灵活栅格光网络中频谱工程与调控技术研究

发布时间：2017-04-25 19:16

  本文关键词：灵活栅格光网络中频谱工程与调控技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着宽带业务发展,以实时高分辨率视频、分布式服务、数据中心服务等为代表的新型业务与日俱增,互联网业务流量得到了前所未有的巨大增长,这对传统光网络的承载能力提出了更高的要求。在业务驱动场景下,发展大容量、高谱效、动态灵活的全光网技术成为必然趋势。以灵活栅格为核心的弹性光网络,是未来网络的发展方向,应用前景广阔。论文围绕灵活栅格光网络面临的频谱控制与管理关键问题,通过提出频谱工程的原创性思想,探索合理高效的资源调控机制,解决灵活栅格全光网的频谱利用效率问题。论文完成的主要工作和创新点总结如下：第一,针对灵活栅格光网络中频谱资源状态复杂多样的特点,基于资源分配所需满足的频谱一致性及连续性约束,从业务层和网络层两个角度出发,提出了面向业务属性和资源状态的路由频谱分配方法。其中,前者将业务根据其属性进行分类,同时将频谱划分成不同区域的空间,为具有同类属性的业务分配同一频谱空间；后者根据网络中频谱的使用情况,有效规范路径的选择和链路的资源分配。仿真结果表明两种方法均能明显降低网络的阻塞率(最高达60%),且基于资源状态的路由频谱分配方法具有更佳性能。第二,针对灵活栅格光网络中频谱碎片带来的资源浪费问题,深入研究了动态网络资源优化与频谱重构策略。具体来讲,基于面向受阻业务和面向网络性能两种重构触发条件,提出了最大化频谱规整度重构(MSCD)算法和频谱规整度触发重构(SCTD)算法。其中,MSCD算法针对当前受阻业务触发网络的局部重构,并在重构过程中选择频谱规整度最大的路径作为重构路径；而SCTD算法在网络的频谱规整度达到特定阈值门限时触发网络整体重构,直至网络规整度恢复到门限范围内。仿真结果表明相对MSCD算法,SCTD算法能取得更低的业务阻塞率,但其付出的代价是影响了更多的业务。另外,SCTD算法中的触发阈值对频谱重构的性能影响较大。第三,针对灵活栅格光网络中业务粒度与资源粒度不匹配问题,借助频谱工程的思想,利用辅助图模型实现了基于可切片收发机的三种动态多层流量疏导算法,即最小化新建光路(MLP-SE)算法、最小化虚拟跳数(MVH-SE)算法和最小化物理跳数(MPH-SE)算法。仿真对三种算法的性能(如业务带宽阻塞率、光路所需平均收发机个数、光路平均虚拟跳数和物理跳数等)进行了对比分析,结果表明不同的流量疏导算法具有不同的优势,其中MLP-SE、MVH-SE和MPH-SE算法分别在能耗、用户QoS和频谱资源效率上具备最佳性能,具体该采用何种算法需要根据网络运营商的核心目标来选择。第四,针对光网络向灵活栅格平滑演进场景,围绕固定栅格和灵活栅格两类设备互通操作需求,研究了混合网络情景下的频谱资源分配方法,并设计了两种演进方案：逐步升级网络中的节点和逐步升级节点内WSS。其中,第一种方案包含最大连通度节点优先(HDF)、最大业务流量节点优先(HGTF)、最大承载流量节点优先(HCTF)、最大高带宽流量节点优先(MHTF)及最大低带宽流量节点优先(MLFT)五种策略。通过对两种演进方案进行仿真分析发现,只要升级网络中部分节点(甚至是节点内部分WSS)支持灵活栅格技术,就能明显提高网络容量,降低业务阻塞率。
【关键词】：灵活栅格 频谱工程 路由频谱分配 频谱重构 流量疏导 网络演进
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-30
• 1.1 全光网发展现状与趋势12-17
• 1.1.1 WDM光网络及其局限性12-13
• 1.1.2 灵活栅格光网络的提出13-14
• 1.1.3 灵活栅格光网络关键技术14-17
• 1.2 灵活栅格光网络面临的问题与挑战17-20
• 1.2.1 多约束条件的频谱分配问题17-18
• 1.2.2 资源碎片与最优化配置问题18
• 1.2.3 电层/光层资源联合优化问题18-19
• 1.2.4 频谱工程19-20
• 1.3 国内外研究进展20-23
• 1.3.1 体系架构20-21
• 1.3.2 核心器件21-22
• 1.3.3 网络控管22
• 1.3.4 标准进展22-23
• 1.4 论文结构和主要工作23-26
• 1.4.1 论文结构24
• 1.4.2 主要工作24-26
• 参考文献26-30
• 第2章 面向业务属性和资源状态的频谱规划方法30-48
• 2.1 研究背景30-33
• 2.1.1 WDM网络中路由波长分配(RWA)30-31
• 2.1.2 灵活栅格光网络中路由频谱分配(RSA)31
• 2.1.3 路由频谱分配研究现状31-33
• 2.2 基于业务属性的频谱分配方法33-35
• 2.2.1 基于单一业务属性34-35
• 2.2.2 基于多种业务属性35
• 2.3 基于资源状态的频谱分配方法35-38
• 2.3.1 资源状态描述35-37
• 2.3.2 MSC-RSA算法37-38
• 2.4 仿真结果分析38-42
• 2.4.1 仿真设置38-39
• 2.4.2 仿真结果分析39-42
• 2.5 本章小结42-43
• 参考文献43-48
• 第3章 基于频谱规整度的动态资源重构与优化策略48-64
• 3.1 研究背景48-51
• 3.1.1 频谱重构技术48-49
• 3.1.2 研究进展49-51
• 3.2 频谱重构触发条件51-52
• 3.2.1 面向受阻业务的重构触发51
• 3.2.2 面向网络性能的重构触发51-52
• 3.3 频谱重构算法52-53
• 3.3.1 最大化频谱规整度重构算法(MSCD)52-53
• 3.3.2 频谱规整度触发重构算法(SCTD)53
• 3.4 频谱重构性能评估53-55
• 3.4.1 评估指标54
• 3.4.2 重构效益Q值54-55
• 3.5 仿真结果分析55-59
• 3.5.1 仿真设置55-56
• 3.5.2 重构算法性能分析56-59
• 3.6 本章小结59-60
• 参考文献60-64
• 第4章 基于可切片收发机的动态流量疏导机制64-82
• 4.1 研究背景64-67
• 4.1.1 WDM光网络中的流量疏导64-65
• 4.1.2 灵活栅格光网络中的流量疏导65-67
• 4.2 基于可切片光收发机的流量疏导67-69
• 4.2.1 可切片光收发机概念67-68
• 4.2.2 业务流量疏导68-69
• 4.3 利用辅助图模型实现动态流量疏导69-73
• 4.3.1 辅助图模型描述69-71
• 4.3.2 动态流量疏导策略71-73
• 4.4 仿真结果分析73-77
• 4.4.1 仿真设置73-74
• 4.4.2 性能分析74-77
• 4.5 本章小结77-78
• 参考文献78-82
• 第5章 面向灵活栅格的网络平滑演进方案82-109
• 5.1 研究背景82-86
• 5.1.1 网络平滑演进趋势82-84
• 5.1.2 研究现状84-86
• 5.2 固定/灵活栅格共存下的静态资源分配86-91
• 5.2.1 约束条件86-88
• 5.2.2 ILP模型88-90
• 5.2.3 启发式算法90-91
• 5.3 网络平滑演进方案91-96
• 5.3.1 升级整个节点91-93
• 5.3.2 升级节点中的WSS93-96
• 5.4 仿真结果分析96-107
• 5.4.1 静态资源分配仿真分析96-97
• 5.4.2 平滑演进策略性能分析97-107
• 5.5 本章小结107-108
• 参考文献108-109
• 总结与展望109-111
• 致谢111-112
• 攻读学位期间发表的学术成果列表与参与项目情况112-113

  本文关键词：灵活栅格光网络中频谱工程与调控技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：326938