Maximizando a taxa de transmissão em sistemas ópticos utilizando inteligência de enxames

Resumo

A crescente demanda de dados por serviços de telecomunicações como Streaming de vídeos, Internet das Coisas (IOT), Computação em nuvem, redes sociais e conectividade móvel exige cada vez mais, redes que sejam capazes de lidar com uma grande quantidade de informações de maneira ágil e resistente a falhas. Atualmente, as redes ópticas são consideradas a solução mais eficiente para atender às demandas em larga escala, conseguindo atingir uma alta taxa de transmissão com um custo relativamente baixo, e sendo resistente a interferências. Uma das maneiras de melhorar a eficiência das redes é utilizar sistemas dinâmicos, de modo que seja possível reconfigurá-las em tempo real. Nas redes dinâmicas os pontos de operações dos amplificadores ópticos são ajustados de acordo com a demanda, com o objetivo de melhorar ou manter a qualidade de transmissão (QOT). O desafio de tornar a definição desse ponto de operação automática é chamado de ACOP (Adaptative Control of Operating Point) e tem impacto na qualidade de transmissão dos canais ópticos. Algumas técnicas de ACOP foram propostas na literatura com o objetivo de melhorar a OSNR (Optical Signal-To-Noise Ratio) de enlaces ópticos. No entanto, para uma perspectiva de rede, é interessante levar em consideração a métrica “Taxa de Transmissão”. Existe uma relação entre OSNR e taxa de transmissão. Portanto, otimizar o OSNR geralmente significa otimizar a taxa de transmissão. Porém, a otimização do OSNR de vários canais não maximiza necessariamente a taxa de transmissão geral em um enlace óptico. Propomos uma abordagem ACOP baseada em um algoritmo de otimização de população mono-objetivo com o objetivo de maximizar a taxa de transmissão geral em um link óptico, definindo os melhores pontos de operação para cada amplificador. Selecionamos o PSO (Particle Swarm Optimization) para este propósito. O algoritmo PSO foi escolhido porque pode resolver problemas com um grande número de dimensões e com uma alta capacidade de exploração. Implementamos o algoritmo PSO usando programação JAVA e simulamos os links ópticos usando as informações de um protótipo de um amplificador comercial. Realizamos simulações em cenários com 5, 6, 7 e 8 amplificadores por link, utilizando as técnicas ACOP apresentadas na literatura (AdGC, AsHB-Flex, MaxGain, MOO), o método LossComp, que é o método tradicional no desenvolvimento de links óticos e nossa proposta que utiliza PSO. Os resultados foram promissores e mostraram que foi possível atingir a taxa de transmissão máxima de 16 Tb/s para links com até 7 amplificadores. Para cenários com 8 amplificadores, a taxa máxima alcançada foi de 8,6 Tb / s. Nenhuma das abordagens ACOP anteriores encontradas na literatura foi capaz de atingir simultaneamente a taxa de transmissão máxima em links com 5, 6 e 7 amplificadores. A continuidade do trabalho busca encontrar técnicas de otimização que tenham melhor desempenho na maximização da taxa de transmissão em enlaces ópticos.