WDM光网络中多域鲁棒路由机制的设计与仿真实现

论文摘要

近年来,波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）技术因其能提供大容量的带宽从而满足Internet数据业务的爆炸式增长的需求,已成为下一代骨干网的核心技术之一。目前,WDM光网络中路由机制的研究大多数都是基于业务需求确知的情况。而在实际中,往往很难精确地给出网络中各个节点间的业务需求。为此,学术界提出了光网络中的鲁棒设计方法,能够在业务量矩阵不确知的情况下,使网络资源的配置达到最优。同时,随着网络规模的不断扩大,骨干光网络已呈现多域结构。但目前的鲁棒设计都是集中在单域光网络中,因此有必要研究在多域光网络中的鲁棒路由机制。为此,本文采用了软管模型来描述业务量不确定模型。在软管模型中,不需要给出网络中具体的业务量矩阵,只需要知道每个节点允许进出网络的最大业务量。由于将Valiant负载平衡方案和基于树的设计方案是两种具有鲁棒设计思想的骨干网设计方法,因此本文将这两种设计思想引入到了WDM多域网络中,提出了两种不同的路由机制：两阶段的鲁棒路由机制和基于树的鲁棒路由机制。前者是启发式的路由机制,后者是基于智能优化算法的路由机制。这两种路由机制均根据多域拓扑的特点,将软管模型划分为基于域的子软管模型,并根据全网优化目标确定子软管模型的优化目标,并对每个子软管模型内的业务请求进行相应的路由设计。本文还考虑了WDM多域光网络的生存性问题,提出了基于树的路由保护机制,该机制不仅采用共享保护策略为网络中的工作路径提供鲁棒性保护,而且还引入了智能优化思路,以最小化了全网的总资源数为目标,从而实现用更少的备份资源去保护更多的工作资源的目的。为验证所提出的多域鲁棒路由机制的可行性和有效性,本文基于VC++平台进行了仿真实现和性能分析。仿真结果表明,本文所设计的多域鲁棒路由机制可以有效的解决多域网络在业务量不确知情况下的路由问题,具有较好的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 WDM光网络
• 1.1.1 WDM技术
• 1.1.2 多域光网络
• 1.2 鲁棒路由
• 1.2.1 鲁棒设计
• 1.2.2 研究现状
• 1.3 论文主要工作及安排
• 1.4 课题来源
• 第2章 相关理论基础
• 2.1 业务不确定模型
• 2.2 路由与波长分配
• 2.2.1 问题描述
• 2.2.2 静态路由与波长分配
• 2.3 鲁棒选路算法
• 2.3.1 Valiant负载平衡技术
• 2.3.2 基于树的鲁棒选路
• 2.4 部落通婚遗传算法
• 2.5 本章小结
• 第3章 多域光网络中的鲁棒路由机制设计
• 3.1 网络模型
• 3.2 数学模型
• 3.2.1 参数定义
• 3.2.2 标识符定义
• 3.2.3 软管模型定义
• 3.3 构造分层图
• 3.3.1 波长分层图
• 3.3.2 波带分层图
• 3.4 两阶段鲁棒路由机制
• 3.4.1 优化目标
• 3.4.2 启发式两阶段鲁棒路由算法
• 3.4.2.1 M个中间转发节点的确定
• 3.4.2.2 负载分配向量的确定
• 3.4.2.3 务量分配
• 3.4.2.4 分层图上的疏导策略
• 3.4.2.5 算法流程
• 3.5 基于树的鲁棒路由机制
• 3.5.1 优化目标
• 3.5.2 基于部落通婚策略遗传的鲁棒路由算法
• 3.5.2.1 多域网络中树的建立
• 3.5.2.2 局部优化目标的确定
• 3.5.2.3 编码方式
• 3.5.2.4 初始解构造
• 3.5.2.5 遗传算子定义
• 3.5.2.6 适应度函数定义
• 3.5.2.7 算法流程
• 3.6 基于树的路由保护机制
• 3.6.1 优化目标
• 3.6.2 基于部落通婚策略遗传的路由保护算法
• 3.6.2.1 基于共享风险链路组SRLG的保护策略
• 3.6.2.2 编码方式
• 3.6.2.3 初始解构造
• 3.6.2.4 遗传算子定义
• 3.6.2.5 适应度函数定义
• 3.6.2.6 算法流程
• 3.7 本章小结
• 第4章 仿真实现与性能评价
• 4.1 仿真环境
• 4.2 仿真实现
• 4.2.1 仿真程序的总体框架
• 4.2.2 重要数据结构和函数
• 4.3 性能评价
• 4.3.1 拓扑用例
• 4.3.2 基准算法
• 4.3.3 性能评价指标
• 4.3.4 两阶段鲁棒路由机制性能评价
• 4.3.5 基于树的鲁棒路由机制性能评价
• 4.3.6 基于树的路由保护机制性能评价
• 4.4 本章小结
• 第5章 结束语
• 参考文献
• 致谢