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基于GMPLS的多层多域智能光网络若干关键技术研究

张力方

  随着互联网技术的飞速发展,宽带数据业务迅猛增长,光传送网向着大规模、高可靠、智能化的方向演进。广义多协议标签交换(GMPLS)技术可促使光网络实现多种业务粒度的灵活交换,分层分域的架构增强了光网络的规模可扩展性。在光网络向智能化演进的过程中,这些技术需要协作与融合,使光网络在控制与管理方面具有优化的资源配置与灵活调度机制、快速可靠准确的选路算法和建路信令以及健壮的生存性等特征。因此,如何合理有效地利用网络资源,构建高可靠的健壮型光网络一直是相关研究的难点和热点,对未来光网络技术的研究与发展都具有重要意义。 论文针对大规模多层多域光网络的需求及面临的技术难点,同时结合所参与的863目标导向课题而展开。论文基于GMPLS技术,对波长交换光网络中路由、资源分配及生存性问题和弹性光网络中频谱分配策略与资源重构等技术问题进行了研究,提出了若干技术方案并进行了分析与验证。论文的主要创新工作如下: 第一,针对传统的路由加分布式波长分配(R+DWA)方案容易产生波长资源预留冲突的问题,提出了一种基于路径计算单元(PCE)的策略可动态加载的资源备份预留机制。该方案利用PCE集中计算的功能,并结合首次命中和随机命中两种资源分配策略的优势为路径选择主、备用波长。为了避免备用波长占用大量的网络资源,该方案根据路径跳数和可用波长数来设置动态门限阈值,进而决定是否采用备份预留策略。仿真结果表明该方案可有效地抑制全网分布式后向资源预留冲突,降低全网阻塞率,在网络负载为160Erlang且门限阈值为5时,全网阻塞率仅为3.05%。 第二,在弹性光网络中,考虑到频隙资源占用率和连续性对不同带宽业务的不同影响,提出了一种基于业务分类的频隙资源分配及选路算法,该算法为不同业务设置差异化的链路权重并结合最短路径优先算法来选路。仿真结果表明,该算法有利于降低大粒度业务的呼叫阻塞,进而降低全网阻塞率。与传统的乘性权重方案、加性权重方案或仅考虑跳数的选路方案相比,在网络重负载情况下该方案可使全网阻塞率降低1%-3%。 第三,为了解决弹性光网络在高负载时全网阻塞率过高的问题,提出了一种基于业务流量监控的弹性调制方案。在网络业务量到达特定阈值的时候,在保证服务质量(QoS)的前提下采用高阶调制方式进行频带压缩从而实现带宽调度。仿真结果表明,通过设置恰当的流量监控阈值,该方案利于达到QoS和网络阻塞率指标之间的平衡,能有效降低高负荷下网络的阻塞率。 第四,针对弹性光网络在动态建拆路过程中因频谱资源碎片而导致资源利用率低的问题,提出了一种基于频谱可用度的资源重构方案,根据链路频谱可用度来决定是否对频谱进行搬移重构进而减少频隙资源碎片。仿真结果表明,在网络重负载下,与传统的非重构方案相比,该方案通过频谱资源的重构可使全网阻塞率降低1.7%。 第五,针对大规模光网络中跨层跨域的选路和建路难题,作为项目核心成员,参与提出并设计了基于双路由引擎的网络体系架构(即DREAM)及该架构下的前向选路算法和层次化反向回溯选路算法,作者进一步提出了大规模网络下分布式资源分配“死锁”问题的解决方案,并共同搭建了网络实验平台对上述架构、机制和算法进行了测试。实测结果表明,高负载情况下,当域内业务比例为30%时,上述两种路由方案的平均建路时延比传统分级路由方案减少约437-548ms,其阻塞率降低约1%-3%。 此外,针对多域的大规模光网络生存性问题,提出了一种多域光网络生存性评估机制,对控制平面相关协议进行了扩展以测量网络故障各个子恢复阶段的时间,进而描述多域场景下光网络生存性指标。基于该成果形成的国际标准建议文稿已更新至第二稿,生存期已达一年以上。……   
[关键词]:GMPLS;多层多域;智能光网;络弹性光网络;路由与资源分配;生存性评估
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:北京邮电大学2012年