分布式全光组播网络的资源弹性分配机制研究

The distributed all-optical multicast technology based on network coding provides an effective solution for high-bandwidth multicast service. However, in order to meet the demand of large-scale users' high-bandwidth and multi-granularity multicast service transmission, it's urgent to distribute the limited optical network resources efficiently. And an efficient and flexible allocation mechanism for the optical-layer resources should be established to solve these problems. This project will focus on the following subjects: (1) Elastic spectrum resources allocation mechanism for network coded multicasting serves in distributed all-optical multicast network (2) Dynamic spectrum resource allocation mechanism for network coded bursty multicast service. (3) Flexible node resources allocation based on distributed status monitoring. According to the innovative research work above, the achievements mainly concern about the process of establishing a flexible allocation mechanism of spectrum resources and network coding nodes resources for distributed all-optical multicast. The expected results can also provide important guidance for the further development of network coding all-optical multicast theory and flexible resources allocation mechanism.

基于网络编码的分布式全光组播技术为研究并解决高带宽组播业务问题提供了一种有效的解决方法，但是面对大规模用户的高带宽、多粒度组播业务并发传输需求，迫切需要为其高效提供有限的光网络资源，因此针对光层资源建立高效、弹性的分配机制，成为解决此问题的有效途径。本项目将重点研究：（1）分布式全光组播网络中面向网络编码组播业务的频谱资源弹性分配机制；（2）面向突发性网络编码组播业务的动态频谱资源弹性分配机制；（3）分布式状态监控的编码节点资源的弹性分配。通过以上创新性研究工作，拟在分布式全光组播网络中的的频谱资源与编码节点资源弹性分配机制方面实现重要突破，预期成果可为未来面向网络编码全光组播理论和网络资源弹性分配机制的进一步研究与发展提供有价值的研究结果和理论技术指导。

随着宽带网络和新型业务的飞速发展，宽带组播型新业务的需求越来越大，同时对于组播业务的传输质量和可靠性要求也在不断提高。传统IP组播由于其自身带宽不足以及数据处理速度低等原因将难以满足业务可靠性传输要求。项目组创新的将具有安全、稳定、高效等诸多优点的网络编码应用于高速宽带的光层组播中，开展了相应的架构、机制和算法的系列研究工作，主要包括：（1）分布式全光组播网络中面向网络编码组播业务的频谱资源弹性分配机制；（2）面向突发性网络编码组播业务的动态频谱资源弹性分配机制；（3）面向状态监控的光层资源的弹性分配架构和机制。针对以上挑战，项目组在光组播路由问题、光层网络编码机制以及基于网络编码的数据传输保护机制等问题上开展了系统化研究，取得了一定成果，具体包括：.（1）针对网络编码与光层资源特殊属性缺乏联合优化算法等问题，项目组提出了基于多资源联合优化的最小代价光组播路由生成方法，该方法以组播业务为驱动，同时考虑网络编码资源、波长管理及光网络高速率低缓存、链路时延和抖动等多项约束，使得所建立的组播树能最大程度的发挥网络编码和全光组播的功能，多方位提升光网络组播性能，并减少对背景业务的影响。.（2）针对突发组播业务的弹性传输机制问题，项目组建立了基于网络编码的SLICE网络的动态组播业务的传输模型，在路由过程中用基于群体的增量学习（PBIL）算法，寻找最小编码代价的组播树；在频谱分配过程中，考虑频谱对上述组播树建立的影响，并基于碎片对后续网络业务的影响而对该组播业务进行频谱分配。这一类机制和算法较好地解决了组播条件下频谱碎片的优化问题。.（3）针对光层资源不灵活、与外部业务需求缺乏联动等问题，提出了面向状态监控的软件定义架构和相关机制，创新地提出了光路自适应算法和跨层协同机制，实现了针对状态的光层资源弹性调度，构建了多域光网络实验平台，对本项目提出的新机制、新算法进行了实验验证。