WDM全光网络中实时组播的分布式路由与波长分配算法概要Word格式.docx

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2002211220;

修回日期:

2003206227　

WDM全光网络中实时组播的分布式路由与波长分配算法

黄传河　陈莘萌　贾小华

（武汉大学计算机学院　武汉　430072（hwanghe@public1wh1hb1cn

摘　要　在WDM网络中,由于每条链路上可用波长是动态变化的,在考虑波长转换延迟的条件下,实现实时组播连接的路由与波长分配是十分困难的1假定WDM网络中每条链路有多根光纤,只有部分结点具有波长转换器且波长转换时间是不可忽略的,据此提出了一种用于建立实时组播连接的分布式路由与波长分配算法1该算法以Prim最小生成树算法为基础,生成一棵满足给定延迟时限的最小成本树1当最小成本树不能包括所有目的结点时,对剩余目的结点生成一棵最短延迟树,然后合并两棵树得到一棵组播树1波长分配使用最少波长转换和负载平衡策略1关键词　WDM网络;

路由与波长分配;

组播路由;

延迟限制路由中图法分类号　TP393101

ADistributedRoutingandWavelengthAssignmentAlgorithmeal2TimeMul2ticastinWDMAll2OpticalNetworks

HUANGChuan2He,CHENXin2Meng,andJIA（ComputerSchool,WuhanUniversity,

Abstract　foronlinereal2timemulticastconnectionsetupisdifficultduetotheofavailabilitiesofwavelengthsonlinksandtheconsiderationofwavelengthcon2versiondelayinWDMnetworks1Assumingthateachlinkhasmultiplefibres,therearewavelengthcon2vertersonlyatpartofnodesandtheconversiondelayisnotnegligible1Adistributedroutingandwave2lengthassignmentalgorithmforthesetupofreal2timemulticastconnectionsispresentedbasedontheaboveassumption1ThealgorithmisbasedonPrim’sMST（minimumspanningtreealgorithm1Itgeneratesasub2minimalcosttreeunderagivendelayboundfirst1Iftherearenodesnotincludedinthecosttree,ade2laytreeisgeneratedtoincludetherestnodes1Thetwotreesaremergedtogether1Thewavelengthassign2mentusesleast2conversionandloadbalancingstrategies1

Keywords　WDMnetworks;

routingandwavelengthassignment;

multicastrouting;

delayboundrouting

1　引　　言

WDM（wavelengthdivisionmultiplexing将光纤

的带宽分为互不重叠的并行通道,每个通道使用一个波长传输信号1WDM是充分利用光纤带宽的关键技术1WDM网络是面向连接的,在数据传输前,通信双方必须建立连接1在WDM网络中建立连接包括路由选择和波长分配两个过程,简称为RWA

（routingandwavelengthassignment1

组播是一种组通信机制,其发送者（源结点将

消息同时发送给一组接收者（目的结点1实时组播是一类特定的组播形式,要求在组播请求到达后尽快建立组播连接,同时在所建立的连接中从源结点到任一目的结点的延迟时间不超过给定的时限1实时组播在现代计算机网络中有广泛的应用,例如电视会议、多媒体教学、视频点播、网上拍卖等1

建立实时组播的路由就是找到一棵以源结点为

树根、包含所有目的结点的路由树,并且从源结点（树根到任一目的结点（树叶的传输时间不超过给定的时限,路由树的总成本最小1寻找这种路由树的问题是NP2hard问题,现已有一些启发式方法[1]1在WDM网络中建立实时组播连接的主要困难是:

（1每个网络结点只知道与其相连的链路上可用的波长,没有任何结点具有全网的拓扑结构或可用波长的信息1

（2只有当路由请求到达一个结点时,才知道是否需要进行波长转换,而波长转换时间是不可忽略的,可能会使所选路径超过延迟时限而无效1（3延迟和成本因素是相互独立的,具有最小成本的路径可能具有很长的延迟,反之亦然1

本文提出了一个在WDM网络中建立实时组播连接的分布式路由与波长分配算法1该算法首先构造一棵最小成本树连接满足延迟限制的目的结点1对没有连入最小成本树的结点,利用构造一棵最短延迟树,使其包含所有其余目的结点1然后,将两棵树合并成一棵统一的树1:

;

③所构造的树在满足延迟时限的条件下具有接近最优的成本1

2　问题定义

网络用无向图G（V,E表示,其中V={1,2,…,N}为结点集,E={（i,j}是光纤链路集,链路（i,j可能包括多条光纤,编号为1,2,…,k1每条链路（i,j有3个参数:

①σkijΑ{1,2,…,W}表示链路（i,j的光纤k上当前可用波长的集合;

②cij表示使用链路（i,j的成本;

③dij表示链路（i,j的延迟时间1

链路（i,j上的可用波长是动态变化的,只有与此链路相连的两个结点确切知道当前σkij的值1在建立连接时,为该连接的每一链路分配一根光纤及该光纤上一个当前未被使用的波长1被分配的波长一直被占用,直到通信结束连接被终止1

网络中结点具有光纤交换功能,即从一根光纤上输入的光信号可以从输出链路的任一光纤上输出1只有部分结点具有波长转换器1同时假定每个波长转换器可以将任一波长转换为任一其他波长1R[i]=1表示结点i有波长转换器1

在一条路径上的通信延迟包括链路延迟和波长转换时间两部分1链路延迟dij表示信号从结点i经链路（i,j到达结点j所需的时间1波长转换时间dci（λx,λy表示结点i将波长λx（输入波长转换为波长λy（输出波长所需的时间1假定所有波长转换器完成任何两个波长之间的转换所需时间是相同的1如果没有进行波长转换,即λx=λy,则dci（λx,λ

x

=01如果结点i没有波长转换器,且λx≠λy,则dci（λx,λx=∞1

考虑建立组播连接的实时请求R=（s,D,Δ,其中s是源结点,D是目的结点集合,Δ是延迟时限值1组播连接是一棵树T,T的总成本定义为COST（T=

（i,T

cij1（1　　令P（u,vTu到结点v的,uDELAY（u,v

Y（u,v=∑

（i,j∈P（u,v

dij+∑

i∈P（u,v

dci（λx,λy1（2　　从树根s到任意结点v的延迟记为DELAY（s,v,树T的延迟定义为

DELAY（T=max{DELAY（s,d,Πd∈D}1（3　　延迟时限条件可以表述为

DELAY（T≤Δ1（4　　本文所考虑的问题是设计一个分布式的路由和波长分配算法来构造一棵波长路由树,使得该树在满足式（4定义的条件下成本尽可能小1

3　相关研究成果

最小成本树是Steiner树,加上延迟限制后,寻找带延迟限制的Steiner树是NP2hard问题[1]1关于构造最优组播树的研究已有一些结果[1,2],但这些结果并不能直接用于WDM网络1

目前关于WDM网络的路由与波长分配的研究主要是针对点到点通信的1如Spath提出了几种路由策略[3],Jia等人提出了一种针对静态请求、旨在使波长转换最少的k2cut方法[4]1

在WDM网络中,路由算法应以链路上当前可用波长为基础1Sahasrabuddhe等人提出的光树概

念[5],Li[6],Pankaj[7]等人分别提出的计算需要最少波长数的路由树的方法,Jia等人提出的一种为一组静态组播请求分配路由的算法[8],都为组播路由与波长分配问题提供了有益的借鉴1

但所有这些关于WDM网络的研究都是将路由（构造树与波长分配作为独立的过程对待,或者假定网络状态、参数是静态不变的或具有特定的拓扑结构1对一般的WDM网络上的组播它们并不适用1

4　分布式算法

411　算法基本思想

本文所提出的分布式算法由两部分组成:

GenCtree和GenDtree1GenCtree以Prim的MST算法为基础,构造一棵最小成本树Ctree1其工作过程是:

每次选取一个离树最近（按成本计算的结点,如果其延迟满足约束条件,则将其加入到树中1如果GenCtree能将所有目的结点加入到Ctree中,则算法终止1否则,调用过程GenDtree

1GenDtree,

构造Ctree后,1在1因此必须消除Ctree中的某些边以保证树的性质,同时满足延迟条件1

412　数据结构

路由表CRoutab和DRoutab:

每个结点都保存有成本路由表CRoutab和延迟路由表DRoutab1路由表中的项CRoutab[d]/DRoutab[d]表示到达目的结点d的最小成本/最小延迟及其可能的输出链路,其中第1个链路为主链路,其余链路为候选链路1路由表可以使用距离向量路由算法计算得到1目的结点到树的距离:

在构造树时,为每个目的结点记录一个三