WDM光网络光层组播优化设计研究

《WDM光网络光层组播优化设计研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、上海交通丈学博士学位论文WDM光网络光层组播优化设计研究摘要从1990年提出全光网概念，到波分复用技术(wDM)全面商用，光通信技术的迅速发展已使WDM光网络成为下一代骨干网的可选技术而受到了广泛的重视。近年来，随着网络的融合和网络电视等新业务的发展，组播业务正日益成为一种重要的业务模式。但由于目前现有的网络都主要是面向点到点通信而设计的，所以并不能有效地支持组播功能，这势必需要下层通信网络提供组播通信能力。而在物理层利用光器件的固有特性来实现组播的光层组播则可以解决这个问题。本文的主要内容是对WDM光网络的光层组播优化设计问题进行研究。主要包括组播光交叉连

2、接节点结构，各种不同约束条件下的静态组播路由和波长分配问题以及保证区分目的节点可用性的组播波长路由和保护问题。本文的第一章是绪论，总结了前人关于WDM光网络光层组播的研究现状，概括了光层组播优化设计的主要研究内容、方法和需要解决的关键问题。第二章对不同的组播光交叉连接结构的性能进行了分析，并提出了一种新的混合集成组播光交叉结构。组播光交叉连接节点是在光层实现组播的关键问题之一，它的性能直接影响到WDM光网络中组播业务的性能。光交叉连接节点的性能主要体现在两个方面：一类与节点的具体结构有关，主要指交换能力和交换规模，基本的要求是以较少的器件数目和较低的成本实现

3、性能优良的无阻塞网络，包括阻塞性能、模块性能、组播发送能力等；二是功率损耗和线性串扰等传输性能指标，主要涉及组成光器件的物理性能。我们从这两个方面分析了现有的几种组播光交叉节点的性能。组播光交叉节点由于引入了功率分路器来实现组播能力增加了节点的制造工艺的难度和成本，而成本又是决定将来哪种结构占主要地位的关键因素之一，因此分析了不同结构的交叉连接的成本及其对组成器件的成本灵敏度。成本模型和灵敏度的分析显示当某些器件的成本降低时对不同的MC．OXC的总的成本变化影响不相同．新的节点结构能够在保证严格无阻塞的同时降低成本，并且避免了单播业务的分路损耗。第三章研究了

4、不同的约束条件下静态光层组播的路由和波长分配算法。目前对组播路由和波长分配算法的研究大都是基于组播交叉节点的组播能力是无限的，而通过上一章的分析我们了解到不同的组播交叉节点结构，其组摘要播能力也是不同的，而且有些结构的组播能力是很有限的。我们在对静态组播业务的路由和波长交换算法中首次考虑了节点的有限组播能力。提出了针对不同组播交叉连接节点结构的混合整数线性规划模型来实现光树的路由和波长分配，通过增加不同的节点约束条件来实现受限的组播路由和波长分配。这种算法的特点是利用代价函数将路由问题和波长分配问题同时考虑。我们采用了流量守恒方式来解决该问题，而组播节点由于

5、其组播能力不满足流量守恒，算法中利用一个与问题规模相关的较大的常数强制实现组播节点处的流量守恒。其次我们还对模型进行改进，使其能够解决有部分节点有全波长转换能力以及在部分节点为组播交叉节点(稀疏分路网络)的情况下的路由和波长分配，另外还研究了有限组播交叉节点在网络中的优化配置，给定的网络拓扑和一组组播请求以及网络中有组播能力节点的个数，寻找组播节点最优的位置从而使得工作光树总的链路代价最低。数据结果证明了算法的有效性。第四章主要研究了WDM光网络中区分不同用户可用性需求的组播路由和波长分配问题。我们首次对组播连接的可用性进行了严谨的数学描述，对没有保护措施的

6、组播业务的可用性和专用保护情况下的组播业务可用性进行了分析。最后提出了一种混合整数线性规划模型来解决没有保护措施的情况下区分不同用户可用性需求的组播路由和波长分配问题。所提出的算法目标函数为最小化工作光树的代价并且在建立时能满足不同用户(叶子节点)不同的可用性需求。为了将非线性的可用性约束线性化，我们采用了对数转换和不可用性的近似计算两种方式来实现，计算结果显示两种方法得到的结果是一致的。第五章研究了采用不同的保护方案来满足组播目的节点不同的可用性需求。当给定的网络链路可用性分布情况下的工作光树不能满足业务的可用性需求时，也就意味着应该提高网络的链路可用性或

7、者应该采用不同的保护方案。对不同的连接采用保护机制来达到可用性的需求是更可行的，但是需要额外的传输容量来支持保护通路。本章首先给出了采用无公共链路或者无公共有向边的光树保护方案来满足区分目的节点不同可用性需求的MILP算法。在实际网络重要得到这样的光树是很难的，为了降低算法的复杂度，我们提出了一种更可行的两步式近优部分保护算法来解决该问题。另外为了能够在大规模网络中解决该问题还提出了一种采用部分保护的启发式算法，仿真结果显示该算法具有较好的性能。关键词：波分复用光网络，光层组播，网络优化设计，组播光交叉节点，路由与波长分配，业务可用性，混合整数线性规划矩上海

8、交通大学博士学位论文OPTIMAI，DESIGNOF