WDM光網絡上的波長分配研究.pdf

1、計算機網絡的主要任務是承載世界范圍內的信息傳輸與通信，目前而言，大多數(shù)計算機網絡上實現(xiàn)通信的傳輸媒介是電。隨著人類社會的發(fā)展和文明的進化，尤其是大數(shù)據時代的來臨，以電能為基礎的計算機網絡越來越無法滿足需求。一方面，世界范圍內的通信業(yè)務持續(xù)增長，造成現(xiàn)有網絡的流量擁塞和性能下降；另一方面，電本身具有的物理特性也限制了計算機網絡在性能上的進一步優(yōu)化和提高。
　　目前針對該問題的一種研究方向是用光替代電，作為信息傳輸?shù)拿浇椋礃嫿ü饩W絡

2、。光作為信息的載體，具有以下諸多優(yōu)點：極高的時空帶寬積，低時延，通道等程，無干擾，低能耗等。全光網絡是光網絡的一種理想狀態(tài)，指網絡中的所有處理操作都由光學器件完成，沒有電子器件的參與?？梢韵胂?，全光網絡的性能十分出眾，但是目前還沒有任何一種建成的全光網絡，因為光雖然在數(shù)據傳輸上各項指標都優(yōu)于電，但是在數(shù)據存儲上不如電行之有效。所以目前已有的光網絡其實都是光電混合網絡，用電網絡存儲信息，用光網絡傳輸信息，從而發(fā)揮各自的優(yōu)勢。目前最常見的光

3、網絡是基于波分復用技術（WDM），它可以在單通道上實現(xiàn)極高容量的信息并行傳輸，從而突破傳統(tǒng)電網絡在提高帶寬時碰到的瓶頸。WDM技術是指用不同波長的光載波信號攜帶信息，由于各個波長之間沒有干擾，所以可以在光纖上并行傳輸，從而提高了吞吐量。
　　WDM光網絡上一個周期內的通信過程為：首先進行選路，即為每一個需要通信的源-目的節(jié)點對選定通信路徑，這條路徑又叫光路，本質上就是路由問題；然后為該條光路分配一個波長用來傳輸信息，在分配時需要遵

4、循兩個原則，一是該波長在光路中不發(fā)生改變，即波長一致性原則，二是共享同一條光纖的光路不能使用同一個波長，即波長差異性原則；最后是信息傳輸和光路撤銷，等待下一個周期的通信請求。
　　目前而言，可用的波長資源是有限的，所以在大規(guī)模的WDM光網絡上會出現(xiàn)波長資源不足的情況，這就意味著本周期內的若干光路請求無法建立，需要延遲到下周期進行，即出現(xiàn)了擁塞問題。可見，WDM光網絡上的路由問題，波長分配問題和擁塞問題不是相互獨立的，而是需要統(tǒng)籌考

5、慮。本文將在考慮路由和擁塞的情況下，圍繞波長分配問題展開討論。具體而言，本文針對如下三類WDM光網絡展開研究。
　?。?）具有經典拓撲結構的WDM光網絡。由于這四種經典拓撲具有規(guī)則結構，所以容易運用圖論對其進行理論推導，本文推導出了具有 N個節(jié)點的各個經典拓撲上實現(xiàn)廣播通信時所需要的最少波長數(shù)的公式；同時分析了波長轉換器對所需最少波長數(shù)的影響。
　?。?）具有不規(guī)則拓撲結構的WDM光網絡。給定一組需要建立的光路集和一組可用波

6、長集，完成不規(guī)則拓撲光網絡上的波長分配是圖染色問題，即NP難問題。本文針對已有的波長分配算法（First-fit算法）進行兩個方向的改進：一是降低波長分配的時間；二是降低阻塞的發(fā)生。本文提出來若干改進算法，仿真實驗表明能較好的提高波長分配的效率。
　?。?）WDM-PON網絡。本文介紹了目前在工程應用方面已經十分普及的無源光網絡（PON），并引出了新型的一種PON——WDM-PON。這也是一種基于WDM技術的光網絡，其最常見的拓撲