基于弹性光网络的组播路由和频谱分配算法研究

发布时间：2017-09-25 13:43

  本文关键词：基于弹性光网络的组播路由和频谱分配算法研究

  更多相关文章： 弹性光网络 路由和频谱分配 组播 光组播森林 优化问题

【摘要】：伴随着互联网技术的飞速发展,骨干网上的流量呈逐年递增的趋势,巨大的网络流量对底层网络的性能提出了挑战。传统的波分复用(Wavelength Division Multiplexing, WDM)网络具有频谱资源分配粒度粗糙且固定,资源浪费和网络配置不灵活等问题,而弹性光网络(Elastic Optical Networks, EONs)则很好的克服了上述的缺点,它可以通过灵活的网络资源管理和控制机制为动态的网络需求提供巨大且可变的带宽资源,满足上层网络多变的需求。因此,弹性光网络也被认为是下一代光网络技术的可行方案,吸引了大量研究人员的注意。另一方面，组播是网络中一种重要的传输模式,组播或具有组播特性的应用带来的网络流量是总网络流量中重要的一部分。诸如云计算,视频电话会议,远程学习等大带宽需求的组播应用的快速发展,使得在网络中为组播提供有效的支持成为了一个十分关键的问题。相比于IP组播,光层组播更加了解底层网络的拓扑结构,避免了一些不必要的光电光转换及电域处理的性能瓶颈且具有透明传输的特性,可以为组播应用提供更好的支持。但是在弹性光网络中实现光层组播对于网络的管理和控制提出了巨大的挑战,其中最重要的问题之一是针对组播的路由,调制选择和频谱分配(Routing, Modulation and Spectrum Assignments, RMSA)问题,它需要解决对于组播请求的路由,调制选择和频谱资源分配三个子问题及其相互之间的影响。弹性光网络中的路由和频谱分配(Routing and Spectrum Assignments, RSA)问题已经被证明是一个NP-难问题,而考虑了组播和灵活调制选择的组播RMSA将变的更为复杂,因此本课题将对该问题进行深入的研究,探索如何在不同的网络状态下为该问题提供高效的解决方案。首先,我们对于网络中节点均不支持组播的情况进行了研究。利用了覆盖网组播(Overlay Multicast, OL-M)的方式,并且提出了基于成员节点中继的高效组播算法。仿真结果显示,对比于其他算法,我们提出的OL-M-SFMOR算法在频谱资源的使用上都是最为高效的。其次,我们对弹性光网络中的全光组播进行了研究。全光组播具有节约光收发器，节能,延时小及对中间节点透明传输等优势,是光组播未来研究和发展的趋势。针对于全光组播的问题,我们首先在一个简单的不考虑损伤和调制可变的理想状况下对其进行了研究,即研究了全光组播的路由和频谱分配(RSA)问题。我们提出了一种基于分层图模型的集成RSA算法,联合解决路由和频谱分配两个子问题。从仿真结果可以看出,这种集成的RSA算法可以有效的提高频谱资源有效利用率,降低网络的阻塞率。接下来,我们研究了更为实际的考虑传输与分光损伤的RMSA (Impairment-and Splitting-Aware RMSA, ISa-RMSA)问题。我们发现,由于灵活的调制选择与频谱分配的限制,EON中的组播RMSA问题与传统的WDM网络中类似的RWA问题有很大的不同。我们对WDM网络和EON中组播树和组播森林的结构进行了讨论,并说了在弹性光网络中组播森林的结构比组播树的结构更有优势。在此基础之上,我们从中抽象出了最小组播森林的问题并证明了其是一个APX-完全问题。然后,我们根据上述的讨论,设计了若干高效的ISa-RMSA算法,并证明了其中的基于节点的动态组播森林构建算法是最小组播森林问题一个具有固定近似度的近似算法。
【关键词】：弹性光网络 路由和频谱分配 组播 光组播森林 优化问题
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 主要符号对照表15-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 研究背景16-19
• 1.1.1 弹性光网络16-17
• 1.1.2 组播和光组播17-18
• 1.1.3 弹性光网络中针对组播的RMSA问题18-19
• 1.2 国内外研究现状19-22
• 1.2.1 弹性光网络中的RMSA问题19-20
• 1.2.2 不同类型的RMSA及相关问题20
• 1.2.3 光网络中的组播问题20-22
• 1.3 主要研究内容和论文结构22-24
• 1.3.1 主要研究内容22-23
• 1.3.2 论文结构23-24
• 第二章 路由,调制选择和频谱分配(RMSA)问题24-28
• 2.1 引言24
• 2.2 网络和请求模型24
• 2.3 路由,调制选择和频谱分配(RMSA)问题24-26
• 2.4 静态网络规划26
• 2.5 动态网络配置26
• 2.6 仿真参数配置26-28
• 第三章 节点不支持组播的MI-RMSA28-34
• 3.1 引言28
• 3.2 在节点不支持组播的网络中组播的实现方式28-29
• 3.2.1 节点模型28
• 3.2.2 MI网络中组播实现方式28-29
• 3.3 MI-RMSA算法设计29-31
• 3.3.1 基于单播的OL-M-SP算法29-30
• 3.3.2 基于中继节点的OL-M-SFMOR算法30-31
• 3.4 仿真结果展示31-34
• 3.4.1 静态网络规划31-32
• 3.4.2 动态网络配置32-34
• 第四章 理想状况下的全光组播34-42
• 4.1 引言34
• 4.2 全光组播模型34-35
• 4.2.1 支持组播的节点34
• 4.2.2 频谱分配限制34-35
• 4.3 全光组播MC-RSA的算法设计35-38
• 4.3.1 RSA分步解决策略35-36
• 4.3.2 分层图模型36-37
• 4.3.3 基于分层图模型的MC-RSA算法37
• 4.3.4 算法复杂度分析37-38
• 4.4 仿真结果38-42
• 4.4.1 静态网络规划38-40
• 4.4.2 动态网络配置40-42
• 第五章 考虑传输和分光损伤的ISa-RMSA问题研究42-62
• 5.1 引言42
• 5.2 考虑传输和分光损伤的调制选择策略42-43
• 5.2.1 具有分光限制的调制选择策略42-43
• 5.2.2 ISa-RMSA问题复杂度分析43
• 5.3 ISa-RMSA问题数学模型43-47
• 5.4 组播树和组播森林结构的讨论47-53
• 5.4.1 组播树结构48-50
• 5.4.2 组播森林结构50-51
• 5.4.3 最小组播森林复杂度分析51
• 5.4.4 组播树与组播森林结构的比较51-53
• 5.5 组播森林构建算法设计53-57
• 5.5.1 基于节点的组播树拆分构建算法53-54
• 5.5.2 基于节点的组播森林动态构建算法54-55
• 5.5.3 基于分支的组播树拆分构建算法55
• 5.5.4 碎片化问题的处理55-56
• 5.5.5 算法近似性分析56-57
• 5.6 仿真结果57-62
• 5.6.1 静态网络规划结果57-59
• 5.6.2 动态网络配置结果59-62
• 第六章 总结62-64
• 6.1 本课题研究总结62
• 6.2 未来研究工作展望62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-70
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果70

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