光纤通信网络最优化设计理论和方法 PDF下载

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内容简介

本书对光纤通信网络的路由资源分配问题、网络虚拟映射问题、多故障抗毁问题、网络安全问题进行分析，提出*化设计的数学模型，旨在实现光纤通信网络高效、灵活、安全的业务承载。全书共7章。第1章介绍了光纤通信网络传输体制；第2章设计了光纤通信网络的路由与资源分配模型，同时阐述了光信号传输质量预测的方法；第3章设计了针对网络虚拟映射的数学模型；第4章阐述了基于内容连通的高抗毁光纤通信网络生存性技术；第5章阐述了基于信息隐藏的保密业务和普通业务一体传输的方案；第6章简单地介绍了CPLEX软件；第7章给出了2018年“华为杯”第十五届中国研究生数学建模竞赛B题的竞赛论文，供读者相互交流。

作者简介

李新，讲师,硕士导师。1986年9月生，2008年毕业于山东科技大学通信工程专业，获得学士学位；2014年毕业于北京邮电大学通信与信息系统专业，获得博士学位。2015年至2017年，在北京邮电大学做博士后研究工作。2017年至今，任教于北京邮电大学光电信息学院。作为主研人员参与国家973、863及自然科学基金项目多项，主持国家自然科学基金青年基金一项和国家电网全球能源互联网研究院横向课题一项。在IEEE等学术期刊、国际会议共发表SCI/EI检索的学术论文40余篇，申请发明专利10余项，获得获2016中国产学研合作创新成果一等奖（排名第五）。主要研究领域包括数据中心光网络、光网络生存性、光网络安全、软件定义的光网络等。

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     第1章光纤通信网络传输体制介绍1 

1.1光纤通信网络的重要地位1 

1.2波长路由光纤通信网络3 

1.3灵活栅格光纤通信网络5 

1.3.1灵活栅格光纤通信网络系统组成7 

1.3.2弹性光节点模型10 

1.4空分复用光纤通信网络12 

1.5本章小结15 

本章参考文献15 

第2章路由与频谱分配问题17 

2.1WDM光纤通信网络RWA问题17 

2.1.1RWA问题的定义17 

2.1.2光纤链路波长的划分18 

2.1.3RWA问题模型21 

2.1.4ILP模型程序22 

2.1.5仿真结果和分析24 

2.2灵活栅格光纤通信网络RSA问题25 

2.2.1RSA问题的定义26 

2.2.2RSA问题ILP模型28 

2.2.3ILP模型程序29 

2.2.4仿真结果和分析32 

2.3基于多播光树的多播承载问题35 

2.3.1单光树问题定义35 

2.3.2单光树ILP模型36 

2.3.3ILP模型和程序38 

2.3.4仿真结果和分析40 

2.3.5考虑链路故障概率的光树构建48 

2.4基于光树的多播业务聚合问题50 

2.4.1多播业务聚合背景51 

2.4.2多播业务聚合模型51 

2.4.3基于光树的多播聚合模型55 

2.4.4仿真结果和分析58 

2.5基于分布式子树的多播业务聚合问题59 

2.5.1基于分布式子树的多播聚合背景59 

2.5.2基于分布式子树的多播聚合模型61 

2.5.3仿真结果和分析70 

2.6多播光树共享保护问题71 

2.6.1针对光树的生存性策略71 

2.6.2基于分布式子光树的共享路径保护策略73 

2.6.3PDSLTSP的ILP模型73 

2.6.4仿真结果和分析77 

2.7多播聚合按需的频谱分配问题85 

2.7.1按需的路由与频谱分配方案85 

2.7.2按需的路由与频谱分配ILP模型86 

2.7.3仿真结果和分析89 

2.8光信号传输质量预测97 

2.8.1光信号传输质量预测的意义97 

2.8.2深度神经网络和TensorFlow平台简介98 

2.8.3基于机器学习的光路/光树OSNR预测方法101 

2.8.4基于机器学习的光路/光树可用性预测方法102 

2.8.5数据结果和分析103 

2.9本章小结106 

本章参考文献106 



第3章网络虚拟映射问题109 

3.1数据中心光纤通信网络及网络虚拟化109 

3.2虚拟网络的映射问题113 

3.2.1虚拟网络的映射问题概述113 

3.2.2虚拟网络映射模型114 

3.3基于共享保护的虚拟化问题116 

3.4基于共享保护的虚拟化映射模型118 

3.4.1符号和变量及其含义118 

3.4.2约束条件119 

3.4.3目标函数120 

3.5基于共享保护的启发式算法120 

3.5.1SPVM算法120 

3.5.2基准算法123 

3.6仿真结果和分析123 

3.6.1仿真平台123 

3.6.2仿真结果124 

3.7本章小结126 

本章参考文献127 

第4章光纤通信网络多故障抗毁问题128 

4.1内容连通出现的背景128 

4.2K节点（链路）内容连通130 

4.2.1K节点（链路）内容连通的定义130 

4.2.2K节点（链路）内容连通的判定131 

4.3K节点（链路）内容连通网络的构建132 

4.3.1K节点（链路）内容连通的ILP模型132 

4.3.2仿真结果与数据分析134 

4.4节点到节点集最大不相交路径的计算136 

4.4.1ILP模型137 

4.4.2ILP结果139 

4.5满足K节点（链路）内容连通的共享保护技术142 

4.5.1基于完美匹配的共享判定原则142 

4.5.2ILP模型143 

4.5.3ILP结果147 

4.6基于内容连通的多路径保护机制150 

4.6.1多路径保护策略150 

4.6.2基于内容连通的多路径保护策略151 

4.6.3基于内容连通的多路径保护ILP模型152 

4.6.4仿真结果和分析161 

4.7本章小结164 

本章参考文献165 

第5章光纤通信网络安全问题166 

5.1光纤通信网络安全现状166 

5.2相关安全防护技术167 

5.2.1光学码分多址167 

5.2.2光通信加密168 

5.2.3频谱搬移机制169 

5.2.4光子防火墙169 

5.3光学信息隐藏技术原理170 

5.4光学信息隐藏ILP模型172 

5.4.1面向光学信息隐藏的路由资源分配ILP模型172 

5.4.2普通业务和保密业务独立传输175 

5.4.3保密业务隐藏于单个普通业务的协同传输ILP模型179 

5.4.4仿真结果与数据分析180 

5.5本章小结181 

本章参考文献181 

第6章CPLEX软件简介183 

6.1CPLEX软件介绍183 

6.1.1集成开发环境183 

6.1.2OPL184 

6.1.3优化求解器184 

6.1.4CPLEX的优点185 

6.2CPLEX软件安装与使用186 

6.2.1CPLEX安装步骤186 

6.2.2CPLEX的简单使用186 

6.3CPLEX构建模型与样例测试187 

6.4本章小结188 

第7章第十五届中国研究生数学建模竞赛论文189 

7.1问题重述189 

7.1.1问题背景189 

7.1.2需要解决的问题190 

7.2模型假设194 

7.3符号说明194 

7.4问题1模型建立与求解195 

7.4.1子问题1数学模型和结果195 

7.4.2子问题2数学模型和结果199 

7.5问题2模型建立与求解200 

7.5.1网络参数配置200 

7.5.2子问题1数学模型和结果205 

7.5.3子问题2数学模型和结果209 

7.5.4子问题3数学模型和结果214 

7.6问题3模型建立与求解218 

7.7本章小结221 

本章参考文献222 



第1章光纤通信网络传输体制介绍1 

11光纤通信网络的重要地位1 

12波长路由光纤通信网络3 

13灵活栅格光纤通信网络5 

131灵活栅格光纤通信网络系统组成7 

132弹性光节点模型9 

14空分复用光纤通信网络12 

15本章小结15 

参考文献15 

第2章路由与频谱分配问题17 

21WDM光纤通信网络RWA问题17 

211RWA问题的定义17 

212光纤链路波长的划分18 

2.1.3RWA问题模型21 

214ILP模型程序22 

215仿真结果和分析24 

22灵活栅格光纤通信网络RSA问题25 

221RSA问题的定义26 

222RSA问题ILP模型28 

223ILP模型程序29 

224仿真结果和分析32 

23基于多播光树的多播承载问题35 

231单光树问题定义35 

232单光树ILP模型36 

233ILP模型和程序38 

234仿真结果和分析40 

235考虑链路故障概率的光树构建48 

24基于光树的多播业务聚合问题50 

241多播业务聚合背景51 

242多播业务聚合模型51 

243基于光树的多播聚合模型55 

244仿真结果和分析58 

25基于分布式子树的多播业务聚合问题59 

251基于分布式子树的多播聚合背景59 

252基于分布式子树的多播聚合模型61 

253仿真结果和分析70 

26多播光树共享保护问题71 

261针对光树的生存性策略71 

262基于分布式子光树的共享路径保护策略73 

263PDSLTSP的ILP模型73 

264仿真结果和分析77 

27多播聚合按需的频谱分配问题85 

271按需的路由与频谱分配方案85 

272按需的路由与频谱分配ILP模型86 

273仿真结果和分析89 




28光信号传输质量预测97 

281光信号传输质量预测的意义97 

282深度神经网络和TensorFlow平台简介98 

283基于机器学习的光路/光树OSNR预测方法101 

284基于机器学习的光路/光树可用性预测方法102 

285数据结果和分析103 

29本章小结106 

本章参考文献106 

第3章网络虚拟映射问题109 

31数据中心光纤通信网络及网络虚拟化109 

32虚拟网络的映射问题113 

321虚拟网络的映射问题概述113 

322虚拟网络映射模型114 

33基于共享保护的虚拟化问题116 

34基于共享保护的虚拟化映射模型118 

341符号和变量及其含义118 

342约束条件119 

343目标函数120 

35基于共享保护的启发式算法120 

351SPVM算法120 

352基准算法123 

36仿真结果和分析123 

361仿真平台123 

362仿真结果124 

37本章小结126 

参考文献127 

第4章光纤通信网络多故障抗毁问题128 

41内容连通出现的背景128 

42K节点（链路）内容连通130 

421K节点（链路）内容连通的定义130 

422K节点（链路）内容连通的判定131 

43K节点（链路）内容连通网络的构建132 

431K节点（链路）内容连通的ILP模型132 

432仿真结果与数据分析134 

44节点到节点集最大不相交路径的计算136 

441ILP模型136 

442ILP结果139 

45满足K节点（链路）内容连通的共享保护技术141 

451基于完美匹配的共享判定原则141 

452ILP模型143 

453ILP结果147 

46基于内容连通的多路径保护机制150 

461多路径保护策略150 

462基于内容连通的多路径保护策略151 

463基于内容连通的多路径保护ILP模型152 

464仿真结果和分析161 

47本章小结164 

参考文献164 

第5章光纤通信网络安全问题166 

5.1光纤通信网络安全现状166 

52相关安全防护技术167 

521光学码分多址167 

522光通信加密168 

523频谱搬移机制169 

524光子防火墙169 

53光学信息隐藏技术原理170 

54光学信息隐藏线性规划模型172 

541面向光学信息隐藏的路由资源分配ILP模型172 

542普通业务和保密业务独立传输175 

543保密业务隐藏于单个普通业务的协同传输ILP模型179 

544仿真结果与数据分析180 

55本章小结181 

参考文献181 

第6章CPLEX软件简介183 

61CPLEX软件介绍183 

611集成开发环境183 

612OPL184 

613优化求解器184 

614CPLEX的优点185 

62CPLEX软件安装与使用186 

621CPLEX安装步骤186 

622CPLEX的简单使用186 

63CPLEX构建模型与样例测试187 

64本章小结188 

第7章第十五届中国研究生数学 
建模竞赛论文189 

71问题重述189 

711问题背景189 

712需要解决的问题190 

72模型假设194 

73符号说明194 

74问题1模型建立与求解195 

741子问题1数学模型和结果195 

742子问题2数学模型和结果199 

75问题2模型建立与求解200 

751网络参数配置200 

752子问题1数学模型和结果205 

753子问题2数学模型和结果209 

754子问题3数学模型和结果214 

76问题3模型建立与求解218 

77本章小结221 

参考文献223