Resource optimization in passive optical networks: dynamic bandwidth Allocation, Evolution, and Cost-Effective Capacity Upgrades

Abstract

This thesis is a result of contributions to optimize or improve resource allocation in Passive Optical Networks (PON). The contributions are related with resource allocation during PON operation and with the upgrade process to allocate more capacity to the network in an "as-needed" fashion. We first address algorithms for Dynamic Bandwidth Allocation (DBA) in the upstream channel of Ethernet-based PONs through providing a state-of-the-art survey and proposing two algorithms. The proposed DBA results demonstrate improved performance and fairness among users. Then we introduce the problem of allocating new capacity to an existing PON through addition of wavelength (channels) and line-rate upgrades. In this regard, we first analyze possible strategies for PON evolution, and then we provide a new cost-based method to optimize the upgrade process in a per-period basis. The results on PON evolution analysis and our capacity-upgrade method contribute to cost reductions while optimizing new channel allocation, maximizing network capacity usage, and assuring minimum disturbances.<br/><br/>Esta tesis es el resultado de contribuciones para optimizar o mejorar la distribución de recursos en Redes Ópticas Pasivas (PONs). Las contribuciones están relacionadas con el uso de los recursos durante la operación de las PONs y con el proceso de incremento en la capacidad en la red de forma gradual. Primero enfocamos el estudio en algoritmos de Distribución Dinámica de Ancho de Banda (DBA, por las siglas en inglés) sobre el canal ascendente de las redes PON basadas en Ethernet, para lo cual proveemos un resumen del estado del arte y proponemos dos nuevos algoritmos. Los resultados de evaluar los DBA propuestos demuestran mejoras en el rendimiento y mayor justicia entre los usuarios. Posteriormente se introduce el problema de asignar más capacidad a una PON existente mediante la implementación de nuevas longitudes de onda (canales) y aumento de la tasa de línea. Finalmente se plantea un método que minimiza las inversiones en el proceso de migración de las redes PON. Los resultados en el análisis de la evolución de las PONs y nuestro método basado en costos para incrementar la capacidad, contribuyen a reducir la inversión a la vez que se optimiza la implementación y asignación de nuevos canales, maximizando el uso de la capacidad de la red, y asegurando mínimos cortes de servicios.