Apresenta-se uma abordagem para obter soluções dos problemas de roteamento e alocação de espectro (RSA) e o de roteamento, modulação e alocação de espectro (RMSA) aplicado em uma Rede Óptica Elástica (EON). O problema é decomposto e analisado usando dois subproblemas em separado, que são empregados para obter soluções sequencialmente. O primeiro é o de roteamento e o outro de alocação de espectro (RSA), ou de modulação e alocação de espectro (RMSA) em uma EON. Para o primeiro, utilizam-se os algoritmos de Dijkstra e Yen; já, para o segundo, investigam-se duas abordagens: uma que emprega um algoritmo voraz (greedy algorithm) e outra usando um algoritmo genético (GA). Consideram-se cenários onde se empregam a Multiplexação por Divisão de Frequências Ortogonais (OFDM), que permite realizar a alocação espectral. O comprimento máximo do enlace é determinado pela modulação empregada pela técnica OFDM, ou seja, quanto mais bits forem comportados por símbolo, menor o alcance do enlace. Assim, há uma interdependência entre as rotas, modulação e quantidade de portadoras que é resolvida no problema RMSA. Um aspecto essencial desta dissertação é a definição de uma função-objetivo (fitness function) para o GA, que visa avaliar a qualidade da solução obtida. As simulações desenvolvidas analisam o desempenho das soluções dos problemas RSA e RMSA em EONs obtidas com as duas abordagens. Os itens avaliados são o comportamento das soluções obtidas em função do aumento de demandas por tráfego, que é analisado usando a probabilidade de bloqueio, assim como a capacidade de demandas atendidas e, além disso, avaliam-se os tempos de execução dos algoritmos.

Due to the fast-paced advancements of the quantum computing field, current public key cryptographic protocols need to be rethought. One promising solution is Quantum Key Distribution (QKD), whose security is robust to any computational advancement. The security of QKD relies on the laws of quantum mechanics, ensuring that any eavesdropper attempting to access the data will be detected. In particular, polarization-encoding QKD systems allow to generate secret keys in two remote locations to encode/decode information, using the State of Polarization (SOP) of single photons. Although its security has been theoretically proven, its practical implementation poses some challenges, part of which are the main focus of this PhD thesis. One relevant process in QKD systems is the synchronization between the transmitter and receiver, namely, the frame synchronization. This way, in this thesis, a frame synchronization method is developed and implemented, showing its potential for the use in prepare-and-measure QKD systems. The developed method has been shown to be effective, even with a low number of photons reaching the receiver. Furthermore, its architecture allows it to be adjusted for different attenuation regimes of the QKD system. The ability to encode data on the physical properties of single photons, in this case, polarization, highly depends on the capacity to accurately generate the required polarization states on demand. This way, an automatic SOP generation method, comprising an optical polarization monitoring system and a dedicated algorithm was developed and implemented, capable of generating four SOPs. This method reached an average Quantum Bit Error Rate (QBER) of 0.75%, which is well below the security threshold. After the SOP generation, and their transmission through the quantum channel, polarization alignment algorithms are required to compensate for the random rotations induced by birefringence in the optical fiber. In this thesis, a non-iterative polarization compensation method was implemented. This method requires only three QBER estimations to re-align the polarization, reaching average QBERs of 1.8%. Additionally, multiple iterative methods were implemented for comparison purposes, with the results clearly showing a better efficiency of the deterministic method. Beyond fiber-based transmissions, free-space transmissions were analysed due to their ability to reach sites without installed fiber and due to its potential for satellite-based quantum communications. This thesis demonstrates the feasibility of polarization-encoding QKD over free-space channels, by subjecting quantum signals to atmospheric turbulence to study its impact. In that sense, polarization variations over a 1.8 km outdoor free-space channel were monitored, to understand the effect of atmospheric turbulence on polarization. These results have shown that SOP variations in free-space links are slow, allowing their compensation. Furthermore, it was identified that, under conditions tested, the Secret Key Rate (SKR) could reach values up to 8.7×10ˉ⁴ bits per second, allowing QKD over free space for distances up to 2.31 km.

The Raman gain based polarization pulling process in a copropagating scheme is investigated. We map the degree of polarization, the angle between the signal and pump output Stokes vectors, the mean signal gain and its standard deviation considering the entire Raman gain bandwidth. We show that, in the undepleted regime (signal input power similar to 1 mu W), the degree of polarization is proportional to the pump power and changes with the signal wavelength, following the Raman gain shape. In the depleted regime (signal input power greater than or similar to 1mW), the highest values for the degree of polarization are no more observed for the highest pump powers. Indeed, we show that exists an optimum pump power leading to a maximum degree of polarization. (C) 2011 Optical Society of America

Past technological advances and an increasing need to communicate have led to the creation of the current telecommunications networks. A critical part of a telecommunications network is the access network, since it must bridge the clients with the services provided, ensuring an efficient connection between them. In the last few years, both governments and organizations from several countries have adopted large fiber optics implementations in their access networks, given its broadband capabilities. However, the structure of such networks can become very complex, forcing organizations to use means that allow them to efficiently manage such complexity. Several software solutions available on the market are capable of providing management features for these networks, but the complexity of these solutions can negatively affect management, making it lengthy and error-prone. In this paper, we describe the initial development of a software solution, consisting of a set of integrated tools that will make optical access networks management more efficient by addressing the complexity limitations of the current solutions. One of the tools, presented in this paper, was tested with a local ISP (Internet Service Provider) and showed to be capable of overcoming the limitations faced by the organization on managing their optical access network.

Esta dissertação foi elaborada com o objetivo de obtenção do grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica – Telecomunicações. O trabalho apresenta uma análise técnica da resiliência e redundância em redes de telecomunicações, com enfoque nas tecnologias SDH, DWDM e na infraestrutura de rede backbone em fibra ótica. A investigação utiliza como caso de estudo o impacto do temporal de 20 de fevereiro de 2010 na ilha da Madeira, um evento que expôs fragilidades significativas na infraestrutura de telecomunicações do operador incumbente na região. São analisadas as falhas observadas, as estratégias de recuperação adotadas, e as soluções técnicas implementadas para reforçar a resiliência da rede. O estudo destaca a importância do planeamento estratégico na implementação de soluções redundantes e apresenta recomendações para a evolução contínua das redes de telecomunicações, com foco na automação, monitorização e na adoção de arquiteturas mais flexíveis e robustas.

Desde o início dos tempos, o homem tem construído e aperfeiçoado estratégias para garantir uma comunicação mais eficiente. Na actualidade, comunicação a longas distâncias, bem como a utilização de diversos serviços é possível através de redes de telecomunicações. As redes de telecomunicações são essencialmente mantidas por organizações especializadas e integram 3 segmentos principais: as redes de interligação, de acesso e do cliente. As redes de acesso interligam clientes aos serviços das respectivas organizações e, como tal, devem garantir a melhor qualidade de comunicação possível. Nos últimos anos, governos e organizações em diversos países têm adoptado a utilização em grande escala de fibra óptica nas suas redes de acesso, dada a sua elevada capacidade de largura de banda. Contudo, redes de acesso em fibra óptica poderão tornar-se extremamente complexas, no que respeita à estrutura física da sua implementação concreta. Tal complexidade, obriga à adopção de meios capazes de facilitar a gestão e, consequentemente, a operação sobre estas redes. Existem várias ferramentas de software no mercado, capazes de melhorar a eficiência de tarefas de gestão das redes, contudo a sua elevada complexidade, prejudica essas tarefas tornando-as mais morosas e susceptíveis a falhas. A presente dissertação objectiva a construção de uma solução em software para o problema de gestão de redes de acesso ópticas, enfrentado por uma organização local. A solução deverá possibilitar um maior nível de eficiência de gestão, em comparação com a actual solução adoptada na organização. A solução deverá também ultrapassar as limitações de complexidade das actuais ferramentas, garantindo uma gestão mais rápida e focada nos aspectos essenciais.

In this work we present a cost effective strain sensor based on micro-cavities produced through the re-use of optical fibers destroyed by the catastrophic fuse effect. The strain sensor estimated sensitivity is 2.22 +/- 0.08 pm/mu epsilon. After the fuse effect, the damaged fiber becomes useless and, consequently, it is an economical solution for sensing proposes, when compared with the cavities produced using other complex methods. Also, the low thermal sensitivity is of great interest in several practical applications, allowing eluding cross-sensitivity with less instrumentation, and consequently less cost.