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网络规划系统中多目标优化技术研究

网络规划系统中多目标优化技术研究

作者：付依俊北京邮电大学

学位级别：硕士

互联网(Internet)的出现彻底改变了人类的沟通方式,移动终端和无线通信技术的发展更将互联网渗透进生活的每一个角落。而传送网(Transport Network)是支撑互联网业务的数据传输网络且主要为光网络,其服务能力决定了互联网的网络质量。... 详细信息

互联网(Internet)的出现彻底改变了人类的沟通方式,移动终端和无线通信技术的发展更将互联网渗透进生活的每一个角落。而传送网(Transport Network)是支撑互联网业务的数据传输网络且主要为光网络,其服务能力决定了互联网的网络质量。传送网良好的服务能力来自对网络的合理规划和建设,因此通过计算机辅助设计软件协助网络规划非常必要。本文结合实验室长期与国内某电信设计院研发的一套传送网规划和优化系统,基于其优秀的模型和功能设计,深入研究WDM网络在该套系统进行路由与波长分配计算的问题,提出一个实用的多目标路由与波长分配算法,并就算法的性能进行仿真实验。路由与波长分配包含路由计算和波长分配两个问题,经典算法通常将两个问题分开处理,其结果往往有优化空间,也有研究采用遗传算法、蚁群优化算法等,能取得不错的结果但计算过程复杂。本文基于分层图基本思想,提出一个实用算法,将WDM网络按波长拆分为多个子图,在子图上进行选路计算,同时计算路由并分配波长,方便计算机程序实现且计算快速,具有较好的实用性。同时,本文结合该套系统在使用中反馈的问题,尝试在一次计算中有侧重的考虑多个目标,实现多目标路由与波长分配,通过仿真实验验证其效果符合预期。

关键词：传送网 WDM 路由与波长分配分层图多目标

面向工程的WDM光网络规划与优化系统中RWA和SRLG的研究

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面向工程的WDM光网络规划与优化系统中RWA和SRLG的研究

作者：王玲娜电子科技大学

学位级别：硕士

伴随着社会经济的发展,网络技术日新月异,全球Internet业务呈现出爆炸式增长的趋势,同时人们对通信业务的需求变得更加高层次和多样化。这就对通信网络的容量提出了巨大的挑战,而光纤通信技术的出现正好大大缓解了这样的难题,给通信领... 详细信息

伴随着社会经济的发展,网络技术日新月异,全球Internet业务呈现出爆炸式增长的趋势,同时人们对通信业务的需求变得更加高层次和多样化。这就对通信网络的容量提出了巨大的挑战,而光纤通信技术的出现正好大大缓解了这样的难题,给通信领域带来了蓬勃发展的机遇。随着光网络技术的快速发展,光纤通信已从单纯的传输技术逐步演化为重要的组网手段。其中以波分复用(WDM)技术为基础的光传送网络由于其大容量和良好的灵活性而成为目前光通信领域研究的焦点。通过引入光交叉连接OXC,光网络可以通过波长选路为节点对提供端到端的光通道,进而实现波长的重用。而另一方面,由于WDM技术使大量业务量聚合到极少的网络设备中,一旦单节点或单链路的失效都可能会造成巨大的数据损失,因此在光网络规划与优化设计的过程中我们必须要考虑网络的生存性问题。此外,由于网络业务越来越呈现动态特性,要求WDM光网络具有快速响应动态业务的能力。在动态环境下,为了提高网络资源的利用效率,降低网络阻塞率,设计良好的路由与带宽分配策略在通路保护中是非常重要的。结合作者参与的光网络规划与优化软件“Unitrans ZXTOP 500”,本文着重研究了基于WDM光网络生存性的动态路由与波长分配算法,在前人的基础上提出了一种新型的基于部分波长转换的FMA算法。该算法首先为业务按照Kth最短路径搜索算法确定多条备选路由并且将这些备选路由按照一定的顺序进行排序;然后根据算法中的波长分配方案得到所有可用波长集合,并按照一定的要求选择可用波长作为分配结果。最后通过仿真测试验证了该算法的性能。此外,基于SRLG约束的通道保护机制由于恢复速度快且实现简单,已成为解决网络生存性的有效机制,因而本文还提出了基于SRLG的动态混合共享通路保护(DMSP)算法。该算法是一种新型的基于SRLG约束的动态业务分配算法,通过动态计算链路权值为业务分配工作通道和保护通道,有效地避免了SRLG通道保护中出现的自陷问题,并且即便出现了自陷问题也可以极其有效的恢复,同时该算法通过引入资源混合共享机制提高了资源利用率,从而大大的提高了系统的性能。最后通过仿真数据分析,证实了该算法在资源利用率和业务阻塞率上的性能都优于之前的相关算法。

关键词： WDM 规划与优化生存性路由与波长分配 SRLG

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模拟退火算法解决静态RWA问题的研究

模拟退火算法解决静态RWA问题的研究

作者：张正新电子科技大学

学位级别：硕士

在WDM光网络中,业务量工程技术(Traffic Engineering ,TE)是按用户的要求把业务量映射到光网络的物理拓扑上,从而达到优化网络资源利用率、避免拥塞和提高网络可靠性的目的。随着OXC(Optical Cross Connect,光交叉连接设备)、OADM(Optic... 详细信息

在WDM光网络中,业务量工程技术(Traffic Engineering ,TE)是按用户的要求把业务量映射到光网络的物理拓扑上,从而达到优化网络资源利用率、避免拥塞和提高网络可靠性的目的。随着OXC(Optical Cross Connect,光交叉连接设备)、OADM(Optical Add/Drop Multiplexer,光分插复用设备)技术的不断成熟,基于DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)技术的光传送网已不再局限于点对点传输,而是组网运用。既然是网络,就必然存在对网络资源的按需分配问题和优化问题。优化的目标是在实际的约束限制条件下,尽量合理配置资源,使得网络的总代价最小、资源占用率最少,以及在资源紧张时满足尽可能多的业务请求。为了更好地解决资源的按需分配问题和优化配置问题,必须在WDM光网络中引入业务量工程技术,更好地满足业务的要求。在WDM光传送网中,给定一组光路连接需求,通过选路和波长分配算法来建立相应光路的问题称为路由与波长分配问题( Routing and Wavelength Assignment,RWA)问题。WDM光网络中的一个核心问题就是如何选择有效的算法和协议来建立光路,也就是如何解决RWA问题。RWA问题的研究对网络资源的利用、网络管理和控制都有很大的影响。根据业务请求提出的方式不同,可以大致分为动态和静态RWA问题,本文主要对研究对象为静态RWA问题。目前在解决这种问题时,引入了多种算法,比如启发式算法,线性规划算法等等。本文研究了用模拟退火算法解决光网络业务量工程中静态RWA问题,在已有网络上,根据多个业务需求,合理分配网络资源,完成端到端通路的建立,达到一定的优化目标。根据网络节点是否具有波长转换能力分为2种情况进行优化:1、所有节点都具有波长转换能力,2、所有节点都没有波长转换能力。为了衡量模拟退火算法解决静态RWA问题的结果,采用了一种启发性算法作为参考。首先考察实际的网络模型,根据业务需求,引入K路由算法的结果作为模拟退火算法和启发性算法备选路由集合,在链路带宽有限的约束下对网络资源进行分配,同时引入业务路由的通路保护问题的研究,实现了共享保护和专用保护两种通路保护方式;针对全波长转换网络和无波长转换能力网络,根据为所有连接请求所分配的总资源最少和满足请求的业务数目最多两种优化目标对资源分配进行优化,研究了备选路由集大小对模拟退火算法结果的影响;对模拟退火算法与启发性算法的

关键词： WDM光网络多约束路由算法模拟退火算法路由与波长分配

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智能光网络中路由选择算法的研究

智能光网络中路由选择算法的研究

作者：王绪磊南京邮电大学

学位级别：硕士

智能光网络技术经历了短暂的时期却得到了高速的推广和发展,它代表了下一代光网络技术的发展方向。传统的光传送网络与ASON结合后,使得各项传统的传输网络技术均具备了智能的特性,能够对资源进行动态分配,高效恢复网络故障,从而满足了... 详细信息

智能光网络技术经历了短暂的时期却得到了高速的推广和发展,它代表了下一代光网络技术的发展方向。传统的光传送网络与ASON结合后,使得各项传统的传输网络技术均具备了智能的特性,能够对资源进行动态分配,高效恢复网络故障,从而满足了用户对于高质量网络的需求。在智能光网络的发展和建设中,网络的高生存性能,业务服务的多样化以及服务的质量已经成为当前的网络以及下一代智能光网络的发展和规划所要着重考虑的内容。路由选择和波长分配问题（即RWA问题）是其中的一个重点内容,也是下一代智能光网络的特征。本文对RWA问题进行了探讨。RWA问题是一个十分复杂的问题,一般情况下我们将RWA问题分为路由子问题以及波长子问题。本文主要工作如下: 介绍了智能光网络的网络体系结构以及路由体系结构。讨论了智能光网络中的RWA问题,阐述了经典的最短路径路由选择算法。针对分层图模型的网络,提出一种改进的蚁群算法（L-ACA算法）。并在简单网络模型下将其与普通的ACA算法对比,证明L-ACA算法在降低网络阻塞率方面所具有的优越性。将L-ACA算法分别与简单网络模型和分层图模型相结合,得出对于小负载网络,采用分层图模型可以有效的降低网络阻塞率。最后对于具有波长转换能力的复杂的网络,用一种旋转图模型来表示,并将其与L-ACA算法相结合,进行仿真实现。然后与上面的两种模型下的仿真结果相对比,得出在多负载的复杂网络中,采用该模型能更有效的降低网络的阻塞率,达到优化网络的目的。证明了该模型在当今网络环境下是具有优势的。

关键词：自动交换光网络路由与波长分配蚁群算法

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WDM星形全光网络关键技术研究

WDM星形全光网络关键技术研究

作者：刘继红西安电子科技大学

学位级别：硕士

本文主要研究了WDM星形光网络中静态业务条件下的路由与波长分配问题。首先，概述了全光网络的概念、结构以及WDM波长路由光网络中的关键技术，详细阐述了波长路由光网络中路由与波长分配的原理，研究了已有算法的实现策略。接着，在改... 详细信息

本文主要研究了WDM星形光网络中静态业务条件下的路由与波长分配问题。首先，概述了全光网络的概念、结构以及WDM波长路由光网络中的关键技术，详细阐述了波长路由光网络中路由与波长分配的原理，研究了已有算法的实现策略。接着，在改进星形波长路由光网络保护方式的基础上，构造了一种分析星形网络波长分配问题的模型，并由此得出确定波长下限范围的有效方法。然后，利用禁忌搜索算法和图着色理论，提出了一种解决星形网络中RWA问题的启发式算法，利用该算法研究了星形光网络在链路光纤和节点配置不同时的网络特性和生存性设计。最后，本文还构造了一个解决环网中路由与波长分配问题的启发式算法，利用算法的计算结果研究了用环形和星形两种结构设计WDM光网络时的不同特性。

关键词：波分复用全光网波长路由星形网络结构路由与波长分配网络主存性

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光网络中含时间约束的大文件传输问题的研究

光网络中含时间约束的大文件传输问题的研究

作者：王豪上海交通大学

学位级别：硕士

随着信息技术的发展和信息化程度的不断加深,人们对通信的容量、速度、质量以及服务种类等要求也越来越高,光通信技术靠其巨大的潜力――带宽资源庞大、损耗低、信号传输突变小、功率低等,而日益成为产业界和学术界关注的热点。而分布... 详细信息

随着信息技术的发展和信息化程度的不断加深,人们对通信的容量、速度、质量以及服务种类等要求也越来越高,光通信技术靠其巨大的潜力――带宽资源庞大、损耗低、信号传输突变小、功率低等,而日益成为产业界和学术界关注的热点。而分布式计算以及实时系统的发展也对含大数据量的文件在光网络中的传输提出了更高的要求,它关系到大量分布在不同地理位置的文件的汇集,同时也会影响到系统中数据的存储以及系统的性能,因此如何在最短的时间内对需要传输的大量文件完成传输汇聚是现代网络发展中需要重点研究的课题之一。本文中,我们主要研究了波长路由WDM光网络中的大文件传输问题,即需要传输的含大量数据的文件按一定的分布随机到达网络,我们的目标是希望这些文件能在最短的时间内完成传输汇聚工作以提高系统的性能。基于这样的问题,我们在分析了与之相关的路由与波长分配以及文件调度问题的基础上,提出了相应的启发式算法来求解所研究的光网络中含时间约束的大文件传输问题。因为我们所研究的问题是NP-hard的,求解它的最优解的计算复杂度非常的高,所以一般的启发式算法只能求出它的一个可行解却无法求出它的最优解。为了进一步分析研究的需要,我们在提出的启发式算法的基础上,结合与通信网络相关的图论和排队论的知识抽象出了所研究问题的数学模型,然后运用拉格朗日松弛结合次梯度优化的求解方法计算出了问题最优值的一个下界。最后,我们给出了基于Java的仿真结果。首先,仿真对比验证了所提出的各种启发式算法对于求解我们所研究问题性能的优劣性;然后,对比了拉格朗日松弛算法求得的下界和启发式算法求得的可行解,从结果中可以看出拉格朗日松弛的方法求得的解优于启发式算法的解,并由拉格朗日相关理论可知这个值的确是我们所研究问题的最优解的一个下界,它为我们进一步的研究和分析提供了依据。

关键词：光网络大文件传输最小传输时间路由与波长分配调度拉格朗日松弛

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全光网络中的多播RWA算法及仿真实现

全光网络中的多播RWA算法及仿真实现

作者：汤婧北京邮电大学

学位级别：硕士

与传统光网络相比,全光网络可以实现光信号的端到端透明传输,因而具备更高的灵活性和透明性,逐渐成为未来光网络的发展方向之一。同时,以HDTV为典型代表的各种高带宽业务的需求使得全光网络中的多播技术成为一个重要且具有挑战性的课题... 详细信息

与传统光网络相比,全光网络可以实现光信号的端到端透明传输,因而具备更高的灵活性和透明性,逐渐成为未来光网络的发展方向之一。同时,以HDTV为典型代表的各种高带宽业务的需求使得全光网络中的多播技术成为一个重要且具有挑战性的课题。全光网络中的分光器及波长变换器一般分布稀疏,因此全光网络中的多播问题同时受到波长连续性和光传输损耗的约束。为此,本文提出了一种适应于全光网络中的新型多播路由与波长分配算法。与传统算法相比,本算法采用逐个加入目的节点的方法,使每次加入多播树的树枝满足尽可能多的剩余波长和尽可能少的跳数的要求。同时,为了加强算法的灵活性,在因网络资源有限无法构建单一多播树的情况下,尝试构建多播森林,以获取更高的多播连接建立的成功率。为了对该算法的性能进行分析,本文使用OPNET仿真软件搭建了全新的多播路由与波长分配仿真平台。波长分配过程的包格式参考了RFC4875对于多播资源预留包格式的规定,并针对全光网络的特性做了相应扩展。仿真结果证明,本文提出的新型RWA算法较好的改善了网络阻塞率。最后,对该全光网络多播RWA算法及多播仿真平台的实现做了总结,并提出了可以改进的方向。

关键词：多播全光网络路由与波长分配 OPNET RSVP-TE

基于启发式算法的卫星光网络RWA优化算法研究

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基于启发式算法的卫星光网络RWA优化算法研究

作者：周围北京邮电大学

学位级别：硕士

随着互联网及大数据的飞速发展,用户对卫星通信数据传输有了更高传输速率、更大传输容量等需求,卫星微波传输技术难以满足用户需求。采用卫星激光通信技术可以大幅度地提升通信信息在传输过程中的质量与效率。卫星光网络具有极大的发展... 详细信息

随着互联网及大数据的飞速发展,用户对卫星通信数据传输有了更高传输速率、更大传输容量等需求,卫星微波传输技术难以满足用户需求。采用卫星激光通信技术可以大幅度地提升通信信息在传输过程中的质量与效率。卫星光网络具有极大的发展潜力并将成为未来卫星网络的研究热点与发展趋势,有望成为未来空间通信的主要形式。在卫星光网络中,路由与波长分配(Routing and Wavelength Assignment,RWA)问题是决定网络性能的至关重要的因素。使用蚁群算法解决RWA问题,可以同时完成路由选择和波长分配。传统蚁群算法具有高灵活性、低复杂度等优点,可以用来解决卫星光网络的路由与波长分配问题,但具有易陷入局部最优,收敛速度慢等缺陷。同时由于卫星业务分布在位置和时间上的不均衡导致在热点区域更易造成拥塞现象。为了解决以上问题,本文对卫星网络路由与波长问题及蚁群算法进行深入的研究,开展基于蚁群算法的RWA算法研究,提出优化算法,从而提高算法寻路性能、提高算法收敛速度、增加算法拥塞控制机制。本文的主要研究内容如下:(1)基于启发式算法的拓展寻路RWA算法针对传统蚁群算法解决路由与波长分配问题时,由于其信息素更新和寻路规则,算法有易陷入局部最优的缺陷,提出一种基于启发式算法的拓展寻路 RWA 算法(Ant Colony Optimization Based On An Extended Pathfinding Routing And Wavelength Assignment Algorithm,ACO-EP)。该算法在蚁群寻路过程中考虑波长的使用率,优化挥发系数,增加基于业务密度的随机干扰机制,提高蚁群算法的路径寻优性能,弥补蚁群算法易陷入局部最优的缺陷。仿真研究了不同业务密度下的通信成功率、通信时延和阻塞率三种性能。结果表明,与原始蚁群算法(Original Ant Colony Optimization Algorithm,ACO-original)相比,ACO-EP算法提高了通信成功率,降低了通信时延与阻塞率。(2)基于蚁群算法的快速收敛RWA算法针对传统蚁群算法初始均匀分配信息素,不能充分利用卫星网络拓扑结构信息,导致蚁群路由与波长分配算法收敛速度慢的问题,提出一种快速收敛的蚁群路由与波长分配算法(Fast Convergence RWA Algorithm Based on Ant Colony Algorithm,ACO-FC)。该算法充分利用卫星网络拓扑结构信息与源节点目的节点间的相对关系,即方向指引因子调整选路概率,使初始蚁群依据卫星光网络拓扑信息进行选路,而非随机选择,以提高算法收敛速度。并结合粒子群算法,对信息素进行正反馈,进一步提高算法收敛速度。仿真研究了算法收敛性,不同业务密度下的通信成功率、通信时延三种性能。结果表明,与原始蚁群算法ACO-original以及矩形窗蚁群算法(Ant Colony Optimization Algorithm With Small Window Strategy Algorithm,ACO-SWS)相比,ACO-FC算法可以在提高收敛速度的同时,提高通信成功率并保持较低的通信时延。(3)基于流量感知的拥塞控制RWA算法卫星通信用户业务在时间、空间上分布不均,导致由地面上传至卫星的流量波动较大,如果没有拥塞控制,局部网络易产生拥塞,会导致网络无法对业务进行实时响应。针对以上问题,提出一种基于流量感知的拥塞控制路由与波长分配算法(Ant Colony Optimization Algorithm Congestion control based on traffic-aware,ACO-CCTA)。该算法通过流量感知获得卫星网络流量,并计算拥塞平均度等参数,衡量网络负载量及平均度,对满足条件的拥塞业务采用多径策略转移拥塞,降低卫星光网络阻塞率。仿真研究不同业务密度下的阻塞率、通信时延和波长资源使用率三种性能。结果表明,与原始蚁群算法ACO-original 以及矩形窗蚁群算法 ACO-SWS 相比,ACO-CCTA算法可以降低网络的阻塞率,并保持较低的通信时延,和适中的波长资源利用率。

关键词：卫星光网络启发式算法路由与波长分配蚁群算法

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可变带宽光网络路由与资源分配研究

中兴通讯技术 2011年第6期17卷 14-19页

作者：罗萱强思维金耀辉上海交通大学区域光纤通信网络与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

文章针对灵活速率光信道数据单元(ODUflex)以及带宽可变光正交频分复用(OFDM)两种光网络分别提出路由与速率分配和路由与频谱分配课题。该课题将降低系统总能耗作为最优化目标,采用最优化软件ILOG CPLEX进行仿真,分别提出了相应的启发... 详细信息

文章针对灵活速率光信道数据单元(ODUflex)以及带宽可变光正交频分复用(OFDM)两种光网络分别提出路由与速率分配和路由与频谱分配课题。该课题将降低系统总能耗作为最优化目标,采用最优化软件ILOG CPLEX进行仿真,分别提出了相应的启发式算法,并将最优化结果同启发式算法的结果进行了性能上的比较与讨论。

关键词：带宽可变光正交频分复用路由与频谱分配路由与波长分配