Desempenho de algoritmos PSO e PSO baseados em sub enxames para o problema de alocação

159 Pages·2016·4.45 MB·English

Desempenho de algoritmos PSO e PSO
baseados em sub enxames para o problema
de alocação de potência em redes OCDMA
CARLOS HENRIQUE DE MELO VASSOLER
Agosto de 2016
Instituto Superior de Engenharia do Porto
Departamento de Engenharia Electrot´ecnica
Rua Dr. Ant´onio Bernardino de Almeida 431, 4200-072 Porto
Desempenho de algoritmos PSO e PSO
baseados em sub enxames para o
problema de alocac¸˜ao de potˆencia em
redes OCDMA
Tese/Dissertac¸˜ao do Mestrado em Engenharia Electrot´ecnica e de Computadores -
A´rea de Especializac¸˜ao de Telecomunica¸c˜oes elaborado por:
Carlos Henrique de Melo Vassoler
Orientador: Prof. Francisco Jos´e Dias Pereira
Co-orientador: Prof. Osmar Tormena Junior
Ano Lectivo: 2016

Agradecimentos
Gostaria de agradecer primeiramente a Deus pela sua infinita bondade e amor.
Tamb´emgostariadeagradecerminhafam´ılia,principalmentemeuspaisEdson
Carlos e Telmira pelo incentivo e afeto.
Aos meus amigos, em especial ao Anderson, Luiz Fernando e Daniel que al´em
de amigos foram minha fam´ılia durante o intercˆambio.
A todos os meus professores durante todo meu ciclo de estudos, em especial
ao Prof. Francisco que aceitou o convite de ser orientador deste trabalho.
iii

Resumo
Neste trabalho ´e investigado o controlo ´optimo de potˆencia em redes ´opticas de
acesso mu´ltiplo por divis˜ao de c´odigo (OCDMA) atrav´es de algoritmos de op-
timiza¸c˜ao por enxames de part´ıculas (PSO) e desenvolvido um PSO modificado
baseado em mu´ltiplos enxames. O algoritmo´e utilizado para encontrar potˆencias
´optimas e garantir uma raz˜ao sinal ru´ıdo mais interferˆencia (SNIR) que possa
garantir qualidade de servi¸co (QoS) de transmissa˜o. Para o estudo deste traba-
lho foram considerados c´odigos n˜ao coerentes unidemensionais (1D) conhecidos
como c´odigos primos e considerados os efeitos de ru´ıdo de emiss˜ao espontˆanea do
amplificador ´optico (ASE). Foram investigados a influˆencia da determina¸c˜ao dos
paraˆmetrospara algoritmosPSO para o problemade aloca¸ca˜o de potˆenciaem re-
des OCDMA, e investigado tamb´em adaptac¸˜oes ao algoritmo PSO para garantir
a convergˆencia, sobreposi¸c˜ao de restri¸c˜oes de SNIR e a capacidade de gerar so-
luc¸˜oes v´alidas. Os principais resultados apresentados fornecem uma compara¸c˜ao
de desempenho entre o PSO e o PSO modificado proposto neste trabalho para o
problema da aloca¸c˜ao de potˆencia em redes OCDMA.
Palavras-Chave
PSO, PSO modificado, Sub enxames, Redes OCDMA, Aloca¸c˜ao de Potˆencia,
Contorolo O´ptimo de Potˆencia,
v

Abstract
Thisdissertationinvestigatedtheoptimumpowercontrolinopticalnetworkswith
codedivisionmultipleaccess(OCDMA)usingparticleswarmoptimization(PSO)
algorithms and developed a modified PSO based on multiple swarms. The algo-
rithmisusedtofindopticalpowersandensuresignalnoiseplusinterferenceratio
(SNIR) that can ensure quality of service (QoS) of transmission. For the study
of this work were considered not coherent unidemensionais codes (1D) known as
prime codes and considering the effects of amplifier spontaneous emission (ASE)
noise of the optical amplifier. We investigated the influence of the parameters
for determination of PSO algorithm for power allocation problem in networks
OCDMA, and also investigated adaptations to the PSO algorithm to ensure the
convergence, overlappingofSNIRconstraintsandtheabilitytogeneratevalidso-
lutions. The main results presented provide a comparison performance between
the PSO and modified PSO proposed in this paper for power allocation problem
in OCDMA networks.
Keywords PSO, modified PSO, sub-swarm, OCDMA networks, optimum
power control, power allocation.
vii

Conteu´do
Conteu´do i
Lista de Figuras iii
Lista de Tabelas v
Gloss´ario vii
Vari´aveis ix
1 Introdu¸c˜ao 1
1.1 Contextualiza¸c˜ao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Motivac¸˜ao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.4 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.5 Planeamento do Projecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.6 Estrutura do Relat´orio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2 Redes O´pticas WDM/OCDM 5
2.1 Caracteriza¸c˜ao de um sistema ´optico WDM . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.1 Transmissores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1.2 Recetores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.3 Multiplexadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.4 Amplificadores O´pticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.5 Limita¸c˜oes da Tecnologia WDM . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2 A tecnologia OCDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3 Rede h´ıbrida WDM/OCDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3 Aloca¸c˜ao de Recursos em Redes O´pticas 19
3.1 Descri¸c˜ao do Problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2 Restri¸c˜oes da Camada F´ısica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
i