WDM光網(wǎng)絡(luò)上的波長(zhǎng)分配研究.pdf

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要任務(wù)是承載世界范圍內(nèi)的信息傳輸與通信，目前而言，大多數(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)通信的傳輸媒介是電。隨著人類社會(huì)的發(fā)展和文明的進(jìn)化，尤其是大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，以電能為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越無(wú)法滿足需求。一方面，世界范圍內(nèi)的通信業(yè)務(wù)持續(xù)增長(zhǎng)，造成現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的流量擁塞和性能下降；另一方面，電本身具有的物理特性也限制了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在性能上的進(jìn)一步優(yōu)化和提高。
　　目前針對(duì)該問(wèn)題的一種研究方向是用光替代電，作為信息傳輸?shù)拿浇椋礃?gòu)建光網(wǎng)絡(luò)

2、。光作為信息的載體，具有以下諸多優(yōu)點(diǎn)：極高的時(shí)空帶寬積，低時(shí)延，通道等程，無(wú)干擾，低能耗等。全光網(wǎng)絡(luò)是光網(wǎng)絡(luò)的一種理想狀態(tài)，指網(wǎng)絡(luò)中的所有處理操作都由光學(xué)器件完成，沒(méi)有電子器件的參與?？梢韵胂?，全光網(wǎng)絡(luò)的性能十分出眾，但是目前還沒(méi)有任何一種建成的全光網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)楣怆m然在數(shù)據(jù)傳輸上各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于電，但是在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)上不如電行之有效。所以目前已有的光網(wǎng)絡(luò)其實(shí)都是光電混合網(wǎng)絡(luò)，用電網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)信息，用光網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，從而發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。目前最常見(jiàn)的光

3、網(wǎng)絡(luò)是基于波分復(fù)用技術(shù)（WDM），它可以在單通道上實(shí)現(xiàn)極高容量的信息并行傳輸，從而突破傳統(tǒng)電網(wǎng)絡(luò)在提高帶寬時(shí)碰到的瓶頸。WDM技術(shù)是指用不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)攜帶信息，由于各個(gè)波長(zhǎng)之間沒(méi)有干擾，所以可以在光纖上并行傳輸，從而提高了吞吐量。
　　WDM光網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)周期內(nèi)的通信過(guò)程為：首先進(jìn)行選路，即為每一個(gè)需要通信的源-目的節(jié)點(diǎn)對(duì)選定通信路徑，這條路徑又叫光路，本質(zhì)上就是路由問(wèn)題；然后為該條光路分配一個(gè)波長(zhǎng)用來(lái)傳輸信息，在分配時(shí)需要遵

4、循兩個(gè)原則，一是該波長(zhǎng)在光路中不發(fā)生改變，即波長(zhǎng)一致性原則，二是共享同一條光纖的光路不能使用同一個(gè)波長(zhǎng)，即波長(zhǎng)差異性原則；最后是信息傳輸和光路撤銷，等待下一個(gè)周期的通信請(qǐng)求。
　　目前而言，可用的波長(zhǎng)資源是有限的，所以在大規(guī)模的WDM光網(wǎng)絡(luò)上會(huì)出現(xiàn)波長(zhǎng)資源不足的情況，這就意味著本周期內(nèi)的若干光路請(qǐng)求無(wú)法建立，需要延遲到下周期進(jìn)行，即出現(xiàn)了擁塞問(wèn)題。可見(jiàn)，WDM光網(wǎng)絡(luò)上的路由問(wèn)題，波長(zhǎng)分配問(wèn)題和擁塞問(wèn)題不是相互獨(dú)立的，而是需要統(tǒng)籌考

5、慮。本文將在考慮路由和擁塞的情況下，圍繞波長(zhǎng)分配問(wèn)題展開(kāi)討論。具體而言，本文針對(duì)如下三類WDM光網(wǎng)絡(luò)展開(kāi)研究。
　?。?）具有經(jīng)典拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的WDM光網(wǎng)絡(luò)。由于這四種經(jīng)典拓?fù)渚哂幸?guī)則結(jié)構(gòu)，所以容易運(yùn)用圖論對(duì)其進(jìn)行理論推導(dǎo)，本文推導(dǎo)出了具有 N個(gè)節(jié)點(diǎn)的各個(gè)經(jīng)典拓?fù)渖蠈?shí)現(xiàn)廣播通信時(shí)所需要的最少波長(zhǎng)數(shù)的公式；同時(shí)分析了波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器對(duì)所需最少波長(zhǎng)數(shù)的影響。
　　（2）具有不規(guī)則拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的WDM光網(wǎng)絡(luò)。給定一組需要建立的光路集和一組可用波

6、長(zhǎng)集，完成不規(guī)則拓?fù)涔饩W(wǎng)絡(luò)上的波長(zhǎng)分配是圖染色問(wèn)題，即NP難問(wèn)題。本文針對(duì)已有的波長(zhǎng)分配算法（First-fit算法）進(jìn)行兩個(gè)方向的改進(jìn)：一是降低波長(zhǎng)分配的時(shí)間；二是降低阻塞的發(fā)生。本文提出來(lái)若干改進(jìn)算法，仿真實(shí)驗(yàn)表明能較好的提高波長(zhǎng)分配的效率。
　?。?）WDM-PON網(wǎng)絡(luò)。本文介紹了目前在工程應(yīng)用方面已經(jīng)十分普及的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON），并引出了新型的一種PON——WDM-PON。這也是一種基于WDM技術(shù)的光網(wǎng)絡(luò)，其最常見(jiàn)的拓?fù)?/p>