基于按需节点结构的空分复用弹性光网络资源调度算法研究

发布时间：2020-07-19 08:14

【摘要】：相比于固定分配粒度的波分复用光网络,弹性光网络可根据业务的带宽大小为其灵活分配频谱资源,从而减少频谱资源浪费,提高资源利用率。然而,弹性光网络中现阶段部署的单芯、单模光纤传输容量受限于香农极限,随着网络流量的持续增长和网络规模的不断扩展,其传输容量将不能满足未来网络的容量需求,限制未来网络的发展。多芯光纤可有效克服单芯、单模光纤的容量瓶颈,基于多芯光纤的空分复用弹性光网络被认为是极具潜力的下一代底层传输网络。尽管空分复用弹性光网络有诸多优势,但其发展却面临着新的挑战。其一,空分复用弹性光节点中存在因频谱争用导致的业务冲突现象,导致节点器件资源和频谱资源的浪费;其二,纤芯交换使资源分配问题变得更为复杂,同时,多芯光纤中相邻纤芯间的芯间串扰影响频谱资源的可用性以及业务的传输质量,导致网络阻塞率升高,制约网络的发展。因此,论文主要研究空分复用弹性光网络的节点调度算法和考虑芯间串扰的路由纤芯频谱分配算法,主要工作及创新成果如下:第一,为了解决空分复用弹性光节点中的冲突问题,论文第三章设计了配置频谱转换器的按需节点结构,并提出了一种基于加权极大团的空频联合调度算法。业务间发生冲突后,为冲突业务建立辅助图,将业务抽象为辅助图的顶点,并根据业务间的冲突关系建立边连接。之后优先利用空间切换来解决冲突问题,若空间切换后仍存在冲突,则通过频谱转换解决冲突。在空间切换阶段基于业务带宽、承载业务的纤芯负载和节点各端口使用的频谱选择开关数目设计了空间切换权重公式,在频谱转换阶段设计了基于业务带宽和频谱紧密度的频谱转换权重公式,权重和最大的极大团即为输出带宽最大且且使用频谱选择开关数目/频谱转换器数目最少的调度方案。仿真结果表明,本文所提算法可在改善带宽阻塞率的同时减少节点所需的频谱转换器数目,以更具成本效益的方式实现更好的阻塞率性能。第二,为了降低基于多芯光纤空分复用弹性光网络中的芯间串扰,论文第四章提出了一种考虑节点频谱转换能力和芯间串扰的路由纤芯频谱分配算法。算法在节点配置频谱转换器以优化串扰,针对全网配置频谱转换器成本过高的问题,算法提出了基于节点中介中心性的稀疏配置频谱转换器策略。在选路阶段,论文设计了综合考虑路径负载和节点频谱转换能力的路径权重公式;在纤芯频谱分配阶段,本文基于顶点着色将纤芯进行分组,并按照分组结果对频谱进行分区,其后设计了综合考虑负载及芯间串扰的纤芯频谱分配成本公式,最终选择成本最小的分配方式以避免串扰、均衡负载;在利用频谱转化器优化串扰阶段,论文考虑多节点均可频谱转换的情况,设计了基于剩余频谱转化器数目和串扰改善率的节点排名公式。仿真结果表明,本文所提算法可减少因串扰导致的业务阻塞,降低网络带宽阻塞率,提高网络的资源利用率。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1
【图文】：

系统框图,系统框图,子数据,子载波

其系统框图如图 1.1 所示，高速数据流经串并转换后分解为多个并低速子数据流，将这些低速子数据流送入正交的子载波上进行传输，其后通过傅里叶逆变换产生时域上的子载波信号，再通过并串转换、数模转换得到时域连续信号即可发射至光纤中输出，接收端只要采用相应的逆运算即可恢复原始。

示意图,波分复用光网络,光网络,带宽分配

传输速率、最大传输距离。图 1.2 所示为 WDM 网络与 EONs 的对比，如图所示，WDM 中一个信道为 50GHz/100GHz，弹性光网络中以 12.5GHz 的频隙为分配单位，假设网络中存在速率为 10Gbps、40Gbps、100Gbps（速率与当下已部署的三种转发器容量相等）的 3 个业务，可以看出，WDM 网络在传输带宽低于分配粒度的小业务时会造成带宽浪费，对于 100Gbps 的大带宽业务来说，分配粒度为 100GHz 的WDM 需用一个波长通道传输业务，而 EONs 中可采用 16QAM，仅分配两个频隙(25GHz)即可传输业务，与 WDM 网络相比节约了 75GHz 的频谱资源。表 1.1 不同调制方式下子载波传输速率及最大传输距离[67]调制方式调制等级传输速率(Gb/s) 最大传输距离(km)BPSK 1 12.5 9600QPSK 2 25 48008QAM 3 37.5 240016QAM 4 50 120032QAM 5 62.5 60064QAM 6 75 300

光交换,弹性,资源分配问题

7(d) 按需结构(AoD)图 1.3 弹性光交换结构33]考虑了静态业务下的节点配置优化。为了降低节点成本点为分光器—SSS 的两级结构，然后提出了串扰感知的采略，将资源分配问题分解为频谱资源分配问题以及 SSS 的

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