O surgimento de novas tecnologias e serviços vem impondo mudanças substanciais aos sistemas de telecomunicações. Estas transformações estão acontecendo em grande escala em função do desenvolvimento da IoT (Internet of Thinks - Internet das Coisas) e dos sistemas de comunicações móveis de 4ª e 5ª geração. O impacto imediato da implantação e utilização destas tecnologias surge com a necessidade se ter uma rede de telecomunicações com alta capacidade na transmissão de dados. No segmento de rede responsável pelo acesso do usuário, a rede ainda continua bastante capilarizada, devido a variedade de serviços oferecidos. A inovação surge com a diversidade de tecnologias que são desenvolvidas para oferecer estes serviços, sejam elas para o segmento fixo cabeado, sejam para o segmento móvel celular. Por outro lado, no núcleo da rede, o backbone, o compartilhamento de recursos é uma atividade fundamental. O desenvolvimento de novas tecnologias de comutação, gerenciamento e transmissão procuram explorar a enorme capacidade de operação da fibra óptica. Redes de transporte, tais como OTN (Optical Transport Network) sobre WDM (Wavelength Division Multiplexing) estão sendo apontadas como as plataformas mais adequadas para assegurar uma infraestrutura flexível de alta capacidade. Portanto, dimensionar um sistema de telecomunicações neste novo cenário não é uma tarefa trivial. Em particular, na infraestrutura do backbone, mesmo com a escolha das tecnologias OTN e WDM, várias decisões importantes necessitam ser tomadas. Alguns exemplos: - Quais taxas de transmissão adotar em cada canal de comunicação previsto? - Quais formatos de modulação devem ser escolhidos? - Quais as melhores configurações de transponders deve ser implementada? - Qual a melhor utilização do espectro disponível (banda passante) na fibra óptica? - O cenário avaliado é de uma rede metropolitana? Ou de longa distância? - Existe necessidade de sistemas de regeneração de sinal?

Geral

O objetivo é desenvolver uma metodologia de planejamento para redes ópticas OTN/WDM que seja flexível o suficiente para contemplar uma grande diversidade de cenários, de maneira atual e realista.

Específicos

Os objetivos a serem alcançados em um planejamento variam de empresa para empresa, diante das incertezas de mercado. Mas qualquer que seja a meta, o planejamento da rede óptica OTN/WDM deve ser realizado de forma otimizada, utilizando-se modelos matemáticos. A proposta aqui é desenvolver ferramentas computacionais flexíveis que possam auxiliar no processo de tomada de decisão, baseadas em pesquisa operacional, inteligência artificial e metaheurísticas.

Outra grande contribuição esperada deste projeto de pesquisa é a capacitação de recursos humanos, com destaque para:

- Formação de um grupo de estudos em técnicas de inteligência artificial aplicadas ao planejamento de redes ópticas OTN/WDM;

- Elaboração de planos de trabalho de Iniciação Científica, permitindo aos alunos uma formação com o desenvolvimento e o aprimoramento de competências através de uma pesquisa institucionalizada;

- Elaboração de artigos científicos pela equipe executora da PUC-Goiás. Com isso, pretende-se fortalecer a integração Universidade/Mercado e os resultados proporcionarão às instituições envolvidas o conhecimento de novas técnicas e metodologias para a solução de problemas complexos, através da pesquisa de métodos como algoritmos genéticos, sistemas fuzzy, otimização multiobjetivo, etc. Possibilitando a participação em Congressos como CBA (Congresso Brasileiro e Automática), SBPO (Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional), ENEGEP (Encontro Nacional de Engenharia de Produção) e SBrT (Simpósio Brasileiro de Telecomunicações), entre outros.

O planejamento da rede OTN/WDM exige um processo de decisão que envolve valores financeiros consideráveis. A base de dados a ser utilizada neste processo é enorme. Configurações de rede (número de nós e links), interesses de tráfego entre os nós (demandas previstas), modularidades e configurações de tecnologia são algumas das informações que necessitam estar disponíveis para o planejador. Neste cenário, a utilização de metodologias de planejamento que sejam abrangentes e flexíveis, e que possam auxiliar no processo de decisão, fundamentadas em modelos matemáticos de otimização, parece um caminho inevitável.

Uma característica bastante comum nas metodologias de planejamento de sistemas de telecomunicações é o fato de que o dimensionamento da rede depende fortemente da precisão com que os dados de entrada são apresentados aos modelos de otimização. Assim, informações, como por exemplo, a demanda prevista para ser atendida entre dois nós ou o custo a ser cobrado pela alocação de um link na rede, são elementos fundamentais que precisam ser fornecidos pelo planejador. Porém, estas informações “precisas” nem sempre estão disponíveis durante a etapa de planejamento, o que é natural num contexto de rápido desenvolvimento tecnológico e surgimento de novos serviços. 

Pretende-se utilizar a técnica de inteligência artificial conhecida como lógica fuzzy para incorporar informações imprecisas aos modelos de otimização. Naturalmente, o objetivo aqui é tentar manter os problemas de planejamento de redes OTN/WDM passíveis de solução, incorporando, ao mesmo tempo, aspectos da imprecisão no sentido de flexibilizar o modelo e torná-lo mais fiel ao ambiente que pretende retratar.

Outro fato importante a ser avaliado refere-se à escalabilidade dos modelos desenvolvidos, que depende da dimensão da rede, do interesse de tráfego e das especificidades tecnológicas. Geralmente, o número de variáveis de decisão do tipo inteira binária nestes problemas é enorme, o que compromete em muitos casos o processo computacional.  Para amenizar este problema pretende-se utilizar outra técnica inteligência artificial: algoritmos genéticos. 

Portanto, este projeto de pesquisa se justifica pela necessidade de se desenvolver modelos matemáticos baseados em pesquisa operacional, inteligência artificial e metaheurísticas para ajudar no planejamento estratégico e na tomada de decisões, para o setor de telecomunicações, em especial para os backbones das redes, responsável pela integração de sistemas e que exigem altas taxas de transmissão. Para garantir a validação prática da metodologia a ser desenvolvida, resultados de experimentos computacionais para cenários mercadológicos reais deverão ser apresentados e discutidos.

Em resumo, os modelos desenvolvidos contribuirão para os seguintes benefícios:

- melhoria na atividade de planejamento das redes OTN/WDM com ferramentas computacionais que utilizam técnicas de inteligência artificial no processo decisório;

- dimensionamento de redes mais eficientes em termos de confiabilidade e sobrevivenciabilidade a eventos de falha, ao mesmo tempo em que se procura uma otimização de custos;

- uma formação qualificada da equipe tanto nas metodologias mais atuais de planejamento estratégico de redes OTN/WDM, quanto em estudos avançados de inteligência artificial.