【摘要】：通信數(shù)據(jù)量的井噴式增長(zhǎng)和業(yè)務(wù)種類的復(fù)雜多變對(duì)作為承載設(shè)施的光網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。一方面,視頻業(yè)務(wù)和云服務(wù)等大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的興起要求光網(wǎng)絡(luò)具有更大的管道容量,以承載更多的業(yè)務(wù)；另一方面,數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的興起要求光網(wǎng)絡(luò)在管理控制上更加動(dòng)態(tài)和靈活,以滿足復(fù)雜多變的業(yè)務(wù)需求。因此,如何優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò)物理層的頻譜資源分配,并改進(jìn)控制層實(shí)現(xiàn)方法,使光網(wǎng)絡(luò)更加靈活高效,已經(jīng)成為近年來(lái)光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。 本文立足于頻譜靈活光網(wǎng)絡(luò)的資源優(yōu)化分配和組網(wǎng)控制方法,對(duì)頻譜資源優(yōu)化分配算法、靈活控制層的改進(jìn)與設(shè)計(jì)、軟件定義光網(wǎng)絡(luò)(SDON)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程等方面進(jìn)行了研究,并取得了若干創(chuàng)新成果,具體包括以下內(nèi)容： (1)在優(yōu)化算法方面,提出了頻譜資源非對(duì)稱分配算法(ASA)。ASA的核心機(jī)制是在光網(wǎng)絡(luò)頻譜分配階段,同一條光通道中兩個(gè)方向的頻譜資源不總是對(duì)稱分配,而是根據(jù)這兩個(gè)方向?qū)嶋H的業(yè)務(wù)需求獨(dú)立按需分配。ASA的頻譜資源分配結(jié)果往往是非對(duì)稱的,從而對(duì)于頻譜資源需求量較少的方向,可以節(jié)省出更多頻譜資源以承載其他業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)的核心層一般采用對(duì)稱頻譜資源分配,相比之下,ASA方法在頻譜分配上更靈活,更容易適配上層業(yè)務(wù)需求。本文采用多個(gè)仿真案例和計(jì)算模塊的組合,選取網(wǎng)絡(luò)阻塞率和頻譜利用率作為網(wǎng)絡(luò)性能的衡量指標(biāo),并構(gòu)建基于SLICE網(wǎng)絡(luò)的仿真平臺(tái)。多個(gè)仿真數(shù)據(jù)結(jié)果表明,相比傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)核心層的對(duì)稱分配方法,ASA算法通過(guò)合理分配光頻譜資源,可以顯著地降低網(wǎng)絡(luò)阻塞率并提高頻譜利用率,從而在物理層上優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò)性能。 (2)在網(wǎng)絡(luò)仿真方面,提出了阻塞率均衡方法(BPB)以緩和節(jié)點(diǎn)阻塞率分布。由于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)仿真中一般采用網(wǎng)絡(luò)平均阻塞率作為衡量網(wǎng)絡(luò)性能的標(biāo)準(zhǔn),而忽略了個(gè)別節(jié)點(diǎn)阻塞率的實(shí)際分布,因此針對(duì)這種情況,本文提出了阻塞率均衡方法(BPB)。BPB的核心原理是基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)的反饋機(jī)制,實(shí)時(shí)收集每個(gè)節(jié)點(diǎn)的阻塞率值并反饋給控制器,之后對(duì)阻塞率超過(guò)設(shè)定閾值的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行K最短路徑(KSP)計(jì)算,從而對(duì)節(jié)點(diǎn)之間阻塞率值進(jìn)行均衡。仿真基于動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)請(qǐng)求下的SLICE網(wǎng)絡(luò)的路由與頻譜分配過(guò)程(RSA),仿真結(jié)果表明BPB方法有以下優(yōu)勢(shì)：相比沒(méi)有采用均衡機(jī)制的傳統(tǒng)資源分配過(guò)程,BPB方法使節(jié)點(diǎn)阻塞率值的分布明顯趨于緩和,節(jié)點(diǎn)間阻塞率值的平穩(wěn)性優(yōu)于傳統(tǒng)方法1到3個(gè)數(shù)量級(jí)；相比沒(méi)有采用反饋機(jī)制的完全KSP選路計(jì)算方法,BPB方法降低了計(jì)算復(fù)雜度。因此BPB方法在全網(wǎng)平均阻塞率、節(jié)點(diǎn)阻塞率分布和計(jì)算復(fù)雜度之間實(shí)現(xiàn)合理均衡,在提高網(wǎng)絡(luò)效率的同時(shí)兼顧了網(wǎng)絡(luò)公平性。 (3)在組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)方面,研究了基于軟件定義光網(wǎng)絡(luò)(SDON)的若干實(shí)驗(yàn)方法,具體分為以下兩部分：(a)模擬數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)情況,實(shí)驗(yàn)采用NOX控制器和擴(kuò)展的OpenFlow協(xié)議,基于“網(wǎng)管、NOX控制器、OpenFlow Agent (OA)、底層光節(jié)點(diǎn)”四部分的縱向耦合,實(shí)現(xiàn)跨域光節(jié)點(diǎn)的集中式控制。與傳統(tǒng)的基于ASON/GMPLS的建路過(guò)程相比,基于SDON的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)一方面縮短了域間通信的時(shí)延,建路過(guò)程更快速,總建路時(shí)延小于1s；另一方面減少了協(xié)議復(fù)雜性,只使用OpenFlow一個(gè)協(xié)議,簡(jiǎn)化了控制平面的開發(fā)過(guò)程。(b)研究了在光層實(shí)現(xiàn)區(qū)分業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的方法。實(shí)驗(yàn)采用商用OpenFlow交換機(jī)作為邊界路由器以實(shí)現(xiàn)不同優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)到不同光端口的映射,控制平面分別采用POX控制器和基于資源預(yù)留協(xié)議的網(wǎng)管系統(tǒng)來(lái)分別控制OpenFlow交換機(jī)和光節(jié)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)演示了不同優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)在光層分流的功能,與傳統(tǒng)基于電域分組交換的服務(wù)質(zhì)量(QoS)技術(shù)相比,光層區(qū)分優(yōu)先級(jí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)在光層上的物理隔離,提供更好的安全性和更大的帶寬管道。實(shí)驗(yàn)在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步演示了流量負(fù)載均衡功能,以及分別基于光纖級(jí)別和波長(zhǎng)級(jí)別的保護(hù)倒換和故障恢復(fù)功能,以提高光網(wǎng)絡(luò)的靈活性和生存性。
【圖文】：

由靈活柵格光網(wǎng)絡(luò)的不同發(fā)展階段。光網(wǎng)絡(luò)面臨著大容量、靈活、能耗三方面的挑戰(zhàn)，其中大容量和低能耗是光網(wǎng)絡(luò)本身具備的優(yōu)勢(shì)，而缺乏靈活性是光網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前發(fā)展的重要瓶頸之一。只有光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了充分靈活，，才能充分發(fā)揮出大容量和低能耗的應(yīng)用價(jià)值。本章立足于頻譜靈活光網(wǎng)絡(luò)，從兩個(gè)方面分析網(wǎng)絡(luò)的靈活性：即物理層的頻譜靈活和基于SDN/OpenFlow技術(shù)的靈活控制層，并討論了軟件定義光網(wǎng)絡(luò)（SDON)的含義與意義。1.1光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)全光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)在于解決了光電光轉(zhuǎn)換遇到的電子瓶頸，具有大容量透明傳輸和低能耗的天然優(yōu)勢(shì)。長(zhǎng)期以來(lái)光網(wǎng)絡(luò)作為底層基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)用主要以靜態(tài)、可靠型管道為主，缺乏靈活性。近年來(lái)隨著業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量的快速增長(zhǎng)以及業(yè)務(wù)類型的動(dòng)態(tài)多變，特別是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)和云業(yè)務(wù)的興起，光網(wǎng)絡(luò)也面臨著動(dòng)

圖1-2頻譜靈活光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展脈絡(luò)[18]圖1-2為文獻(xiàn)[18]總結(jié)的頻譜靈活光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展脈絡(luò)�；诳煽康奈锢韺宇l譜靈活技術(shù)，逐漸實(shí)現(xiàn)控制層的動(dòng)態(tài)靈活，頻譜靈活光網(wǎng)絡(luò)也逐漸從點(diǎn)到點(diǎn)傳輸向組網(wǎng)應(yīng)用過(guò)渡、從內(nèi)部互聯(lián)到跨地域互聯(lián)、從數(shù)據(jù)中心應(yīng)用到運(yùn)營(yíng)商應(yīng)用過(guò)渡。因此完整的頻譜靈活光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，不僅是物理層的靈活柵格，還包括控制層的動(dòng)態(tài)靈活控制。下面就這兩個(gè)方面分別進(jìn)行討論。-2-
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN929.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 ;集成電路[J];今日電子;2013年02期

2 ;Analysis and experimentation of key technologies in service-oriented optical internet[J];Science China(Information Sciences);2011年02期

3 劉陽(yáng);華楠;鄭小平;張漢一;周炳琨;;可變帶寬光網(wǎng)絡(luò)中多項(xiàng)式復(fù)雜度的頻譜掃描路由算法(英文)[J];中國(guó)通信;2013年04期

本文編號(hào)：2576867