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面向业务的下一代光网络体系研究

贾鹏  
【摘要】: 智能光网络的引入对光网络的业务发展有着重要的影响。但随着互联网业务的爆炸式增长,数据分组成为光网络传送的主要服务对象;另外未来用户所需业务呈现多样性、复杂性的趋势,如何快速引入新业务并为其提供充分的支撑也成为一个急需解决的问题。尽管智能光网络已经进行了有益尝试,但在复杂业务逻辑处理方面还存在很大的局限性。正是在国家863和国家自然科学基金等项目的支持下,作者对面向业务的下一代光网络体系构架以及相关技术做了比较深入和系统的研究,整个工作紧紧围绕业务平面的构建、光网络业务中的关键支撑技术、光网络交换方式的发展和融合、以及试验网络的搭建四项最关键的内容,提出了具体的实现方案和算法,同时通过我们所开发的ASON(Automatic Switched Optical Networks)控制平面协议栈平台,对相关的方案和算法进行了系统级的仿真,验证了它们的可行性和有效性。 通过三年的不懈努力,我们目前已经取得了有创新意义的成果,主要的创新点总结如下: (1)提出了面向业务的下一代光网络体系构架,在原有ASON框架的基础上引入了业务平面。通过业务平面,可以实现业务交换与业务生成相分离及业务生成独立于业务运行环境。业务功能不同粒度的划分和分布,可以提高业务运行效率并实现业务的定制和组合;业务平面可以支持应用对网络核心资源的访问,以及第三方业务开发商的运作,从而加快新业务的开发;业务平面对协调不同管理域和不同交换结构的光网络的互信、互通也会有积极的影响。运用业务平面,可以实现或扩充自适应业务接入,自适应业务重构和自适应业务定制等功能。 (2)运用遗传算法对光层组播中的资源使用进行优化;我们提出了多个组播业务共存时存在的几种问题和场景:稀疏分光节点网络中的组播路由,静态组播梳理和准动态组播业务拆建;并用遗传算法排列业务计算顺序以优化网络资源。另外我们提出了一个支持业务梳理的智能光网络组播协议,给出了消息类型,信令流程及状态机模型,仿真表明业务梳理可以明显降低组播业务阻塞率。 (3)研究了新型的支持组播的光交换结构。在这种结构中,光分路器和波长变换器为所有入端口和出端口共享。为了适应这种结构变化,我们同时设计了一种组播路由算法以及链路权重变化的策略以均衡网络流量。仿真证明:当共享的光分路器和波长变换器数目在一定程度内变化时,组播性能并没有很大变化,因此可以一定程度地减少其数目同时保证业务性能;同时使用链路权重变化策略也有利于降低业务阻塞率。 (4)研究了预订业务在光网络中的应用。为了在智能光网络中实现预订业务,扩展了GMPLS(Generalized Multi-Protocol Label Switching)相关协议,同时提出了最短路、链路权重变化和分层图三种路由波长分配算法,以及划分共享波长和非预订业务专有波长的机制。仿真表明,业务量较低时,分层图算法最优。 (5)提出了光电路交换和光突发交换融合的混合光交换结构,这种结构在业务接入点根据业务特性为其分配相应的交换机制以充分利用资源并减小处理开销,这也是上述自适应业务接入的一部分功能。同时我们在光突发交换中运用光缓存器和折射路由技术解决突发包间的冲突;为了保证光电路交换业务的性能,引入波长划分机制使部分波长为光电路交换专用。我们运用排队论,从理论上分析了两种交换机制共存时相互性能的影响,并与仿真进行比较。结果证明,二者符合得很好。另一方面,我们提出了光突发交换网络通过光电路交换网络互通时的两种资源分配算法:时间驱动的资源分配算法和流量驱动的资源分配算法。 另外,我们自主搭建了ASON控制平面协议栈,并在此基础上初步开发了业务平面并进行了一些参数的测试,这些工作对于未来实际系统设计会有很大帮助。


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