【摘要】：隨著光網(wǎng)絡(luò)中寬帶業(yè)務(wù)的急劇增長,如高清視頻、數(shù)據(jù)中心、互動(dòng)游戲、云計(jì)算等業(yè)務(wù),導(dǎo)致對光網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求不斷增加。這種不斷增長的帶寬需求對光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和擴(kuò)容帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),并且僅僅通過對光網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的增加已不能實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)中的頻譜高效率利用。已有的波分復(fù)用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)光傳送網(wǎng)絡(luò)的頻譜被劃分成固定帶寬寬度,如50GHz或100GHz,每個(gè)帶寬寬度代表一條光通路,并且每一個(gè)帶寬寬度的中心和頻譜大小固定,這種固定的光通路劃分方式容易導(dǎo)致頻譜帶寬的浪費(fèi)。并且因此,光網(wǎng)絡(luò)需要向著支持多速率業(yè)務(wù)共存且支持高效的頻譜靈活分配方向發(fā)展。隨著正交頻分復(fù)用技術(shù)(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的發(fā)展,光網(wǎng)絡(luò)可以對頻譜資源進(jìn)行更細(xì)粒度的劃分(如12.5GHz、6.25GHz或更小),可以按照業(yè)務(wù)請求的頻譜大小為其分配頻譜資源。同時(shí),隨著軟件定義的概念引入到光網(wǎng)絡(luò)中,光網(wǎng)絡(luò)正向著靈活、可編程、智能的方向發(fā)展。因此,下一代光網(wǎng)絡(luò)逐漸向著軟件定義靈活光網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。隨著光網(wǎng)絡(luò)中混合速率業(yè)務(wù)的出現(xiàn),不同速率的信號可以同時(shí)在同一根光纖中傳輸,不同調(diào)制格式下的相鄰信道之間會產(chǎn)生嚴(yán)重的物理損傷,尤其是交叉相位調(diào)制(Cross-Phase Modulation,XPM)。光網(wǎng)絡(luò)中的光信號受到物理層損傷的影響傳輸質(zhì)量(Transmission of Quality,Qo T)無法得到保證。物理層損傷的影響程度與不同信號的傳輸速率以及不同速率信號之間的頻譜間隔密切相關(guān),這使得軟件定義靈活光網(wǎng)絡(luò)中多速率共存的效率受到了嚴(yán)重的限制。同時(shí),隨著頻譜更細(xì)粒度的劃分,頻譜連續(xù)性約束和頻譜一致性約束在頻譜分配過程中變的更為嚴(yán)格。本論文在該背景下,深入研究了軟件定義靈活光網(wǎng)絡(luò)中物理層損傷感知的路由和頻譜分配(Impairments Aware Routing and Spectrum Assignment,IRSA)問題,以保證業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量,提升了網(wǎng)絡(luò)的性能。主要研究成果如下:(1)基于靈活光網(wǎng)絡(luò)背景,提出了一種頻譜分區(qū)-拓?fù)浞謱拥腎RSA算法。該算法考慮在多速率共存的靈活光網(wǎng)絡(luò)下較為嚴(yán)重的XPM損傷,提出了頻譜分區(qū)的策略。通過加大不同速率光信道間的物理距離,從而降低XPM影響。在此基礎(chǔ)上,通過將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑橄蟪啥鄠�(gè)子拓?fù)?很好的解決了頻譜一致性約束和頻譜連續(xù)性約束對頻譜分配的限制。所提算法既能解決頻譜一致性和頻譜連續(xù)性限制,也滿足了業(yè)務(wù)的Qo T的需求,降低了業(yè)務(wù)阻塞率。(2)針對軟件定義靈活光網(wǎng)絡(luò)中交叉相位調(diào)制損傷感知的路由和頻譜分配問題,提出了基于Open Flow的低信道間影響的路由和頻譜分配算法。通過在軟件定義靈活光網(wǎng)絡(luò)Open Flow控制器中添加頻譜分區(qū)模塊及擴(kuò)展Open Flow協(xié)議,將光網(wǎng)絡(luò)中不同速率的業(yè)務(wù)分配到不同的頻譜區(qū)域,加大低速率業(yè)務(wù)和高速率業(yè)務(wù)之間的信道間隔,以降低交叉相位調(diào)制損傷并提高資源利用率。
[Abstract]:With the rapid growth of broadband services in optical networks, such as high-definition video, data centers, interactive games, cloud computing and other services, resulting in an increasing demand for optical network bandwidth. This growing bandwidth demand poses a severe challenge to the development and expansion of optical networks, and the efficient use of spectrum in optical networks can no longer be achieved only by increasing the transmission capacity of optical networks. The spectrum of an existing WDM (Wavelength Division multiplexing optical transport network is divided into fixed bandwidth widths, such as 50GHz or 100GHz, each bandwidth width representing an optical path, and the center and spectrum size of each bandwidth width fixed. This fixed optical path division method can easily lead to a waste of spectrum bandwidth. Therefore, optical networks need to support multi-rate traffic coexistence and efficient spectrum allocation. With the development of orthogonal Frequency Division Multiplexing (Orthogonal Frequency Division), optical networks can partition spectrum resources more granularly (for example, 12.5 GHz or less), and allocate spectrum resources according to the spectrum size of traffic request. At the same time, with the introduction of the concept of software definition into optical networks, optical networks are becoming flexible, programmable and intelligent. Therefore, the next generation optical network is gradually developing towards flexible optical network defined by software. With the emergence of hybrid rate traffic in optical networks, signals at different rates can be transmitted in the same optical fiber at the same time, and serious physical damage will occur between adjacent channels in different modulation formats, especially Cross-Phase modulation. The optical signal in optical network is affected by the damage of physical layer. The quality of transmission (Transmission of quality can not be guaranteed. The degree of damage in physical layer is closely related to the transmission rate of different signals and the spectrum interval between different rate signals, which seriously limits the efficiency of multi-rate coexistence in flexible optical networks defined by software. At the same time, with the finer granularity of spectrum partition, spectrum continuity constraints and spectral consistency constraints become more stringent in the spectrum allocation process. In this paper, the problem of routing and spectrum allocation of damage sensing in the physical layer of flexible optical networks is studied in detail in order to ensure the transmission quality and improve the performance of the network. The main research results are as follows: (1) based on the background of flexible optical networks, a spectrum partition-topology hierarchical IRSA algorithm is proposed. This algorithm considers the serious XPM damage in flexible optical networks with multi-rate coexistence and proposes a strategy of spectrum partitioning. The influence of XPM is reduced by increasing the physical distance between optical channels at different rates. On this basis, by abstracting the network topology into multiple sub-topologies, the constraints of spectrum consistency constraints and spectral continuity constraints on spectrum allocation are well solved. The proposed algorithm can not only solve the limitation of spectrum consistency and spectrum continuity, but also satisfy the requirement of QoS, and reduce the traffic blocking rate. (2) the routing and spectrum allocation problems of damage sensing of cross-phase modulation in flexible optical networks are defined by software. A low channel impact routing and spectrum allocation algorithm based on Open Flow is proposed. By adding spectrum partitioning module and extending Open Flow protocol to the Open Flow controller of flexible optical network defined by software, the traffic of different rates in optical network is assigned to different spectrum regions. The channel spacing between low rate traffic and high rate traffic is increased to reduce cross-phase modulation damage and improve resource utilization.
【學(xué)位授予單位】：河北工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.1

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本文編號：2178914