WDM光网络的生存性和业务疏导问题的研究

论文摘要

随着网络业务量的爆炸性增长以及低成本、高性能的光网络设备的出现,基于波分复用和波长路由技术的波分复用光网络被认为是下一代高速广域骨干网和城域网的最有力竞争者。它不仅提供了巨大的带宽容量,而且能实现对不同传输码率、数据格式和调制方式的透明传输。波分复用光网络具有可重构性,可根据通信业务量的需求来改变网络的逻辑结构,网络资源利用率高;特别是它还具有良好的生存能力,能够在很短的时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务。本文对波分复用光网络的生存性和对低速业务的疏导问题进行了深入的研究。包括动态业务下波分复用光网络的动态路由和波长分配问题、动态业务下光网络的生存性问题、基于共享风险链路组限制的网状网的生存性问题和光网络中的业务量疏导问题。这些问题的合理解决不仅可以提高网络资源的利用率,在满足不同粒度的业务需求的同时,使网络资源得到最优化配置,而且可以提高网络的抗毁能力,使网络在发生故障时性能仍保持在较高的水平,确保服务质量。本文的第一章是绪论,所做工作集中在第二章至第五章,主要包括以下内容:第二章研究了多光纤波分复用光网络的动态资源分配问题,提出了基于分层图模型的启发式动态路由和波长分配算法,有效降低了算法复杂度。在本章中的另一贡献是,在提出的动态选路策略中,首次引入了优选路径与随机路径相结合的方案,这种方案主要考虑到实际运行网络的业务请求的并发性,兼顾了业务响应时间与降低阻塞率两者因素。并对所提出的各种方案在波长路由网状网中进行了仿真测试,数值结果表明本文的启发式算法在提高业务响应时间和降低阻塞率之间能达到较好的平衡。第三章对网状网光网络中的生存性机制进行了深入的分析和研究。我们提出了一种新的可应用在光网络中的保护方法----基于工作路径与备份路径复用技术的算法,并提出了一种新的链路因子用于路径的选择,以达到负载平衡的目的。此外,我们还建立了针对几种重要生存性机制的网状网光网络生存性策略的性能评估体系,包括专用/共享通道保护方案阻塞概率模型和单链路故障情况下通道保护方案的恢复概率模型,并对相应的性能模型进行了仿真分析。数据证明了所提算法在降低网络阻塞率方面的表现出很好的性能。引入链路因子后的算法,可以充分挖掘网络资源的共享能力。在第四章中,对基于共享风险链路组的波分复用网状网的生存性问题进行了研究,首次在连接请求中引入了服务等级协议,包括多种保护要求和路径长度要求的限制。我们将问题分解成收益最大化和容量最小化的两个子问题。在本章中,我们推出了这两个子问题的整数线性规划公式。为解决整数线性规划公式的计算

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 WDM 技术和WDM 光网络
• 1.3 波分复用光网中的优化设计问题
• 1.3.1 单跳和多跳波分复用光网
• 1.3.2 路由和波长分配
• 1.3.3 网络的生存性设计
• 1.3.4 基于共享风险链路组的光网络的生存性
• 1.4 业务疏导
• 1.5 本文的主要贡献及内容安排
• 第2章 动态业务下WDM 光层的路由与波长分配问题
• 2.1 引论
• 2.2 动态路由与波长分配
• 2.2.1 路由选择
• 2.2.2 波长分配
• 2.3 基于分层图模型的动态RWA 算法
• 2.3.1 光纤网的分层图模型
• 2.3.2 动态RWA 问题的数学描述
• 2.3.3 动态RWA 问题的启发式算法
• 2.3.4 改进的最短路算法（IDA）
• 2.4 数值结果
• 2.5 小结
• 第3章 动态业务下WDM 光层的生存性
• 3.1 引言
• 3.2 光层的生存性
• 3.2.1 光信道层生存机制与光复用段层生存机制
• 3.2.2 保护机制与恢复机制
• 3.2.3 基于链路的生存机制与基于路径的生存机制
• 3.3 通道保护的阻塞概率模型
• 3.3.1 网络假设
• 3.3.2 专用通道保护的阻塞率模型
• 3.3.3 共享通道保护的阻塞率模型
• 3.3.4 阻塞概率模型仿真
• 3.4 工作与备份通道复用技术
• 3.4.1 带保护的生存性路由算法
• 3.4.2 改进的带保护的生存性路由算法
• 3.5 数值结果
• 3.6 小结
• 第4章 带SRLG 限制的WDM 网状网的生存性
• 4.1 引言
• 4.2 问题描述
• 4.2.1 收益最大化问题
• 4.2.2 最小化容量问题
• 4.3 ILP 公式
• 4.3.1 定义
• 4.3.2 公式
• 4.4 启发式禁忌搜索算法
• 4.4.1 设计启发式算法的有关定义
• 4.4.2 初始化
• 4.4.3 禁忌搜索迭代过程
• 4.4.4 容量最小化问题
• 4.5 数值结果
• 4.6 小结
• 第5章 WDM 光网络中的业务量疏导问题
• 5.1 引言
• 5.1.1 与业务量疏导相关的光交叉连接器OXC
• 5.1.2 业务量疏导研究现状
• 5.1.3 波分复用光网络的疏导模型
• 5.1.4 本章主要研究内容
• 5.2 WDM 光网络的静态业务量疏导研究
• 5.2.1 多跳的静态流量疏导公式
• 5.2.2 单跳的流量疏导公式
• 5.2.3 ILP 公式的数据结果
• 5.3 WDM 光网络的动态业务量疏导研究
• 5.3.1 研究背景
• 5.3.2 动态业务疏导算法的网络模型
• 5.3.3 自适应业务量疏导算法
• 5.3.4 联合选路疏导算法
• 5.3.5 仿真与数值结果
• 5.4 WDM 网状网的生存性流量疏导
• 5.4.1 研究背景
• 5.4.2 问题描述
• 5.4.3 生存性流量疏导启发性算法
• 5.4.4 数值结果与分析
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 攻读博士学位期间参加的科研项目
• 致谢