Co m pu ter Sci ence a nd Inf or mat i on  Tec h no lo gies   Vo l.   1 , No .   2 ,  J ul y  2020 ,  pp.  54 ~ 6 0   IS S N:  27 22 - 3221 ,   DOI: 10 .11 591 / csi t.v 1i 2 .p 54 - 6 0           54       Journ al h om e page :  http: // ia esprime .com/i ndex. php/csit   On the   perfo rman ce  of  switchin g method s in spa ce divisi on   mu ltip lexing bas ed opti cal net wo rks       Sridhar  I yer   Depa rtment  o f  E CE,   S.G .   Ba le ku ndri  Insti tut e   of Tec hno log y ,   Shivaba sava n aga r ,   Bel ag avi ,   KA ,   I ndia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Feb   1 3 , 20 2 0   Re vised  Ma y  8 , 20 2 0   Accepte d  Ma y   19 , 20 2 0       In  the  cur r ent  work,  for   Space  D ivi sion  Mult ipl e xing  base d   Opti c al   Ne tworks  (SD M - b - OTN s),  we  inve stig at e   t he  per form anc e   of  var ious   sw it ch ing  m et hods   with  a   var ia t ion  i n  tra ff ic  evo lut io n  over   diff ere nt   t ime  fra m e   per iod s.  Initia l l y ,   compari son  of  the   exi sting   m e thods  viz.,  ind e pende nt   sw it ching  (InSw ),  fre quency   sw itc hing  (FqS w),  an d  spac e   sw it chi n g  (SpS w)  demons tra te s   that   (i )  ove r  longe r   p eri ods  of   ti m e   fra m e,   FqS w  provisions  low  n et wor k  usage ,   and   (ii )  SpS w  offe rs   l ow  net work  us ag e  for   shorter   per i ods  of  t ime  fr ame;  how eve r,  as  ti m e  fra m e  in cre ase s  to  longer  per iods,  SpS w  start s  to  ou tpe r form   InSw .   Next,   w e  inv est iga t e  a   h y b rid   sw it chi ng   (H y Sw )  m et hod  whi ch   begi ns  b y   implementi ng  In Sw   and  th en  shif ts  to  the  use   of  SpS w  aft er  the  a ct iv at ion   o f   spec ific  num ber s  of  spa ce  chann el s.   The  sim ula t i on  result s   demo nstrat e   th at   H y Sw   provision s  subs ta nti al  sav ings  on  the  costs   inc urr ed  f or  sw i tc hing ,   and   with lower   spac e   ch annel  v al u es  i t al so   offe rs   a   ba la nc e   in   th e tra d e - off   which   occ urs  be twee n   t he  costs  associat ed  for   activating   the   spa ce  ch annels  and  tha t   inc urre d   for  sw itching.   Ke yw or d s :   Netw ork  s ha ring   Re so urce al loc at ion   Sp ace  div isi on  m ul ti plexing   Sw it chin g    This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  B Y - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Sr id har Iyer ,   Dep a rtm ent o f EC E,    S.G. Bal ek undri   I ns ti tute o f  T echnolo gy,    Sh iva basa va na gar, Bel aga vi, KA , In dia.   Em a il : sridh ari ye r1983@gm a il .co m       1.   INTROD U CTION   W it h  a n  inc re m ental   increas e  in  In te r net  tr aff ic   le adi ng  to   an  e xpone ntial   grow t h  of  de m and s,   it   ha s   been  nec essar y  to  inc rease  the  co rr e spo nding   opti cal   net work  ( OT N)  c apacit y.  H owe ver,  with  the   OTN  capaci ty   increa se,  sim ultaneou sly ,  the  in dustry  al so   str ive s  towa rd s  re du ci ng   a sso ci at ed  netw orkin g  c ost s  [1 ] .   Fo r   al m os t  a  de cade,  wa vele ng t h  div isi on  m ul ti plexed   ( WD M )  OTNs  hav e   ke pt  pace   with  t he  e xponentia ll y  increasin g  ca pa ci ty   de m and s   by  de plo yi ng  sing le   m od e  fi ber   (S MF )  an d  sh ari ng  num e rous  fr e qu e nci es  ( or  wav el e ng t hs )  [ 2]  ena bled  by  wav el e ng t h sel ect ive  switc hes   ( W S Ss)   t hat  fl exibly  pe rfor m   fr e qu e ncy  s witc hin g  (F qSw ).   H ow e ver,  once  a  de plo ye d  SMF  is   ex hau ste d  of   capaci ty ,  an  e xpone ntial   incre ase  in  fi ber s   a m ou nt  will   be  require d  to  m eet   req ue ste d  capaci t y  dem and   w hich  r equ i res  no vel  ne twork  s har i ng   strat egies.  T he  above  scenari o  can  be   a m el iorated  by   the  adoptio n  of   s pace  div isi on   m ulti plexing  (SDM)  te c hnology  w hich  prov i des   m or e  capaci ty   at   reduce d  network  co sts  sim ultaneo us ly   with  bette r   scal a bili ty   and   inte gr at io n  [3 ] .   Th e  SDM   base d  OT Ns  ( SD M - b - OT Ns )   prov i de  f reedom   deg rees  in  bo t h,   s pace  an d  f reque ncy  w her ei n,   e ver y  op ti cal   sign al   is  ass oci at ed  to   a   f requ ency  c hannel  ( Fq Ch n)  a nd  a   sp ace   cha nnel   (S pC hn)   w hic h  m ay   be  de note d  as   M , . . . . . 2 , 1 m Fq   and   N , . . . . . 2 , 1 n Sp ,  res pecti ve ly   [4 ] .  In   SDM - b - OT Ns,   t he   dep l oyed  fi be r  capaci ty   can  be   util iz ed  eff ic i ently   as  dem and   capaci ty   of  a so urce  a nd  d es ti nation  pair  m ay   be  ap pro xim at ely  equ al   to   the   ca pacit y  w hich   th e  fibe r   can   pro visio n;  ho weve r,   t o  f ur t he r  i nc rease  t he  e ff ic i ency,  novel   sw it ching   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Com pu t. Sci.  I nf. Tec hnol.         On the  perf orma nce  of swit chin g meth ods i n  s p ac e  divisi on   mu lt iplex in g ba s ed… ( Sri dh ar   Iyer )   55   and   sh a rin g  te chn i qu e s  will   be  re quired  [ 5,  6].  The  e xisti ng   OT Ns  im pl e m ent  ind e penden t  s witc hing   (In S w )   wh ic h  pro vid e s  high  flexi bili ty   bu t   inc rease s  c om plexity   of  s witc hi ng  nodes   [ 7,  8].  T o  reduce   com plexity ,  stud ie s   in   [ 9,  10]   hav e   dem on strat ed  im ple m entat ion  of   (i)   fr e qu e ncy  swit chin g  (FqS w),  wh ic h  us es   networ k  nodes  that  s witc h  al l  Sp Ch ns   placed  at   certai n  f reque ncy  from   any  inp ut  to  any  out pu t  di recti on   [11],  a nd   (ii)   sp at ia l  switc hi ng   (SpS w),  whic h  assig ns   s pe ct ral  superc ha nn el s  ( or   ba ndwidth  of  a ny  fi ber   or  any  c ore)  in  a   dynam ic   m anner  [11].   I n  the   current   work,  c on si der i ng  t he  change   in   ti m e   f ram e  and  e voluti on  of  tra ff ic   ove r   this  ti m e  fr a m e ,  we  in vestigat e  the  im pact  of   the  va rio us   sw it ching  m et ho ds  on   the  pe rform ance  of  a   S D M - b - OTN  w hich   ad op ts  m ulti ple  cor e  fibe rs  or  S MF  bundle s  as   the  fi ber   s ol ution  i.e.,   the  ty pe   of  tra ns m issi o n  m edia   in which  the  spa ce su per c ha nnel s ar e  no t c ou pled.    The  a utho rs  i n  [9 ]   ha ve  i nv est igate d  de plo y m ent  of  reconfi gura ble   ad d - dr op  m ulti plexers  (R OADMs)   for S DM - b - OT Ns  with  flexi ble  f reque ncy  gri d a nd  e nab le d  by  m ulti ple  core  fibe rs;  howe ver,  the   a uthor s  ha ve   no t  a ddresse d  Sp S w  in  t he  s tud y.  In   [12,  13] ,  the  a uthors  hav e   in vestig at ed  dif fer e nt  resou rce  assig nm ent  strat egies  incl udin g  F qSw; h oweve r,  in both  stud ie s,   the   aut hors  ha ve  not  a ccounted   f or  S pSw.  The   aut hors   in  [14]  hav e   in ves ti gated  var i ou s   switc hing   m et h od s   in   reg a rd  t o  SD M - b - O TN s;  howe ve r,  S pSw   is  no t   acco un te d  for  within  t he   stud y.   I n  [15 ] ,  the  a uthors  ha ve  a ddre ss ed  F qSw  for  inv est igati ng  SD M - b - OT Ns   w hic h  dem on strat e  fl exibili ty   in  bot h,   sp ace   an d  frequ e ncy  do m ai ns .   The   aut hor s  in  [16]  hav e   no t  c onside re d  ei ther  Fq S w  or  S pSw   of  s pace  s up e r channels  i n  the ir  pro posal   of   a rch it ect ure  on   dem and   co nce pt  w hich   is  a ppli cable   to  SD M - b - OT Ns.   In   [ 17 ] ,  t he   auth ors  ha ve   consi de red   SpSw  for  only   c ertai n  S pSns  a m ou nt  to  in ve sti gate   SD M - b - OT N  pe rfor m ance  in   data  ce nters  w hich  util iz es  va rio us   s witc hing   arc hitec tures.  Last ly ,  the  a uth ors  i n  [4,  8,  10 ]   ha ve   rev ie wed  diff e r ent  SD M - b - OT N  node   a rc hitec tures;   ho wev e r,  unli ke   c urrent   stu dy,  aut hors   ha ve   no t acc ounte d for c hange i n  ti m e fr am e and   evo l ution o f  t r aff ic .   I n  the   c urren t   work,   init ia ll y,   we   c om par e  perform ance  of  e xisti ng  s witc hing  so l utions  viz.,   I nS w ,   Fq S w,   a nd   SpS w   by  co nductin g  exte ns ive  si m ula ti on   ex perim ents  con side rin g  reali sti c  network   to polo gi es  an d  par am et ers.   T he   res ults  dem on strat e  t hat  (i)   ov e r   a  l onger  ti m e  fr am e,  FqS w  pro visio ns   l ow  netw ork   util i zat ion ,  and  (ii)  SpSw   offer s   lo w  network  util iz at io n  for  s h or te r   ti m e  fr am es;   howev e r,  as  the   t i m e  fr am e  increases  to   longer   pe rio ds,   S pSw  sta rts   t o  outper f or m   I nSw.   Ne xt,  f or  postp onin g  t he   costs   ass ocia te d  with  act iva ti ng   a  new   Sp C hn,  w e  pro po s e  a  ne w  hy br i d  s witc hing  ( HyS w)   m et ho d  w hich  beg i ns   by  im pl e m enting  I nSw  a nd   then  s hifts  t o  use   of  F qSw  a fter  act ivati on  of  s pecific  nu m ber s   of  S pC hns.  W e   com par e   the  perform ance  of  existi ng  s witc hing  s olu ti on s   with   HySw  and  r esults  de m on strat e  that   HyS w  postp on e s  relat ed  Sp Ch ns   act ivati on   c os ts  si m ultaneous ly   pr ovisi onin g  substa ntial   savin gs   on  c os t s  incu rr e d  f or   switc hing.   Re s t  of   the   pap e r  is   str uctu red  as  f ollows:   In  sect io n  2,  w e  detai l  the   HySw  m et ho d  a nd   al so  prese nt  th e  onli ne   ( or  dy nam ic )  resou rce  a ssig nm ent  al gorith m s  app li cable  to   e ver y   co nsi der e d  switc hi ng  m et ho d .  Se ct ion  3  pr ese nt s  the   si m ulati on   set up  an d  t he  va rio us   ob ta in ed   sim ulatio n  re su lt s  an d  t he  corres pondin g  disc us sio ns .   Finall y,     sect ion   4  c oncl ud e s the  stu dy.       2.   HYBRID  SW ITCHI NG M ET HOD   Fr om   the  exist ing   st ud ie s  it   is  cl ear  that  on   on e  ha nd,  I nSw  re quire s  le ss er  am ou nt  of  Sp Ch ns   a nd   higher   com plexity   of  netw ork  s witc hing,   on  t he  oth e r  ha nd,  SpSw   re duces  t he  switc hing  c om plexity   by  act ivati ng   high er  am ou nts   of  Sp Ch ns  in   the  init ia l  tim e  fr a m e  per io ds.  T he   pro posed   HySw  m et hod  c om bin es  the  best  at trib ut es  o f   I nSw  a nd  Fq S w.  We  pro po s e  HySw  with  a   view   to   pos tpone  t he  relat ed  Sp C hns  (i.e.   f iber s   or   c ores)   act ivati on  co sts  si m ultaneou sly   pro visio ning   substanti al   s avin gs   on  the   costs  i ncurr e d  f or    the  s witc hing.   The   HyS w   m e thod  sta rts  by  i m ple m enting  In S w   at   ea r ly   sta ges  of  ti m e   f ram e  and  s hifts  t o  i m ple m entat io n  of  SpSw   upon  t he   act ivati on  of  a   ce rtai n Sp N am ou nt  of   S pC hn s .   He nce,   H ySw  sp li ts  S D M     b - OT N  int o  tw o  la ye rs w hich do n ot  dep e nd  on one a nothe r  and a re acti vat ed  at   var ie d  in s ta nt of tim e fr am e.    As  a n  e xam ple ,  Fig ur e   1  sho ws  the   ev olu ti on  of  im ple m e ntati on   of  HyS w  for 2 Sp N .  In   su c h  a  scal able  arc hitec ture,  I nSw  is   i m ple m ented  f or   1 N (see  t he  1 st   c olu m n) ,  a nd  f or  2 N (see  the  2 nd   c olu m n) .   Howe ver,  i f  ne w  (see   the   3 rd  a nd  4 th   c oloum n)   Sp C ns  are   ac ti vated  t hen,   S pSw  is   im ple m ented   e ns uri ng   that   the  nodes   wh ic h  we re  de plo ye d  t o  im ple m ent  I nSw   init ia ll y  rem ai n  act ive  a nd  op e rati onal .   O ve rall ,  the   m ajor  idea  of  im ple m enting  HyS w   is  t ha t  init ia ll y,  with   InSw ,  since  le sse r  SpC hn s   will   be   a ct ivate d,  fine r   value   of   gr a nula rity   can   be   us e d  to  swi tc h  the   sig nals;  at   la te r  sta ges,  w hen  the   act ive  S pC hn s   am ount  i ncr eases ,   wit h  Sp S w,  f re qu e nc y  cl ashes   can   be  pr e ve nted   a nd  in   tu rn  the   nodes   com pl ex it y  can  be  m inim iz ed.   He nce,   there  occurs  a   postp on em ent  in  S pC hn s   bei ng  ac ti vated  w hich   will   resu lt   in   reducti on  of   t he  ass ociat ed  costs.   Althou gh,  S pSw  will   nee d  SpC hn s  t o  be  act i vated  un ti m ely ,  a  com bin at ion   of  I nSw  an d  Sp S w,   as  i n  H ySw ,   will   al le viat e  t he  af or em entio ned   sc ena rio.   Also ,  f or   S pC hns  to  be  act ivat ed,   ass um ing   that  netw ork  op erator   has  fibe r  s olu ti on  a vaila ble  at   his  e nd,  opti cal   am plifie rs  an d  opti cal   switc hi ng  m at rices  will   be  re quire d  to  be   dep l oyed  in  t he   entire  netw or k  w hich  will   i ncu r  inc rease d  instal la ti on   cos ts  at   early   t i m e   fr am e.  Ho we ve r,   as   the  m ajo r  be ne fits,  (i)  in  c omparis on   t o  the  use   of   WSSs  by  In S w,   SpSw  use s  op ti cal   switc hing  m at rices  wh ic h  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2722 - 3221   Com pu t. Sci.  I nf. Tec hnol. ,   V ol.  1 , N o.   2 ,  J ul y  20 20 :  54   –   6 0   56   are  m uch  chea per  a nd  al so  m ini m iz e  costs  a sso ci at ed   with   reg e ner at i on  of   the   opti ca l  sig nals,  an d  (ii)  use   of   the  Sp C hns  ca n  be  a voide d  f or   l onger   ti m e  fr am es  by  i m pl e m enting  S pSw  w hich  will   postp one  de plo y m ent  of   new fi ber   so l ution s .           Figure  1.  Wo r ki ng   of  HySw  m et hod wit h  e voluti on   of ti m e fr am e con side ring th reshold  val ue  of 2 Sp N       2.1.   Onli ne  res ou r ce ass i gn me nt alg orit hms   I n  I n  this  s ub - sect ion ,  we  det ai l  the  onli ne  r eso ur ce  as sig nm ent  al gorith m s  wh ic h  are  app li cable  t o    the  c on si der e d  switc hi ng  m e thods.   Wh e n  I nSw  is  t o  be  i m ple m ented  th en  i niti al ly ,  k - sh ort est   path   ( k - SP )   al gorithm   is  use d  t o  r ou te   the   sign al s   f ollo wing  wh ic h  first   f it   wavel en gth  a ssign m ent  m eth od   is  us e d  to   a ll ocate  the  freq ue ncies  (or  wav el e ngths ).   A  dem a nd   is  acce pte d  in  case  wh e n  the  desi red   c apacit y  is  avail able;   howe ver,  act iv at ion   of  a  ne w  Sp Ch n  over  th e  entire  S DM - b - OT N  li nks  is  cond ucted  when  the  desire d  capaci ty   is  not  f ound   a nd  the   al gorith m   is  then  re sta rted  f or  acce pt ance  of  the   de m and   w hich  is   inc om ing .  It   m us t  be  no te d  that  a  de m and   w hich  is  incom ing   can  be   acce pted  by  ut il iz ing   a  sp ace  su pe rc hannel  wh ic h  exists  an d  ha s   the  sam e  so ur c e  an d  destinat ion  pair   by  virt ue  of   t he  act iv at ion   of   a   ne w   Sp C hn  w hich   resu lt s  in   creat ion   of   extra ca pacit y for all  s pace s uperc ha nn el  t hat ex ist .   Wh e n  F qSw   is  to  be   im ple m e nted   the n  init ia ll y,  to  ser ve   the   de m and ,  t he   al gorithm   sta rts  by  c hec king   wh et her  the re  a lready  e xists  a   sp ace  superc ha nn el   w hich   ha s   bee n  a ssig ned  with  t he  a vaila ble  desire d  ca pa ci ty .   If   su c h  a   s pace  su pe rc hannel  e xists  the n,  dem and  is  pro visio ned  with   e xisti ng  avail a ble  ca pacit y;   el se,  al gorithm   us es  k - S P  to   de te rm ine  a  s pac e  superc ha nnel   w hich  is   avail able.  Nex t ,  de m and   is  ser ved  if  the   al gorith m   is  able   to  assi gn  t he  s pace  super cha nn el   w hich   is   avail able;   el se,   act ivati on  of  a   ne w   S pChn   over   the   e ntire  SD M - b - OTN  li nks  is  c onduct ed  a nd  t he  al gorit hm   is  then  restarte d  f or   t he  acce ptan ce  of  the  dem a nd  w hich  is   inc om ing .   Wh e n  S pSw  is   to   be   im ple m ented   the n  init ia ll y,  al go rith m   deter m ines  the  e xistence   of  a n  assig ne d  s pectra l   su pe rc hannel  wh ic h  has  t he  avail able  desir ed  capaci ty ,  an d  if  it   finds  su c h  a  sp ect ral  superc ha nn el ,  de m and   is   serv e d  us i ng  th e  f ound  ca pacit y.  H ow e ve r,   if   su c h  a  s pectral   superc ha nn el   i s  not  f ound  t he n  al go rithm   us es  k - SP  t o  determ i ne  a   s pectral  su pe rc hannel  with  a vaila ble   desi red  cap ac it y.  Upo n  the   su ccess fu l   se a rch i ng,  al gorithm   serves  dem and  by   assigni ng  the   de te rm ined  s pec tral   supe rch a nnel ;  el se,   act iv at ion   of  a   ne w   Sp Ch n  ov e r  t he  entire   S DM - b - OT N  li nk s  is   c onduc te d  a nd  the   al gorithm   is  the n  restarted   f or  t he   acce pta nce  of   th e   dem and   w hich   is  i nc om ing .  F inall y ,  w he n  H ySw  is   to   be   im ple m ented  th en,  the   al go rith m   execu te s  InSw   ti ll   the act ivati on  of Sp N Sp C hs n f ollo wing  wh ic h  th e algori thm  ex ecutes S pSw  f or the  rem ai nin g  ti m e fr am e.        3.   SIMULATI O N RESULTS   AND DIS C USSION S   To  c om par e  pe rfor m ance  of   consi der e d  s wi tc hin g  m et ho ds,  sim ulatio n  e xp e rim ents  are  cond ucted   su c h  that   the   c onnecti on  dem ands  wh ic h  a re   acce pte d  with in  the   net wor k  are   ne ver  to r n  dow n.  Co ns i de rin g     the  fact  that  a ct ivati on   of  a  new   Sp C hn   ov er  al l  li nk s  res ults  in  pro visi on i ng   e xtra   ca pacit y  to  serv e   a  new  dem and , s im ulati on s a re c onduct ed  i n  a m ann er  w hich  le a ds t o no bl ock i ng  of  t he dem and s. Als o,   betw een all   the  s ource   a nd  de sti nation  pa irs,  unif or m   di stribu ti on   is   f ol lowed,   an d  spa ce  a nd  fr e qu e ncy  c onve rsion   is  not   per m it te d  in  t he  si m ulati on s.  Fu rt her,  to  dete rm ine  the  cand idate   paths  for  e ver y  s ource - de sti nation  no des   pairs,  we  us e  k - S P  with  a  fi xed   va lue  of  k  =  3  wh ic h  ha s  bee n  sho wn   t o  de m on strat e  the  best  pe rfor m ance  in     the  SD M - b - O TNs  [ 18 ] .  The   nu m ber   of  f r equ e ncy  slots   cons idere d  is  96   with  each  occupyi ng  50  GH z   of  sp ect r um   wh ic h  am ount  to   a  total   of  4.8  T H z  ba ndwi dth  [ 19 ] .  F urt her,  t he   co ns ide re d  de m and s  ha ve  a   fixe d  capaci ty   of   100  G bps  wh ic h  are  assig ne d  over  a  fixe d  50   GH z  fr e quenc y  slot.  Each  run  of  the  sim ulati on   i s   de te rm ined  as  the  m ean  of   50  r un s .  F or  pe rform ance  evaluati on s ,  we  co ns i de r  tw o  reali sti c  netw ork  to polo gies:   sm a ll   distance  DT,  a nd  la r ger  dista nce  GE A NT   [ 20 - 21 ] .   I n  re gard   to   ca pa ci ty ,  fo ll owin g  [ 22]   w hic h  predict   the  com pound  annual  grow t h  rates  (C AG Rs )  rangin g  betwee n  20%  -   50%  de pendin g  on  th e  ge ographic  re gions ,   sta rting  val ue  i n  t he  1 st   ye a r  i s  set   t o  5  Tb ps  w hich   is  t hen  increase d  e ve r y  ye ar  fo ll owi ng  CA GR   of  20%  or  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Com pu t. Sci.  I nf. Tec hnol.         On the  perf orma nce  of swit chin g meth ods i n  s p ac e  divisi on   mu lt iplex in g ba s ed… ( Sri dh ar   Iyer )   57   40%.  As   the   pe rfor m ance  m e tric s  w hich   underg o  a   cha ng e  eve ry  ye ar ,  we  us e   the   am ount  of  (i)  a gg reg at e   act ive  S pChn s  ( AgAcS pC hns) ,  a nd  (ii)   netw ork   usa ge  (N et Usg)   (in   %)   w hi ch  is  e valuat ed  as   Ed A c S p F S s p FS H N e t U s g d 1 j j j   [1,  4]  wh e re, i n n um erator ,  ge ner at e d dem and s   am ou nt  is  denoted   by  d ,  j H   de no te s   ho ps   a m ou nt  w hich   a  dem and   d   tr aver se s,  a nd  j FS de no te s   f reque nc y  slots  am ou nt  w hich   a   dem and   d   util iz es.  Furthe r,  in   de no m inator, F S s p   de no te s   f re qu e nc y  slots   am ou nt  wh ic h  eve ry  S pCh  s upports,   A c S p   de no te s  am ou nt of  Sp C hns  wh ic h  a re acti ve , and  Ed   de note s  am ou nt of  net work gra ph’s  e dg e s.       3.1.   Perfo r ma nce  comp ariso n  of existin g sw itching m eth od s   In  this   s ub - sec ti on ,   we   pr ese nt  perform ance  com par iso n  r esults  of  the   e xisti ng  s witc hi ng  m et ho ds.   The  re su lt s  are   pr ese nted  i n  F igure  2  c onsid erin g  the  CA G R  values  of   20%  and   40%.  From   the  resu lt s  it   can   be  see n  that  tre nd s  of  res ults  is  the  sam e  fo r  bo t h  the  c onsidere d  to polo gies.  Spec ific al ly ,  f or   bo t h  to po l og ie s ,   on ly   tw o  Sp C hs  are  nee de d  by   InSw   an d  FqSw  for  a   ti m e  fr am e  per io d  of  7  a nd  5  ye ars   co rr es pondin g  to  a   CAGR  value  of  20%  a nd  40%,  res pecti vel y.  He nce,  it   ca n  be  in ferred   that  at   lo wer   va lues  of  netw ork  loa ds   bo t h,   I nS w  and  FqSw  inc ur  l ower a sso ci at e d i nv est m ent co s ts. Furthe r,  i n r egard t o uti li za ti on   of  t he net work,  it  can  be  obse r ved that  bo t h,   I nSw a nd FqSw  achieve  h i gh e st perfo rm ance o f  app roxim ately  4 0%  i n  the   init ia l   per i od s  of  tim e  fr am e.  Hen c eforth,  f or   F qSw,  NetUs g  val ue  m ini m iz es  and   rem ai ns   below   25%.  It  m us t  be   no te d  that  highest  Net Us g  va lues  of  InSw   an d  F qSw  co rr es ponds  t o  the  fact  t hat  th e  ver y  first  S pC h  ha s   exh a us te d  the  capaci ty   and  a  seco nd   Sp C h  a ct ivati on   is  require d  w hic h  m i ni m iz es  us age   of   netw ork .  F urt her,   after  t he  a fore m entioned  j un ct ur e  is   reac he d,   A gA c Sp C hn s   is  obser ve d  to   inc ur  a n  expo nen ti al   in crease   wh e reas,   NetU sg   value s  c onti nu e   to   hav e   lo wer  val ues.  H e nce,   it   can   be  i nf e rr e d  t hat  F qSw   is  no t  a  favoura ble  switc hing  s ol ution  f or  lo nger   per i od s   of  tim e   f ram e  even  th ough  e ff ic ie nt   fr e qu e ncy  al lot m ent  m e tho ds  m ay be  us e d  wh ic h  howev e r  will   onl y  sli gh tl y  incr ease  spe ct ral - e ff ic ie ncy.   It  ca n  al s o  be  see n  that  I nSw   is  a ble  t o  pro vision hi gher  netw ork usa ge values  of a ppr oxim a te ly  4 5%  f or lo ng e r  ti m e fr am e p erio ds .            (a)       (b)     Figure  2. A gA cSpC hn s  ( le ft ) a nd N et Us g  ( ri gh t )  re su lt s  for C AG R  value s  of 20% a nd  40% co ns ide rin g    the n et wor k  t opol og ie s  ( a ) D T, a nd (b) GE AN T       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2722 - 3221   Com pu t. Sci.  I nf. Tec hnol. ,   V ol.  1 , N o.   2 ,  J ul y  20 20 :  54   –   6 0   58   The   S pSw   m et hod  is  obse rv e d  t o  act ivate   hi gh e r  Sp C hns   a m ou nt   in   th e  init ia l  tim e  fr a m e  per i ods  since  it  n ee ds  to  c onne ct   al l  t he  source   a nd d est inati on p ai rs  i n  the   S DM - b - OT N  t hro ugh  i nd i vidual S MF,  a nd   hen ce ,  usa ge  of  net work   has  a  lowe r  val ues   un ti l  su c h  a  c onne ct io n  is  c om plete d.   As  t he  tim e  fr am e  per i od s   increase,   SpS w  is   see n  to   ou t perform   InSw   eve n  th ou gh  S pSw   ha s  m uch   lo wer  fl exibili ty   of  s witc hing.     The   af or em entione d  occ urs  s ince  S pSw   does  no t   inc ur  a ny  s ubsta ntial   capaci ty   losses   owin g  to   f re quenc y   cl ashi ng,  a nd   t he  sam e  can  be   obser ved   w he n  CA GR  val ue   is  40 %  unde r  w hich ,  S pSw   has  a n  ap pro xim ate   NetUs g value   of 60% a nd  75% for  the  DT  a nd the  GE A NT  n et w ork  to po l og y,  r es pecti ve ly .     3.2.   Perfo r ma nce  comp ariso n  of existin g sw itching m eth od s   w ith h ybri d s w itching  me thod   In  this  sub - sect ion ,   we  pr es ent   the   pe rfor m ance  com par iso n  resu lt s  of  t he e xisti ng  s witc hin g  m et ho ds   with  the  pro posed  HyS w  m eth od.  For  the  H ySw  m et ho d,   I nSw  is  i m ple m ented  un ti l  cert ai n  Sp N   am ou nts  of   Sp Ch ns   ha ve  be en  act ivate d  f ollow i ng  w hic h,   t he  S pSw  m et hod  is  im ple m ented.   I n  t he  si m ulati on s,  w e  var y  the  val ue  of  Sp N   as 10 , 8 , 6 , 4 , 2 N Sp .   T he  sim ulatio n  ex pe rim ent  resu lt s  a re  pr e s ented  i n  Fig ur e s   3  an d  4  f or   the  DT  a nd  th e  GE AN T  net work  to po l og i es  co ns ide rin g  the  CA GR  va lues  of  20 %  a nd   40%,  res pe ct ively .  Sp eci fical ly , fr om   Figu re  3 i t  can  be   obse rv e d t hat  the  HyS w m et ho d f or  a   lowe r val ue  of  2 N Sp   le ads t o t he   po st ponem ent  of   la r ge r  am ou nt  of  S pChns  by   approxim at e l y  9  to  10  ye ar s  and   sim ul ta neo us ly   ens ur es  t ha t  the  com plexity  o f  the n et wor k  no des  is l ow. Fu r ther,   for  lo nger  p eri od s  of tim e fr am e, in  co m par ison  to  t he  Sp S w   m et ho d,   t his  lo w  2 N Sp   value  is  al so  seen  to  m ini m i ze  the  act ive  Sp Ch ns   am ou nt  since  it   prov isi on s  a  la ye re d  netw ork   w hich   c om pr ise s  of  a   sin gle   dim ension  a nd  gran ula rity   of  t he   f requen cy .   Also,   in   the   la te r   pe rio ds  of   the ti m e fr am e o wi ng to  t he  l ow  value s  of  Ne tUsg ,  it  ca n be   ob s er ved th at  t he use   of the   H ySw m et ho d  re su lt s   in  an  i ncr ease d  act ive  dim en sio ns   am ount.  The  a forem ent ion e d  is  a  re sul t  of   the  fact  that  w he n  the  S pS w   m et ho d  is   im pl e m ented  at   the   la te r  per i ods  of  the  ti m e  fr am e ,  it   le ads  t o  a  c ha ng e - ov e r  sta ge   w her ei n,   t he  HySw  m et ho d res ults  in the acti vatio n of m or e Sp C hn s  am ou nt i n com par ison t o   the S pSw m et ho d.            (a)       (b)     Figure  3. A gA cSpC hn s  ( le ft ) a nd N et Us g  ( ri gh t )  re su lt s  for a  CAG R  v al ue of  20% c onsid erin g  the  n et w ork  t opologies (a ) DT,  and  (b) G EANT   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Com pu t. Sci.  I nf. Tec hnol.         On the  perf orma nce  of swit chin g meth ods i n  s p ac e  divisi on   mu lt iplex in g ba s ed… ( Sri dh ar   Iyer )   59     66   (a)           (b)     Figure  4. A gA cSpC hn s  ( le ft ) a nd N et Us g   ( ri gh t )  re su lt s  for a  CAG R  v al ue of  40% c onsid erin g  the  n et w ork  t opologies (a ) DT,  and  (b) G EANT       The   af or em entione d  high   val ues  of  NetUs g  pro vision e d  by   S pSw  for  hea vily   loade d  tra ff ic   dem and s   can  be   see n  m or e   a pp a re ntly   in  Fi gure   4.  Al so ,   f or  la te r   per iod s   of  ti m e  fr a m e,  irres pecti ve  of  Sp N   value ,  it   i s   ob s er ved   t hat  HySw  m erg es  to  a  sin gle  NetUsg   value  w hich  is  m uch   higher  tha n  that  re ached   by  I nSw .  He nce ,   from   al l  the  ob t ai ned  re su lt s  it   can  be   in ferre d  that  the re   is  a   tr ade - off   bet wee n  t he   costs   ass oc ia te d  f or  act iv at ing  the  S pChns   a nd  for  switc hi ng.  F ur t her,  t he  use   of  t he  HyS w  m et ho d  with   lo wer  Sp N   values   is  able  t o  offe r   a  ba la nce  bet wee n  the  af or em en ti on ed  cost s.       4.   CONCL US I O N   In  the   cu rr e nt  work,  we  i nve sti gated  perfor m ance  of  t he  s witc hing  s olu ti on s   wh ic h  a re  app li cable   to   SD M - b - OT Ns.  The  resu lt s  re vealed  t hat  (i)  com par ed  to  ot her   s witc hi ng   s olu ti ons,  FqSw   dem on strat es  lowe r  netw ork uti li zat ion   ov e r  a l onger   pe rio d of  ti m e fr am e, an d (ii )  S pSw  ou t pe rfor m s I nSw  f or  l onge r  ti m e  fr am e   per i od s   si nce  i t  is  a ble  to   a void   both ,  fr a gm entat ion   of  s pectr um   and  losses   of   capac it y  ow in g  to   f r equ e ncy   cl ashin g.   F ur t he r,   res ults  al so   dem on strat ed  t hat  f or   s horter  per i od s  of  tim e   fr am es,  Sp S w  offer s  l ow   net work  util iz at ion   as   it   act ivate s  la rg e   am ou nts   of  S pChns.   C on si de rin g  t he  a f or e m entioned,   we   pr opos e d  t he  HyS w   strat egy  w hich   reduces  c os ts  associat ed  with  act ivati ng  a  new   Sp C hn  as  it   beg ins  by  im plem enting  InSw  a nd   then   sh i fts  to   t he  us e   of  FqS w  a fter   act ivati on  of  spe ci fic  nu m ber s   of  SpC hn s .  T he   res ul ts  dem on strat e d  t hat  HySw  m ai ntain s  t he  s pectra l - eff ic ie ncy   ov er  a   lo ng e r   ti m e  fr am e  and  pro visio ns  substanti al   sa vings   on     the  i ncurr e d  s w it chin g  costs .   A s  a n  im po rtant  obser vatio n,  it   is   f ound   tha t  in   the   la te r   pe rio ds  of  ti m e  fr am e,  us e  of  HyS w  re su lt s  in   a n  i ncrea sed   act ive  di m ension s   am ou nt   since ,  us e   of  S pSw   at   la te r   per i od s   of  ti m e   f ram e   le ads  to   a   cha nge - over   sta ge   wh e rein ,  HyS w  res ul ts  in   the   act ivati on  of  m or e  Sp C hn s   a m ou nt  in   com par iso n  t o  Sp S w.  It  is   al s o  obser ve d  tha t   the   us e   of  Hy Sw  with   l ow e r   Sp N   val ues   is  a ble   to   offer  a   bala nce   in   tra de - off   wh ic h occu rs b et ween  c os ts a sso ci at ed f or  a ct ivati ng  t he  S pChns a nd  for swit chin g .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2722 - 3221   Com pu t. Sci.  I nf. Tec hnol. ,   V ol.  1 , N o.   2 ,  J ul y  20 20 :  54   –   6 0   60   REFERE NCE S     [1]   E.  Agrel l ,   et  a l. ,   “ N.  Gisin.   Road m ap  of  op ti c al  c om m unic at ions” ,   Journal  o f  Opt i cs,   IOP   Press ,   v ol.  18,   no.   1 ,   pp .   1 - 40,   2016 .   [2]   S.P.  Singh,   e t  a l. ,   “ Stud y   on   Mit i gat ion   of   Tra ns m ission  Im pai rme nts  and  Iss ues  a nd  Challeng es  w it h  PLIA - RW A  i n  Optic a l  W DM   Networks”,  Journ al  of   Optic a l   Co mm unic ati on,   De  Gr uyt er ,   vol .   3 3,   no .   2 ,   pp . 83 - 1 01,   2012 .     [3]   T. J.  Xi a,  et  al. ,   “ Introduc t ion  of  s pec tr al l y   and  spa ti all y   fl exi b le   op t ic a l  ne tworks”,   I EE E  Comm uni c ati ons  Magazine ,  vol.   53 ,   no .   2 ,   pp .   24 – 33 ,   2015 .   [4]   D.  Klonid is,   e t   al . ,   “ Spect r all y   and   Spa ti a lly  Flex ibl e   Opt ical   Network   Pla nning  and   Ope rat ions” ,   IEEE  Comm unic ati ons Magazine ,   vol .   53,   no .   2 ,   pp .   69 - 78,   2015 .   [5]   P.J .   W inz er   “ Spatial  m ultiple x in g  in  f ibe r   optics:  Th e  10×   sca li n g  of  m et ro/ cor e   ca pa ci t ie s” ,   Be l l   Labs   Techni ca l  Journal ,   vo l. 19, pp. 22 – 30,   2014 .   [6]   G.  M.  Sar idi s,  et  al. ,   “ Surve y   and   eva lu at ion   of  spa ce   d ivi sion  m ulti ple xing:  From   technologies  to  op ti c al   n et works ”,  IEE E   Comm unications  Surve ys  a nd  Tutor ial s ,   vo l .   17 ,   no .   4 ,   pp .   2 136 – 2156,   2015 .   [7]   P.J.  W inz e r,  et  a l. ,   “ From   sca li ng   dispariti es  to   in te gra te d   par al l el i sm :  A  decat hlon   for  a   decade”,   I EE E   Journal   o f   Lightwav e   and  T ec hnolog y ,   pp.   3 5,   no .   5 ,   pp .   109 9 – 1 115,   2017 .   [8]   D.M.  Marom ,   et  al. ,   “ Sw it chi ng   soluti ons  for   W DM SD M  opti ca l   n et works ”,  IE EE  Comm unic ati ons  Magazine ,   vo l .   53,   no .   2 ,   pp .   60 – 68,   2015 .   [9]   F.J.  Moreno - M uro,   et  al . ,   “ Eva luation   of  Cor e - Conti nui t y - Co nstrai ned   ROA DM s  for  Flex - Grid/MCF  Opti ca l   Networks” ,  I EEE/OSA Journal of  Opti cal   Com municat ions a nd   Net work ing ,   vol .   9 ,   no .   11 ,   pp .   1 041 - 1050,   2017 .   [10]   D.M.  Marom ,   et  al. ,   “ Surve y   of   Photonic  Sw it c hing  Archi tectur es  and   T ec hnolo gie s  in   Support   of  Spatially   a nd   Spect ra lly   Fl exible  Opt ic a l  Ne tworking” ,   IE EE /O SA   Journal   of  O pti cal  Comm unic ati ons  and   Netw orking ,   vo l.  9,   no .   9,   pp .   1 - 26 ,   201 7.   [11]   N.  K.  Font ai ne ,   et   a l. ,   “ H et ero g e neous  spac e - d ivis ion  m ult ipl ex in g  and  joi nt   wave le ngth   sw it chi ng   demons tra ti on ” ,   in  IE EE /OSA   Optic al   F ibe r Co mm unic ati ons C onf.   ( OFC) ,   pp.   1 - 3,   2015 .   [12]   P.  S.  Khodashe nas,   e t  a l. ,   “ Co m par ison  of  Spect r al   and  Spa tial  Super cha nn el  Allocati on   Sch emes  for  SD M  Networks”,   I EEE/OSA Journal of  Lightwave  Te chnol ogy ,   vo l. 3 4,   no .   11 ,   pp .   27 10 – 2716,   2017 .   [13]   D.  Sirac usa ,   e t  al. ,   “ Resourc e  a ll oc at ion  po li c ies   in  SD M  opti ca l  ne tworks”,   in   IEE E   Inte rnat i onal  Confe ren c e   Optic al   Net work   Design  and   Mo del ing   ( OND M ) ,   pp.   168 – 173,   20 15.   [14]   B.   Shari at i ,   et  al. ,   “ Im pac t  of   spat ia l   and  spe ct r al   gra nula r ity   on   th e  per form an ce  o f  SD M  net works   base d   on   spat ial   superc hannel  sw it chi ng ”,  IE EE / OSA  Journal  o f L ight wave Tec h nology ,   vol .   35 ,   no.   13 ,   pp .   2559 – 2568,   2017 .   [15]   C.   Rott ond i,  et  al . ,   “ Routi ng ,   m od ula ti on   form at ,   b aud  ra te   and  spe c trum  al lo ca t ion  i n  opti c al  m et ro  r i ngs  with  fl exi bl e  grid  and   few - m ode  tr ansm ission”,   IE EE J ournal   o f  Lightwave  Te c hnology ,   vol .   35 ,   no.   1,   pp.   61 – 70 ,   2017 .   [16]   A.  Muham m ad,   et   al . ,   “ Resourc e   al lo cation  for   spac e - d ivi sion  m ult iplexing:  optical   whi te  box  ve rsus   opti ca l   bl ack   box  net working ” ,   IE EE J ournal   o f  Lightwave  Te c hnology ,   v ol .   33 ,   no.   23,   pp.   4928 – 4941,   2015 .   [17]   M.  Fiorani ,   et   a l . ,   “ Spatial  div isi on  m ult ipl exi ng   for  high  ca p acit y   opt ical  in te rc o nnec ts  in  m odul ar  data  c ent ers” ,   IEE E /OSA  Jo urnal  of   Optic a l  C omm unic ati ons  and  Net w ork ing ,   vol. 9, no. 2, pp. A143 – A153,  20 17.   [18]   J.  Pere ll ó ,   et  a l. ,   “ Flex - grid /SDM   bac kbone   net work  d esign   with   interc or e   XT - l imite d   trans m ission  rea ch ”,  IEE E /OSA  Jo urnal  of   Optic a l  C omm unic ati ons  and  Net w ork ing ,   vol. 8, no. 8, pp. 540 – 552,   2016. .    [19]   S.  I y er ,   et  a l. ,   “ Spect ra l  and   Pow er - Eff icien c y   I nvesti gation   in   Single   and   Mult i - Li n e -   R at e   Op ti c al  W ave l ength  Division  Multi pl exe d  (W DM )  Networks”,   Phot on ic s  Net work  Co mm unic ati ons,  S pringer ,   vol.  33,   no.   1,   pp .   39 - 5 1 ,   2017.     [20]   S.  I y er ,   “ On  R outi ng,   Modula t ion  Form at ,   Sp ac e   and   Spe ct ru m   Alloc a ti on   with  Prot ection   i n  Spac e  Div ison  Multi ple x ing   ba sed  E la sti c   Opti ca l   Ne tworks”,  J ournal  of   In formation   and   Teleco mm unic ati on,   T ayl or  &   Franci s ,  vol.   4 ,   no .   1 ,   pp .   105 - 117,   2020 .     [21]   S.  I y er,   “ An  Online   Rout ing  Algorit hm   for  Space   Divis ion   Multi ple x ing  Based  Elastic   Optic a l  Networ ks”,   Inte rnational   Jo urnal  of  Comm u nic ati on   Ne tworks  and  Distribut ed  Syst ems,  Ind e rs ci enc e ,   vo l.  24 ,   no .   2 ,   pp .   167 - 185,   2020 .   [22]   Cisco  Visua l  Networki ng  Ind ex:  Forec ast   an d  Methodo log y ,   2016 – 2021,   W hit e  p ape r ,   2 01 7.   h tt ps:/ /www   . ci sco . com/c /e n/ us/soluti ons/coll at er al /serv ice - pr ovide r/vi su al ne t working - inde x - v ni/ complete - whi te - pap er - c11 - 481360. pdf       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.