Traffic Grooming in WDM NetworksTraffic Grooming in WDM Networks
Wang Yao
WDM TechnologyWDM Technology
increases the transmission capacityof optical fibers
allows simultaneously transmissionof multiple wavelengths within asingle fiber
SONETSONET
SONET ring network is currently the mostwidely deployed optical networkinfrastructure
SONET Add/Drop Multiplexer (SADM) canbe used to aggregate lower rate streamfrom different end-users into a singlehigh-rate SONET stream in Time DivisionMultiplexing (TDM) fashion.
In SADM, traffic needs to be processed inelectronic domain.
SONET over WDMSONET over WDM
With WDM technology, multiple SONETrings can be supported on a single fiberpair by using multiple wavelengths.
Requires more electronic multiplexingequipments .
The cost of electronics, instead of thecost of optics, dominates the cost ofoptical network
Optical Bypass using WADMOptical Bypass using WADM
WDM add/drop multiplexers (WADMs) provide theability to drop (or add) only the wavelength that carriesthe traffic destined to (or originated from) the node.
On the other hand, WADMs bypass other wavelengthsoptically.
f1
Traffic GroomingTraffic Grooming
Every wavelength needs a SADMonly at every node where it is ended
Using the optical bypassing capacityprovided by WADMs, the traffic canbe groomed in such a way that thetotal number of SADMs needed isminimized.
Traffic Grooming Illustrated (I)Traffic Grooming Illustrated (I)
Unidirectional ring network with fournodes
each wavelength supports an OC-48ring
between each pair of nodes there areeight OC-3 circuits
Traffic Grooming Illustrated (II)Traffic Grooming Illustrated (II)
Trafficassignment:
1: 1↔2, 3↔4
2: 1↔3, 2↔4
3: 1↔4, 2↔3
f2-1
Traffic Grooming Illustrated (III)Traffic Grooming Illustrated (III)
Trafficassignment:
1: 1↔2, 1↔3
2: 2↔3, 2↔4
3: 1↔4, 3↔4
f2-2
Traffic Grooming RWA (I)Traffic Grooming RWA (I)
without considering sharing ofSADMs, each lightpath requires twoSADMs
Proper routing and wavelengthassignment (RWA) allows moresharing of SADMs among lightpaths
Traffic Grooming RWA (II)Traffic Grooming RWA (II)
RWA#1
   1: 1↔2, 2↔3, 4↔5, 5↔6, 7↔8, 8↔9 (9 SADMs)
    2: 1↔3, 4↔6, 7↔9 (6 SADMs)
    Total = 15 SADMs
 
RWA#2
   1: 1↔2, 2↔3, 3↔1 (3 SADMs)
    2: 4↔5, 5↔6, 6↔4 (3 SADMs)
    2: 7↔8, 8↔9, 9↔7 (3 SADMs)
   Total = 9 SADMs
Traffic Grooming RWA (III)Traffic Grooming RWA (III)
Two-step approach to design network
low level grooming of tributaries traffic ontolightpaths
executing RWA algorithm on the resultinglightpaths
An improvement of 20% can be achieved ifthe two steps are considered jointly.
 
Traffic Grooming RWA (IV)Traffic Grooming RWA (IV)
Two goals to design network
Minimum number of wavelengths
Minimum number of electronicequipments (SADMs)
The two goals may not be achievedsimutaneously
 
Modeling Traffic GroomingModeling Traffic Grooming
Integer Linear Programming (ILP) approach
f5
Single-hop bidirectional ring
Modeling Traffic GroomingModeling Traffic Grooming
Nomenclature
f6-1
f6-2
Modeling Traffic GroomingModeling Traffic Grooming
Computational Complexity
NP-complete
Needs heuristic algorithm
Special Cases
Static traffic
Uniform traffic
Hub traffic
Grooming BenefitGrooming Benefit
unidirectional ring with uniform traffic
f3
Heuristic Two-Step ApproachHeuristic Two-Step Approach
Pack traffic demands (e.g., OC-3s) intocircles
Capacity of each circle equals to basictributary rate (OC-3)
Contains nonoverlapping traffic
All the circles are grouped intowavelengths
As many end nodes as possible must bematched
Grooming Dynamic TrafficGrooming Dynamic Traffic
Most earlier works focus on statictraffic, which is applicable in networkdesign with well-estimated steadytraffic demands
Traffic demands may change over along period, it is important toaccommodate traffic changes.
Grooming with Cross-ConnectsGrooming with Cross-Connects
Another approach to reduce SADMs is touse cross-connects at several nodes.
Cross-connects is capable of switch trafficfrom one wavelength to another wavelength
Various network architectures with differentamounts of cross-connect capabilities havebeen studied.
Usually less electronics can be achieved atthe expense of more wavelengths.
Grooming in IP/WDM NetworksGrooming in IP/WDM Networks
In future IP over WDM networks,SADMs may not be needed.
The function of multiplexing trafficonto wavelengths falls on IP routers.
Optical bypass ability may beprovided by WDM cross-connect.
Grooming in IP/WDM NetworksGrooming in IP/WDM Networks
Without optical bypass, routers would be burdenedwith processing information on all wavelengths.
The goal is to minimized the number of ports innetworks.
Z:\courses\optical\down\figure\f4.jpg
Grooming in Mesh NetworksGrooming in Mesh Networks
Due to the increase of Internet traffic,more WDM networks would bedeployed in general mesh topologyto meet this demands. Thus morework needs to be done in the meshnetworks grooming problem.
AcknowledgementAcknowledgement
1.Eytan Modiano and Phil Lin, "Traffic Grooming in WDMnetworks," IEEE Communications Magazine, July, 2001.
2.J. Wang, W. Cho, V. R. Vemuri, and B. Mukherjee, “ImprovedApproaches for Cost-Effective Traffic Grooming in WDM RingNetworks: ILP Formulations, Single-Hop and MultihopConnections,” IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology,vol. 19, no. 11, pp. 1645-1653, Nov. 2001.
3.X. Zhang and C. Qiao, “An Effective and ComprehensiveApproach to Traffic Grooming and Wavelength Assignment inSONET/WDM Rings,” IEEE/ACM Transactions onNetworking, VOL. 8, No. 5, October 2000.
This presentation document is based onthe following papers.
Thanks!