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随着互联网规模的不断扩大以及应用的不断增加，带宽需求呈现爆炸式增长，这导致网络资源的使用逐步趋近于饱和，因此网络资源的有效利用成为网络运营商一直以来所关注的问题。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)采用多个正交的子载波并行传输数据，将OFDM应用在光网络中，可以有效提高网络频谱利用率、抵抗色度色散和偏振模色散。OFDM技术在光网络中的应用按照“跨域”思想，主要分为两个方面:下一代高速弹性骨干光网络(Elastic Optical backbone Network，EON)(简称光OFDM-EON)和下一代弹性光接入网(Passive Optical access Network，PON)(简称OFDM-PON)。
在网络层，OFDM-EON根据用户需求带宽来分配无冗余的、连续的若干频隙，突破了基于固定带宽间隔的波长光通道限制，可以有效解决传统波分复用光网络带宽供给固定、用户带宽需求和网络分配资源粒度不匹配等问题，提高频谱利用率。在物理层，OFDM-PON将实现一种新型的光纤接入模式，具有频谱效率高、抵抗色度色散和偏振模色散的能力强以及硬件复杂度低等优势。
目前，已有部分文献研究了光网络和无源光网络的关键技术，然而这些研究大多依托自身的网络结构和业务特征，不能直接应用于OFDM光网络中，因此，必须研究专用于OFDM光网络的关键技术，并充分考虑调制格式、传输距离、服务质量等内在特征。此外，现有的OFDM光网络的研究大多集中在单层单域，分层跨域优化机制的研究尚处于起步阶段，较多的关键问题有待解决。因此，对OFDM光网络分层跨域优化机制进行研究具有重要的学术意义和应用价值。
本论文的主要工作和取得的创新成果如下:
(1)OFDM-EON中自适应路由与频谱分配算法研究。
首先，本文提出了一种基于“着色”思想的频谱分割辅助图。其次，在该辅助图的基础上设计了一种可应用于OFDM-EON中的路由与频谱分配算法，该算法采用最短路径方式计算路由，采用最先适配方式分配频谱。最后，提出了基于自适应调制的波带交换策略，设计了一种可应用于OFDM-EON波带交换中的路由与频谱分配算法。
(2)OFDM-EON中基于马尔科夫预测的时分复用弹性波带交换算法研究。
针对网络业务拥塞问题，本文设计了基于时分复用的、自适应调制与波带疏导策略相结合的路由与频谱分配算法。该算法通过对未来情况下可能占用的时隙数量的预测，来判断网络剩余资源，进而对业务进行路由以及频谱资源的分配，降低网络阻塞率。
(3)OFDM-PON中信道估计算法研究。
传统信道估计算法在对原始不连续序列进行反离散傅里叶变换(Inverse Discrete Fourier Transform，IDFT)时会产生额外的高频信息。为此，本文提出了改进的DFT算法，并将小波去噪算法与改进的DFT算法联合使用，在一定程度上处理了选取有用路径当中含有的噪声，使算法的性能进一步提升。
(4)OFDM-PON软件定义可重构的传输机制研究。
在OFDM-PON中，将软件定义网络(Software-Defined Network，SDN)功能应用到物理层，建立了相应的软件可重构的数据传输平台，实现不同传输功能之间的灵活切换，从而满足多样化的业务传输需求。
为了验证和评估本文所提出的算法和平台的性能，文中利用OptiSystem、MATLAB、C++以及Python等仿真软件搭建仿真系统。仿真结果表明，本文所提出的算法和平台在节约光交换端口数目、减少业务平均阻塞率、降低误码率、提高网络灵活性等方面具有显著优势。本文的研究成果为正交频分复用光网络的建设和发展提供了理论基础和技术保障。
在网络层，OFDM-EON根据用户需求带宽来分配无冗余的、连续的若干频隙，突破了基于固定带宽间隔的波长光通道限制，可以有效解决传统波分复用光网络带宽供给固定、用户带宽需求和网络分配资源粒度不匹配等问题，提高频谱利用率。在物理层，OFDM-PON将实现一种新型的光纤接入模式，具有频谱效率高、抵抗色度色散和偏振模色散的能力强以及硬件复杂度低等优势。
目前，已有部分文献研究了光网络和无源光网络的关键技术，然而这些研究大多依托自身的网络结构和业务特征，不能直接应用于OFDM光网络中，因此，必须研究专用于OFDM光网络的关键技术，并充分考虑调制格式、传输距离、服务质量等内在特征。此外，现有的OFDM光网络的研究大多集中在单层单域，分层跨域优化机制的研究尚处于起步阶段，较多的关键问题有待解决。因此，对OFDM光网络分层跨域优化机制进行研究具有重要的学术意义和应用价值。
本论文的主要工作和取得的创新成果如下:
(1)OFDM-EON中自适应路由与频谱分配算法研究。
首先，本文提出了一种基于“着色”思想的频谱分割辅助图。其次，在该辅助图的基础上设计了一种可应用于OFDM-EON中的路由与频谱分配算法，该算法采用最短路径方式计算路由，采用最先适配方式分配频谱。最后，提出了基于自适应调制的波带交换策略，设计了一种可应用于OFDM-EON波带交换中的路由与频谱分配算法。
(2)OFDM-EON中基于马尔科夫预测的时分复用弹性波带交换算法研究。
针对网络业务拥塞问题，本文设计了基于时分复用的、自适应调制与波带疏导策略相结合的路由与频谱分配算法。该算法通过对未来情况下可能占用的时隙数量的预测，来判断网络剩余资源，进而对业务进行路由以及频谱资源的分配，降低网络阻塞率。
(3)OFDM-PON中信道估计算法研究。
传统信道估计算法在对原始不连续序列进行反离散傅里叶变换(Inverse Discrete Fourier Transform，IDFT)时会产生额外的高频信息。为此，本文提出了改进的DFT算法，并将小波去噪算法与改进的DFT算法联合使用，在一定程度上处理了选取有用路径当中含有的噪声，使算法的性能进一步提升。
(4)OFDM-PON软件定义可重构的传输机制研究。
在OFDM-PON中，将软件定义网络(Software-Defined Network，SDN)功能应用到物理层，建立了相应的软件可重构的数据传输平台，实现不同传输功能之间的灵活切换，从而满足多样化的业务传输需求。
为了验证和评估本文所提出的算法和平台的性能，文中利用OptiSystem、MATLAB、C++以及Python等仿真软件搭建仿真系统。仿真结果表明，本文所提出的算法和平台在节约光交换端口数目、减少业务平均阻塞率、降低误码率、提高网络灵活性等方面具有显著优势。本文的研究成果为正交频分复用光网络的建设和发展提供了理论基础和技术保障。