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IP over WDM网络的选路和波长分配算法研究

张治中

  近年来,随着网络技术的发展以及新的Internet应用的出现,全球Internet业务呈现出爆炸式增长的趋势,迫切要求扩大广域骨干通信网的容量。现有多种技术可用于扩大基于光纤通信的骨干网的容量。其中采用光路交换、波长选路的波分复用技术(WDM)允许在一根光纤中同时传输若干路不同波长的光信号,具有实现简单及较好的可扩展性的特点,是目前充分利用光纤容量的方法中最具吸引力的侯选者。由于WDM网络关键部件目前还较昂贵,在这样的网络上运行IP业务,既要考虑到网络的鲁棒性和对资源利用的有效性,又要考虑网络的可升级性能,这常常是互为矛盾的。因此,采用何种网络架构及何种技术运行IP业务是研究的热点。本文首先论证了去掉中间层(如SDH/SONET、ATM)而将IP分组直接在WDM网络上运行的技术可行性及其优势,进而重点研究了采用这种架构——IP over WDM时的资源分配问题。第二章研究了IP over WDM网中支持QoS的资源分配算法,分两种方法予以研究:一为基于光层的方法,采用固定选路后,资源分配问题就能简化为波长分配问题,从而可大大简化网络的控制和管理。文献中已有的工作表明,充分利用网络状态信息能提高算法的性能。基于此,首次提出了利用全网信息而支持优先级的波长分配算法,由于利用了全网信息,在保证较高优先级请求的阻塞性能时,还对较低优先级请求的阻塞性能进行了优化,从而改善了全网的平均阻塞率;另一个为基于MPLS技术的方法,提出了支持不同QoS要求的VPN业务的设计问题。对于给定的网络物理拓扑及业务矩阵,对不同QoS要求的VPN进行资源分配时,首先照顾较高质量要求的VPN业务,并且,对于相同QoS要求的VPN业务,优先考虑业务量比重较大的节点对,并尽量保证负载在全网均匀分布。基于业务平均跳数来衡量的仿真结果表明,在网络中不同QoS要求的业务需求大致相当的情况下,不管网络负载如何变化,对某QoS要求的VPN业务,总是能够取得QoS较之要低的业务更低的平均跳数,即更小的平均时延。对于由大量路由器和OXC通过光纤互连而组成的IP over WDM网络,第三章创新性地提出了将IP层矛咣层综合考虑进行:路由选择,并利用K——最短路由对有长度限制的请求进行资源分配的算法。由于该方法充分考虑到路由器摘要一能以较细粒度处理业务及波长转换能力,故比传统的将IP层和光层分开考虑的方法取得更优异的业务丢弃性能和网络平均阻塞性能。计算机仿真结果表明,对于动态到达的业务连接请求,算法比传统的方法能取得更低的业务丢弃数,更优异的全网平均阻塞性能,而且,即使在相同业务丢弃数的条件下,算法的路由长度所付出的代价也是很小的。第四章分两种方法一基于光层的方法和MPLS技术的方法,研究了IPover WDM网中基于链路负载平衡的资源分配算法。前者适合于业务矩阵变化不是太频繁的网络,提出利用蚂蚁算法解决业务的再路由问题,即利用蚂蚁具有找到最短径及不同种类蚂蚁具有互斥的天然特性来进行逻辑拓扑重配置,从而保证了链路负载分布的平衡性。计算机仿真结果表明,利用该算法进行逻辑拓扑重配置后,链路负载分布的平衡性得到了大大提高。对于后者,考虑的网络为由大量路由器和OXC通过光纤互连而组成的网络,充分考虑了路由器能以较细的粒度处理业务及波长转换的能力,对可能有长度限制的动态到达的业务连接请求在进行资源分配时,提出的算法考虑了:*)降低网络带宽碎片以提高资源利用率;仅)将业务的路由成本与路由长度进行折衷考虑。计算机仿真结果验证了基于这两方面考虑所带来的好处:*)对于给定的业务需求,该方法相对于传统的不考虑降低带宽碎片的方法来说,确实降低了业务丢弃数,并取得更好的链路负载分布的平衡性:(2对于动态到达的连接建立请求,该方法的业务阻塞性能大大优于传统的方法。尽管 MPLS具有强大的流量工程能力,但在 IP over WDM网中进行保护设计时,还很少有文献涉及到这一点。基于此,为了在网络中出现单链路故障时100%地保护受影响的业务,同时保证链路负载分布的平衡性。第五章提出了一种考虑链路负载平衡的共享通路式保护算法。在为动态到达的请求进行波长分配及路由选择时,考虑了以下几点:*)仔细考虑业务请求的带宽需求,力争大大降低残留在网络内的带宽碎片;m路由器能以较细的粒度处理业务及波长转换的能力;o)链路负载分布的平衡性;O)保护通路的资源共享。仿真结果表明,算法在链路负载分布的平衡性、(给定业务需求量时的)业务丢弃特性,(业务动态到达时的)网络平均阻塞性能均要优于引用文献中的算法。由于网络中的业务连接请求速率大小具有差别,其带宽请求常常小于一个波长粒度。在第六章首次提出了基于容量公平性的资源分配算法,通过为不同互互电子科技大学博士论文一线速的请求预留不同的波长?……   
[关键词]:IP over WDM网络;选路和波长分配算法;服务质量/优先级支持;链路负载平衡;生存性;阻塞公平性
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:电子科技大学2002年