Resource Allocation Management in Optical OFDM Networks

Hadi, Mohammad; Pakravan, Mohammad Reza

Please enable javascript in your browser.

Resource Allocation Management in Optical OFDM Networks

Hadi, Mohammad | 2018

1121 Viewed

Type of Document: Ph.D. Dissertation
Language: Farsi
Document No: 51417 (05)
University: Sharif University of Technology
Department: Electrical Engineering
Advisor(s): Pakravan, Mohammad Reza
Abstract:
Consistent growth in volume and dynamic behavior of traffic mandates new requirements for fast and adaptive resource allocation in modern optical networks.Elastic optical networks have been proposed to provide a competitive and scalable solution by creating tunable high-capacity optical communication networks in which network elements are configured according to the actual need to minimize resource usage for the specified service requirements. Resource allocation with quality of service constraints is one of the most challenging problems in elastic optical networks which is conventionally formulated as a complex mixed-integer nonlinear optimization program.In this research work, we focus on novel properties of geometric optimization and provide a systematic routine for resource allocation which aims at minimization of transmit optical power and spectrum usage constrained to bit error rate requirements. We propose a posynomial expression for signal to noise ratio in which fiber nonlinearities and amplified spontaneous emission noise have been considered. We also propose posynomial expressions that relate modulation level and coding rate to the corresponding minimum required signal to noise ratio. We then use the posynomial expressions to develop a fast geometric formulation for optimum transponder configuration. Simulation results demonstrate that the proposed solution has a very good accuracy and much lower computational complexity in comparison with mixed-integer nonlinear formulation. As example for European Cost239 optical network with 126 transmit transponders, the geometric formulation can be more than 22 times faster than its mixed-integer nonlinear counterpart. We also investigate the problem of energy-efficient resource allocation constrained to bit error rate requirements in OFDM-based elastic optical networks and provide a novel formulation to configure transponders for minimum power consumption.We show how signal to noise ratio and transponder power consumption are represented by convex expressions and use the results to provide a convex formulation for optimizing transponder parameters. Unlike the conventional formulations,we consider transmitted optical power as an optimization variable tuned for each lightpath and show how this improves power consumption of different transponder elements. Simulation results demonstrate that our convex formulation for transponder parameter assignment is considerably faster than its mixed-integer nonlinear counterpart and reduces total transponder power consumption more than 13% compared to fixed transponder configuration scheme. Furthermore, we investigate the effect of adaptive modulation assignment on power consumption and show it is not necessary to have complex transponders supporting large number of modulation levels.Finally, we consider the problem of energy-efficient resource allocation constrained to quality of service and physical requirements in OFDM-based software-defined inter-data center elastic optical networks. We consider two types of services which are called delay-sensitive and delay-tolerant. A deterministic and a stochastic mixed-integer nonlinear program with a target of minimizing the total transponder power consumption are formulated which their solutions provide a long-term and a short-term configuration for delay-sensitive service and delay-tolerant service transponders, respectively. We use geometric and stochastic Lyapunov optimization techniques to convert the complex mixed-integer nonlinear formulations to their equivalent convex forms that can be solved more than one order of magnitude faster. We demonstrate that total power consumption of delay-tolerant service transponders is reduced by more than 35% when average traffic load is 20% and transponder parameters are adaptively reconfigured. Furthermore,we show that there is an adjustable tradeoff between transmission delay and transponder power consumption in the proposed transponder configuration scheme
Keywords:
Elastic Optical Networks (EON) ; Resource Management ; Convex Optimization ; Stochastic Optimization ; Service Quality ; Resources Allocation ; Geometric Programming ; Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

Digital Object List

محتواي کتاب
view

Bookmark

Hadi_Thesis_1
- فهرست تصاویر
- فهرست جداول
- مقدمه
- مروری بر مبانی شبکه‌های منعطف نوری
  - مبنای عملکردی OFDM
    - اصول نظری OFDM
    - ساختار بلوکی یک سامانه OFDM
    - مزایا و معایب OFDM
  - مبانی عملکردی OFDM نوری
    - شیوه‌های تولید سیگنال OFDM نوری
    - شیوه‌های آشکارسازی سیگنال OFDM نوری
    - روش MIMO-OFDM نوری
  - شبکه‌های OFDM نوری
    - مفهوم شبکه‌های منعطف نوری
    - فن‌آوری‌های موجود برای ساخت شبکه‌های OFDM نوری
    - مسائل شبکه‌ای در شبکه‌های OFDM نوری
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی هندسی
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی هندسی
  - تبیین قید کیفیت خدمات بر مبنای توابع پوزینمیال
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی هندسی
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی هندسی
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی محدب
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی محدب
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی محدب
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی محدب
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی تصادفی
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی تصادفی
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی تصادفی
  - فرمول‌بندی مسئله تخصیص منابع بلندمدت
  - فرمول‌بندی مسئله تخصیص منابع کوتاه‌مدت
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی تصادفی
  - جمع‌بندی
- نتیجه‌گیری و پیشنهادها
- مراجع
- واژه‌نامه انگلیسی به فارسی
Blank1
- فهرست تصاویر
- فهرست جداول
- مقدمه
- مروری بر مبانی شبکه‌های منعطف نوری
  - مبنای عملکردی OFDM
    - اصول نظری OFDM
    - ساختار بلوکی یک سامانه OFDM
    - مزایا و معایب OFDM
  - مبانی عملکردی OFDM نوری
    - شیوه‌های تولید سیگنال OFDM نوری
    - شیوه‌های آشکارسازی سیگنال OFDM نوری
    - روش MIMO-OFDM نوری
  - شبکه‌های OFDM نوری
    - مفهوم شبکه‌های منعطف نوری
    - فن‌آوری‌های موجود برای ساخت شبکه‌های OFDM نوری
    - مسائل شبکه‌ای در شبکه‌های OFDM نوری
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی هندسی
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی هندسی
  - تبیین قید کیفیت خدمات بر مبنای توابع پوزینمیال
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی هندسی
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی هندسی
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی محدب
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی محدب
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی محدب
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی محدب
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی تصادفی
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی تصادفی
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی تصادفی
  - فرمول‌بندی مسئله تخصیص منابع بلندمدت
  - فرمول‌بندی مسئله تخصیص منابع کوتاه‌مدت
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی تصادفی
  - جمع‌بندی
- نتیجه‌گیری و پیشنهادها
- مراجع
- واژه‌نامه انگلیسی به فارسی
Hadi_Thesis_2
- فهرست تصاویر
- فهرست جداول
- مقدمه
- مروری بر مبانی شبکه‌های منعطف نوری
  - مبنای عملکردی OFDM
    - اصول نظری OFDM
    - ساختار بلوکی یک سامانه OFDM
    - مزایا و معایب OFDM
  - مبانی عملکردی OFDM نوری
    - شیوه‌های تولید سیگنال OFDM نوری
    - شیوه‌های آشکارسازی سیگنال OFDM نوری
    - روش MIMO-OFDM نوری
  - شبکه‌های OFDM نوری
    - مفهوم شبکه‌های منعطف نوری
    - فن‌آوری‌های موجود برای ساخت شبکه‌های OFDM نوری
    - مسائل شبکه‌ای در شبکه‌های OFDM نوری
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی هندسی
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی هندسی
  - تبیین قید کیفیت خدمات بر مبنای توابع پوزینمیال
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی هندسی
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی هندسی
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی محدب
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی محدب
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی محدب
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی محدب
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی تصادفی
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی تصادفی
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی تصادفی
  - فرمول‌بندی مسئله تخصیص منابع بلندمدت
  - فرمول‌بندی مسئله تخصیص منابع کوتاه‌مدت
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی تصادفی
  - جمع‌بندی
- نتیجه‌گیری و پیشنهادها
- مراجع
- واژه‌نامه انگلیسی به فارسی
Blank2
- فهرست تصاویر
- فهرست جداول
- مقدمه
- مروری بر مبانی شبکه‌های منعطف نوری
  - مبنای عملکردی OFDM
    - اصول نظری OFDM
    - ساختار بلوکی یک سامانه OFDM
    - مزایا و معایب OFDM
  - مبانی عملکردی OFDM نوری
    - شیوه‌های تولید سیگنال OFDM نوری
    - شیوه‌های آشکارسازی سیگنال OFDM نوری
    - روش MIMO-OFDM نوری
  - شبکه‌های OFDM نوری
    - مفهوم شبکه‌های منعطف نوری
    - فن‌آوری‌های موجود برای ساخت شبکه‌های OFDM نوری
    - مسائل شبکه‌ای در شبکه‌های OFDM نوری
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی هندسی
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی هندسی
  - تبیین قید کیفیت خدمات بر مبنای توابع پوزینمیال
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی هندسی
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی هندسی
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی محدب
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی محدب
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی محدب
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی محدب
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی تصادفی
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی تصادفی
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی تصادفی
  - فرمول‌بندی مسئله تخصیص منابع بلندمدت
  - فرمول‌بندی مسئله تخصیص منابع کوتاه‌مدت
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی تصادفی
  - جمع‌بندی
- نتیجه‌گیری و پیشنهادها
- مراجع
- واژه‌نامه انگلیسی به فارسی
Esalat
Blank3
- فهرست تصاویر
- فهرست جداول
- مقدمه
- مروری بر مبانی شبکه‌های منعطف نوری
  - مبنای عملکردی OFDM
    - اصول نظری OFDM
    - ساختار بلوکی یک سامانه OFDM
    - مزایا و معایب OFDM
  - مبانی عملکردی OFDM نوری
    - شیوه‌های تولید سیگنال OFDM نوری
    - شیوه‌های آشکارسازی سیگنال OFDM نوری
    - روش MIMO-OFDM نوری
  - شبکه‌های OFDM نوری
    - مفهوم شبکه‌های منعطف نوری
    - فن‌آوری‌های موجود برای ساخت شبکه‌های OFDM نوری
    - مسائل شبکه‌ای در شبکه‌های OFDM نوری
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی هندسی
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی هندسی
  - تبیین قید کیفیت خدمات بر مبنای توابع پوزینمیال
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی هندسی
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی هندسی
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی محدب
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی محدب
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی محدب
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی محدب
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی تصادفی
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی تصادفی
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی تصادفی
  - فرمول‌بندی مسئله تخصیص منابع بلندمدت
  - فرمول‌بندی مسئله تخصیص منابع کوتاه‌مدت
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی تصادفی
  - جمع‌بندی
- نتیجه‌گیری و پیشنهادها
- مراجع
- واژه‌نامه انگلیسی به فارسی
Reviewers
Blank4
- فهرست تصاویر
- فهرست جداول
- مقدمه
- مروری بر مبانی شبکه‌های منعطف نوری
  - مبنای عملکردی OFDM
    - اصول نظری OFDM
    - ساختار بلوکی یک سامانه OFDM
    - مزایا و معایب OFDM
  - مبانی عملکردی OFDM نوری
    - شیوه‌های تولید سیگنال OFDM نوری
    - شیوه‌های آشکارسازی سیگنال OFDM نوری
    - روش MIMO-OFDM نوری
  - شبکه‌های OFDM نوری
    - مفهوم شبکه‌های منعطف نوری
    - فن‌آوری‌های موجود برای ساخت شبکه‌های OFDM نوری
    - مسائل شبکه‌ای در شبکه‌های OFDM نوری
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی هندسی
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی هندسی
  - تبیین قید کیفیت خدمات بر مبنای توابع پوزینمیال
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی هندسی
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی هندسی
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی محدب
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی محدب
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی محدب
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی محدب
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی تصادفی
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی تصادفی
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی تصادفی
  - فرمول‌بندی مسئله تخصیص منابع بلندمدت
  - فرمول‌بندی مسئله تخصیص منابع کوتاه‌مدت
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی تصادفی
  - جمع‌بندی
- نتیجه‌گیری و پیشنهادها
- مراجع
- واژه‌نامه انگلیسی به فارسی
Hadi_Thesis_5_end
Hadi_Thesis_en
- فهرست تصاویر
- فهرست جداول
- مقدمه
- مروری بر مبانی شبکه‌های منعطف نوری
  - مبنای عملکردی OFDM
    - اصول نظری OFDM
    - ساختار بلوکی یک سامانه OFDM
    - مزایا و معایب OFDM
  - مبانی عملکردی OFDM نوری
    - شیوه‌های تولید سیگنال OFDM نوری
    - شیوه‌های آشکارسازی سیگنال OFDM نوری
    - روش MIMO-OFDM نوری
  - شبکه‌های OFDM نوری
    - مفهوم شبکه‌های منعطف نوری
    - فن‌آوری‌های موجود برای ساخت شبکه‌های OFDM نوری
    - مسائل شبکه‌ای در شبکه‌های OFDM نوری
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی هندسی
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی هندسی
  - تبیین قید کیفیت خدمات بر مبنای توابع پوزینمیال
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی هندسی
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی هندسی
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی محدب
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی محدب
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی محدب
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی محدب
  - جمع‌بندی
- تخصیص منابع مبتنی بر بهینه‌سازی تصادفی
  - معرفی مدل سیستم
  - مروری بر بهینه‌سازی تصادفی
  - فرمول‌بندی مسئله بهینه‌سازی با استفاده از بهینه‌سازی تصادفی
  - فرمول‌بندی مسئله تخصیص منابع بلندمدت
  - فرمول‌بندی مسئله تخصیص منابع کوتاه‌مدت
  - نتایج شبیه‌سازی بهینه‌سازی تصادفی
  - جمع‌بندی
- نتیجه‌گیری و پیشنهادها
- مراجع
- واژه‌نامه انگلیسی به فارسی

Friend's email
Your name
Your email
enter code