软件定义弹性光网络架构设计与性能评估

摘要

现代社会已步入大数据时代，信息量呈爆炸式增长，用户的业务需求也向着随机性、突发性、多变性方向发展。为满足业务带宽的增长和新兴业务高灵活性的需求，下一代光网络需要向超高速、高频谱效率、动态灵活、多业务适配、环保节能、以及高可扩展的方向发展。弹性光网络凭借其频谱资源的高粒度划分及灵活分配的特点，逐渐成为下一代光网络架构的有力竞争者。同时，软件定义网络的兴起打破传统封闭式控制体系，其集中式网络控制管理以及开放式网络功能开发模式为弹性光网络发展提供了可行性方案。
　　因此，本论文依据未来光网络的发展趋势，针对城域/接入网场景，提出了基于WDM-RING-OFDM-PON架构的软件定义弹性光网络架构。该架构采用SDN集中控制管理模式，对全网资源进行集中化管理和智能调度。同时，借助OFDM高阶复用技术，以及ROADM等可重构光器件，实现带宽资源更精细粒度划分，并完成从波长到子载波级的多层次资源调度和业务分配，从而大大提高了频谱资源利用率。
　　针对所提出弹性光网络架构下的资源分布特点，本论文设计了基于时域、波长域、OFDM子载波域的三维全网资源管理模型，并且在所建立模型基础上，给出了相应的频谱碎片评价分析及理论推导，提出了全网频谱效用函数。利用此函数，本论文进一步提出了一个改进的动态带宽分配算法——LFF算法。该算法通过matlab仿真验证，能够有效地降低系统频谱资源碎片度及堵塞率，提高带宽利用效率和系统对弹性业务的容纳率。
　　论文还给出了所设计系统的传输性能仿真测试——基于WDM-OFDM-PON的弹性光网络系统，以及基于VCSEL注入锁定的改进光外差法的RoF系统。通过BER、眼图等仿真结果表明，所设计的网络传输系统在接入网传输范围之内都拥有良好的传输性能。
　　本文通过完成SD-EON系统的架构设计以及性能评估，对下一代光网络发展和建设模式提供了一定的参考和贡献。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状综述

1．3 主要研究内容

1．4 本文体系结构

第二章 光网络架构设计与弹性度分析

2．1 光接入网发展背景及趋势

2．1．1 PON网络

2．1．2 LR-PON网络

2．1．3 软件定义PON网络

2．2 SD-EON网络架构设计

2．3 网络弹性度分析

2．3．1 弹性度种类划分

2．3．2 弹性度数值推导

2．3．3 常见网络架构的弹性度评价

第三章 弹性光网络关键技术及理论分析

3．1 SDN技术

3．1．1 SDN架构特点

3．1．2 SD-EON三层架构模型

3．2 OFDM技术

3．2．1 OFDM频谱特点

3．2．2 OFDM信号调制过程

3．3 可重构光交换技术

3．3．1 基于MEMS的光交换器件

3．3．2 ROADM方案

3．4 无色ONU及光注入锁定技术

3．4．1 无色ONU技术种类

3．4．2 注入锁定技术原理

13．4．3 VCSEL方案优势

3．4．4 VCSEL注入锁定实验

第四章 弹性光网络下的频谱分配策略

4．1 频谱碎片度

4．2 全网资源三维模型

4．3 全网频谱效用函数

4．4 常见DBA算法

4．5 量低碎片度匹配(LFF)算法

4．6 仿真结果及评价分析

第五章 系统传输性能测试与评估

5．1 基于WDM-OFDM-PON的弹性光网络系统

5．1．1 系统架构

5．1．2 仿真结果与分析

5．2 基于VCSEL注入锁定光外差改进的RoF系统

5．2．1 系统架构

5．2．2 仿真结果与分析

第六章 总结和展望

6．1 论文成果与创新之处

6．2 待完善之处与下一步展望

6．2．1 待完善之处

6．2．2 下一步展望

参考文献

攻读硕士期间发表文章

致谢