频谱灵活光网络中基于预测的资源分配算法研究

发布时间：2020-08-20 13:47

【摘要】：随着网络流量的飞速增长,光网络技术也在不断革新,频谱灵活光网络和软件定义光网络技术使得业务的承载方式向更精细化、更灵活化的方向发展。但是,现有的资源分配方式仍然存在着资源利用率不高的问题,为了应对不断增长的流量,必须进一步对资源分配方式进行优化,减少资源浪费。本文围绕频谱灵活光网络中带宽时变业务和双向不对称业务的资源分配问题展开研究,通过流量预测来获得更多的业务信息,并基于预测信息对业务的分配方式进行优化,从而提升网络整体的资源利用率,主要的工作和成果如下:(1)分析网络流量特性,建立基于长短时记忆(LSTM)神经网络的预测模型实现对网络流量的预测。现有网络流量呈现复杂的非线性,LSTM网络的自动特征学习与提取功能适合解决此类预测问题,仿真结果显示该模型的预测效果优于传统线性模型。通过预测可以提前获取时变业务带宽需求的变化趋势以及业务双向带宽需求的不对称性。(2)针对时变业务动态按需分配带来网络配置成本增加的问题,提出一种最小化业务重分配数的整数线性规划(ILP)模型来降低单时刻分配中的配置成本,仿真显示该模型能够提供最优化策略;基于预测信息,提出一种选择性资源预留的时变业务动态资源分配算法,通过对未来时刻带宽需求预测值与当前时刻带宽需求值进行比较,只对部分业务提前进行资源预留,该算法相对完全进行资源预留的算法,可以在网络阻塞率和业务重分配数之间取一个折衷。(3)针对双向不对称业务资源分配问题,提出一种持续时间感知的非对称频谱分配算法。该算法选取虚拟光网络(VON)为应用场景,VON因为其中业务的强不对称性而导致单个方向光路有大量资源被浪费,该算法基于共享思想对该部分资源进行再分配,仿真结果显示该算法可以有效提高网络资源利用率。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.1
【图文】：

并进一步结合预测信息设计启发式算法，来实现资源利用率和网络配置成本的平逡逑衡。同时研究非对称资源分配方式的意义和可行性，提出一种虚拟光网络中持续逡逑时间感知的非对称资源分配算法。论文研宄内容的关系如图１－１所示，研究的最逡逑终目标是实现频谱灵活光网络中资源的优化配置与利用。逡逑４逡逑

络的发展趋势。频谱灵活光网络所用到的关键技术主要包括以下内容：逡逑⑴传送层逡逑频谱灵活光网络的典型结构如图２－１所示，底层主要是由带宽可变收发机逡逑（Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ－Ｖａｒｉａｂｌｅ邋Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ，邋ＢＶＴ邋）以及带宽可变光交叉连接设备逡逑（Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ－Ｖａｒｉａｂｌｅ邋Ｏｐｔｉｃａｌ邋Ｃｒｏｓｓ－Ｃｏｎｎｅｃｔ，邋ＢＶ－ＯＸＣ）构成。逡逑Ｇ逦物邋ＢＶＴ逡逑々逦办逦ｍ邋ＢＶ－ｏｘｃ逡逑客户端逡逑？逦邋ｎ邋一，一，－—一逡逑图２－１频谱灵活光网络的结构逡逑ＢＶＴ通过改变传输比特率或调制格式来调整带宽，能够实现频谱效率与传逡逑输距离的交换，对于较短距离的光路，可以使用高阶调制格式来获得更高的频谱逡逑效率，但是长距离的光路则需要使用抗噪性能更好但效率低的调制格式来支持。逡逑ＢＶＴ的速率一般按最大速率值来设定，当光路所需速率低于该最大值时，ＢＶＴ逡逑的一部分容量就会被浪费

图２－３邋ＢＶ－ＯＸＣ的结构图间逡逑（２）控制层逡逑底层设备的灵活可变也给控制层提出了新的要求，只有控制层能够对其进行逡逑有效的集中控制，才能真正实现整个网络的灵活动态配置。逡逑光网络中最早出现控制平面是在自动交换光网络（Ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ邋Ｓｗｉｔｃｈｅｄ逡逑ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ，ＡＳＯＮ）中，ＡＳＯＮ是光网络智能化发展过程中非常成功的一个逡逑代表。在ＡＳＯＮ中，信令的控制使得光网络具备了自动完成拓扑及资源发现、光逡逑路动态建立和故障快速恢复等功能，这标志着光层具备了直接承载业务的能力，逡逑可以进一步简化原有的多层复杂网络结构。但是，由于采用的通用多协议标志交逡逑换（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ邋Ｍｕｌｔｉｐｒｏｔｏｃｏｌ邋Ｌａｂｅｌ邋Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ，邋ＧＭＰＬＳ）协议过于复杂，ＡＳＯＮ邋在逡逑实际应用中受到了较大的限制。而且随着网络的发展，网络中设备类型和数量不逡逑９逡逑

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本文编号：2798049