WDM光網絡光層組播優(yōu)化設計研究.pdf

1、從1990年提出全光網概念,到波分復用技術(WDM)全面商用,光通信技術的迅速發(fā)展已使WDM光網絡成為下一代骨干網的可選技術而受到了廣泛的重視.近年來,隨著網絡的融合和網絡電視等新業(yè)務的發(fā)展,組播業(yè)務正日益成為一種重要的業(yè)務模式.但由于目前現(xiàn)有的網絡都主要是面向點到點通信而設計的,所以并不能有效地支持組播功能,這勢必需要下層通信網絡提供組播通信能力.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、要內容是對WDM光網絡的光層組播優(yōu)化設計問題進行研究.主要包括組播光交叉連接節(jié)點結構,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,總結了前人關于WDM光網絡光層組播的研究現(xiàn)狀,概括了光層組播優(yōu)化設計的主要研究內容、方法和需要解決的關鍵問題. 第二章對不同的組播光交叉連接結構的性能進行了分析,并提出了一種新的混合集成組播光交叉結構.組播光交叉連接節(jié)

3、點是在光層實現(xiàn)組播的關鍵問題之一,它的性能直接影響到WDM光網絡中組播業(yè)務的性能.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)點的具體結構有關,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)良的無阻塞網絡,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擾等傳輸性能指標,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構占主要地位的關鍵因素之一,因此分析了不同結構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)點結構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)點結構,其組播能力也是不同的,而且有些結構的組播能力是很有限的.我們在對靜態(tài)組播業(yè)務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)點結構的混合整數(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)點有全波長轉換能力以及在部分節(jié)點為組播交叉節(jié)點(稀疏分路網絡)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)點在網絡中的優(yōu)化配置,給定的網絡拓撲和一組組播請求以及網絡中有組播能力節(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)結果證明了

7、算法的有效性. 第四章主要研究了wDM光網絡中區(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)學描述,對沒有保護措施的組播業(yè)務的可用性和專用保護情況下的組播業(yè)務可用性進行了分析.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)轉換和不可用性的近似計算兩種方式來實現(xiàn),計算結果顯示兩種方法得到的結果是一致的. 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.當給定的網絡鏈路可用性分布情況下的工作光樹不能滿足業(yè)務的可用性需求時,也就意味著應該提高網絡的鏈路可用性或者應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