张颢[1]2004年在《优化波分复用光网络系统设计的方法研究》文中研究指明随着光通信技术的快速发展,光纤通信已从单纯的传输技术逐步演化为重要的组网手段。以波长路由为基础的光网络设计,对于提高设备利用率,降低网络建设成本有着至关重要的意义。本文研究了优化光网络系统设计的方法,主要有以下贡献:1).在分路由和单一路由策略下的流量路由优化问题利用势函数将网络拥塞优化目标转换为连续可微的数学表达式,使得目标函数能够反映整个网络中各链路负载状况。讨论了如何调整势函数构造参数,控制不同负载链路在目标函数中的权重表达,缩短算法的收敛时间。根据一定的数学分析,利用微分方法设计了以当前解为基础的最佳优化操作。提出了虚拟链路利用率λe’的概念,用来松弛可行解的限制条件,动态调节λe’可以灵活适配流量需求矩阵和链路带宽设定之间的差异,并使得搜索算法可以在更大的广度上选择初始方案。2).光通道路由优化问题对光通道路由优化进行了详细的数学分析,将其分解为特定边权值下的最短路径问题和可控规模的线性规划模型,在此基础上,设计了一个基于当前解邻域变换的快速搜索算法。考虑波长一致性限制条件,将RWA问题转换为更大规模拓扑上的单纯的通道路由问题,使得以降低网络拥塞为目标的光通道优化路由算法可以很好的应用于RWA问题的求解。3).在逻辑拓扑设计方面设计了一个遗传算法来优化设计,同其他此类方法相比,该算法不同之处在于以高质量的初始解群为基础,通过在遗传操作中引入较多的启发规则,加快“劣质”基因的淘汰,提高算法的收敛速度。为了在逻辑网络设计中体现物理光网络的影响,提出了源宿节点对之间光通道友好度ξij的概念,并利用公式“rs′d =rsd+β?ξsd”生成加权后的流量矩阵R,有效避免了在优化算法中引入新的独立参数。4).在物理光网络设计中,以前述高效的路由方案求解算法为基础,根据对网络拓扑的快速评估,提出了一个由高连接度的基准拓扑逐步进化为目的拓扑的物理光网络设计方法。通过基准拓扑确定、冗余链路删除等规则的设置,可以在求解过程中方便的引入工程设计经验,引导算法进行高效搜索,避免考察工程上“无效(或低效)”的解空间。
许薇[2]2007年在《光网络规划与优化系统设计中RWA问题的研究与实现》文中研究表明近年来,随着网络技术的发展以及新的Internet应用的出现,全球Internet业务呈现出一种爆炸式增长的趋势,由此对传输网络的带宽提出了越来越高的要求。波分复用技术以它的传输容量大、技术适应性强以及易于扩展等优点而备受青睐。通过引入光交叉连接OXC,光网络可以通过波长选路为节点对提供端到端的光通道,进而实现波长的重用。而另一方面,WDM技术使大量业务量能够聚合到很少的网络设备中,单节点或单链路的失效都可能会造成巨大的数据损失,光网络规划与优化设计的过程中必须要考虑网络的生存性问题。网状结构由于能够提供资源利用率很高的容量配置,现已成为长距离骨干网的主要组网方式。结合作者参与开发的“面向工程的SDH、DWDM网络规划与优化软件”(简称为NPO软件),本文提出,网状WDM光网络规划和优化的核心问题之一,是结合生存性设计的路由与波长分配(RWA)问题。所谓路由与波长分配问题(或称路由与信道分配(RCA)问题),就是在给定一组光连接请求(业务)条件下,寻找源节点到目的节点的路由并给这些路由分配波长(信道)。在使用通路保护策略的抗毁光网络中,传统的RWA演变成为这样的一个问题:(1)为每一个业务寻找两条物理分离的通路;(2)为这些通路分配合理的波长(信道)。上述结合生存性设计的RWA算法会在组网规划与优化的过程中被反复调用,算法性能直接影响到光网络规划与优化最终结果的优劣。本文集中研究了基于共享通路保护的静态RWA问题。根据网络节点类型分为两种情况加以考虑:一、所有网络节点都具备全波长转换能力;二、所有网络节点都不具备波长转换能力。针对第一种情况,此时的光网络模型等价于传统电路交换网络,分配业务时不用考虑波长连续性限制,RWA问题不涉及波长分配,只需要考虑选路与信道(channel)分配,因此可以简化为网络的容量(包括工作容量和备用容量)优化配置问题。第叁章中提出了一种联合容量优化算法MSC-JOCP,能够在不改变已存在业务的前提下、同时对新增业务的工作通路和保护通路进行优化(二者保持链路分离或节点分离),最大可能地共享保护资源,同时可以兼顾资源均匀分布。MSC-JOCP算法已成功应用于NPO V1.0软件,仿真结果说明,该算法同样适用于SDH传输网络。针对第二种情况,选路与波长分配必须要遵从波长连续性限制,即:光通道必须在其路由的所有链路上使用同一波长。第四章提出的TA-RWA算法将上述问题分解成为选路子问题和波长分配子问题两个问题分别加以研究。选路子问题中,将“物理分离”的概念进一步泛化为SRLG分离,改进了已有的选路算法xdh-TA,使其能够在有效避免陷阱的同时兼顾负载均衡。在波长分配子问题中,比较了不同的图着色(波长分配)算法,对其性能作了仿真和对比。文章还研究了使用不同业务预处理策略时的算法性能。
王留军[3]2016年在《量子密钥分发与经典光通信融合的实验研究》文中研究说明量子密钥分发(QKD)基于量子力学原理具有无条件安全性。自从1984年被提出以来,QKD经历了快速的发展,从点对点实验到网络应用。由于QKD信号光强度十分弱,以往的实验中一般都需要一根专门的光纤用于量子信号传输。为了降低光纤资源成本,QKD与经典光通信的融合迫在眉睫。本论文主要内容是研究QKD与经典光通信的波分复用,报道了本人参与和负责的一系列波分复用的实验实现。通过采用多级带阻滤波技术,我们对量子信道、同步信道和经典信道实现了足够高的隔离度,提出的波分复用方案实现了 QKD与基于FP激光光源双向通信的融合,传输距离达到45 km。通过波长选择和光谱与时域滤波,我们实现了共享一根光纤传输的QKD和Terabit/s经典相干光通信,光纤距离最远达到80 km。我们的验证提供了 QKD共享光纤主干链路的可行性,为拓展QKD的应用前进了一大步。通过适当降低经典光的发光功率,QKD可以融合到GPON网络中,实现的GPON用户数最多达到64,从而可以为普通用户以低成本提供高安全性的加密应用。另外,本论文还报道了利用公钥算法为QKD提供认证的实验演示,我们通过FPGA逻辑构建了 TCP/IP通信网口,用以在QKD系统和位于上位机的彩虹认证算法之间交互认证数据和认证结果。通过发展两个独立激光源的干涉技术和上转换单光子探测技术,我们完整验证了测量设备无关的QKD协议,它可以抵抗所有针对探测的攻击策略,经过50 km光纤链路,我们的系统总共产生了 25 kbit安全密钥,这是基于实际器件实现无条件安全通信的里程碑。我们模拟和优化了非平衡基矢选择方案在我们的QKD系统上的成码率,相比于标准BB84方案,非平衡基矢方案可以显着提高安全成码率。为了验证这种方案,我们还构建了基于相位调制偏振编码的系统。
孙志祥[4]2005年在《基于PCI总线的高速光互连网络接口技术研究》文中研究说明计算机机群系统是并行计算的发展方向,具有高性价比和高扩展性的特点。机群系统的网络介质和拓扑结构是影响系统通信性能的重要因素,光互连技术以其高带宽、低延迟的特点在多计算机并行计算系统中取得了广泛应用。本文在课题组前期高速光互连工作的基础上,设计了一种具有简单网络拓扑结构和通信协议的双层波分复用光互连网络;采用现场可编程门阵列(FPGA)和内嵌16K字节双端口SRAM的PCI总线控制器(PCI-DP)设计了应用于环网通信的千兆光网络接口卡,实现了PCI总线全带宽的互连通信;开发了光互连软件系统和通信协议,对环网通信性能进行了评估。本文完成的工作:结合高速数字路由器提出了双层波分复用光互连网络设计方案,建立了网络通信模型,采用FPGA和PCI-DP改进了环网光网络接口卡的结构设计,基于信号完整性原理进行了光网络接口卡的PCB优化设计。采用现代EDA设计方法进行光网络接口卡的FPGA逻辑功能设计,采用了集中控制式设计优化了总体设计方案,通过硬件电路实现了对数据包的发送、接收、转发和清除功能。以减少通信延迟和降低软件开销为目的,开发了光网络接口卡的设备驱动程序,设计了面向机群系统的网络通信协议。利用软件测试了光网络接口卡在不同工作环境下的DMA平均传输带宽,分析了传输字节数与传输带宽的关系。利用硬件测试了PCI总线控制器局部总线的猝发工作时序,评估了光网络接口卡的硬件性能。工作中的创新点:一、采用具有大量存储器资源的PCI总线控制器,当数据发送错误时,可直接从卡载缓存重发而不必经过计算机内存,降低了系统通信延迟。二、采用内置FIFO结构,接收缓存不再采用单独的FIFO器件,降低了系统复杂性,增强了链路功能。叁、基于光网络接口卡和数据路由器,提出了一种兼具简单网络拓扑结构和通信协议的双层波分复用光互连网络。
徐睿[5]2017年在《弹性光数据中心网络的生存性研究》文中研究表明自然或者人为的灾难发生,使得灾难生存能力成为了通信网络中的主要挑战。数据中心网络提供的云服务为网络的生存性带来了新的机会。现在典型的网络结构是基于WDM的数据中心网络,而波分复用技术已经不能满足海量的信息需求。已经有相关的研究人员提出弹性光数据中心网络,该网络能够更加精细的分配频谱,同时又能支持云服务。弹性光数据中心网络的生存性已经成为了热点问题。本文首先介绍弹性光数据中心网络的特点和研究现状,介绍了弹性光数据中心网络的基础知识和技术,重点讨论了弹性光数据中心网络的路由和频谱分配等问题。针对容量受限的弹性光数据中心网络,本文基于整数线性规划(Integer Linear Programming,ILP)针对共享保护和专有保护提出算法来求解网络的最大吞吐量和最小频谱资源消耗量,并进行对比。仿真结果显示,共享保护的ILP算法在相同的网络吞吐量情况下,使用更少的频谱资源。这是因为在共享保护策略下,备用路径的链路能共享频谱资源,所以在相同的网络吞吐量下,共享保护所使用的频谱资源远远小于专有保护。为了进一步节省网络的频谱资源,本文在共享保护网络中,基于ILP比较任播和单播两种保护方式。由于在任播方式下,工作路径的目的节点是两个数据中心任意选择一个,而单播方式的源节点和目的节点都是确定的,在路径选择上,任播方式会更加的灵活。仿真结果显示基于任播方式的共享保护ILP算法与基于单播方式的共享保护ILP算法有着相同的网络吞吐量,但是任播方式使用的频谱资源显着低于单播方式。
朱敏[6]2012年在《无源光网络及其光子网格应用的关键技术研究》文中提出随着带宽密集型应用，如互动视频和多媒体业务的普及，网络带宽需求不断增长，波分复用无源光网络（WDM-PON）被视为实现下一代光接入网很有潜力的备选方案之一。WDM-PON提供给每一个用户专用的波长带宽，并具有灵活带宽管理能力。本论文的前半部分将涉及到WDM-PON中叁种技术：组播传送机制、保护切换机制和可调FP-LD自激励技术。后半部分，我们提出将波分复用光接入网与网格应用相结合，利用光接入网来连接广泛分布在网络中丰富的计算资源，作为网格应用的虚拟计算平台，形成所谓的“光子网格”系统，以实现大规模科学、工程或商业网格计算应用。网格应用可以是大数据量的简单汇聚传输，也可以是一组相互关联任务集的复杂执行。由于光子网格系统涉及到许多不同种类异构的网格资源和网络资源，这些资源发生故障似乎不可避免。本论文也研究了在实时的光子网格系统中资源容错的调度技术，最大化网格应用的可靠性。具体研究工作可分为以下几个方面：1．光组播传送机制在WDM-PON系统中，光组播传送机制是在光物理层上建立一对多的光路径，这不仅降低了网络层中电的网络处理器或路由器的处理负载，还可以达到较高的处理速率。本论文提出两种新颖的光组播传送机制：1）基于波长反射器的动态波长偏射机制。该机制结构简单，在每一个波长通道中配置一个波长反射器，选择性迭加组播数据。在OLT处完成动态、快速、有效的组播重配置操作，对所有ONU完全透明，管理方便。而且ONU采用重调制机制，避免了使用光源和有色器件，大大降低网络成本和设备复杂度。2）基于集成的DPMZM的射频信号控制机制。通过简单的打开或关闭每一个波长通道中施加在DPMZM一个驱动臂上的射频控制信号，可以实现动态、灵活的组播传送技术，也便于集中式管理。由于下行单播和组播信号分别承载于同一波长通道中的不同子载频，这不仅消除了可能的瑞利反射效应，而且不需要射频信号的相位精确匹配，容易控制，大大降低了配置成本和系统实现的复杂度。2．自动保护切换机制具有自动保护切换功能的WDM-PON系统可以避免由于光线链路故障而导致的巨大数据损失，增强了PON体系结构的生存性能。本论文设计并实验演示了两种新颖的自动保护切换机制，一个应用在单PON结构中，另一个适用于双PON系统：1）单PON系统中集中式控制的智能保护切换机制。它同时监控着工作路径和保护路径上的光功率，并对两路检测结果进行逻辑判断，这使得该保护切换机制能够应用在更加实际的操作环境中，实现有效的保护切换操作。根据功率检测单元记录的检测结果，可以具体了解哪一根光纤链路发生故障，这有利于实现快速的故障修复。ONU采用重调制技术，结构简单、成本低廉。2）双PON系统中分布式控制的互保护机制。它能够提供1+1下行保护和1:1上行保护能力，并利用邻近PON中的光纤链路和RN处的AWG同时保护馈入光纤和分布光纤的链路故障。相比于其他的保护结构，该双PON体系结构使用的额外的保护光纤数量最少，波长资源利用率最高。3．上行多波长共享PON系统设计及其应用基于我们设计的可调FP-LD自激励模块，提出了一种新颖的UMWS-PON系统方案，实现了上行多波长共享和灵活调度，大大提升了上行传输能力，并提出将光接入网与网格应用相结合，实现大数据量文件的资源调度算法。本研究工作涉及到叁个方面：1）可调自激励FP-LD模块的输出及传输性能：实验研究了单模激励的边模抑制比，波长和功率稳定性，可调谐范围等。实验测量了1.25Gbit/s上行数据的误码率传输性能。2）上行波长共享的性能增益及波长通道切换延迟对网络性能的影响：仿真实验结果表明，在ONU业务负载的异构性较大或通道切换时间较小的情况下，提出的UMWS-PON的性能优势变得更加明显。3）将光接入网UMWS-PON与网格应用相结合，实现大数据量文件的资源调度算法：分析及建模大文件汇聚的数学问题，提出“最大文件优先和首次合适优先机制”算法，有效地提升PON系统的吞吐率和最小化文件汇聚的完成时间。4．光子网格系统中的资源容错调度技术光子网格一直被视为支持大规模分布式计算应用很有潜力的虚拟计算平台。本研究工作分别针对网络链路故障和网格资源故障，提出了两种资源容错调度算法：1）基于光链路保护的可靠性驱动调度算法。提出的调度算法在满足DAG应用实时性要求的前提下，试图用一种成本有效的方式不断迭代地提升应用的可靠性。仿真实验结果表明，该算法在应用可靠性、网络资源利用率等方面都取得良好的性能，并对DAG应用最晚完成时间要求具有一定的自适应性。特别是在应用有着较高的实时性要求时，该算法可以给光子网格系统带来更多的性能增益。2）基于网格资源保护的容错性调度算法。采用主、备保护方法，将一个计算任务的两个拷贝同时分配到两个不同的网格资源节点上。这大大提升了应用的可靠性，并且仿真表明在可利用的网络资源较多的情况下，引入的调度长度开销也较小。论文最后，总结了主要的研究成果及其创新点，提出了还有待进一步研究的问题。
杨柳[7]2007年在《基于USB的光传操纵系统开发》文中提出随着航空电子系统任务量的日益庞大,飞控系统中传递着大量的实时控制信息,这对传输速率提出更高的要求。本文以提高光传操纵系统的传输速率为目的,开创性地提出了分布式USB光传操纵系统的设计思想,开发成功基于USB总线的光传操纵系统原型样机,并进行了相关地面物理仿真验证。同时研究了基于PCI总线的双通道全双工光通信系统硬件部分的开发。本文首先阐述了USB系统的组成特性,对USB的电气特性进行了讨论,探讨了构建USB光传操纵系统的可行性方案。在此基础上,利用USB接口并结合波分复用技术实现了多通道光通信系统,可在单根光纤中同时传输叁路数字信号,单路传输速率最高达3Mbps,实现了光传操纵信号的Mbps级以上的稳定传输。其次,为了满足光传操纵系统中的点对点传输的需要,本文开发了基于USB接口的点-点链路光通信系统。该系统可以实现传输速率同样高达3Mbps的高可靠的数据传输,从而为飞控系统构建点对点光通信网络提供了解决方案。第叁,为了验证本文所提出的USB光传操纵技术方案的正确性及所开发的光接口器件的可行性,开发了USB人工着舰光传推力控制系统仿真验证平台。这套平台验证了USB波分复用光通信系统和USB点-点链路光通信系统在技术上是可行的。最后,为了满足高速航空电子对中高速数据传输速率的要求,本文提出了基于PCI总线的中高速光通信系统的实现方案,合作开发了一套基于PCI总线的双通道全双工光通信系统。该系统采用了现今流行的大规模可编程逻辑器件FPGA作为控制器,从而并行控制多个光通信接口的收发。本文侧重于该系统的硬件部分开发,重点论述大规模可编程逻辑器件FPGA的设计。
叶海光[8]2010年在《密集波分复用技术的应用研究》文中认为福建省地处中国东南沿海,随着各类通信业务的发展,业务网络逐渐扩大,数据带宽不断增加,对传输系统就提出了更多的承载需求。近期福建电信Chinanet骨干网、福建省CN2骨干网等网络的业务带宽需求在不断增加,作为承载这些带宽业务的省内长途密集波分复用系统,目前无足够的冗余波道来承载新增业务,因此省内长途密集波分复用系统的扩容迫在眉睫。在这种情况下,作者参与的省网四期波分复用项目建设满足了业务的需求。在本项目中,作者负责并参与了可行性研究、设备选型、网络设计、施工建设、工程验收以及其后的维护工作。本次项目采用了国内先进的通讯设备制造商——烽火通讯公司的FONST W1600 80×10G设备。作者在网络拓扑应用上采取了网状网的拓扑结构,并在设计和验收的过程中形成了规范化的操作。工程建成投产后,提供的波道满足了数据业务大颗粒通道的需求,为原有的波分网络和SDH网络提供了备用通道,得到了各方的好评。
佚名[9]2001年在《多址通信》文中进行了进一步梳理Y2000-62505-1090 0102434系统设计和分析(含5篇论文)=Session 38-SYS-1:system design ＆ analysis[会,英]//A CoUeetion of the18th AIAA International Communications Satellite Sys-terns Conference and Exhibit Technical Papers,Vol.2.—1090～1139(HC)本部分5篇论文的内容有:宽带综合卫星网络通信量评价:先进通信量监视:EUTELSAT 卫星的无线电频率通路监视系统.支持 NASA 发射通信量应用的商业通信卫星星座.LEO 卫星网络的模拟。应用宽带宽通信卫星系统的新试验和测量技术研究。0102435密集波分复用光网络关键技术[刊]/徐荣//电信技术.—2000,(10).—4～8(L)基于 IP 的数据业务的爆炸式发展带来了对带宽的无限需求。而密集波分复用(DWDM)系统在满足不断增长的带宽需求的同时还具有不可比拟的联网优势。本文对其关键技术进行了探讨。
张博文[10]2015年在《光片上网络电路交换机制研究》文中研究说明随着片上系统(System-on-Chip,SoC)和片上网络(Network-on-Chip,NoC)的不断发展,传统的电互连方式存在的高时延、低带宽、高功耗等一系列问题严重制约着片上系统性能的发展和应用。光片上网络(Optical Network-on-chip,ONoC)采用新型光互连技术解决了传统电互连存在的若干问题。光电路交换(Optical Circuit Switching,OCS)机制作为典型的交换机制被广泛使用于光片上网路中。采用预约建链-数据传输-拆除链路的光电路交换机制可以向光片上网络提供良好的网络带宽的同时保证数据分组传输的可靠性。随着光片上网络规模的不断扩大和应用环境的日益复杂,传统的光电路交换会导致严重的网络阻塞并且制约着网络规模的进一步扩展,传统的光电路交换机制也不支持光片上网络中多个核心与一个核心之间的同时通信。本文总结光片上网络研究背景以及发展现状,总结光片上网络中对于光电路交换机制改进的发展情况,基于经典拓扑结构对光片上网络电路交换进行性能分析,并对光电路交换机制改进行系统性研究。主要取得以下研究成果:1.针对光电路交换机制中建链阻塞严重的问题,本文设计一种基于时分复用(Time Division Multiplexing,TDM)光交换、波分复用光(Wavelength Division Multiplexing,WDM)光交换和簇结构的光片上网络结构Flyover。TDM通过将不同的通信情况安排到不同的时隙消除光电路交换中的建链预约和拆链过程。簇结构内采用电交换,簇间采用光交换减少网络时隙、优化网络结构并增加网络的扩展性。仿真结果表明,相比于传统OCS光片上网络,Flyover拥有更好的网络性能。2.本文进一步通过采用Torus拓扑结构、新型路由器结构和一种新型基于方向进行波长分配策略进一步优化网络结构,减少TDM通信中的时隙总数,设计光片上网络TTWA。仿真结果表明,通过上述方法解决之前TDM通信中由于时隙总数过多导致网络轮询时延过长的问题,进一步提高光片上网络的性能。3.针对使用光电路交换机制的光片上网络中网络结构设计复杂,路由器结构复杂和不能支持多个核心与一个核心之间同时通信的问题,本文设计一种基于二维总线结构和波长路由的光片上网络。通过对X维和Y维总线的结构以及通信策略进行分别设计,新型光片上网络实现对网络结构的简化,并且实现全网多个核心与一个核心的同时无阻塞通信。
参考文献：
[1]. 优化波分复用光网络系统设计的方法研究[D]. 张颢. 中国科学院研究生院（计算技术研究所）. 2004
[2]. 光网络规划与优化系统设计中RWA问题的研究与实现[D]. 许薇. 电子科技大学. 2007
[3]. 量子密钥分发与经典光通信融合的实验研究[D]. 王留军. 中国科学技术大学. 2016
[4]. 基于PCI总线的高速光互连网络接口技术研究[D]. 孙志祥. 天津大学. 2005
[5]. 弹性光数据中心网络的生存性研究[D]. 徐睿. 深圳大学. 2017
[6]. 无源光网络及其光子网格应用的关键技术研究[D]. 朱敏. 上海交通大学. 2012
[7]. 基于USB的光传操纵系统开发[D]. 杨柳. 南京航空航天大学. 2007
[8]. 密集波分复用技术的应用研究[D]. 叶海光. 北京邮电大学. 2010
[9]. 多址通信[J]. 佚名. 电子科技文摘. 2001
[10]. 光片上网络电路交换机制研究[D]. 张博文. 西安电子科技大学. 2015
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