弹性波带交换光网络中的自适应路由与频谱分配算法设计与仿真实现

摘要

随着互联网规模的不断扩大以及应用的不断增加，带宽需求呈现爆炸式增长，这导致网络资源的使用逐步趋近于饱和，因此网络资源的有效利用成为网络运营者一直以来所关注的问题。然而，在目前的波分复用光网络中，带宽利用率较低的主要原因之一是固定带宽供给，它造成用户需求带宽与网络分配资源粒度的不匹配。因此，对弹性光网络的研究已成为热点。弹性光网络的主要特点就是可以根据用户带宽需求来分配无冗余的、连续的若干频隙，很好地解决了粒度不匹配问题，也提高了频谱利用率。 本文研究弹性波带交换光网络中的路由与频谱分配问题。基于弹性光网络，本文提出了一种基于“着色”思想的频谱分割辅助图，频谱分割辅助图很好地满足了弹性光网络中频谱分配的约束条件。同时，本文在频谱分割辅助图的基础上，设计了可应用于弹性光网络中的路由与频谱分配算法。路由与频谱分配算法采用最短路径方式计算路由，而对于频谱分配则采用最先适配方式。同时，本文针对弹性光网络中的波带交换策略进行了研究。基于弹性波带交换光网络，本文提出了三种基于自适应调制的波带疏导策略，设计了一种可应用于弹性波带交换光网络中的路由与频谱分配（Routing and Spectrum Waveband Modulation Allocation，RSBMA）算法。同时，针对网络业务拥塞问题，设计了基于时分复用马尔科夫预测与自适应调制波带疏导策略相结合的路由与频谱分配算法(Routing and Spectrum Waveband Modulation Allocation-Time Division Multiplexing，RSBMA-TDM)算法，可以进一步降低业务阻塞率。RSBMA-TDM算法的核心思想是通过对未来情况下可能占用的时隙数量的预测，判断系统剩余资源，进而对业务进行路由以及频谱资源的分配。 最后，本文对所设计的算法进行了仿真分析。仿真结果表明，在减少光端口使用数量方面，本文所提出的基于时分复用马尔科夫预测与自适应调制波带疏导策略相结合的启发式算法表现出良好性能。另外，该算法有效降低了业务阻塞率。因此，本文的研究工作可以作为构建弹性波带交换光网络的重要参考。

目录

声明

摘要

1．1弹性光网络概述

1．1．1弹性光网络的提出

1．1．2弹性光网络的特点

1．1．3弹性光网络的关键技术

1．2国内外研究现状

1．2．1弹性光网络的体系架构

1．2．2路由与频谱分配机制

1．2．3自适应调制机制

1．2．4波带交换机制

1．3本文主要工作及内容安排

1．4课题来源

第2章时分复用波带交换光网络中频谱分配问题研究基础

2．1弹性光网络的基本结构及元器件

2．1．1弹性光网络的基本结构

2．1．2弹性光网络的基本元器件

2．2弹性光网络中的路由与频谱分配问题

2．2．1 WDM网络中的路由与波长分配问题

2．2．2弹性光网络中的路由与波长分配问题

2．3波带交换光网络

2．3．1波带交换光网络的概述

2．3．2波带交换光网络中的光交叉连接器

2．3．3波带交换光网络中的频谱分配

2．4基于时分复用的马尔科夫时间预测策略

2．4．1基于时分复用的波长路由网络

2．4．2马尔科夫预测模型

2．5本章小结

第3章弹性波带交换光网络中的自适应路由与频谱分配算法研究

3．1研究背景

3．2频谱分割辅助图

3．3自适应调制策略

3．4弹性光网络波带交换策略

3．4．1基本的波带交换策略

3．4．2基于时分复用的弹性光网络光交叉连接器

3．5基于不同波带交换策略的RSBMA算法

3．5．1参数定义

3．5．3 RSBMA-SBU算法

3．5．4 RSBMA-SBN算法

3．5．5 RSBMA均衡算法

3．6本章小结

第4章基于时分复用和马尔科夫预测的波带交换算法研究

4．1研究背景

4．2基于时分复用的路由算法

4．2．1网络模型

4．2．2动态路由模型

4．3基于马尔科夫的时隙占用预测机制

4．3．1剩余时间已知的业务疏导模型

4．3．2基于马尔科夫的时隙占用预测

4．4基于马尔科夫预测的波带交换算法

4．4．1基于马尔科夫预测的路由模型

4．4．2 RSBMA-EEU-TDM算法

4．4．3 RSBMA-SBN-TDM算法

4．4．4 RSBMA-TDM均衡算法

4．5本章小结

第5章算法仿真与分析

5．1仿真平台设置

5．2仿真性能指标

5．3 RSBMA算法仿真分析

5．3．1小拓扑的仿真结果

5．3．2 NSFNET拓扑的仿真结果

5．4 RSBMA-TDM算法仿真分析

5．4．1小拓扑的仿真结果

5．4．2 NSFNET拓扑的仿真结果

5．5 RSBMA与RSBMA-TDM算法对比分析

5．5．1小拓扑的仿真结果

5．5．2 NSFNET拓扑的仿真结果

5．6本章小结

第6章全文总结

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间取得成果