Optical networking has been developing for decades and wavelength-division multiplexing (WDM) is the main technology used to carry signals in fiber-optical communication systems. However, its development has slowed because it is approaching the Shannon limit of nonlinear fiber transmission. Researchers are looking for multi dimensional multiplexing. Space-division multiplexing (SDM) is an ideal way to scale network capacities. The capacity of WDM/SDM network could be expanded to several times the capacity of WDM network but the active hardware devices may also increase by several times.

This project aims to answer a practical question: How to construct a WDM/SDM network with less hardware resource? There is no mature research about WDM/SDM network yet. Therefore, the problem can be divided into two parts: (1) how to build a WDM/SDM network and (2) how to allocate resource and compute routes in such a network to minimize hardware resources.

First, this thesis proposes a WDM/SDM node which has bypass connections between different fibers and architecture on demand (AoD) to effectively decrease the number of active hardware devices within the node. Then, two types of networks were constructed: one with bypass connections in each node and another one without any bypass connections. These networks were under the control of a software defined network (SDN) controller. The controller knew the wavelength resources within the networks. Several algorithms were applied to these networks to evaluate the effect of a bypass network and to identify the desired characteristics (to find short length path and decrease the probability of spectrum fragmentation) of an algorithm suitable for a network with bypass connections. The results of applying the proposed algorithms in two networks proved that the bypass connections increased the blocking probability in small topology but did not affect the results in large topology. The results in a large-scale network with bypass network were almost the same as the results in a network without bypass connections. Thus, bypass connections are suitable for large-scale network.

Optiskt nätverk har utvecklats i årtionden och våglängdsdelningsmultiplexering (WDM) är den viktigaste tekniken som används för att bära signaler i fiberoptiska kommunikationssystem. Utvecklingen har dock minskat eftersom den närmar sig Shannon-gränsen för olinjär fiberöverföring. Forskare letar efter flerdimensionell multiplexering. Space-division multiplexing (SDM) är ett idealiskt sätt att skala nätverkskapacitet. Kapaciteten för WDM / SDM-nätverk kan utökas till flera gånger WDM-nätverkets kapacitet, men de aktiva hårdvaraenheterna kan också öka med flera gånger.

Projektet syftar till att svara på en praktisk fråga: Hur konstruerar jag ett WDM / SDM-nätverk med mindre hårdvara? Det finns ingen mogen forskning om WDM / SDM-nätverk än. Därför kan problemet delas in i två delar: (1) hur man bygger ett WDM / SDM-nätverk och (2) hur man fördelar resurser och beräknar rutter i ett sådant nätverk för att minimera hårdvaruressurser.

Först föreslår denna avhandling en WDM / SDM-nod som har förbikopplingsanslutningar mellan olika fibrer och arkitektur på begäran (AoD) för att effektivt minska antalet aktiva hårdvaraenheter inom noden. Sedan konstruerades två typer av nätverk: en med bypass-anslutningar i varje nod och en annan utan några bypass-anslutningar. Dessa nätverk kontrollerades av en mjukvarudefinierad nätverkskontroller (SDN). Styrenheten visste våglängdsresurserna i nätverket. Flera algoritmer applicerades på dessa nätverk för att utvärdera effekten av ett förbikopplingsnätverk och för att identifiera de önskade egenskaperna (för att hitta en kort längdväg och minska sannolikheten för spektrumfragmentering) av en algoritm som är lämplig för ett nätverk med bypass-anslutningar. Resultaten av att tillämpa de föreslagna algoritmerna i två nät visade att förbikopplingsförbindelserna ökade blockeringssannolikheten i liten topologi men inte påverkade resultaten i stor topologi. Resultaten i ett storskaligt nätverk med bypass-nätverk var nästan samma som resultaten i ett nätverk utan bypass-anslutningar. Bypassanslutningar är således lämpliga för storskaliga nätverk.