基于弹性光网络的ROADM节点配置与意识到碎片的网络虚拟化映射研究.pdf

摘要 近年来，随着云计算、网络电视、区块链、物联网等为代表的新型业务日益兴起， 电信运营商面临着光网络发展的内在挑战。与传统电信业务相比，这些业务有着更高的 动态性的特点，同时也更加不可预测。因此为了是现在网络状态发生改变的时候的快速 响应，从而使得业务能够更加灵活的调度，需要为作为物理层的光网络提供更高的灵活 性和智能化功能。为了解决这些问题，弹性光网络（Elastic Optical Network, EON ）的 [1] 概念被提了出来，它可以极大的提高网络灵活性和光谱资源的利用率 。在传统的固定 栅格的波分复用网络（Wavelength Division Multiplexing, WDM ）中，所有的光纤光谱将 被分为 50 GHz 或 100 GHz 的独立光通道，即所谓的遵循ITU-T 的准则。相比而言，弹 性光网络允许以一个很小的粒度，按需分配光谱资源。因此，EON 被认为是下一代互 [1] 联网未来基础设施中的一项支撑技术 。 可重构光分插复用器(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers, ROADM)是实 现 EON 的关键技术之一。它可以快速灵活地响应网络状态的变化，如光纤切割、建立 新的光路或释放现有的光路。这使得网络运营商能够提供更低的资本支出和运营成本 [2]。下一代的ROADM 要求具备无色无向无竞争 (Colorless, Directionless, Contentionless, CDC) 的特性[3-5] ，为了实现“无竞争” 的特性，需要在传统的 ROADM 结构中添加足够 的上下路模块。为了在 CD-ROADM 中实现无竞争特性，每个 ROADM 节点配置的收 发机模块（TP-bank ）的数量应该等于节点度，每个收发机模块中的收发机的数量应该 等于光纤链路中可用的频谱通道的数量。但这些要求也带来了一些不足，如收发机模块 硬件成本较高，波长选择开关(Wavelength-Selective Switch, WSSs)端口规模较大，以及 [6] 功率预算较高 。因此本文在意识到节点内部竞争的ROADM 光网络中，研究节点内部 不同收发机资源的配置对光网络性能的影响，去除节点内冗余上下路资源。这样，既可 以保证所涉及的ROADM 节点具有类似无阻塞的特性，又可以极大的降低成本。 为了增强 EON 的灵活性和可伸缩性，网络虚拟化的概念作为一种面向未来的解决 方案被提出[7-8] 。网络虚拟化技术允许多个虚拟光网络(Virtual Optical Networks, VONs) 存在于一个共享基础网络（Substrate Optical Network, SON）中，这可以显著提高资源 利用率，降低能耗。通常来讲，可以为每个应用程序构造一个 VON ，多个VON 请求在 [9] 同一个 SON 中共享里面的资源 。每个VON 请求由多个虚拟节点(Virtual Nodes, VNs) 和多个虚拟光链路(Virtual Optical Links, VOLs)组成，这些 VNs 由VOLs 连接。具体来 说，每个 VN 对应到一个物理节点（Substrate Node, SN），而每个VOL 对应物理网络中 的一条光路。这个映射过程被称为虚拟光网络嵌入(Virtual Optical Network Embedding, VONE) ，它将物理网络的资源分配给VON 请求。因此，VONE 被认为是实现光网络虚 拟化的主要方式，但是其复杂性也带来了巨大的挑战[10] 。其中一个挑战就是碎片化问题。 碎片化问题在 EON 中被广泛关注[11] ，但是在 VON 中碎片化问题将更加复杂。因此本 文在意识到碎片化的 EON 中，研究不同VONE 算法。这样，在实际应用中，将提高光 谱利用率，降低网络阻塞。