光波分多路復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中關(guān)于提高帶寬利用率問(wèn)題的研究.pdf

1、光波分多路復(fù)用(WDM-wavelength division multiplexing)技術(shù)被公認(rèn)為是構(gòu)建下一代核心網(wǎng)和接入網(wǎng)的重要技術(shù)之一。它通過(guò)在光纖上開拓出多個(gè)可以獨(dú)立運(yùn)行的波長(zhǎng)，從而大大增加了光纖的傳輸容量。
　　 在過(guò)去的數(shù)十年中，很多研究者們都致力于提高光波分多路復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中的帶寬利用率從而獲得較好的網(wǎng)絡(luò)性能。然而，在光波分多路復(fù)用核心網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)波長(zhǎng)所提供的巨大帶寬和每個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接所請(qǐng)求的較低帶寬之間的不匹配使得在該

2、網(wǎng)絡(luò)中較好的滿足各種不斷變化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)請(qǐng)求變得十分的困難。類似的問(wèn)題也存在于光波分多路復(fù)用接入網(wǎng)絡(luò)中。在現(xiàn)今的接入網(wǎng)構(gòu)建中，為了能夠以較經(jīng)濟(jì)的鋪設(shè)代價(jià)來(lái)獲得充足的接入帶寬，光纖-無(wú)線混合接入網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是未來(lái)接入網(wǎng)絡(luò)的一種理想選擇。一個(gè)典型的光纖-無(wú)線混合接入網(wǎng)絡(luò)通常包含一個(gè)光波分多路復(fù)用接入子網(wǎng)作為后端同時(shí)包含一個(gè)無(wú)線接入子網(wǎng)作為前端。在這樣一個(gè)光纖-無(wú)線混合接入網(wǎng)絡(luò)中，由于無(wú)線前端的網(wǎng)絡(luò)吞吐量較低，從而使得光波分多路復(fù)用接入子網(wǎng)所提供

3、巨大帶寬不能被充分利用。
　　 在這篇論文中，我們將研究如何充分利用光波分多路復(fù)用核心網(wǎng)絡(luò)和光波分多路復(fù)用接入網(wǎng)絡(luò)中所提供的巨大帶寬進(jìn)而獲得理想的網(wǎng)絡(luò)性能。本文的主要研究問(wèn)題以及主要貢獻(xiàn)可以歸結(jié)如下：
　　 首先，我們將研究基于light-trail的光波分多路復(fù)用核心網(wǎng)絡(luò)中的多播路由問(wèn)題?，F(xiàn)如今，light-trail 已經(jīng)成為了光波分多路復(fù)用核心網(wǎng)絡(luò)中用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N理想的體系結(jié)構(gòu)。由于 light-trail

4、 這一體系結(jié)構(gòu)自身的特性，在其上實(shí)現(xiàn)多播數(shù)據(jù)傳輸變得非常簡(jiǎn)單。因此，在本文中，我們將研究在給定多播傳輸請(qǐng)求的情況下，如何使用最少數(shù)量的 light-trail 來(lái)為這一多播請(qǐng)求構(gòu)建多播傳輸樹從而使得網(wǎng)絡(luò)帶寬能夠被充分利用。我們將證明在一般的基于light-trail的光波分多路復(fù)用核心網(wǎng)絡(luò)上的該問(wèn)題是 NP-hard的。因此，兩個(gè)輔助圖被提出用于將這一問(wèn)題轉(zhuǎn)換為經(jīng)典的 minimum Steiner tree(MST)問(wèn)題，這樣一般的基

5、于light-trail的光波分多路復(fù)用核心網(wǎng)絡(luò)上的多播路由問(wèn)題就可以使用已有的用于MST 問(wèn)題的方法來(lái)解決。與此同時(shí)，我們還將論述基于light-trail的光波分多路復(fù)用環(huán)網(wǎng)上的多播路由問(wèn)題可以在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)得到解決。我們會(huì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)論證我們所提出的方法的有效性。
　　 其次，我們將提出一種自適應(yīng)的主動(dòng)的連接重路由機(jī)制用于光波分多路復(fù)用核心網(wǎng)絡(luò)上的流量疏導(dǎo)。在光波分多路復(fù)用核心網(wǎng)絡(luò)上，正如前面所提到的那樣，每個(gè)波長(zhǎng)所提供的巨

6、大帶寬和每個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接所請(qǐng)求的較低帶寬之間的不匹配限制了網(wǎng)絡(luò)中的帶寬利用率。因此，人們提出了一種稱為“流量疏導(dǎo)”的技術(shù)來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。借助于這一技術(shù)，多個(gè)連接請(qǐng)求將被整合到一個(gè)波長(zhǎng)上從而使得帶寬能夠被充分利用。然而，由于流量請(qǐng)求的不可預(yù)測(cè)性，網(wǎng)絡(luò)中的剩余資源可能不能夠滿足一些新到達(dá)的連接請(qǐng)求?！爸芈酚伞笔且环N通過(guò)對(duì)已有的連接進(jìn)行重新安排從而使得新到達(dá)請(qǐng)求能夠被滿足的有效方法。通過(guò)這一方法，網(wǎng)絡(luò)吞吐量可以得到進(jìn)一步的提升。在這篇論文

7、中，我們將以生物學(xué)中的attractor selection 方法為基礎(chǔ)，研究自適應(yīng)的主動(dòng)的連接重路由問(wèn)題。我們將根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)來(lái)啟動(dòng)主動(dòng)的連接重路由算法從而為未來(lái)的連接請(qǐng)求預(yù)留最多的網(wǎng)絡(luò)資源。這樣，網(wǎng)絡(luò)的阻塞概率可以通過(guò)適當(dāng)?shù)闹芈酚傻玫浇档?，也就是說(shuō)光纖帶寬可以得到充分的利用。有鑒于所提出的重路由機(jī)制的自適應(yīng)性，網(wǎng)絡(luò)的健壯性還將得到提高。我們最后會(huì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證所提出的重路由機(jī)制的有效性。
　　 最后，我們將研究如何利用光纖-無(wú)

8、線混合接入網(wǎng)絡(luò)中光波分多路復(fù)用子網(wǎng)所提供的巨大帶寬。在光纖-無(wú)線混合接入網(wǎng)絡(luò)這一平臺(tái)上，來(lái)自一個(gè)源無(wú)線終端的網(wǎng)絡(luò)流可以先被送至一個(gè)入口光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU-optical network unit)，然后送至一個(gè)接近目的無(wú)線終端的出口ONU，最后由該出口ONU將網(wǎng)絡(luò)流送至目的無(wú)線終端。通過(guò)這種“無(wú)線-光-無(wú)線”的傳輸模式，無(wú)線終端之間的點(diǎn)到點(diǎn)通訊的吞吐量有望得到提升。如果能夠在光波分多路復(fù)用子網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)ONU之間的直接通訊，那么光波分多路復(fù)

9、用子網(wǎng)所提供的帶寬可以被充分利用從而提高無(wú)線終端之間的點(diǎn)到點(diǎn)通訊的吞吐量。在這篇論文中，我們將設(shè)計(jì)一個(gè)新穎的 WDM 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON-passive optical network)體系結(jié)構(gòu)來(lái)支持ONU之間的直接通訊。基于設(shè)計(jì)的 WDM PON 體系結(jié)構(gòu)，我們將提出一個(gè)波長(zhǎng)分配算法，一個(gè)分布式的帶寬分配協(xié)議保證ONU之間的有效通訊。另外，我們還將提出一個(gè)動(dòng)態(tài)的出口ONU選擇算法來(lái)進(jìn)一步提高光纖-無(wú)線混合接入網(wǎng)絡(luò)中無(wú)線終端之間的點(diǎn)到點(diǎn)