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Ing´ enierie des r´ eseaux optiques SDH et WDM et ´ etude multicouche IP/MPLS s

Ing´ enierie des r´ eseaux optiques SDH et WDM et ´ etude multicouche IP/MPLS sur OTN sur DWDM Sami Baraketi To cite this version: Sami Baraketi. Ing´ enierie des r´ eseaux optiques SDH et WDM et ´ etude multicouche IP/MPLS sur OTN sur DWDM. R´ eseaux et t´ el´ ecommunications [cs.NI]. Universite Toulouse III Paul Sabatier, 2015. Fran¸ cais. <tel-01150507> HAL Id: tel-01150507 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01150507 Submitted on 11 May 2015 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entiﬁc research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ ee au d´ epˆ ot et ` a la diﬀusion de documents scientiﬁques de niveau recherche, publi´ es ou non, ´ emanant des ´ etablissements d’enseignement et de recherche fran¸ cais ou ´ etrangers, des laboratoires publics ou priv´ es. TH ` ESE TH ` ESE En vue de l’obtention du DOCTORAT DE L’UNIVERSIT´ E DE TOULOUSE D´ elivr´ e par : l’Universit´ e Toulouse 3 Paul Sabatier (UT3 Paul Sabatier) Pr´ esent´ ee et soutenue le 31/03/2015 par : Sami BARAKETI Ing´ enierie des R´ eseaux Optiques SDH et WDM et Etude Multicouche IP/MPLS sur OTN sur DWDM JURY Christian BES Professeur d’Universit´ e Pr´ esident du Jury Philippe MAHEY Professeur d’Universit´ e Rapporteur Prosper CHEMOUIL Directeur de Recherche Examinateur Adam OUOROU Directeur de Recherche Rapporteur Jean-Marie GARCIA Directeur de Recherche Directeur de th` ese Olivier BRUN Charg´ e de Recherche Directeur de th` ese ´ Ecole doctorale et sp´ ecialit´ e : EDSYS : Informatique 4200018 Unit´ e de Recherche : Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Syst` emes (LAAS) Directeur(s) de Th` ese : Jean-Marie GARCIA et Olivier BRUN Rapporteurs : Philippe MAHEY et Adam OUOROU Remerciements Ce m´ emoire est l’aboutissement de trois ann´ ees d’´ etudes effectu´ ees au Laboratoire d’Analyse et d’Arch- itecture des Syst` emes du CNRS (LAAS-CNRS) au sein du groupe Services et Architectures pour les R´ eseaux Avanc´ es (SARA) en partenariat avec la soci´ et´ e QoS Design. Je tiens ` a exprimer toute ma reconnaissance ` a Monsieur Jean ARLAT, directeur du LAAS, pour m’avoir permis de r´ ealiser l’ensemble de ces travaux dans d’excellentes conditions. Je voudrais ´ egalem- ent signaler ici l’exceptionnelle qualit´ e des moyens informatiques et logistiques mis ` a disposition des ´ equipes de recherche dans ce laboratoire. J’adresse tous mes remerciements ` a Monsieur Jean-Marie GARCIA, directeur de recherche au sein du LAAS et directeur/fondateur de la soci´ et´ e QoS Design, pour avoir dirig´ e cette th` ese. Je le remercie plus particuli` erement pour sa patience, la qualit´ e de son encadrement et ses conseils, aussi bien scien- tiﬁques que personnels, qu’il a pu me prodiguer durant les ann´ ees que j’ai pass´ ees au LAAS et ` a QoS Design. Je tiens ici ` a lui t´ emoigner mon amiti´ e et mon respect. J’exprime toute ma reconnaissance pour son aide, ses nombreux conseils, sa disponibilit´ e, son dy- namisme et sa bonne humeur ` a mon co-directeur de th` ese Monsieur Olivier BRUN. Qu’il soit assur´ e, de tout mon respect et de ma profonde gratitude. Je tiens ` a exprimer ´ egalement ma profonde gratitude ` a Monsieur Mohamed Anouar RACHDI, chef de projet R&D ` a QoS Design, qui m’a prˆ et´ e de son temps le plus pr´ ecieux et m’a aid´ e par ses pr´ ecieuses directives. Je remercie Monsieur Christian BES, Professeur ` a l’Universit´ e Paul Sabatier, pour avoir accept´ e de pr´ esider le jury de cette th` ese. Je suis particuli` erement reconnaissant envers Monsieur Philippe MAHEY, professeur ` a l’ISIMA, et Monsieur Adam OUOROU, directeur de programme de recherche ` a Orange Labs, qui m’ont fait l’honneur d’ˆ etre les rapporteurs de cette th` ese. i ii Je remercie Monsieur Prosper CHEMOUIL, directeur de recherche ` a Orange Labs en sa qualit´ e de membre de jury. Mes remerciements s’adressent ´ egalement ` a toute l’´ equipe de QoS Design, pour leur rigueur et leur s´ erieux ainsi que pour les agr´ eables moments pass´ es ensemble. Une attention sp´ eciale pour Ahmad, David, Rodney, Marwan, Ludovic et Renault. Je remercie de mˆ eme l’´ equipe de la ﬁliale QoS Design Tunisie pour leurs soutiens et encouragements. Une mention particuli` ere pour Wassim Akram et Elyes, ing´ enieurs t´ el´ ecom ` a QoS Design Tunisie. Je remercie ´ egalement tous les membres du LAAS, pour leur chaleureux accueil, et particuli` erement les amis que j’y ai rencontr´ es. Enﬁn, j’exprime ma derni` ere pens´ ee ` a mes parents pour l’aide, la conﬁance et le soutien dont ils ont fait preuve tout au long de ces derni` eres ann´ ees. Mais aussi ` a mes deux fr` eres et ma sœur. J’adresse aussi mes chaleureux remerciements ` a mon grand amour et ma future femme qui a ´ et´ e toujours ` a cˆ ot´ e de moi pour me soutenir. J’adresse mes remerciements aussi ` a tous mes amis en dehors du LAAS, aupr` es desquels j’ai pass´ e d’agr´ eables moments. J’ai beaucoup appris de la vie aupr` es des plus proches. R´ esum´ e Les r´ eseaux de transport optiques constituent aujourd’hui l’infrastructure de base des syst` emes de communications modernes. Etant donn´ e les investissements colossaux n´ ecessaires au d´ eploiement de ces r´ eseaux, li´ es en particulier aux coˆ uts des ´ equipements (ﬁbres optiques, cartes, transpondeurs,...), l’optimisation du routage et de l’allocation de ressources est indispensable pour maitriser les coˆ uts d’exploitation. Dans ce contexte, ces travaux de th` ese ´ etudient un ensemble de probl` emes d’allocation de ressources qui se posent lors de la planiﬁcation des r´ eseaux SDH (Synchronous Digital Hierarchy) et WDM (Wavelength Division Multiplexing), mais aussi lors de celle des r´ eseaux multicouches bas´ es sur une couche de transport optique. Dans un premier temps, nous ´ etudions le probl` eme du routage des circuits dans les r´ eseaux SDH avec pour objectif principal de minimiser la fragmentation de la bande passante. Nous formulons ce probl` eme comme un programme lin´ eaire en nombres entiers int´ egrant un ensemble de contraintes r´ ealistes de routage, de transmission et de brassage et utilisant des coˆ uts de ressources granulaires. Un algorithme exact et deux heuristiques sont propos´ es pour r´ esoudre ce probl` eme. Nous abordons ´ egalement le probl` eme du reroutage des circuits SDH qui se pose aux op´ erateurs lorsqu’il devient in- dispensable de r´ eduire la fragmentation de la bande passante. Nous montrons sur des instances r´ eelles des probl` emes ´ etudi´ es que les m´ ethodes propos´ ees permettent des gains ´ economiques consid´ erables. Dans un deuxi` eme temps, nous ´ etudions deux probl` emes de planiﬁcation pour l’optimisation des r´ eseaux WDM. Le premier probl` eme est celui du design de la topologie logique, c’est ` a dire celui de la d´ eﬁnition des circuits (chemins) optiques permettant de router un ensemble de demandes en traﬁc avec un coˆ ut de transpondeurs minimal. Le second probl` eme est celui du routage et de l’affectation de longueurs d’onde: comment router les circuits optiques d´ eﬁnis pr´ ec´ edemment pour minimiser le nombre de longueurs d’onde utilis´ ees tout en respectant un ensemble de contraintes technologiques? Nous formulons ces deux probl` emes comme des programmes lin´ eaires en nombres entiers et proposons des heuristiques efﬁcaces, de type approximation successive pour le premier probl` eme et utilisant une approche par d´ ecomposition pour le second probl` eme. L` a encore, les r´ esultats exp´ erimentaux montrent que les m´ ethodes propos´ ees permettent d’obtenir des approximations de qualit´ e pour des instances de iii iv tr` es grandes tailles. Enﬁn, nous abordons l’allocation de ressources dans les r´ eseaux multicouches de nouvelle g´ en´ eration IP/MPLS sur OTN (Optical Transport Network) sur DWDM (Dense WDM). Dans ce cas, la question ` a laquelle la majorit´ e des op´ erateurs cherchent une r´ eponse est celle du routage des demandes en traﬁc de niveau 3 permettant d’optimiser l’allocation des ressources non seulement dans la couche IP/MPLS mais aussi dans les couches sous-jacentes OTN et DWDM. Pour r´ epondre ` a cette question, nous pro- posons un nouveau mod` ele d’optimisation multicouche qui tient compte d’une hi´ erarchie de contraintes mat´ erielles et d´ eﬁnit un compromis entre les coˆ uts des ressources dans les trois couches de r´ eseau. L’ensemble des algorithmes d’optimisation propos´ es ont ´ et´ e int´ egr´ es dans l’environnement de plan- iﬁcation et d’optimisation de r´ eseaux NEST de la soci´ et´ e QoS Design, utilis´ e par de grands op´ erateurs pour planiﬁer leurs r´ eseaux. Mots cl´ es: r´ eseau de transport optique, SDH, WDM, routage, brassage, allocation de ressources, circuits optiques, programmation lin´ eaire, heuristique, multicouche. Abstract Optical uploads/Science et Technologie/ ingenierie-des-reseaux-optiques-sdh-et-wdm-et-etude-multicouche-ip-mpls-sur-otn-sur-dwdm-pdf.pdf