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光组播网络中基于逻辑运算的网络编码关键技术研究

曲志坚  
【摘要】:随着宽带网络的飞速发展以及新型组播业务的不断涌现,用户对高品质的组播服务需求以及高可靠的组播业务传输质量的要求都在不断的提高。传统的IP组播技术由于所采用的网络带宽有限并且数据处理速度低等原因将难于满足未来组播需求。光网络具有高速、宽带的优点,网络编码技术能够提高网络的可靠性和吞吐量。将网络编码技术引入到光组播网络中充分融合网络编码和光网络的优势,能够为实现未来宽带、可靠的组播服务提供一种切实可行的解决方案。然而,要将网络编码技术引入到光网络中充分发挥两者的优势还面临着理论与技术方面的诸多问题需要解决。 本文从通信业务对网络的需求出发,对光组播网络中基于逻辑运算的网络编码所涉及到的核心机制与关键技术进行了研究并取得了以下研究成果: (1)从实现基于网络编码光层组播的需求出发,提出一种能够在多项式时间内完成的建立基于网络编码双路径组播树的启发式算法。算法包含的约束规则能够保证所建立的双路径组播树中包含最少的编码节点。所建立的双路径组播树为将网络编码技术引入到光组播网络并实现基于网络编码的光组播提供了基础。 (2)针对异或网络编码缺乏应用普遍性并且对组播网络的物理结构要求较高,以及基于光电光变换网络编码方法将增加系统开销降低网络编码和光组播原本的优势等问题提出一种能够在光域中实现的基于逻辑移位和逻辑异或运算的双路径网络编码机制。该网络编码机制比异或网络编码的通用性更强,并且能够在光域中独立于光电光变换实现,降低了实现代价。 (3)在所建立的双路径组播树和提出的光层网络编码机制的基础上进一步通过硬件实验的方法,对基于网络编码的光层组播机制进行了功能性验证;通过软件仿真对基于网络编码的光组播和传统光组播之间的组播性能差异进行比较并分析了影响基于网络编码光组播组播性能的条件和因素。 (4)针对波分复用(Wavelength Division Multiplexing, WDM)光网络中采用波长转换器解决波长冲突代价较高的问题,将网络编码技术引入到光网络中的波长通道用于解决WDM光组播网络在数据传输过程中遇到的波长冲突问题。另外,针对光网络中通过硬件改变光网络中信号的相位、频谱、偏振等信号特性实现数据保密传输需要额外光器件支持并且实现代价较高这一问题,在光层网络编码机制的基础上,提出了采用加密编码向量的方式提高光组播网络中数据传输可靠性和安全性的方法,并对该方法的安全性进行了分析和证明。


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