面向工程的WDM光网络规划与优化系统中RWA和SRLG的研究

电子科技大学硕士学位论文面向工程的WDM光网络规划与优化系统中RWA和SRLG的研究姓名：王玲娜申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：李兴明20090501面向工程的WDM光网络规划与优化系统中RWA和SRLG的研究作者：王玲娜学位授予单位：电子科技大学相似文献(10条)1.学位论文李昆WDM光网络规划系统设计中路由与波长分配问题的研究2008波分复用传输系统是当前干线光通信系统扩容的主要手段和城域核心网的多业务传送平台,被认为是下一代高速广域骨干网发展的主要方向之一。使用波分复用技术的波长路由网络在空闲信道的所有链路上都要分配相同频率的波长,这种限制称为波长连续性限制。这种限制使得波长连续网络比传统的电路交换网络有更高的阻塞率,而波长转换技术的发展使得网络中的节点能够把数据从一个波长信道转换到另一个波长信道上传输,这种方式削弱了连续性的限制,能够降低网络的阻塞率。在WDM网络中为业务请求建立一条端到端的光通路,并分配合适的波长这样的问题称为路由与波长分配(RWA)问题。在光网络规划与优化过程中,结合生存性设计的RWA算法是光网络规划与优化的核心。本文主要研究了在光网络规划系统设计中的路由与波长分配问题。结合作者参与的NetNumen-TOP光网络规划与优化软件系统项目,文章对软件的架构设计、系统工作流程以及系统实现过程中采用的主要关键技术做出了阐述,重点研究了软件系统中业务分配与保护模块的设计与实现方案。设计方案考虑了网络中节点的波长转换能力,不同的业务保护策略以及保护通路的资源共享问题。最后按照工程化的要求实现了规划系统中的业务分配与保护的功能。文章接着对动态情况下WDM光网络路由与波长分配问题进行了深入研究,归纳总结了前人在RWA问题上的相关研究,提出了具有创新性的部分波长转换条件下的SP-LG算法和SPMF算法。SP-LG算法以分层图模型为基础,在网络规模较小的情况下并行解决了部分波长转换网络的路由与波长分配问题。仿真结果验证了该算法在不增加网络阻塞率的情况下对算法效率的改善。SPMF算法将上述问题分解成为选路子问题和波长分配子问题两个问题分别加以研究。选路子问题中确定了多条备用路由,并按照一定的顺序进行排序。SPMF算法的波长分配方案通过矩阵运算得到了所有可用波长集合,并选择了其中转换次数最少的波长集作为分配结果,最后通过仿真测试验证了算法的性能。2.学位论文鲁才WDM光网络中的多播算法研究2007随着光网络的迅速普及，作为未来Intemet骨干支撑的WDM(WavelengthDivisionMultiplexing)光网络组网技术和业务提供技术受到了越来越多的关注。另一方面，随着光学技术的日益成熟，功能越来越完善的各种光通信器件/设备大批涌现，使得许多原来需要在业务交换层面完成的工作被更多地移植到了光层，一个典型的例子就是近年来广受关注的光网络多播技术。分光器的出现为实现光网络中多播传输提供了硬件基础，利用分光器可以设计出支持光层多播路由的光交叉连接器MC-OXC(MulticastCapable-OXC)。在单播连接中，光层路由是一个路状结构，而多播连接是一种点对多点的连接请求，需要在光层上构建全光的树状路由——光树或者光林(多棵光树)。与光层的单播路由，光层树状多播路由问题更加复杂。本文主要研究光层多播的算法设计问题，主要包括WDM光网络多播的网络静态规划问题、多约束条件下光树的优化设计问题、光层多播的保护问题以及光层多播的业务疏导问题。与光层的单播连接和IP层的多播技术相比，光层多播路由的计算问题存在一些特殊的约束条件，主要包括波长连续性约束、稀疏分光器配置约束和能量损伤约束。在实际的光网络中，不是每个节点都配置波长转换器。这就导致了光网络中的波长连续性约束。在这种下，多播选路与波长选择密切相关。对于单播请求，波长连续性约束下的光路计算问题被称为RWA(RoutingandWavelengthAssignment)问题，而相应光树的计算问题被称为MC-RWA(MulticastingRWA)问题。此外，考虑到网络建设成本，在实际的光网络中，不是所有的网络节点都配置了分光器。这就形成了光网络中多播路由的稀疏分光器约束。在稀疏分光器配置约束下，光树的计算问题不再是一个传统的SteinerTree(有文献译为施泰纳树，即求覆盖网络节点集合的一个子集的最佳生成子树)问题。在光树路由结构中，光信号从源点输出经过树状路由传输到每个目的节点。信号能量经过了传输衰减损伤和分光器的分光损伤。传输损伤主要是由于光信号在光纤系统中信号能量的吸收、散射等原因造成的。分光器引入的信号能量损伤是由于光信号通过分光器后，将输入的信号能量分成了多份并通过不同的光树分支输出，从而导致了每条分支上信号能量的损伤。但是为了保证每个目的节点接收到的信号能量都能超过接收器的接收门限，光树的计算必须考虑光树的能量损伤约束条件。这三个约束条件在计算光树的过程中同时存在，所以一个可行的多播树必须满足上述所有约束条件。光网络多播的静态规划可用于网络建设初期的规划设计或者网络中较大周期的虚拓扑重配置中。本文第二章主要从两个方面研究了光网络多播的静态规划问题：(1)在稀疏波长转换器和分光器配置的网络中，波长转换器和分光器的最佳放置问题；(2)在光纤波长通道数受限情况下，研究如何利用最少的网络资源承载给定业务矩阵的多播连接。这两个问题解决都是在波长连续性约束、稀疏分光器配置约束和能量损伤约束条件下进行的。在第二章，通过一个混合线性规划MILP(MixedIntegerIJnearProgramming)模型，将光网络中多播的静态规划问题转化为一个优化问题。通过求解此模型的最优解，可以获得分光器和波长转换器的最佳放置位置，并且可以得到满足所有约束条件的网络虚拓扑设计。由于光网络中多播路由的能量损伤约束是一个乘性约束。利用多播树上节点的能量守恒规律，在第二章，用一组线性的关系式准确描述了光层多播的能量损伤约束条件。给定网络资源配置(包括波长转换器和分光器的放置位置、光纤链路上的波长通道数)，第三章研究了在动态多播业务环境中的多播树构建问题。如果没有约束条件，最佳多播树的计算问题就是一个传统的SteinerTree问题。由于SteinerTree问题是一个NP完全问题，约束条件下多播树的计算问题要比SteinerTree问题更为复杂，所以约束条件下多播树的计算问题也是一个NP完全问题。在动态连接环境中，只能通过启发式算法来求解一个近似解。在图论中，树是一个不含圈的简单连通图。但是光层多播的约束条件下，一个可行的多播路由可以包含圈。针对这一特点，第三章提出的NMO(Novel-Member-Only)算法是对Member-Only的改进算法，提高了算法的性能。对于能量损伤约束条件下的多播树计算问题，提出了基于多播树扩张的选路算法MRST(MulticastRoutingBasingonSpanningTree)和基于重路由的选路算法MRRR(MulticastRoutingBasingonRe-Route)。此外，一个可行的多播树算法必须满足所有约束条件，第三章还提出了多约束条件下的多播树构建算法。WDM技术可以大大提高链路的传输容量，同时也使网络的生存性问题日渐突出。在WDM光网络中，网络部件失效时可能遭受比传统网络更大的损失，比如一根光纤断裂将导致所有经过该光纤的光路或者光树都失效，而每条全光通道都能以Gbps的速率传输数据，这样的失效对网络中业务的影响是非常严重的。本文的第四章和第五章研究WDM网络多播的保护问题。第四章主要研究多播专用保护技术，第五章主要研究了多播的共享保护技术。在第四章，首先将多播专用保护问题用一个最优化数学模型进行描述。给定多播请求和网络配置，通过求解最优化模型，可以得到最佳的多播专用保护通路由，并为动态多播业务环境下的启发式算法提供一个理论上的参考。与单播保护问题类似，光网络中多播保护可以采用分段保护的机制。在分段多播保护中，一个关键的问题是如何将给定多播树进行分段。分段机制的不同将会对算法性能产生很大的影响。在第四章提出的自适应分段保护ASSP(AdaptiveSegmentSharedProtection)机制中，算法将多播树上的枝叶节点作为分段的起始节点，同时为其构建一条保护通路，重复这一过程直到多播树上没有枝叶节点为止，从而实现了多播树的保护。同时，在网络稀疏配置(稀疏波长转换器配置和稀疏分光器配置)约束下，现有的多播保护算法在波长连续性限制约束下将会失效。第四章还提出了网络稀疏配置下的双路多播保护TPMP(Two-PathsMulticastProtection)算法。为了提高资源利用率，第五章研究了光网络多播的共享保护机制。首先通过一个ILP模型将共享保护机制描述成一个最优化问题，通过ILP模型的求解可以得到共享保护机制下的多播虚拓扑设计。并提出了混合共享的多播保护算法MSSP(MixedSegmentSharedProtection)。根据仿真结果，MSSP算法提高了网络资源的利用率。在WDM网络中，波长路由的巨大带宽和单个连接请求的小粒度带宽不匹配。为了提高传输效率，可以将低速的多播业务连接汇聚起来在一棵光树上进行传输。第六章研究了WDM网络多播的业务疏导技术，并提出了多播树分解的业务疏导算法MTD(MulticastingTreeDecompose)。MTD业务疏导算法的基本思想是尽量通过网络上现有的光树进行业务疏导，每一次业务疏导都会导致新建多播树目的节点数的减少，从而改善网络的多播吞吐能力。此外，第六章还研究了WDM网络多播业务疏导的生存性问题，并提出了两种分析模型：多播混合带宽保护的业务疏导分析模型TG-MBP(TraffleGroomingwithMixedBandwidthProtection)和多播共享保护的业务疏导分析模型TG-SP(TrafficGroomingwithSharedProtection)。在TG-MBP模型中，一个专用保护的多播路由SMR(SurvivableMulticastingRoute)可以分解成为两棵“对偶”树结构。在网络正常情况下，连接都可以传输到SMR上的任意节点，从而保证了到SMR上任意节点的业务都可以进行业务疏导。利用TG-MBP提出了专用分段保护的多播业务疏导算法MTG-SP(MulticastTrafficwithSegmentProtection)。在TG-SP模型中，多播保护采用的是共享保护机制。在共享保护模型中，只有到工作树上节点的业务才可以进行业务疏导。基于这一模型，提出了共享分段保护的多播业务疏导算法MTG-SSP(MulticastTrafficGroomingwithSharedSegmentProtection)。最后进行了全文总结。3.学位论文王丽两层光网络规划的优化算法研究2009随着波分复用(WDM，WavelengthDivisionMultiplexing)、光交叉连接(OXC，OpticalCross-Connect)以及光分插复用(OADM，OpticalAdd-dropMultiplexing)等技术的飞速发展，使得WDM技术可以提供巨大的带宽，从而成为下一代骨干网络的核心技术。由于MPLS技术具有良好的QoS、TE等功能及其在统一控制平面上的应用，使得MPLS成为了适配IP和WDM网络的最佳选择，MPLSoverWDM网络得到了迅速发展。WDM光网络中每个波长可以提供高达上吉比特(如OC-48、OC-192、OC-768)的传输容量，而在实际应用中，很多业务请求的通信速率都小于一个波长粒度，例如OC-1、OC-3、OC-12(51.84Mb/s、155.52Mb/s、622.08Mb/s)。显然，为每个带宽小于一个波长粒度的业务请求分配一个独立的波长信道，会降低网络资源利用率且不经济。并且，由于光纤中波长数目的限制、网络节点中光收发器数目以及光交叉连接容量的限制等，不可能为每个业务请求分配一个独立的波长信道。