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光电混合网络中基于QoS分层图模型的路由算法

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光通信技术 2019年第3期43卷 54-58页

作者：梁薇黎军张怡李静玲崔涛中国空间技术研究院五院西安分院空间微波技术国家级重点实验室西安710100

针对在光电混合网络架构下服务质量(QoS)需求迥异的异质业务路由的问题,提出一种基于QoS分层图模型的路由算法。该算法将网络中的异构链路与异质业务建立QoS等级映射关系,并根据QoS等级建立一种QoS分层图模型,完成网络虚实资源的融合。... 详细信息

针对在光电混合网络架构下服务质量(QoS)需求迥异的异质业务路由的问题,提出一种基于QoS分层图模型的路由算法。该算法将网络中的异构链路与异质业务建立QoS等级映射关系,并根据QoS等级建立一种QoS分层图模型,完成网络虚实资源的融合。仿真结果表明:该算法有效实现了光电异构资源的联合优化,降低了阻塞率,可为不同QoS需求的业务提供差异化服务,优先保证高QoS等级业务的阻塞率性能。

关键词：光电混合网络 QoS分层图路由阻塞率

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光电混合网络中的服务功能链映射研究

光电混合网络中的服务功能链映射研究

作者：王浩然电子科技大学

学位级别：硕士

在云计算、软件定义网络和网络虚拟化技术的发展推动下,越来越多的网络服务被迁移到NFV环境中,NFV采用软、硬件解耦的方式重新定义提供网络服务的专用设备,成为近几年的一个研究热点。相比于传统手工配置,NFV利用虚拟化技术,使底层网络... 详细信息

在云计算、软件定义网络和网络虚拟化技术的发展推动下,越来越多的网络服务被迁移到NFV环境中,NFV采用软、硬件解耦的方式重新定义提供网络服务的专用设备,成为近几年的一个研究热点。相比于传统手工配置,NFV利用虚拟化技术,使底层网络的计算、存储等资源可以被上层共享,使服务部署的效率、成本等有所优化。NFV通过编排网络服务,连接一系列特定功能需求构成SFC,SFC在网络中的映射问题是NFV的一个重要研究方向,通过虚拟化平台实现对设备服务功能的灵活配置和流量的转发处理,旨在为用户提供更优质的网络服务。NFV技术的成功演进需要伴随底层网络的适应性调整。现有底层网络基于包交换,能够为业务提供细粒度的带宽连接,灵活应对上层业务的小带宽需求。当带宽需求粒度增大,甚至超过了链路带宽,现有的包交换网络将无法高效承载需求。如果使用纯光网络,虽有大容量、低功耗、高保密等多种优势,但有灵活性的限制。因此,本文提出以现有包交换网络结合光交换网络,构成重叠式光电混合网络,形成包交换网络和光网络的优势互补,为业务需求提供透明、高效的传输平台。本文主要研究在重叠式光电混合网络中SFC映射的资源分配问题。首先,介绍了研究背景和光电混合网络下SFC的业务特性。接着,提出基于用户服务感知的动态到达的单需求映射模型,设计了整数线性规划模型和基于物理资源重构图的启发式算法,并且引入NFV业务的时延特性。又扩展到多需求批量到达的网络模型中,通过线性规划、辅助图和路径剥离算法提供可行路径集合,进一步构建了静态需求映射的路由解决方案,并且对基于随机舍入的路径选择算法进行了近似性分析。最后对上述的算法进行了仿真实验设计并且分析实验结果。

关键词：光电混合网络服务功能链 Dijkstra算法路径剥离随机舍入

数据中心下基于光电混合网络的coflow放置研究

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数据中心下基于光电混合网络的coflow放置研究

作者：徐沛电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,大数据和信息化不断发展,传统的计算方式逐渐不能胜任用户的需求,越来越多的运算需要通过大量的计算机组成的计算机集群来处理。但是维护如此多的计算和存储设备需要大量的人力财力,所以大部分用户选择将这些计算需求交付到云端... 详细信息

近年来,大数据和信息化不断发展,传统的计算方式逐渐不能胜任用户的需求,越来越多的运算需要通过大量的计算机组成的计算机集群来处理。但是维护如此多的计算和存储设备需要大量的人力财力,所以大部分用户选择将这些计算需求交付到云端或数据中心中进行处理。因此,数据中心内的流量数目出现了大幅的增长。为了提供更好的服务,为了网络中的流量能够更好地传输,对数据中心网络中流量传输的优化问题的研究成为了热点。基于电分组交换的树形分层结构的传统的数据中心网络正随着数据中心网络规模的不断增大而面临着越来越严重的效能以及成本等问题。而近年来提出的光电混合网络则通过引入光互连技术,将光网络的高带宽、低成本等优点充分利用,不仅提高了网络的容量,也减少了传统数据中心网络中所需的电分组交换机的数量,从而降低了网络能耗和设备成本。在光电混合网络架构下,两种网络并行工作,不仅可以有效降低电交换网络的转发压力,也避免了单点失效等问题。在数据中心网络中,一个任务常常是由多个相关的子任务组成的。因此,在数据中心网络中,往往存在着两个或者多个流共同完成一个任务。我们在进行优化时,通常把这些具有相关性的流作为一个基本单位(Coflow)。由于一个Coflow内的各个流之间往往存在着一定的资源竞争,因此合理地优化Coflow中的各个流的资源配置,可以有效地提高整个网络的资源利用率,降低网络阻塞率,同时提高数据中心内的需求处理速度。本文基于以上背景提出了基于数据中心下的光电混合网络中的Coflow的放置问题,构建了针对该问题的整数线性规划模型以及启发式算法,之后又通过引入Column generation算法,构建了由主问题和子问题组成的求解模型,并进一步通过提出一个可行的启发式算法取代子问题模型来提高整个问题的运算效率。最后本文还研究了在考虑Coflow的传输截止时间后的Coflow放置问题,提出了引入了推迟队列的Coflow放置问题的优化方案。

关键词：云计算数据中心网络光电混合网络 Coflow 资源优化

基于可见光通信的光电混合网络MAC协议研究

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基于可见光通信的光电混合网络MAC协议研究

作者：郭伟解放军信息工程大学

学位级别：硕士

可见光通信(Visible Light Communication,VLC)是一种新兴的高速无线通信技术。它利用发光二极管(Light Emitting Diode,LED)响应速度快、稳定性强等特性,将信号调制到LED上,以可见光为媒介进行数据传输,具有绿色节能、兼容性强和灵活... 详细信息

可见光通信(Visible Light Communication,VLC)是一种新兴的高速无线通信技术。它利用发光二极管(Light Emitting Diode,LED)响应速度快、稳定性强等特性,将信号调制到LED上,以可见光为媒介进行数据传输,具有绿色节能、兼容性强和灵活性好等突出优点。可见光与照明的自然结合使可见光作为室内通信网络的下行链路十分自然,与传统的无线电结合可以构成一种理想的室内VLC组网方案。本文针对这种光电混合网络的媒体接入控制(Medium Access Control,MAC)协议存在的问题,主要针对多址接入技术和信道资源分配机制进行了深入的研究,相关研究内容和主要成果总结如下:1.提出了一种基于载波侦听/冲突避免(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,CSMA/CA)机制的光电并行传输MAC(Parallel Transmission-MAC,PT-MAC)协议,实现了用户间及单个用户数据间在光电信道上并行传输的思想。建立了光电混合网络的二维马尔科夫接入链模型以分析用户接入过程,分析了用户和网络信道的参数对用户下行数据信道分配方案的影响,详细给出了该协议的运行机制及相关细节。仿真结果表明,PT-MAC协议的网络吞吐量大大优于其他经典无线电网络协议。另外,PT-MAC协议具有理想的吞吐率性能。2.提出一种基于非合作博弈论的光电混合网络的下行信道资源分配算法。根据非合作博弈论的思想,首先建立了信道分配的纳什均衡模型,基于信道参数和用户的速率、时延及对信道的容忍中断率等参数,提出了表征用户对网络服务质量满意程度的效用函数公式,进而建立了基于网络效用和最大化的信道分配优化函数。通过改进的粒子群算法可以求解该信道分配算法的最优解。仿真结果表明,当网络效用和达到最大时,用户信道分配可以得到最优结果,该分配结果使网络和网络中各信道均获得了较高的吞吐量性能,提高了信道资源的利用效率。3.针对可见光和无线电混合网络的在煤矿通信系统的应用,在系统架构分析和业务需求分析的基础上,提出了一种针对矿下不同场景需求的集中式MAC协议,通过改变信标帧的相关字段控制不同场景内的业务上传方式,详细描述了协议的具体交互过程,给出了协议中的相关帧结构设计。仿真结果表明,该协议可以有效地实现矿下不同场景的各类业务上传需求。

关键词：可见光通信无线电光电混合网络 MAC协议信道分配

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NFV光电混合网络的资源分配研究

NFV光电混合网络的资源分配研究

作者：周志杰电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,5G、云计算、物联网（Internet of Things,Io T）迅猛发展,软硬件紧耦合的传统网络设备在扩展性和灵活性上先天不足,已无法满足新时代下复杂多样的业务。而网络功能虚拟化（Network Function Virtualization,NFV）能将网络功能... 详细信息

近年来,5G、云计算、物联网（Internet of Things,Io T）迅猛发展,软硬件紧耦合的传统网络设备在扩展性和灵活性上先天不足,已无法满足新时代下复杂多样的业务。而网络功能虚拟化（Network Function Virtualization,NFV）能将网络功能与专用硬件分离,让其以应用软件的形式运行在通用计算设备上,这样不仅缩减了运维成本还能灵活快速地提供服务。但随着NFV的深入推广,业务带宽粒度需求变化很大,纯电网络无法提供足量的带宽,而纯光网络虽能支持大带宽,但在灵活性上又存在不足。由此可见,两者都不能满足新业务的需求。所以,本文引入一种光电混合网,结合了光网络大容量、低功耗的优势,同时还具有电网络相对灵活的特点。该网络能突破传统网络不能提供粗细粒度不同带宽的限制,取长补短,给上层应用提供功能完全、高效的网络平台。在NFV光电混合网络中,业务主要是服务功能链（Service Function Chain,SFC）的部署,其核心是虚拟网络功能（Virtual Network Function,VNF）和虚链路的映射,网络需要为它们分配计算资源和带宽资源。然而,现有SFC映射研究大都没有将底层网络的带宽提供特性纳入整体考量,这使得这些研究不能直接应用于NFV光电混合网络场景。所以本文研究的问题是如何在NFV光电混合网络中进行最优的SFC映射和资源分配。本文先建立以收益为目标的NFV光电混合网络SFC映射问题的数学模型,该收益主要由节点上因VNF资源售卖而获取的收益减去服务器与链路产生的代价得来。因VNF映射问题为NP难问题,所以本文运用马尔可夫近似技术,设计对应的马尔可夫近似算法求得了原问题的近似最优解。仿真结果表明,算法构造的马尔可夫链随时间在不同的状态之间游走,最终收敛,让系统在绝大部分时间内保持最优。最后,又基于动态业务场景:SFC随时间分批到达和离开网络,建立起NFV光电混合网络的能耗模型。然后引入一个整数线性规划模型（Integer Linear Programming,ILP）和三种分别基于能耗、最大映射数目、能耗和映射数目皆考虑的启发式算法。这三种启发式算法都通过在资源分配时关闭空闲设备来实现节能,并在能耗和SFC请求接收率之间进行权衡。通过仿真与ILP基准进行比较后,数值结果表明了所设计的三种启发式算法的有效性,且相对ILP都明显降低了能耗。

关键词：光电混合网络网络功能虚拟化马尔可夫近似启发式算法

基于可见光通信的矿下光电混合网络组网关键技术研究

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基于可见光通信的矿下光电混合网络组网关键技术研究

作者：邹艳芳解放军信息工程大学

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可见光通信(Visible Light Communication,VLC)是一种以可见光为载体传输信息的无线通信技术,具有泛在覆盖、高速传输等特点。将它与现有无线网络融合,构成光电混合网络,可以充分弥补传统网络接入方式的不足,克服目前矿下数据通信存在... 详细信息

可见光通信(Visible Light Communication,VLC)是一种以可见光为载体传输信息的无线通信技术,具有泛在覆盖、高速传输等特点。将它与现有无线网络融合,构成光电混合网络,可以充分弥补传统网络接入方式的不足,克服目前矿下数据通信存在的有线覆盖不全面、无线传输速率低、网络定位精度差等问题。然而,矿下环境复杂,需要根据不同环境设计数据转发策略,满足不同环境的不同通信需求。本文针对矿下光电混合网络组网技术中综合业务服务和全覆盖方面存在的问题展开研究,主要从矿下光电混合网络系统架构设计,光电链路间切换和机会网络数据转发策略三个方面进行探讨,主要成果总结如下:1.针对矿下环境复杂,无线网络连通性差的问题,设计了一种基于可见光通信技术的光电混合网络的网络构建方案。综合利用机会网络和有中心网络两种网络形态的互补性,实现井下主巷道、侧巷道、采掘面等不同具体环境约束下的网络覆盖和数据传输。根据矿下不同环境分别设计有中心的光电混合网络子网和无中心的机会网络子网。针对有中心网络,利用成熟的无线电网络设计满足多种业务需求的接入协议。针对机会网络设计基于相遇概率预测的数据转发策略,实现恶劣环境的网络覆盖。满足主巷道、侧巷道等环境下多种业务的需求。2.针对光链路脆弱易断、电链路网络容量小的问题,综合考虑用户业务需求,提出一种基于灰色关联法的简单加权垂直切换算法。分析了室内光电混合网络链路接入时延、链路中断概率、用户速率方面的要求,确定链路切换准则,利用灰色关联法构造切换代价函数,通过光网络信噪比变化情况判断光网络中断类型优化切换驻留时间。综合业务需求和网络属性特点决定是否切换,相比于仅仅采用SNR(Signal Noise Ratio)作为判决依据的方法和以光网络中断类型作为判决依据的方法,本文算法在时延和吞吐方面均能获得更好的性能。3.针对煤矿井下信道环境复杂,无线网络连通性差的问题,提出一种基于矿下多属性终端移动马尔科夫模型的多属性机会网络分组转发协议。建立了终端移动马尔科夫模型,通过预测终端相遇概率确定了数据中继转发时延最优的中继终端,推导了终端与目的节点相遇概率及终端扩散范围;根据层次分析法确定数据转发策略。相比于洪泛方法和基于历史相遇概率预测的方法,本文算法在终端活动范围受限、活跃度有较大差异的场景下在时延和开销方面可以获得更好的性能。

关键词：可见光通信光电混合网络组网技术链路切换机会网络

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HPC光电混合网络控制技术研究

HPC光电混合网络控制技术研究

作者：孙少忠西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着HPC集群规模增加和单机算力提升,集群间互连网络性能对HPC的影响逐渐增大。很多HPC应用流量分布不均且具有显著特征,采用超额订购的静态拓扑和自适应动态路由策略的传统电互连网络,存在部署困难、功耗高和资源利用率低等问题。光交... 详细信息

随着HPC集群规模增加和单机算力提升,集群间互连网络性能对HPC的影响逐渐增大。很多HPC应用流量分布不均且具有显著特征,采用超额订购的静态拓扑和自适应动态路由策略的传统电互连网络,存在部署困难、功耗高和资源利用率低等问题。光交换技术以低功耗和高带宽等特点被用于为高性能计算网络提供丰富的带宽资源。但较高的拓扑重构时延和复杂的网络控制导致纯光互连网络使用场景有限。光电混合网络兼顾兼顾低部署成本、高带宽、动态可重构等优势,成为目前高性能计算互连网络常用解决方案之一。现有的光电混合网络控制策略研究大多侧重调度算法设计,对控制策略与实际协议适配问题的研究较少。在Dragonfly+光电混合网络部署IB协议时,存在传统光网络控制策略无法满足IB流控协议数据传输双向要求、传统电交换机感知并重新计算路由成本较高、光网络重构可能导致流控机制失效和数据包完整性被破坏等问题。本文提出了一种简单高效的控制策略,包括调度算法设计、路由算法设计、流控机制设计三部分。本文采用图染色理论,将光网络重构问题建模为顶点染色问题,并提出了两阶段式调度算法。在电分组网络中,部署了以流为粒度的最短路径负载均衡路由策略。新增了组间流控更新机制,以确保网络的正常运行和数据包的完整性。仿真结果表明,在近邻流量模式下,当网络负载较高时,本文提出的控制策略的流完成时间与OE＿Edmonds、E＿UGAL和E＿Min Hop相比,分别降低了28%、34%和36%,接收端平均吞吐分别提高了70%、30%和60%。经典光电混合网络控制架构设计大多基于特定网络拓扑,且集中在光网络控制设计,缺乏统一的光电协同控制系统。在光网络和电网络物理耦合程度较高、数据传输需要光网络和电网络共同完成场景中,传统光电混合网络控制架构可能存在光网络重构期间全局通信被破坏问题、光网络过度重构导致“孤岛”问题以及电控制器无法充分利用光链路信息进行路由决策问题。本文设计并实现了一种光电混合网络协同控制系统。该系统采用渐进式重构策略和路径切换策略解决光网络重构期间整个网络通信完全中断问题,采用光电协同策略降低电控制器重新计算路由的开销,解决光网络过度重构可能导致的“孤岛”问题。实验证明,在近邻流量模式下,与采用固定拓扑和最短路由的对比组相比,协同控制系统流完成时间降低了23%,吞吐提高了24%。

关键词：高性能计算光电混合网络控制策略控制架构动态可重构

基于可见光通信的室内光电混合网络组网关键技术

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中兴通讯技术 2014年第6期20卷 2-7页

作者：郭伟于宏毅刘建辉中国人民解放军信息工程大学信息系统工程学院河南郑州450002

针对可见光通信在室内的应用,分析了采用可见光与无线射频构成光电混合网络的可行性,提出了一种可行的网络架构;指出了该网络架构组网中的关键技术问题,并针对网络中的光源布局、多址接入、小区切换、异构网络融合等给出了技术路线。

关键词：可见光通信光电混合网络媒体接入控制小区切换异构网络融合

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光电混合数据中心网络中的流量卸载研究

光通信技术 2018年第7期42卷 22-25页

作者：黎建珂叶通李东胡卫生上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 香港中文大学(深圳)理工学院深圳518172

数据流量的突发性影响数据中心网络的性能,光电混合网络可以很好地解决数据流量的突发问题,如何分配光网络带宽资源来卸载突发流量是关键。提出一种光电混合网络中的基于缓存阈值监控的流量卸载策略,并根据实测数据中心网络中的流量模... 详细信息

数据流量的突发性影响数据中心网络的性能,光电混合网络可以很好地解决数据流量的突发问题,如何分配光网络带宽资源来卸载突发流量是关键。提出一种光电混合网络中的基于缓存阈值监控的流量卸载策略,并根据实测数据中心网络中的流量模型设计了仿真实验,分析了缓存阈值大小对系统性能的影响,得到了系统平均延迟与光路建立代价之间的折中关系,并为如何设置缓存阈值大小提供了建议。

关键词：光电混合网络数据中心流量卸载缓存监控