面向軟件定義光網(wǎng)絡(luò)的低時延路由和頻譜分配算法研究.pdf

1、在當(dāng)前以高清視頻、遠(yuǎn)程醫(yī)療、金融數(shù)據(jù)等為代表的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)驅(qū)動下，“大帶寬、高可靠、低時延”成為未來光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展目標(biāo)。而傳統(tǒng)的波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)采用固定的信道間隔，容易造成帶寬資源的浪費，同時物理層損傷仍然是影響業(yè)務(wù)端到端連接提供的主要因素，另外隨著數(shù)據(jù)中心、云計算、大數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的不斷增長，區(qū)分業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的服務(wù)提供也成為急需解決的問題。靈活光網(wǎng)絡(luò)運用靈活柵格技術(shù)，采用更精細(xì)粒度的頻隙間隔，實現(xiàn)了帶寬資源的彈性分配，提高了帶寬資源利用效率。軟

2、件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network，SDN)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活、高效、智能的調(diào)節(jié)，和光網(wǎng)絡(luò)結(jié)合形成軟件定義光網(wǎng)絡(luò)，可為應(yīng)用層的各類業(yè)務(wù)提供不同需求（如規(guī)避物理層損傷、低時延、考慮業(yè)務(wù)光路建立最后期限等）的傳輸服務(wù)。
　　本論文在軟件定義光網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)合虛擬拓?fù)渲貥?gòu)、業(yè)務(wù)隊列調(diào)度及多線程技術(shù)，研究了物理層損傷、時延及業(yè)務(wù)光路建立最后期限等多參數(shù)約束的路由和資源分配問題，保證業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量，有效

3、提升網(wǎng)絡(luò)的綜合性能。主要研究成果如下:
　　(1)為規(guī)避光纖中交叉相位調(diào)制效應(yīng)對光信號傳輸質(zhì)量的影響，同時減少光路的建立時延，提出了一種規(guī)避物理層損傷且低時延的路由頻譜預(yù)分配算法。算法通過規(guī)避交叉相位調(diào)制效應(yīng)的策略和減少光路建立時延的控制模型，減少了光路的建立時延和業(yè)務(wù)請求的阻塞率，從而間接增加光纖的吞吐量，提高光纖的資源利用率，并通過實驗仿真驗證了算法的有效性。
　　(2)數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)通過IP網(wǎng)和光網(wǎng)絡(luò)跨層聯(lián)合優(yōu)化，實現(xiàn)

4、了業(yè)務(wù)跨層疏導(dǎo)和服務(wù)跨層恢復(fù)。由于數(shù)據(jù)中心內(nèi)部業(yè)務(wù)的突發(fā)性和數(shù)據(jù)中心間的大帶寬業(yè)務(wù)傳輸，突發(fā)業(yè)務(wù)被疏導(dǎo)到光網(wǎng)絡(luò)，將導(dǎo)致光網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的排隊時延和建路時延增加，為此提出一種低時延的路由頻譜分配算法。算法將光纖中的頻譜資源分為多個頻譜層，在各頻譜層間并行建立光路，在各頻譜層中再用多個線程并行建路。各頻譜層中當(dāng)前建路用的點和邊組成著色虛擬拓?fù)渥鳛轭l譜層中資源使用的約束條件，并根據(jù)當(dāng)前正在建路、未建路、新到達(dá)業(yè)務(wù)請求的變化在各頻譜層重構(gòu)著色和可用虛

5、擬拓?fù)?，來適應(yīng)突發(fā)業(yè)務(wù)，快速疏導(dǎo)聚集在光網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)請求。仿真結(jié)果表明，算法減少了業(yè)務(wù)請求的光路平均建立時延、光路建立時延方差、阻塞率，提高了頻譜利用率。
　　(3)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速和多樣化的發(fā)展導(dǎo)致大量業(yè)務(wù)請求在光網(wǎng)絡(luò)涌現(xiàn)，從而增加了業(yè)務(wù)的光路建立時延，降低了用戶體驗質(zhì)量。為此，提出了一個業(yè)務(wù)光路建立最后期限約束且低時延的路由和頻譜分配算法。該算法能夠區(qū)分各類具有不同時延服務(wù)質(zhì)量要求的業(yè)務(wù)，并根據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級，光路建立最后期限和等