弹性光网络中基于编码的组播研究

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弹性光网络是最近兴起的一种基于光正交频分复用的网络。相比较于传统的波分复用网络而言,弹性光网络采用连续的子载波带宽槽来进行频谱资源的分配,每个带宽槽可以达到12.5GHZ甚至更低,因此它的使用使得网络资源分配更加有效与灵活,最近几年受到人们广泛的重视。然而,弹性光网络也存在着网络管理方面的挑战。首先,它需要为请求分配连续的带宽槽,其次,在没有波长转换器时,请求在传输的光路中调制等级和波长分配策略需要保持不变。因此,弹性光网络的研究既有机遇也有挑战。本文研究了弹性光网络中,当考虑传输距离和分光器分光次数带来的物理损伤时,组播情况下请求的路由、调制等级选择和频谱分配策略。本文研究了两种场景的光组播问题。第一种是允许光一电一光转换的光组播问题,第二种是透明光网络的组播问题。本文提出使用光森林(包含一棵或者多棵光树)的路由结构来服务每个组播请求,这样可以避免由于累积的物理损伤,一棵大规模的光树可能只能使用较低等级的调制制式,而导致消耗较多的频谱带宽槽。在第一种允许光-电-光转换的光组播问题中,本文首先利用集合覆盖的方法获得目的点的子集,然后基于网络编码得到每棵光树的结构。从动态网络配置实验仿真结果中,可以看出基于网络编码的组播算法在网络阻塞率上表现好于现有算法。在第二种透明光网络的组播问题中,为了更有效的提高频谱利用率,以及补偿各棵光树间的差分延迟,本文在组播系统中引入了无速率编码。首先,本文在静态网络规划中利用整数线性规划模型来讨论组播请求的路由、调制等级选择和频谱分配策略,其中即包含普通的情况,也包含考虑无速率编码的情况。然后,本文提出了三个高效的启发式算法来解决现实生活中大规模动态网络的组播情况,它们利用了集合覆盖的组合数学知识和分层辅助图的思想。实验结果表明了无论是整数线性规划模型还是启发式算法,带有无速率编码的组播请求路由、调制选择和频谱分配的表现都是最好的,其中,在静态网络中,表现在使用的最大带宽槽的度最小上,在动态网络中,表现在网络阻塞率最低上。
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