基于网络编码的光组播路由优化方法研究

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近年来,人们对网络带宽和通信质量要求越来越高,光网络以巨大的带宽资源迎合了人们的需求。组播技术是光网络中一个典型且重要的技术,组播路由的关键目标是提升网络的吞吐量和带宽利用率。2000年提出的网络编码技术有效的解决了该问题。   本文着手研究基于网络编码的光网络组播路由相关问题,主要包括构造基于网络编码的光组播多核共享树算法和基于编码元数目优化的光组播路由算法。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。在网络的中间节点引入编码功能,可以提高整个网络的传输效率、健壮性和吞吐量。论文第二章介绍了网络编码的理论、光组播路由的基本理论及研究现状等,重点分析了基于网络编码的光交换节点结构和光组播优化模型。第三章研究了光网络中多点到多点的光组播路由算法,分析了将共享树的机制引入光组播网络后,传统路由方法存在的一些问题。论文提出了一种优化光网络中波长使用数量的多核共享树构造方法,此方法包含基于矩阵的核点选择启发式算法、基于网络编码和链路分离路径的共享树构造算法。仿真结果表明,提出的优化方法有效的减少波长使用数量同时均衡了网络负载。大量的网络编码操作会导致编码代价和网络编码时延的增加,因此在不影响光组播传输速度的情况下尽量地减少网络编码代价是十分有必要的。论文的第四章研究了光组播中最小化网络编码代价的问题,分析发现经典算法可能选择错误的编码路径,导致达不到组播最大流。我们提出了基于链路共享度的网络编码路由算法的改进算法,该算法在前K条最短路径中寻找潜在编码元数目最小的路径作为备选编码路径。另外,算法中设计了一种判别机制,减少选择错误路径的可能性,增大了组播树达到组播最大流的概率。仿真结果表明,论文提出的优化方法能有效地减小网络编码代价的同时增大达到组播最大流的概率。
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