基于网络编码的光组播波长分配优化研究

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随着光纤通信的发展与普及,光网络已经逐渐成为热门研究方向。与此同时,由于光学技术的日益完善,功能各异的光通信器件和设备也大量出现,使得许多原来需要在业务交换层面完成的工作被更多的移植到光层来实现,一个典型的技术就是光网络组播。Ahlswede等基于网络信息流提出了网络编码的思想,其核心是在网络的中间节点引入编码功能,从而提升网络的吞吐量和带宽利用率。本文着手研究光网络组播中网络编码技术的相关问题,主要包括光组播中网络编码波长的优化问题和分层光组播中基于网络编码的速率分配优化问题。   传统的光组播路由算法均是通过构建组播光树来实现,但此类算法已经被证明无法最大化网络吞吐量、链路的负载均衡特性不够优良、网络资源利用率也不够高。在网络的中间节点加入网络编码,可以提高整个网络的传输效率、健壮性和吞吐量。本文第二章分别介绍了光组播和网络编码的基本理论及主要特点,分析了光网络中基于网络编码的组播优化方案。   光组播中,在中间节点使用网络编码可以提高网络传输性能,但大量使用网络编码波长既提高了算法复杂度又增加了额外的编码代价。因此需要在不影响光组播传输速率的情况下尽量少地使用编码波长。本文第三章研究了光组播中最小化编码波长链路的问题,利用免疫算法搜索范围大而收敛速度快的优势,提出了一种基于免疫算法的编码波长分配优化算法。仿真结果表明,与经典算法相比,该算法既较好地降低光网络的编码波长需求数目,又可以以较快速度获得最优编码方案。   分层光组播是一种适用于异构光网络中的有效的多速率数据传输方案。与单层组播相比,分层组播通过将数据按照分组成员优先级进行发送,可以实现每层组播成员的速率最大化。但是由于光网络的多速率分层优先级不明确,网络中各目的节点能达到的最大吞吐量会受到各层组播速率的限制,很难完全利用波长带宽。本文第四章利用网络编码改善链路利用率的优势,将网络编码技术加入到共享度高的链路上并为其优先分配带宽,提出了一种优化光组播分层速率和带宽分配的算法。仿真结果表明,该算法使整个网络吞吐量最大化的同时降低了网络的波长资源消耗。
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