弹性光网络中资源管理技术研究

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ye77hao
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随着5G网络、云计算、人工智能等新兴网络技术在各领域的快速发展,网络中高速率和高带宽需求的应用不断增加,对网络的传输速率、通信容量、运行成本等不断提出新的挑战。与此同时,网络中不断丰富的业务请求类型,如对时延敏感的即时预约(Immediate Reservation,IR)业务、需提前规划的提前预约(Advanced Reservation,AR)业务和需批量数据传输的弹性预约(Malleable Reservation,MR)业务等,对未来网络的异构服务和传输质量提出更高要求。为了提供更加灵活的频谱资源分配和多样化服务,同时保证网络传输质量,弹性光网络(Elastic Optical Networks,EONs)应运而生,成为提高网络性能的重要手段。本文针对解决动态弹性光网络中资源碎片的产生与优化问题和静态弹性光网络中的时间-频谱分配问题,以提高频谱资源利用率和降低业务阻塞概率为目标,针对不同类型的业务请求,开展弹性光网络中资源管理技术研究。重点研究了弹性光网络中基于双层链路优化的动态业务疏导算法、基于比例优化的弹性光网络静态路由、调制、频谱与时间分配(Routing,Modulation format,Spectrum and Time Assignment,RMSTA)算法和基于模糊控制的弹性光网络动态路由、调制与频谱分配(Routing,Modulation format and Spectrum Assignment,RMSA)算法。本文主要内容和创新点如下:(1)基于双层链路优化的弹性光网络业务疏导算法为了减少弹性光网络中由于业务请求随机到达和部署,网络中不断产生的频谱资源碎片对网络性能的影响,论文在研究业务流量疏导问题的基础上,提出一种基于双层链路优化的动态业务疏导(Dynamic Traffic Grooming based on Double-fused with Link Optimizing,DTG-DFLO)算法。在建立网络模型初期,提出一种基于双层融合的弹性光网络虚拟化(Optical Network Virtualization based on Double-fused,ONV-DF)模型,计算并构建双层融合网络的备选路径集合。在路径选择和资源分配时,引入链路选择度和碎片增长度并提出链路优化的动态业务疏导(Dynamic Traffic Grooming with Link Optimizing,DTG-LO)算法。仿真结果表明,在NSFNET网络中,业务请求负载增至1000Erl 时,DTG-DFLO 算法与传统 RMSA 算法(Traditional RMSA,T-RMSA)算法相比阻塞率降低约12.3%,频谱资源利用率提高约2.2%。在USNET网络中,业务请求负载增至2000Erl时,DTG-DFLO算法与T-RMSA算法相比阻塞率降低约14.1%,频谱资源利用率提高约1.3%。(2)基于比例优化的弹性光网络静态RMSTA算法为了提高在已知AR业务请求的弹性光网络中时间和频谱资源的联合利用,论文在研究静态RMSTA问题的基础上,提出一种基于比例优化的弹性光网络静态RMSTA(Routing,Modulation format,Spectrum,and Time Assignment based on Proportional Optimization,PO-RMSTA)算法。首先针对静态RMSTA问题,构建基于多目标比例优化的整数线性规划(Integer Linear Programming,ILP)模型,其目标是最小化所需频隙和时隙的最大值,通过调节比例参数,平衡频域和时域的资源利用。针对大规模网络,提出了基于灵活时间窗口升序、基于数据传输量降序和基于备选方案升序的三种启发式算法。仿真结果表明,所提出的ILP模型可以有效求解弹性光网络中的RMSTA问题,在大规模网络中,通过调整目标函数的比例参数,PO-AET算法在最小化Fnum时表现最好,PO-DDV算法在最小化Tnum时表现最好。而在最小化Fnum和Tnum之间折衷的情况下,PO-AET和PO-AAS算法都能得到近似最优解。(3)基于模糊控制的弹性光网络动态RMSA算法为了解决动态弹性光网络随机产生的频谱碎片问题,提高网络的自优化能力,论文在研究弹性光网络动态RMSA问题的基础上,提出基于模糊控制的弹性光网络动态RMSA(Routing,Modulation format,and Spectrum Assignment based on Fuzzy Logic Control,RMSA-FLC)算法。在研究模糊逻辑的基础上,设计双输入单输出(Multi-Input Single-Output,MISO)的模糊控制系统,引入碎片优化度和链路选择度作为模糊控制系统的输入,同时引入路径控制权重(Path-control Weight,PW)作为模糊控制系统的输出,为实时到达的IR业务请求选择PW最大的路径和频谱分配方案。仿真结果表明,与T-RMSA算法相比,在NSFNET网络中,当业务请求负载增至1000Erl时,RMSA-FLC算法的阻塞率降低约10.5%,频谱资源利用率提高约1.1%。当业务请求负载为300Erl,业务请求数量从500增至3000时,RMSA-FLC算法的阻塞率变化差值小于0.06%,频谱资源利用率的变化差值小于1.43%,相比于其他算法,其网络性能的稳定性最佳。
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