光波分多路復用網(wǎng)絡中關(guān)于提高帶寬利用率問題的研究.pdf

1、光波分多路復用(WDM-wavelength division multiplexing)技術(shù)被公認為是構(gòu)建下一代核心網(wǎng)和接入網(wǎng)的重要技術(shù)之一。它通過在光纖上開拓出多個可以獨立運行的波長，從而大大增加了光纖的傳輸容量。
　　 在過去的數(shù)十年中，很多研究者們都致力于提高光波分多路復用網(wǎng)絡中的帶寬利用率從而獲得較好的網(wǎng)絡性能。然而，在光波分多路復用核心網(wǎng)絡中，每個波長所提供的巨大帶寬和每個網(wǎng)絡連接所請求的較低帶寬之間的不匹配使得在該

2、網(wǎng)絡中較好的滿足各種不斷變化的網(wǎng)絡服務請求變得十分的困難。類似的問題也存在于光波分多路復用接入網(wǎng)絡中。在現(xiàn)今的接入網(wǎng)構(gòu)建中，為了能夠以較經(jīng)濟的鋪設代價來獲得充足的接入帶寬，光纖-無線混合接入網(wǎng)絡被認為是未來接入網(wǎng)絡的一種理想選擇。一個典型的光纖-無線混合接入網(wǎng)絡通常包含一個光波分多路復用接入子網(wǎng)作為后端同時包含一個無線接入子網(wǎng)作為前端。在這樣一個光纖-無線混合接入網(wǎng)絡中，由于無線前端的網(wǎng)絡吞吐量較低，從而使得光波分多路復用接入子網(wǎng)所提供

3、巨大帶寬不能被充分利用。
　　 在這篇論文中，我們將研究如何充分利用光波分多路復用核心網(wǎng)絡和光波分多路復用接入網(wǎng)絡中所提供的巨大帶寬進而獲得理想的網(wǎng)絡性能。本文的主要研究問題以及主要貢獻可以歸結(jié)如下：
　　 首先，我們將研究基于light-trail的光波分多路復用核心網(wǎng)絡中的多播路由問題?，F(xiàn)如今，light-trail 已經(jīng)成為了光波分多路復用核心網(wǎng)絡中用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N理想的體系結(jié)構(gòu)。由于 light-trail

4、 這一體系結(jié)構(gòu)自身的特性，在其上實現(xiàn)多播數(shù)據(jù)傳輸變得非常簡單。因此，在本文中，我們將研究在給定多播傳輸請求的情況下，如何使用最少數(shù)量的 light-trail 來為這一多播請求構(gòu)建多播傳輸樹從而使得網(wǎng)絡帶寬能夠被充分利用。我們將證明在一般的基于light-trail的光波分多路復用核心網(wǎng)絡上的該問題是 NP-hard的。因此，兩個輔助圖被提出用于將這一問題轉(zhuǎn)換為經(jīng)典的 minimum Steiner tree(MST)問題，這樣一般的基

5、于light-trail的光波分多路復用核心網(wǎng)絡上的多播路由問題就可以使用已有的用于MST 問題的方法來解決。與此同時，我們還將論述基于light-trail的光波分多路復用環(huán)網(wǎng)上的多播路由問題可以在多項式時間內(nèi)得到解決。我們會通過實驗來論證我們所提出的方法的有效性。
　　 其次，我們將提出一種自適應的主動的連接重路由機制用于光波分多路復用核心網(wǎng)絡上的流量疏導。在光波分多路復用核心網(wǎng)絡上，正如前面所提到的那樣，每個波長所提供的巨

6、大帶寬和每個網(wǎng)絡連接所請求的較低帶寬之間的不匹配限制了網(wǎng)絡中的帶寬利用率。因此，人們提出了一種稱為“流量疏導”的技術(shù)來提高網(wǎng)絡資源的利用率。借助于這一技術(shù)，多個連接請求將被整合到一個波長上從而使得帶寬能夠被充分利用。然而，由于流量請求的不可預測性，網(wǎng)絡中的剩余資源可能不能夠滿足一些新到達的連接請求。“重路由”是一種通過對已有的連接進行重新安排從而使得新到達請求能夠被滿足的有效方法。通過這一方法，網(wǎng)絡吞吐量可以得到進一步的提升。在這篇論文

7、中，我們將以生物學中的attractor selection 方法為基礎，研究自適應的主動的連接重路由問題。我們將根據(jù)網(wǎng)絡狀態(tài)來啟動主動的連接重路由算法從而為未來的連接請求預留最多的網(wǎng)絡資源。這樣，網(wǎng)絡的阻塞概率可以通過適當?shù)闹芈酚傻玫浇档停簿褪钦f光纖帶寬可以得到充分的利用。有鑒于所提出的重路由機制的自適應性，網(wǎng)絡的健壯性還將得到提高。我們最后會通過實驗來驗證所提出的重路由機制的有效性。
　　 最后，我們將研究如何利用光纖-無

8、線混合接入網(wǎng)絡中光波分多路復用子網(wǎng)所提供的巨大帶寬。在光纖-無線混合接入網(wǎng)絡這一平臺上，來自一個源無線終端的網(wǎng)絡流可以先被送至一個入口光網(wǎng)絡單元(ONU-optical network unit)，然后送至一個接近目的無線終端的出口ONU，最后由該出口ONU將網(wǎng)絡流送至目的無線終端。通過這種“無線-光-無線”的傳輸模式，無線終端之間的點到點通訊的吞吐量有望得到提升。如果能夠在光波分多路復用子網(wǎng)中實現(xiàn)ONU之間的直接通訊，那么光波分多路復

9、用子網(wǎng)所提供的帶寬可以被充分利用從而提高無線終端之間的點到點通訊的吞吐量。在這篇論文中，我們將設計一個新穎的 WDM 無源光網(wǎng)絡(PON-passive optical network)體系結(jié)構(gòu)來支持ONU之間的直接通訊。基于設計的 WDM PON 體系結(jié)構(gòu)，我們將提出一個波長分配算法，一個分布式的帶寬分配協(xié)議保證ONU之間的有效通訊。另外，我們還將提出一個動態(tài)的出口ONU選擇算法來進一步提高光纖-無線混合接入網(wǎng)絡中無線終端之間的點到點