自动交换光网络高效电视频道传送技术研究

摘要

自动交换光网(ASON)通过为光设备提供智能控制，使业务的提供和网络的运营维护变得更加便捷灵活高效。它能向用户提供永久连接、软永久连接和交换连接。 视频会议、内容分发、互动媒体等组播应用对QoS有严格要求，光网络组播可以保证QoS，因此适用于电视频道传送，电视频道传送是自动交换光网的一个重要增值应用。它在核心网内用光组播代替IP组播，而传输内容采用IP包封装，在边缘网络仍可以采用IP交换，使得层叠组播的方案能和传统方案兼容。在核心网内部，一个源与多个叶子被组播树连接。在节点处配置分光器，建立点到多点的连接，虽然这一技术受到光层限制，如节点分光能力、功率代价、波长变换能力等，但它能避免O/E/O变换，实现信号的透明实时分路，适用于高带宽、实时数据传输，是理想的组播方式。光网组播与IP组播层叠的优势有：(一)包含光组播路由器，用组播树替代多个点到点的连接与IP组播一样节省带宽。(二)数据传送仍采用IP包，在核心网外部可以采用IP组播从而与传统IP组播兼容。(三)核心网内采用电路交换可以提高QoS。但此种模式下的电视频道传送面临一些新的问题。一方面是电视频道通过有交换能力的网络传输所带来的，另一方面是由自动交换光网的控制平面带来的。 本文将针对这些问题，重点研究自动交换光网络的高效电视频道传送技术。 本文研究内容包括以下三个方面：(一)在网络电视的模式下，IP组播依赖组播组管理协议和组播协议来传输视频流。用户通过组播组管理协议切换/加入组播组，电视频道数据流在组播协议控制下沿组播树传输。由于协议控制过程的复杂，用户切换频道时将感受到切换时延。通过使用户服务区接入设备提前加入组播组可以减少频道切换时延。而本文利用用户收视率经典模型，按照矩阵模型对大规模电视推送技术进行分析，使用主动推送技术来减少频道切换时延，并保证推送效率。(二)在终端用户可以随意加入/退出组播组的情况下，网络状态将随用户整体行为改变。 本文提出和研究基于组播树稳定性考虑的组播选路算法，有利于提高网络稳定性和网络利用率。基于稳定性考虑的组播选路算法将通过局域网用户群体离开某一电视频道的概率来定义组播树叶子节点的不稳定性。将叶子离开概率做为选路输入，对组播选路算法进行了优化，给出了基于稳定性的组播选路算法。该算法按照源到叶子的路径的相互关系对组播树结构进行选择，使得路径按照更为稳定的方式结合，从而找到在该离开概率下稳定的组播树。(三)自动交换光网络的控制平面信令处理开销将给控制平面带来负载，而负载可以通过排队论模型来描述。本文根据排队论模型建模的需要测得排队时间值，通过对测试数据处理和分析，分离出控制平面的处理时延可变部分，并用它来代表控制平面负载。通过对控制平面工作过程的分析发现，控制平面对于信令处理的开销将导致报文的排队，而排队将导致响应时间的统计特征变化。通过对建路/拆路过程离散事件仿真可以验证控制平面处理时延的对数正态分布假设和排队模型的正确性。