多層通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流疏導(dǎo)問題研究.pdf

1、光傳送網(wǎng)(C)ptical Transport Network，OTN)包括基于SDH的第一代光網(wǎng)絡(luò)和基于WDM/DWDM的第二代光網(wǎng)絡(luò)，它為當(dāng)前的通信業(yè)務(wù)提供了巨大的帶寬容量，已發(fā)展成為通信網(wǎng)的骨干網(wǎng)絡(luò)。IP/MPLS over OTN代表了下一代網(wǎng)的發(fā)展方向，并使傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出多種層次的特征。無論SDH還是WDM網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)階段的交換機(jī)制仍屬于電路交換，其本質(zhì)是以固定顆粒度為通信業(yè)務(wù)分配帶寬，而IP的交換機(jī)制是分組交換，可給數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

2、流分配任意粒度的帶寬，因此業(yè)務(wù)流疏導(dǎo)問題是當(dāng)前IP/MPLS over OTN的研究熱點(diǎn)，它直接影響到網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化利用、網(wǎng)絡(luò)的吞吐量性能及業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量。 本文對IP/MPLS over WDM 和IP/MPLS over SDH over WDM網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)流疏導(dǎo)問題進(jìn)行了深入研究，提出了新的適合于多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的業(yè)務(wù)流疏導(dǎo)模型，給出了業(yè)務(wù)流疏導(dǎo)策略和相關(guān)算法，主要工作包括： 1.IP/MPLS over WDM 光

3、網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)路由優(yōu)化模型及選路算法IP/MPLS over WDM 網(wǎng)絡(luò)以光路承載具有不同帶寬顆粒度的標(biāo)記交換路徑(Label Switched Path，LSP)，WDM層通過路由和波長分配算法(Routing and Wavelength Assignment，RWA)為IP/MPLS層建立光路，同一IP/MPLS層結(jié)點(diǎn)對之間不同的鏈路在WDM層具有不同的光路路徑或波長。一條光路在WDM層的路徑反映出該光路對WDM層光纖鏈路上波長資源

4、的消耗情況。在動態(tài)業(yè)務(wù)環(huán)境下，隨著LSP的建立或拆除，光路的可用帶寬也在改變，因此光路的代價應(yīng)當(dāng)由光路所占用的WDM層波長鏈路總代價和光路可用帶寬共同決定。論文第2章根據(jù)這一思想設(shè)計(jì)了IP/MPLS over WDM網(wǎng)絡(luò)中最小化全網(wǎng)光路總代價(Minimizing the Total Cost of Lightpaths，MTCLP)的動態(tài)路由優(yōu)化模型，結(jié)合該優(yōu)化模型和分層圖模型，提出MTCLP的綜合選路算法，較之兩種代表性的光網(wǎng)絡(luò)選路

5、算法——MinTH和MinLP，MTCLP對動態(tài)LSP連接請求具有更低的阻塞率和波長鏈路資源的消耗。 2.光收發(fā)器受限的MPLS over WDM光網(wǎng)絡(luò)中多優(yōu)先級LSP選路算法波長一致性約束下的原始分層圖模型主要用于全光網(wǎng)RWA問題的求解，當(dāng)其應(yīng)用于MPLS over WDM網(wǎng)絡(luò)時，存在兩個缺陷：(1)模型中各波長平面互不連通，在一個LSP需要被多跳光路承載的情況下，分層圖模型要求這些光路的波長必須相同，但通過O—E—O轉(zhuǎn)換，承

6、載LSP的多跳光路的波長允許不一致，而且GMPLS規(guī)定波長本身可以被作為標(biāo)記，因此采用原始分層圖模型的LSP選路就增大了網(wǎng)絡(luò)阻塞率；(2)原始分層圖模型不考慮MPLS層和WDM層之間的光收發(fā)器資源，但在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，光收發(fā)器數(shù)通常是受限的，因此可用光收發(fā)器數(shù)可能成為LSP選路的制約瓶頸。針對這兩個缺陷，論文在第3章首先提出一種擴(kuò)展分層圖模型，將光收發(fā)器等效為一種鏈路資源，針對不同LSP具有不同QoS要求的特性，對LSP進(jìn)行了優(yōu)先級劃分，設(shè)

7、計(jì)了動態(tài)業(yè)務(wù)環(huán)境下的多優(yōu)先級LSP選路算法——區(qū)分綜合選路算法(Differentiating Integrated Routing Algorithm，DIRA)。DIRA把LSP的端到端時延轉(zhuǎn)換成對承載LSP的光路的跳數(shù)約束，綜合考慮了對標(biāo)記交換路徑QoS的滿足和網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化利用。在提高網(wǎng)絡(luò)總的吞吐量，降低有時延約束標(biāo)記交換路徑的阻塞率方面，DIRA具有良好性能。 3.融合IP、SDH和WDM網(wǎng)絡(luò)的三層網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流疏導(dǎo)算法就

8、廣大運(yùn)營商而言，現(xiàn)階段在發(fā)展WDM網(wǎng)絡(luò)的同時，仍需保留SDH網(wǎng)絡(luò)，通過SDH網(wǎng)絡(luò)提供的傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)來保證網(wǎng)絡(luò)收益，而且SDH網(wǎng)絡(luò)本身也可以通過SDH over WDM進(jìn)行擴(kuò)容。第4章提出一種融合IP over SDH、IP over WDM及SDH over WDM的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，基于整數(shù)線性規(guī)劃設(shè)計(jì)了這種三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下的業(yè)務(wù)流疏導(dǎo)問題的優(yōu)化模型，并在小型網(wǎng)絡(luò)中利用優(yōu)化軟件對模型進(jìn)行了求解。由于三層網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流疏導(dǎo)問題是NP-Comple

9、te問題，我們給出了三種啟發(fā)式算法——RS-IRAMN、MAF-IRAMN和LCBRF-IRAMN來求解大規(guī)模三層網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流疏導(dǎo)問題。 4.三層網(wǎng)絡(luò)中的虛拓?fù)鋬?yōu)化重構(gòu)三層網(wǎng)絡(luò)中SDH和IP層的拓?fù)涠际强芍貥?gòu)的，它們由特定的疏導(dǎo)算法基于某一業(yè)務(wù)矩陣生成，而采用貪婪算法的啟發(fā)式疏導(dǎo)算法極易使網(wǎng)絡(luò)資源(比如光纖鏈路上的波長、層間接口設(shè)備等)的利用陷入“局部最優(yōu)"。針對此問題，第5章提出全局路徑最優(yōu)供給策略(Strategy of G