WDM光網(wǎng)絡(luò)光層組播優(yōu)化設(shè)計研究.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,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)都主要是面向點到點通信而設(shè)計的,所以并不能有效地支持組播功能,這勢必需要下層通信網(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實現(xiàn)組播的光層組播則可以解決這個問題. 本文的主

2、要內(nèi)容是對WDM光網(wǎng)絡(luò)的光層組播優(yōu)化設(shè)計問題進行研究.主要包括組播光交叉連接節(jié)點結(jié)構(gòu),各種不同約束條件下的靜態(tài)組播路由和波長分配問題以及保證區(qū)分目的節(jié)點可用性的組播波長路由和保護問題. 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)計的主要研究內(nèi)容、方法和需要解決的關(guān)鍵問題. 第二章對不同的組播光交叉連接結(jié)構(gòu)的性能進行了分析,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、點是在光層實現(xiàn)組播的關(guān)鍵問題之一,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)點的性能主要體現(xiàn)在兩個方面:一類與節(jié)點的具體結(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)目和較低的成本實現(xiàn)性能優(yōu)良的無阻塞網(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,主要涉及組成光器件的物理性能.我們從這兩個方面分析了現(xiàn)有的幾種組播光交叉節(jié)點的性能.組播光交叉節(jié)點由于引入了功率分路器來實

4、現(xiàn)組播能力增加了節(jié)點的制造工藝的難度和成本,而成本又是決定將來哪種結(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對不同的MC-OXC的總的成本變化影響不相同.新的節(jié)點結(jié)構(gòu)能夠在保證嚴格無阻塞的同時降低成本,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分配算法.目前對組播路由和波長分配算法的研究大都

5、是基于組播交叉節(jié)點的組播能力是無限的,而通過上一章的分析我們了解到不同的組播交叉節(jié)點結(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.我們在對靜態(tài)組播業(yè)務(wù)的路由和波長交換算法中首次考慮了節(jié)點的有限組播能力.提出了針對不同組播交叉連接節(jié)點結(jié)構(gòu)的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型來實現(xiàn)光樹的路由和波長分配,通過增加不同的節(jié)點約束條件來實現(xiàn)受限的組播路由和波長分配.這種算法的特點是利用代價函數(shù)將路由問題和波長分配問題同時考慮.我們采用了流量守恒

6、方式來解決該問題,而組播節(jié)點由于其組播能力不滿足流量守恒,算法中利用一個與問題規(guī)模相關(guān)的較大的常數(shù)強制實現(xiàn)組播節(jié)點處的流量守恒.其次我們還對模型進行改進,使其能夠解決有部分節(jié)點有全波長轉(zhuǎn)換能力以及在部分節(jié)點為組播交叉節(jié)點(稀疏分路網(wǎng)絡(luò))的情況下的路由和波長分配,另外還研究了有限組播交叉節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的優(yōu)化配置,給定的網(wǎng)絡(luò)拓撲和一組組播請求以及網(wǎng)絡(luò)中有組播能力節(jié)點的個數(shù),尋找組播節(jié)點最優(yōu)的位置從而使得工作光樹總的鏈路代價最低.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分配問題.我們首次對組播連接的可用性進行了嚴謹?shù)臄?shù)學(xué)描述,對沒有保護措施的組播業(yè)務(wù)的可用性和專用保護情況下的組播業(yè)務(wù)可用性進行了分析.最后提出了一種混合整數(shù)線性規(guī)劃模型來解決沒有保護措施的情況下區(qū)分不同用戶可用性需求的組播路由和波長分配問題.所提出的算法目標函數(shù)為最小化工作光樹的代價并且在建立時能滿足不同用戶(葉子節(jié)點)不同的可用性需求.為了將非

8、線性的可用性約束線性化,我們采用了對數(shù)轉(zhuǎn)換和不可用性的近似計算兩種方式來實現(xiàn),計算結(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方案來滿足組播目的節(jié)點不同的可用性需求.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,也就意味著應(yīng)該提高網(wǎng)絡(luò)的鏈路可用性或者應(yīng)該采用不同的保護方案.對不同的連接采用保護機制來達到可用性的需求是更可行的,但是需要額外的傳輸容量來支持保護通路.本章首先給出了采用無公