基于波带交换的光网络优化算法研究

发布时间：2020-06-22 23:47

【摘要】：随着高清数字电视、云计算、电子商务和多媒体等新型宽带互联网应用服务的不断涌现,光通信网络正朝着大容量、大数据流方向发展。相应地,光通信网络需要更多的波长资源来承载业务。造成光网络的交换规模受限和交换成本过高问题日益突显。目前市面上已商用的每个波长交换开关的端口数受限于大约20+且价格昂贵。近年来,波带交换(WBS)引起了光网络行业研究者们的关注,它在减少光交换端口数,控制交换复杂性与光交叉连接(OXCs)成本方面具有重要的意义。针对波带交换,名古屋大学的研究学者们提出了一种新型的网络结构。基于该网络结构,业务的上下路通过操作出入端口上的WSS进行,而其它业务则使用内部的波带交换矩阵WBXC进行波带粒度层面的交换。因此,该结构使得端口规模受限的WSS,仍然可以构成较大规模的交换结点。本文基于该结构进行了波带交换方面的研究,着重研究了基于子路径包含关系的波带交换策略。本文首先介绍WDM网络和EON网络的研究背景和发展现状,并阐述WDM和EON的相关关键技术。其次,针对基于波带交换的波分复用WDM光网络优化问题,利用ILPG CPLEX与vs2010搭建的仿真平台,比较了波带交换与非波带交换的ILP算法。仿真结果表明,基于波带交换的ILP算法相较于非波带交换算法能明显地降低网络交叉连接端口数。针对ILP算法的复杂度高,不能应用于大业务量和大规模网络的问题,本文提出了两种启发式算法:BP-WN算和BP-BR算法。在六个节点网络中,与ILP算法结果进行了比较,启发式算法网络性能接近于ILP算法的最优解。进一步的,在仿真平台上验证了启发式算法在11节点COST239网络中的OXCs端口优化效果。然后,针对基于波带交换的路径自适应调制格式的弹性光网络EON端口数优化问题进行研究,提出了自适应调制格式的AM-WBS-RSA-ILP模型算法。仿真结果表明,随着业务请求个数的增加,对比单一调制格式S-WBS-RSA-ILP算法,基于波带交换的路径自适应调制格式ILP算法能明显降低交换规模大小,路由更多的业务连接请求。针对大规模网络和大业务量问题,提出了两种启发式算法:S-WBS-RSA-H算法和AM-WBS-RSA-H算法,仿真结果表明,启发式算法接近与ILP算法的网络性能。在此基础上,本文进一步利用启发式算法对COST239拓扑网络的端口数问题进行了相应的仿真与分析。结果显示同基于波带交换的单一调制格式S-WBS-RSA-H启发式算法相比,随着业务量增加,AM-WBS-RSA-H算法优势更加明显。采用波带路径距离自适应调制格式,降低光交换端口规模的同时,充分利用光频谱资源,提高了网络的灵活性。最后,对本文的研究工作进行了总结与展望。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.1
【图文】：

波分复用,工作原理

图 1-1 WDM 波分复用工作原理WDM 波分复用技术的使用与推广，在大大降低了通信网络建设成本的同时，也满足了日益增长的爆炸性的通信带宽资源需求。随着光交叉连接器(Optical cross-connectOXC)和光分插复用器(Optical add/drop multiplexer, OADM)工艺技术的不断改进与成熟光传输网络的拓扑结构与功能变得更加强大，更好地适应现实生活中日益增长的网络业务流量需求。图 1-2 给出一种 WDM 光网络结构。用户用户IP路由器W

交换节点

基于波带交换的光网络优化算法研究然，这种多粒度的分层结构所使用的硬件规模更小，在网络中存在大业务量的该种结构所具有的优势尤为显著了。作者[20]提出一个基于 MEMS 交换的 HO构并评估了决定系统可靠性和成本所需反射镜的数量。如下图 2-3 所示，研究交换系统用于交换所需的 MEMS 数量可减少 48%。

【参考文献】