软件定义弹性光网络碎片感知路由与频谱分配算法研究

来源 :王世成 | 被引量 : 0次 | 上传用户:avc66
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随着云计算、虚拟现实和边缘计算等新技术的涌现,互联网流量需求激增,极大地推动通信网络的发展。为满足用户需求,基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的弹性光网络(Elastic Optical Network,EON)技术应运而生。EON将频谱划分为更小粒度的单位,可以更高效地利用频谱资源。EON提高了光网络的灵活性,但频谱粒度减小却为资源管理带来新的挑战,使得路由与频谱分配(Routing and Spectrum Allocation,RSA)问题更为复杂。软件定义网络(Software Defined Network,SDN)技术基于数据、控制平面分离思想,利用控制器可实现对网络资源的集中管理和控制。将EON和SDN结合为软件定义弹性光网络(Software Defined Elastic Optical Network,SD-EON),可利用SDN技术轻松获取全网信息,从而为EON高效地进行资源管理和配置提供了更好的平台,能够更好地解决RSA问题。本文首先介绍了EON、SDN及SD-EON的研究进展,分析了SD-EON系统的架构及通信流程,并利用Mininet网络仿真工具和Ryu控制器搭建SD-EON仿真环境。为了将Open Flow协议应用于EON,给出了协议相应的扩展方案。在此基础上,讨论了SDEON中的RSA问题及其解决方案,重点分析了针对即时预留(Immediate Reservation,IR)业务和提前预留(Advance Reservation,AR)业务的一些典型RSA算法。其次,提出一种针对IR业务的碎片感知RSA算法。在选路阶段,该算法利用K最短路由算法为业务请求离线计算K条跳数最短的备选路径。在频谱分配阶段,则挑选出建立光路后所选路径的关联路径中空闲资源业务承载力最大的方案建立业务连接,尽可能保留邻接链路间对齐空闲资源的连续性及可用性,可以减少频谱碎片,从而提高资源利用率、降低网络阻塞率。随后,提出一种针对AR业务的碎片感知RSA算法。该算法进行选路时,在K最短路由算法基础上,兼顾路径距离、跳数、频谱资源消耗和邻接链路数等因素影响来挑选备选路径集。在资源分配阶段,利用局部影响因子来统计可能产生的频谱、时间碎片,以降低候选资源块周围的频谱、时间资源碎片化程度,并利用整体影响因子尽可能将占用资源集中在频率轴边界处,以增加中间空闲资源连续性,同时利用时域资源使用度因子来缓解资源被过度占用的情况,可提高资源利用率、降低网络阻塞率。最后,基于搭建的SD-EON仿真环境,对提出的两种算法进行仿真测试,并与几种典型算法进行性能对比,验证了本文算法的有效性。
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