频谱资源连续性约束下的绿色光电联合流量疏导研究

Traffic grooming is very important for energy efficient optical networks. As the transmission speed of elastic optical networks keeps increasing, the sliceable bandwidth–variable transponder (SBVT) is proposed for alleviating the increasing electronic traffic grooming burden of IP routers. The SBVT can be logically sliced into multiple sub-transponders and each sub-transponder can generate a sub-channel. Therefore, optical traffic grooming can switch or add/drop one of the sub-channels without converting the whole optical super-channel into electronic signals. With optical traffic grooming and electronic traffic grooming technology, the network will significantly decrease the volume of packets switched by routers, which will give a chance to save equipment and energy. As electronic and optical traffic grooming is a new research area, this project will study this problem considering the limitation of the real system. Under the constraint of wavelength continuity and spectrum continuity, this project will study the static optical and electronic traffic grooming problem using integer linear programming (ILP) and particle swarm optimization (PSO) method, and study the dynamic traffic grooming problem by proposing new heuristic algorithms. We will try to reveal the relationship between the optical traffic grooming and electronic traffic grooming for saving network energy and minimizing spectrum defragmentation. This will be the foundation of the implementation of optical and electronic traffic grooming in real systems.

流量疏导对高效节能的光网络有重大的意义。在弹性光网络传输速率不断提高的背景下，为减轻IP路由器日益增长的电流量疏导负担，可分割带宽可调转发器（SBVT）被提出。由于该转发器可以产生多个子光信道，光疏导技术就可以选择任意子光路进行交换和上下路而不必将整个超级信道转换为电信号。光疏导配合电疏导将显著减少路由器转发数据包的数量，从而为节约网络设备和能源提供机会。鉴于光电联合疏导的研究刚刚起步，本项目将根据实际系统的限制，考虑波长连续性和频谱连续性约束，采用整数线性规划和粒子群优化来研究静态的光电联合疏导问题，采用启发式算法来研究动态光电联合疏导问题，揭示光疏导和电疏导在网络节能和频谱碎片整理中的相互作用机制，为未来光电联合疏导的应用奠定基础。

随着云计算、大数据等技术的兴起，光网络因其大容量的特征，和数据网络不断融合。相干调制解调和多载波技术的引入，使光网络获得了前所未有的灵活性，被称为弹性光网络。弹性光网络仍然遵从WDM网络中的波长连续性约束，同时也要遵从频谱连续性约束。本项目针对绿色光电联合流量疏导的内涵和外延主要从四个方面进行研究 a）弹性光网络以及光电联合流量疏导中高效路由优化方法的研究，b）光电联合疏导在云计算里的节能应用，c）优化方法的探索，d）新型光纤的应用。针对光交换节点纬度受限的约束，在国际上首次提出了弹性光网络中的波带交换整数线性规划模型。针对光电联合流量疏导中整数线性规划路径优化策略进行了研究，发现基于路径的整数线性规划相比基于连接的整数线性规划有更高的效率，同时也发现网络越稠密越利于降低网络能耗。针对可配置光网络与虚拟网络功能协作以提高云计算在光网络应用中的灵活性，我们提出了相应的整数线性规划方法以优化能耗，并考虑了可切片收发器在其中的应用，发现切片数目的增加可以降低网络能耗。进一步地，还将强化学习应用到光网络优化中，该方法的优势是易于拓展到各种场景，仿真结果显示该方法可以获得比贪婪算法更好的能效。除此之外，研究了多目标优化算法，研究了新型光纤的特性，并发表高水平论文。