软件定义灵活光网络中物理层损伤感知的路由和频谱分配算法研究

摘要

随着光网络中宽带业务的急剧增长，如高清视频、数据中心、互动游戏、云计算等业务，导致对光网络的带宽需求不断增加。这种不断增长的带宽需求对光网络的发展和扩容带来了严峻的挑战，并且仅仅通过对光网络传输容量的增加已不能实现光网络中的频谱高效率利用。已有的波分复用(Wavelength DivisionMultiplexing，WDM)光传送网络的频谱被划分成固定带宽宽度，如50GHz或100GHz，每个带宽宽度代表一条光通路，并且每一个带宽宽度的中心和频谱大小固定，这种固定的光通路划分方式容易导致频谱带宽的浪费。并且因此，光网络需要向着支持多速率业务共存且支持高效的频谱灵活分配方向发展。随着正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)的发展，光网络可以对频谱资源进行更细粒度的划分（如12.5GHz、6.25GHz或更小），可以按照业务请求的频谱大小为其分配频谱资源。同时，随着软件定义的概念引入到光网络中，光网络正向着灵活、可编程、智能的方向发展。因此，下一代光网络逐渐向着软件定义灵活光网络方向发展。随着光网络中混合速率业务的出现，不同速率的信号可以同时在同一根光纤中传输，不同调制格式下的相邻信道之间会产生严重的物理损伤，尤其是交叉相位调制(Cross-Phase Modulation，XPM)。光网络中的光信号受到物理层损伤的影响传输质量(Transmission of Quality，QoT)无法得到保证。物理层损伤的影响程度与不同信号的传输速率以及不同速率信号之间的频谱间隔密切相关，这使得软件定义灵活光网络中多速率共存的效率受到了严重的限制。同时，随着频谱更细粒度的划分，频谱连续性约束和频谱一致性约束在频谱分配过程中变的更为严格。
　　本研究主要内容包括：⑴基于灵活光网络背景，提出了一种频谱分区-拓扑分层的IRSA算法。该算法考虑在多速率共存的灵活光网络下较为严重的XPM损伤，提出了频谱分区的策略。通过加大不同速率光信道间的物理距离，从而降低XPM影响。在此基础上，通过将网络拓扑抽象成多个子拓扑，很好的解决了频谱一致性约束和频谱连续性约束对频谱分配的限制。所提算法既能解决频谱一致性和频谱连续性限制，也满足了业务的QoT的需求，降低了业务阻塞率。⑵针对软件定义灵活光网络中交叉相位调制损伤感知的路由和频谱分配问题，提出了基于OpenFlow的低信道间影响的路由和频谱分配算法。通过在软件定义灵活光网络OpenFlow控制器中添加频谱分区模块及扩展OpenFlow协议，将光网络中不同速率的业务分配到不同的频谱区域，加大低速率业务和高速率业务之间的信道间隔，以降低交叉相位调制损伤并提高资源利用率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 物理层损伤分析

1．2．2 物理层损伤感知的RSA算法研究

1．3 论文研究内容与结构

1．4 本章小结

第2章 SD-EONs中物理层损伤及路由和频谱分配算法分析

2．1 从ASON到SD-EONs的技术演进

2．2 SD-EONs中物理层损伤分析

2．2．1 线性物理层损伤分析

2．2．2 非线性物理层损伤分析

2．3 路由和频谱分配算法

2．4 本章小结

第3章 基于频谱分区-拓扑分层的IRSA算法

3．1 物理层损伤模型

3．1．1 OOK系统

3．1．2 xPSK系统

3．2 频谱分区-拓扑分层策略

3．2．1 频谱分区策略

3．2．2 拓扑分层策略

3．3 PP-IRSA算法设计

3．3．2 PP-IRSA算法举例

3．4 算法仿真及分析

3．5 本章小结

第4章 基于OpenFlow的软件定义灵活光网络IRSA算法

4．1 软件定义灵活光网络

4．1．1 网络架构

4．1．2 损伤感知的OpenFlow控制器设计

4．1．3 OpenFlow协议扩展

4．2 基于OpenFlow的IRSA算法设计

4．2．1 算法流程

4．2．2 算法举例

4．3 算法仿真及分析

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文与参加科研情况