本文關鍵詞：基于彈性光網(wǎng)絡的組播路由和頻譜分配算法研究

  更多相關文章： 彈性光網(wǎng)絡 路由和頻譜分配 組播 光組播森林 優(yōu)化問題

【摘要】：伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展,骨干網(wǎng)上的流量呈逐年遞增的趨勢,巨大的網(wǎng)絡流量對底層網(wǎng)絡的性能提出了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的波分復用(Wavelength Division Multiplexing, WDM)網(wǎng)絡具有頻譜資源分配粒度粗糙且固定,資源浪費和網(wǎng)絡配置不靈活等問題,而彈性光網(wǎng)絡(Elastic Optical Networks, EONs)則很好的克服了上述的缺點,它可以通過靈活的網(wǎng)絡資源管理和控制機制為動態(tài)的網(wǎng)絡需求提供巨大且可變的帶寬資源,滿足上層網(wǎng)絡多變的需求。因此,彈性光網(wǎng)絡也被認為是下一代光網(wǎng)絡技術的可行方案,吸引了大量研究人員的注意。另一方面，組播是網(wǎng)絡中一種重要的傳輸模式,組播或具有組播特性的應用帶來的網(wǎng)絡流量是總網(wǎng)絡流量中重要的一部分。諸如云計算,視頻電話會議,遠程學習等大帶寬需求的組播應用的快速發(fā)展,使得在網(wǎng)絡中為組播提供有效的支持成為了一個十分關鍵的問題。相比于IP組播,光層組播更加了解底層網(wǎng)絡的拓撲結構,避免了一些不必要的光電光轉換及電域處理的性能瓶頸且具有透明傳輸?shù)奶匦?可以為組播應用提供更好的支持。但是在彈性光網(wǎng)絡中實現(xiàn)光層組播對于網(wǎng)絡的管理和控制提出了巨大的挑戰(zhàn),其中最重要的問題之一是針對組播的路由,調制選擇和頻譜分配(Routing, Modulation and Spectrum Assignments, RMSA)問題,它需要解決對于組播請求的路由,調制選擇和頻譜資源分配三個子問題及其相互之間的影響。彈性光網(wǎng)絡中的路由和頻譜分配(Routing and Spectrum Assignments, RSA)問題已經(jīng)被證明是一個NP-難問題,而考慮了組播和靈活調制選擇的組播RMSA將變的更為復雜,因此本課題將對該問題進行深入的研究,探索如何在不同的網(wǎng)絡狀態(tài)下為該問題提供高效的解決方案。首先,我們對于網(wǎng)絡中節(jié)點均不支持組播的情況進行了研究。利用了覆蓋網(wǎng)組播(Overlay Multicast, OL-M)的方式,并且提出了基于成員節(jié)點中繼的高效組播算法。仿真結果顯示,對比于其他算法,我們提出的OL-M-SFMOR算法在頻譜資源的使用上都是最為高效的。其次,我們對彈性光網(wǎng)絡中的全光組播進行了研究。全光組播具有節(jié)約光收發(fā)器，節(jié)能,延時小及對中間節(jié)點透明傳輸?shù)葍?yōu)勢,是光組播未來研究和發(fā)展的趨勢。針對于全光組播的問題,我們首先在一個簡單的不考慮損傷和調制可變的理想狀況下對其進行了研究,即研究了全光組播的路由和頻譜分配(RSA)問題。我們提出了一種基于分層圖模型的集成RSA算法,聯(lián)合解決路由和頻譜分配兩個子問題。從仿真結果可以看出,這種集成的RSA算法可以有效的提高頻譜資源有效利用率,降低網(wǎng)絡的阻塞率。接下來,我們研究了更為實際的考慮傳輸與分光損傷的RMSA (Impairment-and Splitting-Aware RMSA, ISa-RMSA)問題。我們發(fā)現(xiàn),由于靈活的調制選擇與頻譜分配的限制,EON中的組播RMSA問題與傳統(tǒng)的WDM網(wǎng)絡中類似的RWA問題有很大的不同。我們對WDM網(wǎng)絡和EON中組播樹和組播森林的結構進行了討論,并說了在彈性光網(wǎng)絡中組播森林的結構比組播樹的結構更有優(yōu)勢。在此基礎之上,我們從中抽象出了最小組播森林的問題并證明了其是一個APX-完全問題。然后,我們根據(jù)上述的討論,設計了若干高效的ISa-RMSA算法,并證明了其中的基于節(jié)點的動態(tài)組播森林構建算法是最小組播森林問題一個具有固定近似度的近似算法。
【關鍵詞】：彈性光網(wǎng)絡 路由和頻譜分配 組播 光組播森林 優(yōu)化問題
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 主要符號對照表15-16
• 第一章 緒論16-24
• 1.1 研究背景16-19
• 1.1.1 彈性光網(wǎng)絡16-17
• 1.1.2 組播和光組播17-18
• 1.1.3 彈性光網(wǎng)絡中針對組播的RMSA問題18-19
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀19-22
• 1.2.1 彈性光網(wǎng)絡中的RMSA問題19-20
• 1.2.2 不同類型的RMSA及相關問題20
• 1.2.3 光網(wǎng)絡中的組播問題20-22
• 1.3 主要研究內容和論文結構22-24
• 1.3.1 主要研究內容22-23
• 1.3.2 論文結構23-24
• 第二章 路由,調制選擇和頻譜分配(RMSA)問題24-28
• 2.1 引言24
• 2.2 網(wǎng)絡和請求模型24
• 2.3 路由,調制選擇和頻譜分配(RMSA)問題24-26
• 2.4 靜態(tài)網(wǎng)絡規(guī)劃26
• 2.5 動態(tài)網(wǎng)絡配置26
• 2.6 仿真參數(shù)配置26-28
• 第三章 節(jié)點不支持組播的MI-RMSA28-34
• 3.1 引言28
• 3.2 在節(jié)點不支持組播的網(wǎng)絡中組播的實現(xiàn)方式28-29
• 3.2.1 節(jié)點模型28
• 3.2.2 MI網(wǎng)絡中組播實現(xiàn)方式28-29
• 3.3 MI-RMSA算法設計29-31
• 3.3.1 基于單播的OL-M-SP算法29-30
• 3.3.2 基于中繼節(jié)點的OL-M-SFMOR算法30-31
• 3.4 仿真結果展示31-34
• 3.4.1 靜態(tài)網(wǎng)絡規(guī)劃31-32
• 3.4.2 動態(tài)網(wǎng)絡配置32-34
• 第四章 理想狀況下的全光組播34-42
• 4.1 引言34
• 4.2 全光組播模型34-35
• 4.2.1 支持組播的節(jié)點34
• 4.2.2 頻譜分配限制34-35
• 4.3 全光組播MC-RSA的算法設計35-38
• 4.3.1 RSA分步解決策略35-36
• 4.3.2 分層圖模型36-37
• 4.3.3 基于分層圖模型的MC-RSA算法37
• 4.3.4 算法復雜度分析37-38
• 4.4 仿真結果38-42
• 4.4.1 靜態(tài)網(wǎng)絡規(guī)劃38-40
• 4.4.2 動態(tài)網(wǎng)絡配置40-42
• 第五章 考慮傳輸和分光損傷的ISa-RMSA問題研究42-62
• 5.1 引言42
• 5.2 考慮傳輸和分光損傷的調制選擇策略42-43
• 5.2.1 具有分光限制的調制選擇策略42-43
• 5.2.2 ISa-RMSA問題復雜度分析43
• 5.3 ISa-RMSA問題數(shù)學模型43-47
• 5.4 組播樹和組播森林結構的討論47-53
• 5.4.1 組播樹結構48-50
• 5.4.2 組播森林結構50-51
• 5.4.3 最小組播森林復雜度分析51
• 5.4.4 組播樹與組播森林結構的比較51-53
• 5.5 組播森林構建算法設計53-57
• 5.5.1 基于節(jié)點的組播樹拆分構建算法53-54
• 5.5.2 基于節(jié)點的組播森林動態(tài)構建算法54-55
• 5.5.3 基于分支的組播樹拆分構建算法55
• 5.5.4 碎片化問題的處理55-56
• 5.5.5 算法近似性分析56-57
• 5.6 仿真結果57-62
• 5.6.1 靜態(tài)網(wǎng)絡規(guī)劃結果57-59
• 5.6.2 動態(tài)網(wǎng)絡配置結果59-62
• 第六章 總結62-64
• 6.1 本課題研究總結62
• 6.2 未來研究工作展望62-64
• 參考文獻64-68
• 致謝68-70
• 在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的研究成果70

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