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智能光网络中基于业务属性驱动的资源配置机制和方法研究

杜书  
【摘要】:作为承载网络,传统光网络只是为用户提供传输带宽,并不关心承载在其上的业务的具体类型。随着“智能光网络”技术的引入,光网络开始了向“业务网络”的角色转变,光网络能够直接面向用户提供服务。为了更好地适应业务的个性需求,光网络需要对接入业务的属性更深入的了解,针对不同需求的业务设计不同的传送策略,以满足新型业务的需求。本文中,作者主要研究了基于业务属性驱动的光网络资源配置问题,针对业务的可用性要求、采用的保护方式、连接持续时间以及连接类型设计了新的业务配置方法和机制。 光网络中的一个故障将引起大量业务的中断。为了保证业务的可用性,共享保护广泛应用于解决网络故障问题。在共享保护中可以通过引入“共享保护优先级”提高保护波长通道资源的利用效率。第二章中,作者设计了一种新颖的相对优先级设置方法。在新方法中,针对每一个新到来的连接请求,在保证其加入不会导致现有连接的可用性下降到低于要求值的前提下,总是允许设定新连接比网络中现有连接有更高的优先级,尽可能地为新连接获得最大可用性,这样可以减少由于达不到可用性要求而导致连接请求被拒绝的情况。基于这个新的优先级设置方法,作者设计了FPS共享保护算法。通过仿真实验,证明了FPS算法相对现有算法能够降低连接请求阻塞概率,提高了波长通道资源的利用效率。此外,针对共享保护的故障恢复速度较慢的问题,作者从信令机制的角度研究了缩短故障恢复时间的方法,扩展了现有的GMPSL信令协议,提出了一种保护光路的快速双向激活信令机制,它分别从首尾两个方向同时激活一条保护光路,分析结果显示它能显著缩短保护倒换过程中的告警激活时间,且在激活过程中需要更少的信息消息数,可以降低网络故障时控制平面的负载。 在第三章中,作者研究了共享保护中节能的路由波长分配和OADM(OpticalAdd-Drop Multiplexer,光分叉复用器)端口分配问题。共享保护中的保护光路只是“软预留”于控制平面中,但在它们经过的节点上没有进行传输平面的OXC(Optical Cross Connect,光交叉连接)的配置,所以它们并没有承载光信号传输。基于保护光路的虚光路特性,作者设计了一种共享保护中节能的路由波长分配算法,称为PA算法,它通过最小化网络中承载了工作光路的光纤数,来减少光中继设备产生的能耗,从而降低整个网络的能耗。仿真结果显示,PA算法具有较好的节能效果,相对于传统的RWA算法它减少了超过40%的光中继设备的功耗。本章中还首次提出了共享保护中的OADM端口分配问题,并且设计了一种节能的端口分配算法,称为FFwO算法,它利用这共享保护光路的虚光路特性,可以通过最小化处于工作状态的OADM模块的数量来降低整个光网络的能耗。 连接持续时间是智能光网络中业务的一个重要属性。智能光网络可以根据用户的需求快速地建立和拆除连接,在建立连接之前,网络能够提前预知连接的持续时间。本文第四章研究了在连接持续时间预知情况下节能的资源配置问题,设计了基于连接持续时间的节能RWA算法、OADM端口分配算法以及业务疏导算法。三种算法中都分析了设备在工作状态和空闲状态时存在的能耗差别,借助对每一条业务连接持续时间的了解,减少设备处于工作状态的时间,从而降低网络中设备的能耗。在RWA问题中,作者针对动态多纤光网络场景,设计了一种新RWA算法—HTAPE算法,它能够降低网络中光中继设备的能耗。对于OADM端口分配问题,新的STA算法通过减少OADM模块处于工作状态的时间,可以降低网络中OADM产生的能耗。针对子波长连接的配置问题,作者设计了新的业务疏导算法—PEP算法,它能够使得由于新连接的建立而引起网络能耗的增加最小。 本文的第五章研究了智能光网络中针对光多播业务的资源配置问题。RSVP-TE信令协议在光网络中仅限于对点到点连接的支持,它的后向预留信令机制并不能很好的应用于建立点到多点光多播连接。本章中对现有RSVP-TE信令机制进行了改进,设计了一种两次握手的光多播信令机制,与原有信令机制中只有一次信令消息交互过程相比,增加了目的节点向源节点报告可预留波长信息的步骤。在此基础上,作者设计了一种节约波长转换器的波长分配算法,它解决了多播信令过程中的“预留冲突”问题。新的波长分配算法提高了网络中波长转换器的使用效率。通过仿真实验,证明了新算法在波长转换器数量有限的情况下能够明显降低建立光多播连接失败的概率。


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