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弹性光网络具有精细的频谱分配粒度,且可根据业务的带宽需求自适应地实现频谱资源分配,因此被视为应对骨干网流量不断增长的有效解决方案。由于单光纤的传输容量已接近现有单模光纤的非线性shannon极限,光纤的信道容量增长缓慢。多芯光纤或多模光纤等支持的空分复用技术作为一种新型传输技术被引入弹性光网络的研究,以应对云服务等宽带应用的爆发式增长。空分复用弹性光网络将网络的资源分配问题扩展至空间维度,分配复杂度的上升及频谱碎片生成的加剧都为网络资源分配问题的研究提出新的挑战。其中,基于多芯光纤的空分复用弹性光网络的资源分配问题所受到的关注最为广泛,即路由、频谱及纤芯分配(routing,spectrum and core assignment,RSCA)问题。此外,空分复用弹性光网络所承载网络流量的提升也对网络的生存性提出了更高的要求。因此,本文的研究内容是针对空分复用弹性光网络中负载均衡自适应、碎片抑制及高生存性的资源分配算法的优化设计与性能分析。论文的主要研究工作如下:(1)针对空分复用弹性光网络资源分配中路由分配时的负载不均问题,提出了一种优化的负载均衡自适应路由分配(optimized load-balanced adaptive routing allocation,OLARA)算法。该算法由 离线状态的遗传算法辅助静态预负载均衡权值修正(genetic algorithm-assisted offline weight modification,GAAOWM)算法和请求到达后的资源利用率感知的动态权值调整(resource utilization aware weight adjustment,RUAWA)算法两部分组成。OLARA算法在最优路由选择时,统筹考虑了链路的物理传输成本、网络拓扑的形态结构、业务分布情况及网络资源利用率等因素,对传统路由分配算法引发的负载不均问题进行了优化。仿真结果表明,OLARA算法包含的GAAOWM预负载均衡算法具有良好的拓扑普适性,较之于传统的路由分配算法,GAAOWM算法的离线调整使得小、中、大型拓扑中业务分布的负载均衡度均提高了约20%—67%,且对于链路稀疏网络拓扑的优化效果尤为明显,对其平均优化程度超过40%。RUAWA算法是GAAOWM算法的补充,通过低复杂度的链路权值更新策略,有效地实现了与资源分配同步的负载均衡调整,对网络传输阻塞率的优化作用显著。(2)针对空分复用弹性光网络频谱资源分配时的频谱碎片生成问题,提出了灵活分组机制,并结合优化的负载自适应路由分配算法提出了适用于多芯光纤空分复用弹性光网络的基于混合超通道(mixed super-channel)的权值更新及灵活分组的路由、频谱及纤芯分配算法(weight updating flexible grouping routing spectrum and core assignment,WUFG-RSCA)算法。灵活分组机制通过请求聚合、频谱资源分组及数量关系限定的方式保障空闲频谱资源的连续性,以此抑制频谱碎片的生成。WUFG-RSCA算法通过混合超通道技术的采纳实现频谱碎片的聚合与重用,通过限制混合超通道应用范围的方式降低由其搜寻与构建而激增的分配复杂度。基于经典拓扑(NSFNET、USNET)的仿真结果表明,WUFG-RSCA算法较之于传统RSCA算法,可实现80%以上频谱碎片的抑制,70%左右网络传输阻塞率的下降及30%以上的频谱资源利用率提升。较之于可变、混合分组等算法,可以实现至少70%的频谱碎片抑制,35%的传输阻塞率降低和5%的频谱资源利用率提升。此外,WUFG-RSCA算法引入了优先级区分机制,在确保低优先级请求服务质量的基础上,确保高优先级请求的传输阻塞率和平均排队及处理时延降至低优先级请求的28%和35%。(3)针对空分复用弹性光网络的生存性保障问题,以专有保护和共享备份路径保护技术为基础,提出了串扰感知的专有保护(crosstalk-aware dedicated protection,CaDP)算法和拓扑自适应共享备份路径保护(topology-adaptive shared backup path protection,TA-SBPP)算法两种单链路故障保护算法。CaDP算法通过备份优先分配纤芯的设定及多种分配策略结合的方式实现串扰规避,仿真结果表明,较之于无串扰感知的RSCA算法,CaDP算法可实现至少16%的串扰优化,10%的传输阻塞率抑制。TA-SBPP算法沿用了优先共享的思路,并在优先共享调整时充分考虑了拓扑规模和芯间串扰的影响,具有良好的拓扑普适性。较之于原有的优先共享算法,在保障拓扑适用度的同时,至少可实现19%的保护开销抑制,23%的芯间串扰抑制及7%的传输阻塞率降低。