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内容简介

本书全面讲解了弹性光网络(EON)的基础、设计、控制与管理。书中首先回顾了EON的发展历程，然后介绍了EON的架构及其工作原理；接着深入讨论了其中的相关核心技术，如EON中的频谱分配策略；最后，本书介绍了当前EON研究中所面临的挑战和一些问题，并展望了EON未来的研究和发展方向。本书的一个突出特点是对EON中的一些核心问题提供了数学建模，可以用于对相关问题进行深入的理论分析。本书可作为高等院校信息与通信工程、电子科学与技术等相关专业高年级本科生和研究生的教材或参考教材，也可作为从事光纤通信技术研究的科研和工程技术人员的参考资料。

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ISBN：9787121526039

开本：16(185*235)

页数：240

字数：346

本书目录

目    录
第1章  光网络简介	1
1.1  通信网络概览	1
1.2  光网络概览	2
1.2.1  光传输系统	4
1.2.2  波分复用	6
1.2.3  光网络架构	7
1.3  基于DWDM的光网络的缺点	10
习题	11
第2章  弹性光网络(EON)	14
2.1  EON背后的驱动力	14
2.2  OFDM技术与EON之间的关系	15
2.3  EON的一些独特概念	16
2.4  EON的关键技术	18
2.4.1  频谱高效的超信道	19
2.4.2  光转发器	19
习题	19
第3章  弹性光网络的网络与节点架构	21
3.1  弹性光网络(EON)架构	21
3.1.1  带宽可变转发器(BVT)	21
3.1.2  带宽可变波长交叉连接器(BV-WXC)	23
3.2  EON节点架构	24
3.2.1  广播与选择型节点架构	24
3.2.2  频谱路由型节点架构	25
3.2.3  具有动态功能的开关与选择型节点架构	26
3.2.4  架构按需型节点架构	27
3.2.5  各种节点架构的比较	28
习题	29
第4章  弹性光网络中的路由与频谱分配	30
4.1  RSA与RWA	30
4.2  路由子问题	32
4.2.1  不考虑弹性特征的路由算法	32
4.2.2  考虑弹性特征的路由算法	34
4.3  频谱分配策略	36
4.3.1  针对一组连接请求的频谱分配策略	36
4.3.2  针对一组连接请求的频谱分配策略的比较	38
4.3.3  针对单个连接请求的频谱分配策略	39
4.3.4  针对单个连接请求的频谱分配策略的比较	42
4.3.5  联合RSA策略	43
习题	44
第5章  路由与频谱分配的相关问题	45
5.1  频谱碎片	45
5.1.1  主动式频谱碎片感知RSA算法	46
5.1.2  响应式频谱碎片感知RSA算法	46
5.2  信号调制	47
5.2.1  考虑离线信号调制的频谱分配方案	48
5.2.2  考虑在线信号调制的频谱分配方案	48
5.3  信号传输质量	49
5.4  业务流量疏导	49
5.5  网络生存性	52
5.5.1  保护	52
5.5.2  恢复	53
5.6  网络节能	53
5.7  使用SBVT所节省的网络成本	54
习题	56

第6章  弹性光网络中的频谱碎片问题	57
6.1  频谱碎片问题概述	57
6.2  频谱碎片度量	58
6.2.1  链路中的频谱碎片度量	59
6.2.2  网络中的频谱碎片度量	62
6.3  频谱碎片对频谱分配策略的影响	63
6.3.1  首次命中策略	63
6.3.2  随机命中策略	64
6.3.3  最终命中策略	64
6.3.4  首次?最终命中策略	65
6.3.5  最少使用策略	65
6.3.6  最多使用策略	65
6.3.7  精确命中策略	65
习题	67
第7章  不消除碎片的频谱碎片整理方法	69
7.1  不消除碎片的频谱碎片整理方法	69
7.1.1  分区方法	70
7.1.2  多路径路由与多图方法	77
7.2  EON中不消除碎片的频谱碎片整理方法的相关研究	77
7.2.1  多路径路由	77
7.2.2  多图方法	78
7.2.3  频谱资源分区	78
7.2.4  重路由	79
7.3  不消除碎片的频谱碎片整理方法的性能分析	81
7.3.1  仿真的假设与所考虑的参数	81
7.3.2  数值仿真结果与分析	82
习题	86
第8章  消除碎片的频谱碎片整理方法	87
8.1  碎片消除方法	87
8.1.1  非无中断的碎片消除方法	87
8.1.2  无中断的碎片消除方法	87
8.2  EON中碎片消除方法的相关研究	96
8.2.1  跳重调法的相关研究	96
8.2.2  推挽重调法的相关研究	96
8.2.3  碎片消除方法的实验研究	97
8.3  碎片消除方法的性能分析	99
习题	101
第9章  基于1+1通路保护的EON中的频谱碎片整理方法	103
9.1  概述	103
9.2  基于通路交换的频谱碎片整理概述	104
9.3  基于通路交换的频谱碎片整理方法	105
9.3.1  动态频谱碎片整理	107
9.3.2  启发式算法	107
9.3.3  时间与存储空间复杂度	110
9.4  算法的性能评估	111
9.5  相关研究	113
习题	115
第10章  软件定义EON中的频谱碎片整理方法	118
10.1  软件定义EON	118
10.2  SD-EON架构	120
10.3  性能评估	122
10.4  相关研究	124
10.4.1  软件定义光网络及网络虚拟化	124
10.4.2  频谱资源管理	124
习题	126
第11章  EON中优化问题的数学建模	128
11.1  线性规划基础	128
11.1.1  优化问题	128
11.1.2  线性规划问题	129
11.1.3  整数线性规划问题	133
11.2  EON中优化问题的ILP表达式	135
11.2.1  在可用频谱资源中创建分区	135
11.2.2  创建不相交的光通路连接组	136
11.2.3  路由分区	137
11.2.4  基于1+1通路保护的EON中的通路交换	139
11.2.5  基于1+1通路保护的EON中可重路由备用通路的通路交换	143
习题	148
第12章  弹性光网络问题的计算复杂度分析	150
12.1  计算复杂度分析基础	150
12.1.1  大O符号	151
12.1.2  大 符号	152
12.1.3  大Θ符号	153
12.2  NP完备问题	154
12.2.1  证明NP完备问题的方法	154
12.3  NP完备问题的证明	155
12.3.1  3着色问题	155
12.3.2  静态光通路建立问题	157
12.3.3  路由与频谱分配问题	159
12.3.4  路由分区问题	160
习题	162
第13章  弹性光网络中的问题与挑战	164
13.1  网络硬件开发	164
13.2  网络控制与管理	165
13.3  能耗	166
13.4  物理层损伤	167
13.5  频谱资源管理	167
13.6  灾难应对	169
习题	170
各章习题答案	171
原著参考文献	198

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前言

前    言
全球通信业务的快速增长和互联网的迅速普及，极大地改变了我们的生活方式。这场变革导致了通信带宽的需求每年都在迅速增长。光网络拥有支持这种通信带宽持续增长的潜力。然而遗憾的是，传统的光网络严重受限于其网络架构和其中相关网元电子带宽的瓶颈而无法满足网络用户的巨大带宽需求。如今，灵活栅格(flex-grid)技术被认为是实现未来高速网络设计的一种极具前景的解决方案。为了在电信基础设施中有效地推广弹性光层技术并使其具有可升级的特性，我们必须重点解决路由与频谱分配(RSA)、频谱资源利用率、故障管理和为用户提供服务质量保证等相关问题，这些问题极具挑战性。本书对考虑光网络频谱碎片(严重影响网络服务质量)的RSA问题进行了深入探讨，并且全面分析了弹性光网络(EON)的发展前景。
本书开篇对光纤传输系统进行了简要介绍，并概述了波分复用技术(WDM)与基于WDM的光网络。这部分重点讨论了传统基于WDM的光网络中存在的一些限制因素，并通过一些例子阐述了EON如何克服了这些限制因素。然后，本书介绍了EON的架构及其工作原理，重点介绍了不同的节点架构，并在可扩展性和灵活性方面对不同的节点架构进行了性能比较。本书对不同的RSA方法进行了综述与分类，并介绍了它们各自的优缺点。这部分集中阐述与RSA相关的不同问题。频谱碎片问题是EON中一个至关重要的问题，需要对其进行有效的控制与整理。本书讲解了EON中的频谱碎片问题，并从频谱碎片整理效率的角度，讨论和分析了传统的频谱分配策略。根据不同的节点架构，本书讲解了频谱碎片整理方法的分类方式，并介绍了当前先进的频谱碎片整理方法。
本书的一大特点是给出了EON中不同问题的数学模型，并分析了它们的理论计算复杂度。最后，本书还讨论了EON研究所面临的一些挑战和仍未解决的开放性问题，并为其未来的研究指明了方向。
目前，已经出版的一些EON专著侧重于阐述网络架构、技术、控制与管理等方面。然而，这些理论与实际应用之间还存在差距。而本书希望能弥补这一差距，针对EON应用领域提出一些先进的概念，既包括理论也包括实践方面。我们相信本书将成为现有文献的有益补充，它不仅阐述了EON的基础理论，而且还为我们理解使用数学模型和算法来实现EON的控制与设计提供了一份实用指南。
本书作者Bijoy Chand Chatterjee在印度南亚大学(South Asian University)为研究生开设了有关光网络的课程。本书的部分内容已用于该课程。本书的另一位作者Eiji Oki在日本京都大学(Kyoto University)与日本电气通信大学(The University of Electro- Communications)为研究生和本科生讲授有关通信网络、信息网络及光通信的课程，他曾使用这本书的草稿作为教材。此外，自2013年以来，Eiji Oki一直不断根据学生的反馈来修订本书的草稿。上述这些课程一直不断地吸引着学术界和工业界的诸多从业人员，因为光网络的设计与控制是信息和通信技术行业中的关键问题之一。
本书主要面向对EON中的先进技术感兴趣的高年级本科生和研究生，可供电气工程专业、计算机工程专业、计算机科学专业的高年级本科生和研究生使用。学习这本书，有助于学生理解EON的基础理论和其中的先进技术。本书为EON中的不同问题提供数学建模和理论计算的复杂度分析，并给出了EON行业中一些先进的概念。
本书也可供活跃在未来光网络发展领域的网络专业人士、研发工程师和网络设计师阅读与学习。这本书将有助于他们设计出具有高成本效益的光网络，同时提升光网络的性能，包括网络连接阻塞率、服务质量和可靠性等。
准备阅读这本书的读者需要具备算法的知识和了解光网络的基本概念，此外，具备一些通信网络的背景知识也很有必要。书中介绍的相关概念都是从基础知识直接扩展、推导而来的，并通过实际的应用案例向读者传递了作者进一步的见解。
组织结构
本书的组织结构如下。
?  第1章简要讨论了基于WDM的光网络，以及当前技术的缺点。
?  第2章介绍了提出EON概念的背景，并介绍了EON的特点和关键技术。
?  为了应对当前网络中不断增长的带宽需求，使用EON是不可或缺的。EON的性能主要取决于它的网络与节点架构。第3章介绍了EON架构及其工作原理。
?  EON中的RSA被认为是它的一个关键功能，因为网络具有信息透明性和频谱重用的特性。第4章回顾了RSA方法的分类，包括它们各自的优缺点；第5章还讨论了与RSA相关的各方面问题。
?  第6章介绍了EON中的频谱碎片问题，并讨论了用于度量EON链路中的频谱碎片的不同指标，并比较了它们的优缺点。本章还介绍了如何估计网络中的频谱碎片，以及从全网络频谱碎片的角度分析了主要的频谱分配策略，包括首次命中策略、随机命中策略、最终命中策略、首次?最终命中策略、最少使用策略、最多使用策略和精确命中策略。
?  第7章和第8章讨论了不同的频谱碎片整理方法，分别考虑了不消除碎片的频谱碎片整理方法和消除碎片的频谱碎片整理方法。第9章分析了基于1+1通路保护的EON中的频谱碎片整理方法。
?  第10章探讨了基于软件定义网络(SDN)的EON中的频谱碎片整理问题。
?  第11章首先介绍了网络中的优化问题，然后给出了与EON问题相关的整数线性规划公式。
?  第12章首先介绍了一些问题的计算复杂度，然后给出了如何证明一个问题为NP完备问题的方法。最后，本章证明了EON中的一些问题是NP完备问题。
?  第13章讨论了当前光网络研究人员所面临的一些问题与挑战，并指明了一些未来的研究方向。

本书在每章末尾都提供了一些习题，方便读者自测对每章内容的理解程度。此外，本书在最后还提供了部分习题的答案。

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作者简介

比乔伊·昌德·查特吉于2014年在印度提斯浦尔大学计算机科学与工程系获得博士学位。2014年至2017年，查特吉博士在日本电气通信大学通信工程与信息系从事博士后研究工作，主要进行高速灵活光骨干网的研究与开发。查特吉博士是IETE的终身会员和IEEE的高级会员。大木英司‌现为日本京都大学教授。他分别于1991年、1993年和1999年获得了日本庆应义塾大学仪器工程专业的学士、硕士学位及电气工程专业的博士学位。1993年加入日本电报电话公司(NTT)通信交换实验室。他一直从事网络设计与控制、网络流量控制方法和高速交换系统的研究工作，同时还是IEEE会士和IEICE会士。＜BR＞解放军理工大学通信工程学院讲师，现从事专业有微波光子学，光电子学，光纤通信技术，光网络技术。从事的主要教学工作包括：多次独立承担本科生、研究生，及外国留学生的教学工作，独立承担课程10余门次。应邀进行校外专家讲座2次。今年来在《解放军理工大学学报（综合版）》、《新时代教育教学》等教育类学术期刊上发表论文8篇。

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