Power-Aware Fibre Layout Optimization in Optical Access Networks

The dependency between data distribution networks (optical communication network) and power distribution networks (electrical grid network) is analysed under different failure scenarios including node, link and disaster failures. Several real-world power-shutdown scenarios such as earthquake in Japan 2011, power outage in Northwestern US in 2003, etc., resulted in an epic failure of communication services, which highlights the vulnerability of interconnected electrical-optical infrastructure. Several protection schemes in the communication network are introduced by the ITU-T [1], for example, using backup feeder fibre (type-A), using backup Optical Line Terminal (OLT) (type-B), using backup remote nodes (type-C), etc. These protective measures majorly ensure an uninterrupted communication when a failure occurs in communication network, however, failure in power grid leads to interruptions and complete shutdowns in several areas.
This thesis is about finding the optimal fibre layout which minimizes the power-grid dependency on the access communication network. The input graph of a city is to be read from an open-source platform called OpenStreetMaps. A linear programming model needs to be modelled using preprocessed street graphs and several constraints indicating power-grid dependency. The project aims at a marginal-power-grid-dependent optical fibre layout in different city areas such as rural, urban, sub-urban, etc.

[1] ITU-T Series G: Transmission systems and media, Digital systems and networks, “Passive Optical Network protection and considerations,” https://www.itu.int/rec/T-REC-G.Sup51-201706-I, 2017.

Die Abhängigkeit zwischen Datenverteilungsnetzen (optische Kommunikationsnetze) und Stromverteilungsnetzen (Stromnetze) wird unter verschiedenen Ausfallszenarien analysiert, darunter Knotenausfälle, Verbindungsausfälle und katastrophale Ausfälle. Mehrere reale Stromausfallszenarien wie das Erdbeben in Japan 2011, der Stromausfall im Nordwesten der USA 2003 usw. haben zu einem katastrophalen Ausfall von Kommunikationsdiensten geführt, was die Anfälligkeit vernetzter elektro-optischer Infrastrukturen verdeutlicht.
Die ITU-T [1] hat verschiedene Schutzmaßnahmen für Kommunikationsnetze eingeführt, z. B. die Verwendung von Ersatzfaserleitungen (Typ A), Ersatz-OLTs (Typ B), Ersatz-Fernmeldeknoten (Typ C) usw. Diese Schutzmaßnahmen gewährleisten im Wesentlichen eine unterbrechungsfreie Kommunikation bei einem Kommunikationsnetzausfall. Diese Schutzmaßnahmen gewährleisten im Wesentlichen eine unterbrechungsfreie Kommunikation bei einem Ausfall des Kommunikationsnetzes, aber ein Ausfall des Stromnetzes führt zu Unterbrechungen und kompletten Ausfällen in verschiedenen Bereichen.
Ziel dieser Arbeit ist es, ein optimales Glasfaser-Layout zu finden, das die Abhängigkeit des Stromnetzes vom Zugangskommunikationsnetz minimiert. Der Eingangsgraph einer Stadt wird von einer Open-Source-Plattform namens OpenStreetMaps gelesen. Ein lineares Programmiermodell muss mit vorverarbeiteten Straßengraphen und verschiedenen Einschränkungen, die die Abhängigkeit vom Stromnetz spezifizieren, modelliert werden. Das Ziel des Projekts ist es, ein vom Stromnetz abhängiges Glasfaser-Layout in verschiedenen städtischen Gebieten (ländlich, städtisch, vorstädtisch, etc.) zu erstellen.

[1] ITU-T Series G: Transmission systems and media, Digital systems and networks, “Passive Optical Network protection and considerations,” https://www.itu.int/rec/T-REC-G.Sup51-201706-I, 2017.