波長路由光網(wǎng)絡(luò)中快速動態(tài)光鏈路建立的研究.pdf

1、本論文從理論和實踐上研究了波長路由光網(wǎng)絡(luò)（WRON: Wavelength Router Optical Network）中快速動態(tài)光鏈路建立問題，重點探討了三個問題：波長路由算法（RWA:Router Wavelength Assignment）、呼叫連接建立信令過程和波長路由器的優(yōu)化設(shè)計，探索如何從這三個方面來實現(xiàn)快速、動態(tài)、低成本光鏈路建立的有效方法。 主要的工作有： 首先，基于分層圖原理，分析了光鏈路建立過程中三

2、種情況下（具有完全、部分和沒有波長轉(zhuǎn)換能力）的網(wǎng)絡(luò)和鏈路阻塞率，得出了阻塞率計算公式。研究了波長轉(zhuǎn)換器在WRON中的使用策略，提出了降低阻塞率和減少波長轉(zhuǎn)換器使用數(shù)量的放置方法。研究利用如何利用遺傳算法快速求解RWA中非完全多項式-完全問題（NP-C: Nondeterministic Polynomial-Complet）包括網(wǎng)絡(luò)阻塞率的快速計算、快速低阻塞率的波長分配以及波長轉(zhuǎn)換器的優(yōu)化放置策略等；并針對遺傳算法的收斂性進行了研究，

3、得到了一種快速遺傳算法。研究如何實現(xiàn)快速低阻塞率的路由查找。 對于信令過程，研究了基于資源預(yù)留協(xié)議的快速信令以及如何實現(xiàn)具有服務(wù)等級（QoS: Quality of Service）的光鏈路建立。設(shè)計了一種快速信息傳輸幀結(jié)構(gòu)，可以提高波長路由器對于控制和網(wǎng)管信息的處理速度。 其次，在波長路由器的結(jié)構(gòu)上，研究了如何實現(xiàn)低成本、低阻塞率和低串?dāng)_的路由器結(jié)構(gòu)設(shè)計。 最后，通過實踐，設(shè)計并實現(xiàn)了一種低成本、低串?dāng)_、低延遲

4、和無阻塞的智能全光波長路由器，總交換容量達到960Gb/s，交換端口是24個波長，得到了具有全無阻塞的三種具有QoS的光鏈路建立，最快的鏈路建立時間可以達到22毫秒。 本論文取得的主要研究成果包括： (1)分析了由N′N陣列波導(dǎo)光柵器件（AWG: Array Waveguide Grating）組成光開關(guān)矩陣（OSM: OpticalSwitch Matrix）的性能，分析了AWG型器件在生產(chǎn)過程中不可避免地會導(dǎo)入隨機

5、相位誤差而產(chǎn)生非相鄰信道的串?dāng)_，提出了兩個計算串?dāng)_的公式。 (2)創(chuàng)新地設(shè)計了一種利用小端口數(shù)量的光開關(guān)矩陣代替大容量交換矩陣的新穎波長路由節(jié)點結(jié)構(gòu)，可以降低成本30％，有效地減少信號在波長路由器件中進行交換時的串?dāng)_和延遲。 (3)分析并得出了WRON中三種波長轉(zhuǎn)換器配置條件下的鏈路建立阻塞率的計算公式，并把它作為遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)，用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的優(yōu)化目標(biāo)。 (4)創(chuàng)新地設(shè)計并實現(xiàn)了一種變速變異交叉遺傳算

6、法（VMCR-GA:Varible Mutuation Cross Rate-Genetic Algorithm），通過動態(tài)調(diào)整遺傳算法中兩個算子——變異和交叉算子的數(shù)值，形成搜索過程中正反饋機制，提高了遺傳算法的收斂性。并把這種快速的遺傳算法應(yīng)用：波長轉(zhuǎn)換器的優(yōu)化使用策略、波長的快速分配。得到了一種快速波長分配算法，可以減少網(wǎng)絡(luò)的阻塞率60％，提高算法的速度數(shù)倍以上。 (5)創(chuàng)新地提出并實現(xiàn)了一種與網(wǎng)絡(luò)流量負荷關(guān)聯(lián)的動態(tài)權(quán)值

7、最短路徑查找算法，根據(jù)路徑被選中的次數(shù)來動態(tài)調(diào)整路徑的權(quán)值，可以減少網(wǎng)絡(luò)的阻塞率10％~30％。 (6)在波長分配問題上，基于圖著色原理提出了減少網(wǎng)絡(luò)中波長使用數(shù)量的兩個新原則，通過減少波長分配關(guān)系圖生成過程中的孤點數(shù)來減少波長使用數(shù)量，提高網(wǎng)絡(luò)的連通率30％。 (7)提出并實現(xiàn)了兩種通過縮短資源在呼叫過程中被節(jié)點鎖定時間的資源處理策略——提前釋放和超時釋放機制，提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，減少網(wǎng)絡(luò)的阻塞率10％~15％