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基于网络编码的光组播路由优化方法研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 WDM光网络概述

1.2 光网络中的组播技术

1.2.1 单播、广播和组播

1.2.2 光组播实现的方法

1.2.3 光组播的特点

1.2.4 光组播中研究的主要问题

1.3 网络编码概述

1.3.1 网络编码的提出

1.3.2 网络编码的优势

1.3.3 网络编码的研究现状

1.4 本论文的主要工作和内容安排

第二章 基于网络编码的光组播路由优化问题

2.1 光网络中的组播路由问题

2.1.1 光组播路由优化问题的理论基础

2.1.2 光路、光树和光森林

2.1.3 光组播路由优化问题的研究现状

2.1.4 仿真网络模型

2.2 网络编码理论

2.2.1 网络编码的理论基础

2.2.2 网络编码的实现方法

2.3 光网络中基于网络编码的组播路由优化

2.3.1 基于网络编码的光交换节点结构

2.3.2 光网络中基于网络编码的路由优化模型

2.3.3 基于网络编码的组播待解决的问题

2.4 本章小结

第三章 基于网络编码的多核共享树优化研究

3.1 研究背景

3.2 有源树和共享树

3.2.1 有源树

3.2.2 共享树

3.2.3 有源树和共享树的优缺点对比

3.3 多点到多点光组播路由优化模型分析

3.4 基于网络编码的多核共享树构造算法

3.4.1 产生核点备选集

3.4.2 基于矩阵的核点选择

3.4.3 共享树的构造

3.4.4 波长分配

3.4.5 例子分析

3.5 仿真与分析

3.5.1 仿真环境与评价指标

3.5.2 仿真结果分析

3.6 本章小结

第四章 基于编码元数目优化的光组播路由研究

4.1 研究背景

4.2 经典网络编码路由组播算法优化方案分析

4.2.1 传统网络编码组播组播路由算法

4.2.2 基于链路共享度的网络编码组播路由算法

4.3 基于网络编码的最小化网络编码元数目的光组播路由算法

4.3.1 问题描述

4.3.2 算法详细步骤

4.3.3 例子分析

4.4 仿真与分析

4.4.1 仿真环境及评价指标

4.4.2 仿真结果分析

4.5 本章小节

第五章 总结与展望

5.1 论文工作总结

5.2 论文工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事的科研工作

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摘要

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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