Este documento describe el diseño de una red DWDM aplicando la técnica de optimización de algoritmos genéticos. El objetivo es determinar la cantidad mínima de amplificadores ópticos necesarios para operar la red y su ubicación exacta en cada enlace, optimizando el número de amplificadores debido a su alto costo. Se presenta la metodología para el diseño de redes metropolitanas DWDM que consta de cuatro módulos: prueba de viabilidad, generación de restricciones, cálculo de potencia y optimización con algoritmos

1. 43Arquitectura de almacenamiento masivo de datos en la infraestructura Grid usando el Middlewareglite
IVÁN FERNANDO GÓMEZ PEDRAZA / CARLOS ALBERTO VARELA GARZÓN / HENRY ARGUELLO FUENTES / JUAN CARLOS ESCOBAR RAMÍREZ
investigación
Palabras clave: algoritmos genéticos, diseño, DWDM, enlace, optimización, red.
Key words: genetic algorithms, design, DWDM, link, optimization, net.
Tecnura Vol. 16 No. 34 pp. 43 - 55 octubre-diciembre de 2012
Estudio, caracterización y optimización
GHO GLVHxR GH UHGHV ':'0
Characterization and optimization of DWDM network design
ILBER ADONAYT RUGE RUGE
Ingeniero electrónico, magíster en Ingeniería de Control Industrial. Docente de
la Universidad de Cundinamarca. Fusagasugá, Colombia.
Contacto: iruge@mail.unicundi.edu.co
HUMBERTO NUMPAQUE LÓPEZ
Ingeniero electrónico, magíster en Ingeniería de Control Industrial. Docente de
la Universidad de Cundinamarca. Fusagasugá, Colombia.
Contacto: ihnump@gmail.com
YELIDZA NAYIVE MEDINA MOYANO
Ingeniera electrónica, candidata a especialista en Seguridad Informática. Univer-
sidad de Cundinamarca. Fusagasugá, Colombia.
Contacto: niyimedina@gmail.com
INGRID CAROLINA ORTIZ ÁLVAREZ
Ingeniera electrónica, candidata a especialista en Seguridad Informática. Univer-
sidad de Cundinamarca. Fusagasugá, Colombia.
Contacto: caroortiz0627@hotmail.com
Fecha de recepción: 21 de noviembre de 2011 Clasificación del artículo: Investigación
Fecha de aceptación: 28 de agosto de 2012 Financiamiento: Universidad de Cundinamarca

2. investigación
Tecnura Vol. 16 No. 34 octubre-diciembre de 201244
RESUMEN
Este proyecto describe el diseño de una red
DWDM aplicando la técnica de optimización de
algoritmos genéticos, cuyo objetivo principal es
GHWHUPLQDU OD PtQLPD FDQWLGDG GH DPSOL¿FDGRUHV
ópticos necesarios para operar una red y la ubi-
cación exacta de ellos en cada enlace de la red. Se
RSWLPL]D HO Q~PHUR GH DPSOL¿FDGRUHV ySWLFRV GH-
bido a que estos componentes son los más costo-
sos y sus precios varían entre el rango de 20.000
D HXURV GHSHQGLHQGR GH VX SRWHQFLD
ABSTRACT
This project describes the DWDM network design
using genetic-algorithm optimization techniques.
The main purpose is to determine the minimum
DPRXQW RI RSWLFDO DPSOL¿HUV QHHGHG WR RSHUDWH D
network as well as the exact location of each net-
ZRUN OLQN 7KH QXPEHU RI RSWLFDO DPSOL¿HUV LV
optimized since these components are extremely
FRVWO WKHLU SULFHV YDU LQ WKH UDQJH RI WR
HXURV GHSHQGLQJ RQ WKHLU SRZHU
1. INTRODUCCIÓN
DWDM es una técnica para insertar información
GH GLIHUHQWHV HVWDFLRQHV GH WUDEDMR D XQD ¿EUD
óptica. Generalmente, esta técnica es empleada
para diseñar redes ópticas de área local, metro-
SROLWDQD DPSOLD /$1 0$1 :$1

3. SHUPL-
tiendo tener un ancho de banda de aproximada-
PHQWH 7+] HQ OD EDQGD GH D QP
estas redes soportan aplicaciones de video,
voz y datos con velocidades de transmisión de
7ELWVV WDVDV GH HUURU GH ELW %(5

4. GHO RUGHQ
de con respecto a los sistemas de comunicacio-
nes convencionales [1].
El diseño de redes ópticas se basa en presupues-
tos de potencia de cada enlace que conforman la
red, en estos presupuestos se consideran las pér-
GLGDV SRU HIHFWR GH DWHQXDFLyQ HQ OD ¿EUD ySWLFD
ORV GLIHUHQWHV GLVSRVLWLYRV FRPR ¿EUDV ySWL-
FDV WUDQVPLVRUHV ySWLFRV ODVHU OHG

5. UHFHSWRUHV
ySWLFRV 3,1 $3'

6. DFRSODGRUHV ySWLFRV WLSR
HVWUHOOD SDVLYRV DPSOL¿FDGRUHV ySWLFRV ¿OWURV
ópticos, multiplexores y demultiplexores ópti-
cos, además de las limitaciones en potencia de
cada uno de ellos [2]. Para reducir el efecto de
atenuación de la señal, conforme esta se propaga
HQ OD UHG VH HPSOHD DPSOL¿FDFLyQ GH QDWXUDOH]D
HOpFWULFD R ySWLFD VLQ HPEDUJR OD DPSOL¿FDFLyQ
eléctrica hace que el sistema pierda velocidad de
transmisión ya que es necesario convertir la se-
ñal de naturaleza óptica a eléctrica, para poderla
DPSOL¿FDU SRVWHULRUPHQWH OOHYDUOD DO GRPLQLR
óptico. Para evitar esta problemática se han de-
VDUUROODGR DPSOL¿FDGRUHV ySWLFRV WLSR 5$0-
MAN, EDFA y SOA, la desventaja de emplear
estos dispositivos es que, comercialmente, son
costosos, de esta manera el diseño de redes ópti-
FDV VH FRQYLHUWH HQ XQ SUREOHPD GHVD¿DQWH GHEL-
do a que se debe garantizar determinado nivel de
potencia en cada uno de los enlaces, empleando
OD PtQLPD FDQWLGDG GH DPSOL¿FDGRUHV ySWLFRV
de esta forma se asegura que la señal llegará a
cada uno de los receptores con los niveles míni-
mos de potencia para que estos la puedan detec-
WDU FRKHUHQWHPHQWH @
Este articulo muestra la metodología de diseño
de redes de área metropolitana empleando la téc-
nica DWDM y optimizando el número de ampli-
¿FDGRUHV ySWLFRV UHTXHULGRV HQ OD UHG PHGLDQWH
el uso de algoritmos genéticos
* * *

7. Estudio, caracterización y optimización del diseño de redes Dwdm
ILBER ADONAYT RUGE RUGE / HUMBERTO NUMPAQUE LÓPEZ / YELIDZA NAYIVE MEDINA MOYANO / INGRID CAROLINA ORTIZ ÁLVAREZ
investigación
45
2. METODOLOGÍA
2.1 Diseño de una red DWDM
A continuación, se presenta la metodología para
el diseño de redes de área metropolitana emplean-
do la técnica de acceso al medio DWDM, este di-
seño se hace por medio de cuatro módulos que se
explicarán más adelante.
Para este diseño, se escogió una red que ya estu-
YLHUD LPSOHPHQWDGD FRQ HO ¿Q GH REWHQHU GLVWDQ-
cias reales y un trayecto ya establecido, por esto
se eligió el trayecto Barranquilla – Manizales que
WLHQH XQD GLVWDQFLD GH .P
Se escogió esta trayectoria ya que los sitios que la
componen cuentan con facilidades de instalación,
mantenimiento y, además, cumple con la energía
VX¿FLHQWH SDUD OD DOLPHQWDFLyQ GH ORV GLVSRVLWLYRV
de la red. Por consiguiente, la red DWDM que se
va a diseñar utiliza una topología malla, la cual
está conformada por la topología punto a punto y
anillo, permitiendo de esta manera que, si algún
HQODFH ¿EUD ySWLFD

8. VH URPSH R VH GDxD VH SXHGD
tomar otra trayectoria para llegar a su destino sin
perder información. Tendrá como objetivo mini-
PL]DU HO Q~PHUR GH DPSOL¿FDGRUHV SRU PHGLR GH
la técnica de optimización de algoritmos genéti-
cos, además se realizará una comparación con las
ecuaciones enteras lineales.
(Q OD ¿JXUD VH REVHUYD OD UHG GH iUHD PHWUR-
politana DWDM en donde las estrellas ópticas
pasivas se representan mediante un círculo, los
grupos de estaciones se representan por medio de
cuadros, los enlaces de subida son las líneas rojas
y los de bajada las líneas azules.
Los datos que se requieren para el diseño de esta
red se encuentran en la tabla 2.
Este diseño [4] requiere los datos técnicos de los
dispositivos utilizados en la red, los cuales son:
máxima potencia del transmisor en cada una de
Tabla 1. (QODFHV D XVDU HQ HO GLVHxR SURSXHVWR
/RFDOL]DFLyQ JHRJUi¿FD
Distancia
(Km)
Barranquilla – Carmen de Bolívar 151,2
DUPHQ GH %ROtYDU ± 6LQFHOHMR 61,6
6LQFHOHMR ± 3ODQHWD 5LFD 112,1
3ODQHWD 5LFD ± DXFDFLD 67,2
Caucacia – Yarumal 138,1
DUXPDO ± ,WDJt 109
,WDJt ± DUDPDQWD 74,4
DUDPDQWD ± 0DQL]DOHV 111,4
TOTAL 825
Fuente: elaboración propia
Figura 1. 5HG GH iUHD PHWURSROLWDQD ':'0
Fuente: elaboración propia

9. investigación
Tecnura Vol. 16 No. 34 octubre-diciembre de 201246
las estaciones, Pmax
G% PtQLPD SRWHQFLD D OD
entrada del receptor en cada una de las estacio-
nes para que la señal sea detectada, Psen
G%P
FRQVWDQWH GH DWHQXDFLyQ HQ OD ¿EUD Į G%
.P SRWHQFLD PtQLPD GH VHxDO D OD HQWUDGD GHO
DPSOL¿FDGRU 3sen
G%P SRWHQFLD GH VDOLGD
GHO DPSOL¿FDGRU 3max
G% PDUJHQ GH GLVHxR
0' G% ORQJLWXG GHO HQODFH 7DPELpQ VH UH-
quieren de los datos del diseño que son: número
GH HVWUHOOD SDVLYDV ySWLFDV HQ OD UHG 0 Q~PHUR
GH HVWDFLRQHV GH DFFHVR HQ OD UHG 1 Q~PHUR
GH HQODFHV HQ OD UHG LQFOXHQGR HQODFHV GH DFFH-
VR HQODFHV HQWUH ODV HVWUHOODV

10. /
Para el diseño de esta red, se parte de cuatro mó-
dulos los cuales se explicaran a continuación: el
primer modulo es la prueba de viabilidad, que de-
termina si la red es viable para optimizar el núme-
UR GH DPSOL¿FDGRUHV HQ OD UHG VX XELFDFLyQ HQ
HVWD 3DUD HVWR XWLOL]D OD HFXDFLyQ

11. ܲ௦௘௡ ൑ ܲ௠௔௫ െ ͳͲŽ‘‰ሺ‫ܦ‬௜ െ ͳሻ െ ͳͲ Ž‘‰൫O௝൯ ൑ ͵ െ
ͳͲ Ž‘‰ሺͳ͸ െ ͳሻ െ ͳͲŽ‘‰ሺ͸ͷሻ ൑ െʹ͸ǡͺͻ݀‫݉ܤ‬

12. Para esta ecuación y las demás que se encuentran
en cada uno de los módulos se utilizan los datos
que se encuentran en la tabla 2, en este caso son:
la estrella que tiene el mayor grado de la estrella
y la mayor cantidad de longitudes de onda que
entran a la estrella. En este caso la red es viable,
ya que el valor de Pmax
es menor a Psen
.
El segundo módulo es la generación de restriccio-
nes para los enlaces, éste tiene como restricciones
los enlaces agregados que tienen cada estrella ha-
cia los grupos de estaciones y viceversa. También
se encuentran las restricciones para los enlaces y
para las estrellas. A continuación se mostrará el
enlace entre estrellas. Para el enlace uno, ecuacio-
QHV

13. Tabla 2. 'DWRV GH ODV FDUDFWHUtVWLFDV GH OD 5HG ':'0
Número de
enlaces
De qué estrella
viene y a cuál
se dirige
Distancias
entre estrellas
(Km)
Número
de longitudes
de onda
Di grado
de la estrella
Número de longitudes
máximas que entran
a cada estrella
1 1-2 151,2 15 16 55
2 2-1 151,2 55 12 45
3 2-3 61,6 25 12 35
4 3-2 61,6 45 12 35
5 3-4 112,1 35 7 45
6 4-3 112,1 35 7 50
7 4-5 67,2 45 7 55
8 5-4 67,2 25 7 60
9 5-6 138,1 50 6 65
10 6-5 138,1 20
11 6-7 109 55
12 7-6 109 15
13 7-8 74,4 60
14 8-7 74,4 10
15 8-9 111,4 65
16 9-8 111,4 5
Fuente: elaboración propia