Reducción de fragmentación en redes ópticas elásticas
Algoritmos de defragmentación y asignación de recursos con conciencia de fragmentación
Profesor guía: Danilo Bórquez Paredes
Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Adolfo Ibáñez
2026-06-01
¿Qué pasa cuando una red tiene espacio libre, pero no puede usarlo?
En una EON, los slots libres deben estar juntos y alineados.
La fibra óptica sostiene la infraestructura digital
- Alta capacidad.
- Baja atenuación.
- Largas distancias.
Backbone de Internet
Antes: todos reciben un canal del mismo tamaño
Asignación rígida → posible desperdicio
Después: cada conexión recibe lo que necesita
slots de 12,5 GHz
Redes ópticas elásticas (EON): asignación por slots
La flexibilidad tiene una regla estricta
Hay slots libres… pero no sirven juntos
Fragmentación espectral
La capacidad existe, pero no cumple continuidad y contigüidad.
La consecuencia práctica: conexiones bloqueadas
\[ P_b = \frac{\text{conexiones bloqueadas}}{\text{conexiones solicitadas}} \]
Métrica principal: tasa de bloqueo
Objetivo de la tesis
tradicionallínea base
sin defragprevención
+ defragprevención + compactación
Comparar rendimiento bajo distintas topologías, cargas de tráfico y formatos de modulación.
Hipótesis
Combinar asignación fragmentation-aware con defragmentación reactiva reduce la tasa de bloqueo y mejora la utilización del espectro frente al uso aislado de estas técnicas.
La literatura ataca el problema desde dos lados
Prevenir
Fragmentation-aware
decide mejor al asignar
actúa antesReparar
Defragmentación
reordena conexiones activas
actúa despuésLa pregunta de esta tesis
tradicional
fragmentation-aware
+ defragmentación
¿La combinación aporta más que cada técnica por separado?
Cinco piezas para construir nueve configuraciones
RMSA
Defragmentación
3 asignadores × 3 modos = 9 configuraciones
Asignar una conexión es elegir tres cosas
RMSA = enrutamiento, modulación y asignación de espectro
Tres formas de elegir el bloque
First-Fit
primera ruta y
primer bloque factible
P-CF-FA
ruta + slots
cortes + alineamiento
FA-RSSMA
minimiza cortes
vecinos desempatan
Los FA-RMSA estiman el efecto futuro de la asignación.
Defragmentar es ordenar la pieza sin cambiar la demanda
Antes
Después
Reubicar conexiones activas para liberar bloques contiguos
Dos formas de mover una conexión
- Desplaza gradualmente
- Mantiene ruta
- Choca con obstáculos
- Busca bloque factible
- Establece antes
- Libera después
Por qué MBB tuvo más margen
Push-Pull
Make-Before-Break
MBB puede reasignar a un bloque libre anterior antes de liberar el intervalo original.
Evaluación en 105 topologías reales
Cada comparación fue pareada
misma carga
First-Fit
La pregunta no es solo quién mejora, sino dónde y con qué consistencia.
MBB fue el mecanismo más consistente
+ MBB -10,9%
+ MBB Pb = 0,037
+ MBB -10,0%
P-CF-FA + MBB redujo el bloqueo mediano en 15,9%
El criterio fragmentation-aware no basta por sí solo
La mejora apareció cuando la asignación selectiva se combinó con reubicación espectral.
Menor bloqueo y mayor utilización
MBB acepta más conexiones
y mantiene más espectro ocupado.
La mejora aparece con presión de carga
MBB retrasó el crecimiento del bloqueo; no lo eliminó en cargas altas.
No todas las redes responden igual
Clúster 1
redes grandes
menos conectadas
Clúster 2
redes pequeñas
más compactas
Clúster 3
redes intermedias
rutas útiles
La mayor ventaja apareció cuando hubo rutas alternativas útiles y presión de espectro.
La hipótesis se apoya parcialmente
La tesis identifica qué combinación funcionó mejor y bajo qué condiciones.
Tres conclusiones
- La fragmentación reduce capacidad efectiva.
- MBB fue el mecanismo más consistente.
- La mejor combinación fue P-CF-FA + MBB, especialmente en redes intermedias.
La reducción de bloqueo depende de coordinar asignación, compactación, topología y carga.
Agradecimientos
- Profesor guía: Danilo Bórquez Paredes.
- Comité de defensa: Andrés Peters y Ariel Leiva.
- Facultad de Ingeniería y Ciencias.
- Familia y personas cercanas.
fue publicado en ICTON 2026
Anexo A: configuraciones evaluadas
| RMSA | Modo de defragmentación | Configuración |
|---|---|---|
| First-Fit | Sin defrag | First-Fit |
| P-CF-FA | Sin defrag | P-CF-FA |
| FA-RSSMA | Sin defrag | FA-RSSMA |
| First-Fit | Push-Pull | First-Fit + Push-Pull |
| P-CF-FA | Push-Pull | P-CF-FA + Push-Pull |
| FA-RSSMA | Push-Pull | FA-RSSMA + Push-Pull |
| First-Fit | MBB | First-Fit + MBB |
| P-CF-FA | MBB | P-CF-FA + MBB |
| FA-RSSMA | MBB | FA-RSSMA + MBB |
Anexo B: algoritmos como pasos
First-Fit
- Revisa rutas en orden.
- Busca primer bloque disponible.
- Asigna si cumple continuidad y contigüidad.
P-CF-FA
- Evalúa rutas candidatas.
- Calcula modulación y slots.
- Estima cortes y alineamiento.
- Elige menor costo.
FA-RSSMA
- Evalúa candidatos factibles.
- Minimiza cortes.
- Usa vecinos como desempate.
- Si persiste empate, usa First-Fit.
Push-Pull
- Toma una conexión activa.
- Intenta desplazarla hacia slots menores.
- Mueve si existe espacio continuo.
MBB
- Busca bloque alternativo.
- Establece nueva asignación.
- Libera la anterior.
Anexo C: tabla completa de resultados
| Configuración | Bloqueo mediano | Reducción | Menor bloqueo | Δ utilización |
|---|---|---|---|---|
| P-CF-FA + MBB | 0,037 | 15,9% | 93,3% | 3,2% |
| FA-RSSMA + MBB | 0,039 | 10,9% | 92,1% | 3,4% |
| First-Fit + MBB | 0,040 | 10,0% | 97,9% | 2,6% |
| First-Fit + Push-Pull | 0,042 | 5,3% | 96,6% | 1,1% |
| P-CF-FA + Push-Pull | 0,042 | 4,8% | 69,6% | 0,1% |
| FA-RSSMA + Push-Pull | 0,042 | 4,2% | 70,6% | 0,6% |
| FA-RSSMA | 0,044 | 2,1% | 54,8% | -0,5% |
| First-Fit | 0,045 | Referencia | Referencia | Referencia |
| P-CF-FA | 0,048 | -4,5% | 28,2% | -2,7% |
Anexo D: detalle de clústeres
| Clúster | Perfil | Evidencia | Interpretación |
|---|---|---|---|
| 1 | 37 redes; 38,9 nodos; diámetro 12,0; conectividad 0,039. | P-CF-FA + MBB reduce 14,1%; HHI 0,652. | Redes grandes y menos conectadas; las rutas largas aumentan huella espectral. |
| 2 | 17 redes; 9,1 nodos; diámetro 4,5; conectividad 0,235. | P-CF-FA + MBB reduce 7,5%; First-Fit + MBB reduce 8,5%. | La escala pequeña limita la ventaja de distribuir tráfico. |
| 3 | 51 redes; 22,4 nodos; diámetro 6,3; conectividad 0,110. | P-CF-FA + MBB reduce 21,1%; HHI 0,616. | Mejor equilibrio entre rutas alternativas y presión espectral. |
Anexo E: limitaciones
- No se midieron series temporales directas de fragmentación.
- Una ejecución por combinación topología-carga-algoritmo.
- Defragmentación limitada a una conexión por invocación.
- No se modelaron todos los costos de plano de control.
- No se modelaron interrupciones reales ni tiempos físicos de reconfiguración.
Anexo F: preguntas técnicas preparadas
- Modulación más eficiente: menos slots y menor alcance.
- Una conexión larga puede requerir más slots.
- Una ruta alternativa puede aumentar la huella espectral.
- MBB mantiene la ruta y mueve la posición espectral.
- Topología y carga condicionan el beneficio observado.
- No se midieron métricas directas de fragmentación.
Reducción de fragmentación en EON