Abstract

This thesis investigates the problem of designing virtual topologies in wavelength routed WDM (Wavelength Division Multiplex) optical networks. In such networks, a virtual topology is created over the physical optical network by establishing all-optical connections, called lightpaths, between pairs of nodes. Transport via a lightpath is entirely in the optical domain. A virtual topology can also be composed of a set of light-trees which optically connect a subset of nodes in the network. In order to establish a virtual topology, it is necessary to determine a set of lightpaths/light-trees, find for them corresponding paths in the physical topology and assign wavelengths to them. Finally, packet-switched traffic is routed over the virtual topology. The thesis focuses on the problem of routing and assigning wavelengths to lightpaths and light-trees, and the virtual topology design problem in WDM networks. These problems are NP-complete so heuristic algorithms are needed to help solve them. Proposed are efficient heuristic algorithms for the Routing and Wavelength Assignment (RWA) of static and scheduled lightpath demands. Furthermore, developed is a heuristic for multicast routing and algorithms for static multicast RWA. Virtual Topology Design is investigated considering various objective criteria, and an additional objective criterion is proposed. Efficient heuristic algorithms are developed to help solve this problem. To assess the quality of the solutions obtained by the proposed algorithms, new analytical lower bounds for the corresponding problems are developed.

Abstract (croatian)

Doktorska disertacija istražuje problem planiranja virtualnih topologija u optčkim WDM (Wavelength Division Multiplex) mrežama temeljenim na valnom usmjeravanju. U takvim mrežama, gradi se virtualna topologija nad fizičkom optičkom mrežom uspostavom sve-optičkih kanala, ili svjetlosnih putova, između parova čvorova. Transport po svjetlosnim putovima odvija se isključivo u optičkoj domeni. Virtualna topologija se također može sastojati od skupa svjetlosnih stabala koji sve-optički povezuju skup čvorova. Kako bi se uspostavila virtualna topologija, potrebno je odrediti skup zahtjeva za svjetlosnim putovima/stablima, naći njima odgovarajuće putove u fizičkoj topologiji te im dodijeliti valne duljine. Paketski promet se potom usmjerava kroz uspostavljenu virtualnu topologiju. Istraživanja su fokusirana na problem usmjeravanja i dodjeljivanja valnih duljina svjetlosnim putovima i stablima, te općeniti problem planiranja virtualnih topologija u WDM mrežama. Ovi problemi su NP-potpuni optimizacijski problemi, te su potrebni heuristički algoritmima za njihovo rješavanje.
Predloženi su efikasni heuristički algoritmi za probleme usmjeravanja i dodjeljivanja valnih duljina statičkim te raspoređenim zahtjevima za svjetlosnim putovima. Nadalje, razvijen je efikasan heuristički algoritam za višeodredišno usmjeravanje, te heuristike za problem statičkog višeodredišnog usmjeravanja i dodjeljivanja valnih duljina. Istraženo je planiranje virtualnih topologija uzimajući u obzir više ciljeva, te je predložen dodatan kriterij pri planiranju virtualnih topologija. Razvijeni su efikasni heuristicki algoritmi za rješavanje ovog problema.
Kako bismo utvrdili kvalitetu rješenja dobivenih predloženim algoritmima, razvijene su nove analitičke donje granice za navedene probleme.

• Keywords: WDM; wavelength routed optical networks; routing and wavelength assignment; virtual topology design; heuristic algorithms; lightpaths/light-trees; bin packing; optical multicasting; tabu search; GRASP
• Keywords (croatian): WDM; optičke mreže temeljene na valnom usmjeravanju; usmjeravanje i dodjeljivanje valnih duljina; planiranje virtualnih topologija; heuristički algoritmi; svjetlosni putovi/stabla; problem pakiranja; optičko višeodredišno razašiljanje; tabu pretraživanje; GRASP
• Language: english
• URN:NBN: urn:nbn:hr:168:644346
• Study programme: Title: Doctoral study programme "Electrical Engineering and Computing"; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, po-dručje tehničkih znanosti (doktor/doktorica znanosti, po-dručje tehničkih znanosti)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Closed access
• Created on: 2019-07-19 10:41:05