[发明专利]一种解决光网络的分层组播最大吞吐量方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种用于解决光网络的分层组播最大吞吐量实现方法。

技术背景

随着光网络技术的发展，光网络中单点发送、多点接收，多点资源提供、单点搜索，多点发送、多点接收的光组播应用越来越多，光网络带宽的消耗和拥塞发生快速增加，提高光网络组播的吞吐量和光纤线路资源的利用率成为光网络面临的重要问题。同时，光网络中的网络设备、端系统和用户需求是渐进发展的，用户需求及端系统处理能力的差异导致网络的异构问题出现，并且随着未来越来越多不同种类的子网络接入光通信网络，异构问题将更加突出。在这一前提下，按照组播传统意义上的单速率机制实现点到多点组播的做法，数据信息被以相同的速率发送给所有的接收者，发送速率由最慢的接收者决定，这使得所有接收者无论其接收能力如何都要受瓶颈接收者的速率限制，显然对具有较高带宽的接收者是不公平的，单速率组播使快接收者“饥饿”，使整个网络的吞吐量和带宽利用率都比较低。

分层的多速率组播可以较好地解决异构光网络的吞吐量和资源利用率问题。多速率组播首先依靠源节点对需发送的数据进行分层或分级，形成多个等级的数据流发送给中间设备(如路由器或网关)，以不同速率发送给目的节点，最后目的节点按照自己的接收能力选择适当的速率接收数据流。与单速率光组播通信机制相比，使用分层组播这种传输机制既可以满足高带宽用户需求的高速率数据服务，又可兼顾低带宽用户仅使用低速率数据服务的要求。同时，终端上的用户根据自己的网络带宽性能决定能接受的组播层次，并能够及时根据网络变化动态调节接收能力，具有良好的可扩展性。光层实现信息组播可以充分发挥光传输宽带宽和光信号处理高速率的优势，但光层组播的基础是光通道，在无波长转换器的光组播中需要考虑2个限制条件：一是波长独立性约束，即为保证光网络能够正常运行，同一光纤的光通路在传输不同数据时必须分配不同的波长；二是波长连续性约束，即每一个从源节点到目的节点的光通道中所有的光路上适用的波长必须是相同的。这样，多速率光组播通信的每一个目的节点接收速率只受源节点到它的通路上各链路的最小波长带宽限制，而不受同一组播层中另外的目的节点接收速率的影响，从而实现了各目的节点间的公平性。但是，近几年的研究表明组播的优化速率分层是一个NP完全问题，而近似的优化求解方法仅以最低速率目的接收节点的最大流来考虑分层问题，没有考虑波长带宽分配问题，被证明无法实现整个网络的最大吞吐量。

近几年的研究表明：网络编码在网络中间节点和链路上对信息比特进行压缩对有益于提高网络吞吐量和资源利用率，是一种解决组播导致光网络资源日趋紧张的有效手段。在组播中，存在多个目的节点时，不同目的节点的边分离路径很可能出现共享的情况。网络编码技术的特点之一就是能够提高带宽的利用率，而在光网络中，波长本身是很稀缺的资源，使用越多资源开销就越大。多条路径之间若在存在共享波长链路的网络中采用网络编码技术对收到的多个数据包编码成1个，就能减少占用的波长资源，提高带宽利用率。本发明提出了一种基于网络编码实现信息流光层组播的优化组播速率分层和波长带宽分配方法，使网络吞吐量的最大化。

发明内容

针对现有的分层组播网络编码仅优化各分层速率而不优化波长带宽，且分层组播方法存在网络吞吐量低和优化算法复杂度过高的问题，本发明设计了一种基于网络编码的光组播速率分层和带宽分配方法，该方法包括：用启发式算法设计光组播速率分层优化方案和设计在分层光网络中搜索共享度高的光纤链路进行网络编码优化波长带宽分配的方法。具体为，将带宽资源图G(V,E，c,s,T)分层，计算图G中各层最大吞吐量，以及分配最大吞吐量时各层的最优组播分层速率，对到达光网络输入节点的光组播请求，根据光网络中可用波长带宽资源拓扑图G，计算每个组播目的节点的最大流，并按照最大流值升序排列组播目的节点，每个源—宿最大流值对应一层的组播速率，根据目的节点数确定分层数目；分别计算每个单源—单宿节点的层最大吞吐量，获得各层达到最大吞吐量值时的最优分层速率。在分层光网络中搜索共享度高的光纤链路进行网络编码优化波长带宽分配。在分层的光网络的剩余可用资源图中计算每层边不共享的分离链路簇共享度，将共享度最高的链路对应的上游节点加入网络编码，同时为该链路优先分配波长带宽，其他边不共享链路采用带宽平均分配的方法分配剩余可用波长带宽。