接入网虚拟化融合组网技术研究

发布时间：2017-06-06 15:20

  本文关键词：接入网虚拟化融合组网技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：接入网直接面向用户,量大面广,技术方式多样,对于互联网及其应用产生着举足轻重的作用,并影响人们的生活工作方式与国家经济社会的发展。在众多接入方式中,具有大容量的光纤接入和高灵活性的无线接入是被认为具有长远应用前景的接入方式。光纤接入方式可以提供足够大的带宽,并且具有较低的误码率、防电磁干扰能力强等特性,但传输路径固定、灵活性较差；无线接入方式能够为用户提供高度灵活、无处不在的网络接入,但由于无线自身的特点导致其传输数据速率受限、易受干扰。为了满足日益增长的互联网应用需求,实现优势互补,光纤接入和无线接入被结合起来,融合光与无线的接入网成为国际上研究的一个热点。国内外研究人员在光与无线接入网融合组网方面做了许多研究,包括网络拓扑、融合节点位置选择、网络部署、子网融合和路由机制等。但是,已有研究工作采用传统组网的思路,尤其是组网方法不能摆脱光接入、无线接入方式的技术细节。融合接入网组网仍然面临着异构异质网络融合、业务质量难以保证和资源利用率低这三大问题。本论文主要依托于国家自然科学基金项目,针对上述问题,运用网络虚拟化的基本原理,围绕接入网虚拟化融合组网技术展开研究,主要研究工作及创新点如下：1)针对光与无线融合,提出了接入网虚拟化融合组网模型,利用网络虚拟化屏蔽底层异构异质物理网络的差异性,把业务迁移到虚拟网络之上第一,提出接入网虚拟化融合组网模型,这个模型包括层次模型和业务模型。前者刻画了各层之间抽象与被抽象,请求虚拟资源与被请求虚拟资源的关系；后者对业务发起到终结的过程进行了建模,业务由虚拟网络来承载。第二,定性分析接入网虚拟化融合组网的特点。第三,定量分析引入网络虚拟化对接入网吞吐量和带宽特性的影响。最后,通过数值仿真和基于软件定义网络(Software Defined Network, SDN)的组网实验,验证接入网虚拟化融合组网是可行的,同时,能够有效地减少往返时间(Round Trip Time, RTT),提升资源利用率。2)针对与业务质量密切相关的数据传输时延,提出了基于小世界模型的接入网虚拟化融合组网方案,利用接入网的长程连接(Long-ranged Link, LL),减小数据传输时延。第一,采用改进的集聚系数(Modified Clustering Coefficient, MCC)表征异构异质接入网的差异性,对网络中的小世界特性进行建模。第二,基于MCC,提出了考虑小世界特性的虚拟网络映射算法。第三,推导了数据传输时延、光纤节点能够直接连接的无线节点数量的极限值和不同类型节点的吞吐量。最后,通过数值仿真,验证了该组网方案能有效降低平均路径长度(Average Path Length, APL)、两个最远节点之间的数据传输时延,并与已有的Kleinberg模型进行了对比。3)为提升资源利用率,可以通过多路径路由利用冗余的路径传输数据,但是不均衡的多路径路由,会导致网络拥塞,反而会降低资源利用率。针对拥塞问题,提出了负载均衡多路径路由,利用融合接入网的网状结构,通过负载均衡多路径路由,减少网络拥塞。第一,引入表征物理节点计算能力占用情况的节点压力指标(Node Stress Indicator, NSI)和表征物理链路带宽占用情况的链路压力指标(Link Stress Indicator, LSI),对承载同一业务的多路径所占用的资源情况进行建模。采用NSI与LSI的平方和,来衡量业务所占用资源在整个融合接入网中的分布。第二,把接入网虚拟化融合组网中的负载均衡多路径抽象成了一个非线性规划(Non-linear Programming, NLP)问题,并提出多路径负载均衡算法,实现业务在接入网的均衡分布,减少网络拥塞,提升资源利用率。最后,通过数值仿真,验证了所提算法在多路径数量,负载均衡性(通过压力波动指数体现)方面可以获得较好的性能,并同已有工作进行了对比。
【关键词】：接入网 网络虚拟化 融合组网 小世界网络 多路径路由
【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】：TN915.6
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 课题研究背景11-15
• 1.1.1 接入网组网技术发展现状11-13
• 1.1.2 FiWi接入网的出现13-14
• 1.1.3 融合接入网的发展趋势14-15
• 1.2 融合接入网面临的问题15-16
• 1.3 论文工作及章节安排16-19
• 1.3.1 本文的主要贡献16-18
• 1.3.2 本文的章节安排18-19
• 参考文献19-23
• 第二章 接入网融合组网技术研究现状23-37
• 2.1 网络拓扑23-25
• 2.2 ONU位置选择25-27
• 2.3 网络部署27-29
• 2.4 子网融合29-30
• 2.5 路由机制30-31
• 2.6 本章小结31
• 参考文献31-37
• 第三章 接入网虚拟化融合组网模型37-67
• 3.1 网络虚拟化37-40
• 3.2 接入网虚拟化融合组网模型40-45
• 3.2.1 层次模型40-43
• 3.2.2 业务模型43-45
• 3.3 融合组网模型特点45-47
• 3.4 吞吐量和带宽特性47-50
• 3.5 数值仿真和实验验证50-61
• 3.5.1 数值仿真50-53
• 3.5.2 实验验证53-61
• 3.6 本章小结61
• 参考文献61-67
• 第四章 基于小世界模型的接入网虚拟化融合组网方案67-90
• 4.1 小世界网络模型68-71
• 4.1.1 WS模型69
• 4.1.2 NW模型69-70
• 4.1.3 Kleinberg模型70-71
• 4.2 基于小世界模型的接入网虚拟化融合组网方案71-74
• 4.2.1 小世界网络建模71-73
• 4.2.2 VN映射算法73-74
• 4.3 基于小世界模型的接入网虚拟化融合组网性能74-80
• 4.3.1 APL和时延74-77
• 4.3.2 吞吐量77-80
• 4.4 数值仿真80-87
• 4.5 本章小结87
• 参考文献87-90
• 第五章 接入网虚拟化融合组网中的负载均衡多路径路由90-103
• 5.1 多路径路由91-92
• 5.2 接入网虚拟化融合组网中的多路径负载均衡模型92-96
• 5.2.1 负载均衡的多路径路由建模92-95
• 5.2.2 接入网虚拟化融合组网中的LBM算法95-96
• 5.3 数值仿真96-100
• 5.4 本章小结100-101
• 参考文献101-103
• 第六章 总结与展望103-105
• 6.1 论文总结103-104
• 6.2 未来展望104-105
• 附录1 图索引105-106
• 附录2 表索引106-107
• 附录3 缩略词对照表107-109
• 致谢109-110
• 攻读博士期间发表的论文110

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本文编号：426774