WDM光網(wǎng)絡(luò)光層組播優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、從1990年提出全光網(wǎng)概念,到波分復(fù)用技術(shù)(WDM)全面商用,光通信技術(shù)的迅速發(fā)展已使WDM光網(wǎng)絡(luò)成為下一代骨干網(wǎng)的可選技術(shù)而受到了廣泛的重視.近年來(lái),隨著網(wǎng)絡(luò)的融合和網(wǎng)絡(luò)電視等新業(yè)務(wù)的發(fā)展,組播業(yè)務(wù)正日益成為一種重要的業(yè)務(wù)模式.但由于目前現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)都主要是面向點(diǎn)到點(diǎn)通信而設(shè)計(jì)的,所以并不能有效地支持組播功能,這勢(shì)必需要下層通信網(wǎng)絡(luò)提供組播通信能力.而在物理層利用光器件的固有特性來(lái)實(shí)現(xiàn)組播的光層組播則可以解決這個(gè)問(wèn)題. 本文的主

2、要內(nèi)容是對(duì)WDM光網(wǎng)絡(luò)的光層組播優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行研究.主要包括組播光交叉連接節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu),各種不同約束條件下的靜態(tài)組播路由和波長(zhǎng)分配問(wèn)題以及保證區(qū)分目的節(jié)點(diǎn)可用性的組播波長(zhǎng)路由和保護(hù)問(wèn)題. 本文的第一章是緒論,總結(jié)了前人關(guān)于WDM光網(wǎng)絡(luò)光層組播的研究現(xiàn)狀,概括了光層組播優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容、方法和需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題. 第二章對(duì)不同的組播光交叉連接結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行了分析,并提出了一種新的混合集成組播光交叉結(jié)構(gòu).組播光交叉連接節(jié)

3、點(diǎn)是在光層實(shí)現(xiàn)組播的關(guān)鍵問(wèn)題之一,它的性能直接影響到WDM光網(wǎng)絡(luò)中組播業(yè)務(wù)的性能.光交叉連接節(jié)點(diǎn)的性能主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一類與節(jié)點(diǎn)的具體結(jié)構(gòu)有關(guān),主要指交換能力和交換規(guī)模,基本的要求是以較少的器件數(shù)目和較低的成本實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)良的無(wú)阻塞網(wǎng)絡(luò),包括阻塞性能、模塊性能、組播發(fā)送能力等;二是功率損耗和線性串?dāng)_等傳輸性能指標(biāo),主要涉及組成光器件的物理性能.我們從這兩個(gè)方面分析了現(xiàn)有的幾種組播光交叉節(jié)點(diǎn)的性能.組播光交叉節(jié)點(diǎn)由于引入了功率分路器來(lái)實(shí)

4、現(xiàn)組播能力增加了節(jié)點(diǎn)的制造工藝的難度和成本,而成本又是決定將來(lái)哪種結(jié)構(gòu)占主要地位的關(guān)鍵因素之一,因此分析了不同結(jié)構(gòu)的交叉連接的成本及其對(duì)組成器件的成本靈敏度.成本模型和靈敏度的分析顯示當(dāng)某些器件的成本降低時(shí)對(duì)不同的MC-OXC的總的成本變化影響不相同.新的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)能夠在保證嚴(yán)格無(wú)阻塞的同時(shí)降低成本,并且避免了單播業(yè)務(wù)的分路損耗. 第三章研究了不同的約束條件下靜態(tài)光層組播的路由和波長(zhǎng)分配算法.目前對(duì)組播路由和波長(zhǎng)分配算法的研究大都

5、是基于組播交叉節(jié)點(diǎn)的組播能力是無(wú)限的,而通過(guò)上一章的分析我們了解到不同的組播交叉節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu),其組播能力也是不同的,而且有些結(jié)構(gòu)的組播能力是很有限的.我們?cè)趯?duì)靜態(tài)組播業(yè)務(wù)的路由和波長(zhǎng)交換算法中首次考慮了節(jié)點(diǎn)的有限組播能力.提出了針對(duì)不同組播交叉連接節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型來(lái)實(shí)現(xiàn)光樹的路由和波長(zhǎng)分配,通過(guò)增加不同的節(jié)點(diǎn)約束條件來(lái)實(shí)現(xiàn)受限的組播路由和波長(zhǎng)分配.這種算法的特點(diǎn)是利用代價(jià)函數(shù)將路由問(wèn)題和波長(zhǎng)分配問(wèn)題同時(shí)考慮.我們采用了流量守恒

6、方式來(lái)解決該問(wèn)題,而組播節(jié)點(diǎn)由于其組播能力不滿足流量守恒,算法中利用一個(gè)與問(wèn)題規(guī)模相關(guān)的較大的常數(shù)強(qiáng)制實(shí)現(xiàn)組播節(jié)點(diǎn)處的流量守恒.其次我們還對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn),使其能夠解決有部分節(jié)點(diǎn)有全波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換能力以及在部分節(jié)點(diǎn)為組播交叉節(jié)點(diǎn)(稀疏分路網(wǎng)絡(luò))的情況下的路由和波長(zhǎng)分配,另外還研究了有限組播交叉節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)化配置,給定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜鸵唤M組播請(qǐng)求以及網(wǎng)絡(luò)中有組播能力節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù),尋找組播節(jié)點(diǎn)最優(yōu)的位置從而使得工作光樹總的鏈路代價(jià)最低.數(shù)據(jù)結(jié)果證明了

7、算法的有效性. 第四章主要研究了wDM光網(wǎng)絡(luò)中區(qū)分不同用戶可用性需求的組播路由和波長(zhǎng)分配問(wèn)題.我們首次對(duì)組播連接的可用性進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)描述,對(duì)沒(méi)有保護(hù)措施的組播業(yè)務(wù)的可用性和專用保護(hù)情況下的組播業(yè)務(wù)可用性進(jìn)行了分析.最后提出了一種混合整數(shù)線性規(guī)劃模型來(lái)解決沒(méi)有保護(hù)措施的情況下區(qū)分不同用戶可用性需求的組播路由和波長(zhǎng)分配問(wèn)題.所提出的算法目標(biāo)函數(shù)為最小化工作光樹的代價(jià)并且在建立時(shí)能滿足不同用戶(葉子節(jié)點(diǎn))不同的可用性需求.為了將非

8、線性的可用性約束線性化,我們采用了對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換和不可用性的近似計(jì)算兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn),計(jì)算結(jié)果顯示兩種方法得到的結(jié)果是一致的. 第五章研究了采用不同的保護(hù)方案來(lái)滿足組播目的節(jié)點(diǎn)不同的可用性需求.當(dāng)給定的網(wǎng)絡(luò)鏈路可用性分布情況下的工作光樹不能滿足業(yè)務(wù)的可用性需求時(shí),也就意味著應(yīng)該提高網(wǎng)絡(luò)的鏈路可用性或者應(yīng)該采用不同的保護(hù)方案.對(duì)不同的連接采用保護(hù)機(jī)制來(lái)達(dá)到可用性的需求是更可行的,但是需要額外的傳輸容量來(lái)支持保護(hù)通路.本章首先給出了采用無(wú)公