Algoritmos basados en programación lineal entera para el survivable routing and spectrum assignment problem

• Autores: Lebon, Juan Pablo
• Año de publicación: 2024
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis de grado
• Colaborador/a o director/a de tesis: Marenco, Javier Leonardo; Bonomo, Flavia
• Materia: PROGRAMACION LINEAL ENTERA; INVESTIGACION OPERATIVA; HEURISTICAS PRIMALES; DESCOMPOSICION DE BENDERS; REDES DE FIBRA OPTICA; RUTEO Y ASIGNACION DE ESPECTRO; INTEGER PROGRAMMING; OPERATION RESEARCH; PRIMAL HEURISTICS; BENDERS DECOMPOSITION; FIBER OPTIC NETWORKS; ROUTING AND SPECTRUM ASSIGMENT
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Las redes de fibra óptica utilizan la luz, transportada por un cable, como un medio de comunicación entre dos nodos de la red. En respuesta al crecimiento sostenido del tráfico en este tipo de redes, en los ́ últimos años se ha propuesto una nueva generación de redes de fibra óptica, llamada flexgrid elastic optical networks (EONs) con el objetivo de mejorar la eficiencia en el uso del espectro electromagnético y aumentar así la capacidad de las redes. En las EONs, el espectro de frecuencias de una fibra óptica se divide en slots de frecuencias relativamente pequeños, cada uno con un ancho de banda fijo. Se puede utilizar cualquier secuencia de slots consecutivos para formar un canal, que a su vez puede ser ruteado por la red para crear lo que se conoce como un lightpath. Dada la estructura de una red y un conjunto de demandas, el routing and spectrum assignment (RSA) problem consiste en establecer los lightpaths para un conjunto de demandas de tráfico, cada una de las cuales está expresada en términos de un nodo de origen, un nodo de destino y una cantidad de slots. Dado que cada lightpath está determinado por una ruta y un canal, el RSA consiste en encontrar una ruta y asignar un intervalo de slots para cada demanda. El survivable RSA with path protection es una variante de RSA, que corresponde a solicitar dos lightpaths para cada demanda: un camino titular y un camino de backup, y ambos deben respetar las restricciones de RSA. Este problema es N P-hard y ha recibido atención por parte de la comunidad especializada en los últimos años. En este trabajo se proponen distintos modelos de programación lineal entera para este problema, y se estudia su performance en la práctica sobre topologías reales. Se presentan además heurísticas para optimizar los modelos, buscando acelerar la obtención de soluciones factibles iniciales. Notando que el problema se puede descomponer en una fase de ruteo y una fase de asignación, se estudian esquemas de descomposición basados en la descomposición combinatoria de Benders para obtener soluciones a estos modelos mucho más rápidamente.
Fiber optic networks use light, transported through a cable, as a means of communication between two nodes in a network. In response to the sustained growth of traffic demands in recent years, a new generation of fiber optic networks called flexgrid elastic optical networks (EONs) has been proposed, with the goal of making better use of the electromagnetic spectrum and in turn improving the capacity of such networks. EONs divide the frequency spectrum of an optic fiber cable into narrow frequency slots, each with fixed bandwidth. Any consecutive sequence of slots can be used to form a simple channel, which in turn can be switched (or routed) in the network to establish a lightpath. Given a set of demands and the topology of a network, the routing and spectrum assignment problem (RSA) consists of establishing lightpaths for a set of demands, which are expressed in terms of a source node, a target node, and a required amount of slots. The survivable RSA with path protection problem is a variant of RSA, in which each demand is assigned two lightpaths: a main path, and a backup path, to provide tolerance for link failures in the network. This problem is N P-hard, and has received much attention in recent years. In this work, several Integer Programming models are proposed to tackle this problem, and their performance on real-world instances is studied. Aiming to improve the efficiency of such models, primal heuristics are proposed to accelerate the search of initial feasible solutions. Noting that the problem can be decomposed into a routing stage and an assignment stage, we propose alternative schemes to find solutions to these models based on Benders’ decomposition.
Fil: Lebon, Juan Pablo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.