（通信与信息系统专业论文）网状wdm光网络中的抗毁保护算法研究.pdf

摘要 摘要 随着因特网业务迅猛增长而带来的对带宽和容量的巨大需求，波分复用 w d m ( w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 技术成为下一代骨干网络的核心传输技 术。利用w d m 传输技术和波长路由选择在物理网络上构架光层或虚拓扑，对高层 提供大容量且结构可变的传输通道，将成为下一代骨干网络的核心传输方式。然 而，由于每个波长承载的传输容量可高达吉比特每秒，网络故障( 如光纤链路断裂、 节点失效等) 会导致大量业务中断。因此，w d m 光网络的抗毁性设计就显得异常重 要。抗毁策略主要包括保护和恢复两大类。保护是指，事先为业务分配好预留的 保护资源，当故障发生后，业务可以由预留的保护资源承载。恢复是指，并不事 先为业务分配预留的保护资源，当故障发生后，再动态地寻找网络中富余资源来 承载受故障影响的业务。基于抗毁设计思想，本文研究了网状w d m 网中的抗毁设 计有关问题，集中在这几个方面：单链路失效的混合保护、时变可用性保证机制， 和三连通w d m 网络中的三链路失效的保护问题。 以前的文献都是基于单一业务和单一抗毁机制进行讨论，随着业务的增多， 优先级业务的出现在所难免。对高优先级业务采用保护机制，对低优先级业务采 用恢复机制，而且高优先级业务的备份路径能与低优先级的工作路径共享网络资 源。混合保护有效地利用网络资源对业务进行抗毁保护设计。混合保护结合了保 护机制和恢复机制的特点，它可以在资源利用率和拥塞率上取得良好的性能。目 前一些研究混合保护的文献只是采用整数线性规划对问题进行描述和优化网络资 源，但是没有提出具体的启发式算法。针对上述问题，本文的第二章研究了抗毁 w d m 网状光网络中的混合保护算法设计问题，主要贡献包括：1 ) 提出了详细的基 于优先级的启发式算法。2 ) 提出新的备份资源共享策略，来进一步提高资源利用 率和降低拥塞率。因此本章又提出了一种加强资源共享保护算法，该算法采用了 新的路由策略，尽力寻找低优先级的业务资源作为高优先级的备份路资源。最后 作者通过仿真分析了算法的性能。 可用性定义为在某个时间段内，系统或连接正常工作的概率。根据不同的可 用性等级来为用户提供保护，可以更加合理地分配网络资源，因此本文的第三章 研究了w d m 网状光网络中支持可用性保证机制问题，主要贡献包括了：1 ) 分析了 随时间不改变的可用性保证机制问题及其计算模型。2 ) 提出了一种动态网络环境 摘要 下的时变可用性保证机制，该机制的核心思想是从业务连接持续时间的角度出发， 针对在业务持续时间内出现的不同可用性要求，通过对备份资源的调整，来达到 用户可用性要求保证。仿真结果表明了该机制比时不变可用性保证机制能节约更 多的网络资源，降低阻塞率并提高网络吞吐量。 在当前网络中，随着网络规模的逐渐扩大，光骨干网承载的业务种类越来越 趋于多样化。双链路失效的保护已经不能满足于一些客户。这些客户需要能对三 链路失效的抗毁能力。现有文献已经提出了对于双链路失效，通常的方法是先计 算出工作通路，然后再把工作通路上的所有链路删除掉，再在剩余的网络中计算 两条风险分离的保护通路。同样的道理，对于三链路失效问题，我们要找出一条 工作路和三条保护路。但是这对于三连通波分复用网络是不可行的，因为我们无 法在一个三连通图中找出四条链路完全分离的路径。本文第四章研究了此问题， 主要贡献：通过分析，我们发现用备份子路径能有效地解决此问题，通过分别计 算源节点和目的节点到中间节点的若干备份子路径，来对三连通波分复用网络中 的三链路失效问题进行保护。仿真结果显示，该保护方法是保护三连通波分复用 网络中三链路失效的一种实际有效的方法。 关键词：波分复用，光网络，生存性，保护，恢复 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r a c tt r a f f i ca n dt h et r e m e n d o u sd e m a n dm b a n d w i d t ha n dc a p a c i t y , t h ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( w d m ) t e c h n o l o g yw i l l b e c o m et h ec o r eo ft h en e x tg e n e r a t i o nb a c k b o n en e t w o r k s t h ec o n c e p to fc o n s t r u c t i n g t h eo p t i c a ll a y e ro rv i r t u a lt o p o l o g yo v e rt h ep h y s i c a ln e t w o r k st h r o u g ht h ew d m t e c h n o l o g ya n dw a v e l e n g t hr o m i n gw i l lb e c o m et h ei m p o r t a n tt r a n s m i s s i o nm e t h o d i i l t h ef u t u r eb a c k b o n en e t w o r k s s i n c eas i n g l ew a v e l e n g t hc h a n n e lh a st h et r a n s m i s s i o n r a t eo v e rs e v e r a lg i g a b i t sp e rs e c o n d ，t h ef a i l u r e so ff i b e rl i n k so rn o d e sm a yl e a dt o l a r g ed a t al o s s t h e r e f o r e ，t h es u r v i v a b i l i t yd e s i g nh a se m e r g e da so n e o ft h ei m p o r t a n t i s s u e si nw d m o p t i c a ln e t w o r k s t h es t r a t e g yo fs u r v i v a b i l i t ym a i n l yc o n c l u d e si n t o t w ot y p e s ：p r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o n i np r o t e c t i o n , t h eb a c k u pr e s o u r c e sw i l lb e p r e - a s s i g n e dt oa g a i n s tt h ef u t u r eu n k n o w n f a i l u r e s i nr e s t o r a t i o n ，t h eb a c k u pr e s o u r c e s a r en o tb ep r e - a s s i g n e d ；a f t e rf a i l u r e so c c u r r i n g ，t h eb a c k u pr e s o u r c e sw i l lb ea s s i g n e d d y n a m i c a l l ya c c o r d i n gt ot h ec u r r e n tn e t w o r ks t a t e w i t ht h ec o n c e p to fs u r v i v a b l e d e s i g n ，t h i sd i s s e r t a t i o ni n v e s t i g a t e st h es u r v i v a b l ed e s i g ni nw d mm e s hn e t w o r k s ， i n c l u d i n g ：h y b r i ds u r v i v a b l ed e s i g nu n d e r t h es i n g l e l i n kf a i l u r e , t i m ea w a r ea v a i l a b i l i t y g u a r a n t e es c h e m e ，a n dt r i p l e - l i n kf a i l u r e sp r o t e c t i o ni 1 1t h r e e - c o n n e c t e dw d m m e s h n e t w o r k s i nt h e s es t u d i e s ，t h er e s e a r c h e r sh a v ef o c u s e dt h e i ra t t e n t i o no nas i n g l ec l a s so f t r a f f i c i np r a c t i c a ln e t w o r ks e r v i c e s ，d i f f e r e n tc o n n e c t i o n sw i l lh a v ed i f f e r e n ts e r v i c e l e v e lr e q u i r e m e n t s i ti si m p o r t a n tt od i f f e r e n t i a t et h ep r i o r i t yo ft r a f f i cr e q u e s t s w ew i l l p r o v i d es h a r e dp a t hp r o t e c t i o nf o rh i g hp r i o r i t yt r a f f i c ，a n dr e s t o r a t i o nf o rl o wp r i o r i t y t r a f f i c t h i sh y b r i ds u r v i v a b l ed e s i g nw i l lu s et h en e t w o r kr e s o u r c ee f f i c i e n t l y , b e c a u s e i tc o m b i n e st h eb e n e f i t so fp r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o ns c h e m e s i tw i l lh a v eag o o d p e r f o r m a n c ei n r e s o u r c eu t i l i z a t i o nr a t i oa n db l o c k i n gp r o b a b i l i t y c u r r e n t l y , s o m e p a p e r so n l yu s ei n t e g e rl i n e a rp r o g r a mt od e s c r i b et h eo b j e c t i v ep r o b l e ma n do p t i m i z e t h en e t w o r kr e s o u r c e b u tt h ea u t h o r sd on o td e s c r i b et h ed e t a i l e dh e u r i s t i ca l g o r i t h m b a s e do nt h i s ，i nc h a p t e r2 ，t h ea u t h o r sd or e s e a r c ho nt h ep r o b l e mo fh y b r i ds u r v i v a b l e s c h e m e si nw d mm e s hn e t w o r k s ，t h em a i nc o n t r i b u t i o n si n c l u d e ：1 ) p r o p o s et h e i h a b s t r a c t d e t a i l e dp r i o r i t y - b a s e dh e u r i s t i ca l g o r i t h m 2 ) p r o p o s et h en e wr u l e so fr e s o u r c es h a r i n g t oi m p r o v et h er e s o u r c eu t i l i z a t i o nr a t i o s ot h ea u t h o r sp r o p o s et h ee n h a n c e dr e s o u r c e s h a r e da l g o r i t h mw h i c ha d o p t st h en e wr u l e so fr e s o u r c es h a r i n ga n dd o e si tb e s tt ou s e t h el o wp r i o r i t yt r a f f i cr e s o u r c ea st h eb a c k u pr e s o u r c e so fh i 曲p r i o r i t yt r a f f i c t h e s i m u l a t i o ne v a l u a t e st h ep e r f o r m a n c e so fe r s a b yd i f f e r e n tr e q u i r e m e n t so fa v a i l a b i l i t y , t h es e r v i c ep r o v i d e rc a na s s i g nr e a s o n a b l e r e s o u r c e st os e r v ed i f f e r e n tu s e r st oo p t i m i z en e t w o r kr e s o u r c eu t i l i z a t i o n i nc h a p t e r3 ， t h ea u t h o r ss t u d yt h ea v a i l a b i l i t yg u a r a n t e ep r o b l e m ，t h em a i nc o n t r i b u t i o n si n c l u d e ：1 ) a n a l y z et h ep r o b l e mo f t i m eu n a w a r ea v a i l a b i l i t yg u a r a n t e es c h e m ea n di t sa v a i l a b i l i t y c o m p u t i n gm o d e l 2 ) p r o p o s eat i m ea w a r ea v a i l a b i l i t yg u a r a n t e es c h e m e t h ek e y p r o p e r t yo ft i m ea w a r ea v a i l a b i l i t yg u a r a n t e es c h e m ei sa d j u s t i n gt h eb a c k u pr e s o u r c e s a c c o r d i n gd i f f e r e n ta v a i l a b i l i t yr e q u i r e m e n t sd u r i n gt h ec o n n e c t i o nh o l d i n gt i m e t h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h i ss c h e m eh a v eg o o dp e r f o r m a n c e si nr e s o u r c eu t i l i z a t i o n r a t i o ，b l o c k i n gp r o b a b i l i t ya n dt h r o u g h p u tp e rc o n n e c t i o n i nc u r r e n tn e t w o r k , a st h es i z eo fn e t w o r ki n c r e a s i n g ，t h es e r v i c e sc a r r i e di no p t i c a l b a c k b o n en e t w o r ka r ei n t e n tt ob ed i v e r s i f i c a t i o n s o m ec u s t o m e r sw i l ln o tj u s tn e e dt h e a b i l i t yo fs u r v i v i n gd o u b l e - l i n kf a i l u r e s f u r t h e r m o r e ，t h e yw a n tt o s u r v i v et h e t r i p l e - l i n k f a i l u r e s p r e v i o u sr e f e r e n c e sh a v ep r o p o s et h e t y p i c a la l g o r i t h m f o r d o u b l e - l i n kf a i l u r e sw h i c hw i l lc o m p u t et h ep r i m a r yp a t hf i r s t l y , t h e nr e m o v et h el i n k s a l o n gt h ep r i m a r yp a t ha n dc o m p u t et w or i s k d i s j o i n tb a c k u pp a t h s t h es i m i l a rp r o c e s s c a na p p l yi n t ot h ep r o b l e mo ft r i p l e - l i n kf a i l u r e s w es h o u l df i n do u to n ep r i m a r yp a t h a n dt h r e el i n k - d i s j o i n tb a c k u pp a t h s h o w e v e r , i ti s i m p o s s i b l et o f i n do u tf o u r l i n k d i s j o i n tp a t h si nat h r e e - c o n n e c t e dw d m m e s hn e t w o r k s t h ea u t h o r sf o c u so nt h i s p r o b l e m ，a n dt h em a i nc o n t r i b u t i o ni st h a tw ec a ns o l v et h i sp r o b l e mu s i n gs u b - b a c k u p p a t h sa n dp r o p o s eat r i p l e - l i n kf a i l u r e sp r o t e c t i o na l g o r i t h mw h i c hw i l lc o m p u t et h e s u b - b a c k u pp a t h sn o to n l yf r o ms o u r c en o d et oi n t e r m e d i a t en o d e sb u ta l s of r o mt h e d e s t i n a t i o nn o d et oi n t e r m e d i a t en o d e s t ov e r i f ya n de v a l u a t et h ep r o p o s e da l g o r i t h m si nt h i sd i s s e r t a t i o n , s i m u l a t i o n p l a t f o r ms o f t w a r ei sd e v e l o p e d b a s e do nt h ep l a t f o r m ，t h ep e r f o r m a n c e so fa l lp r o p o s e d a l g o r i t h m sa r ee v a l u a t e d t h ep l a t f o r m ，m o d e ls t r u c t u r ea n ds o m ep s e u d oc o d e sa r e g i v e ni nc h a p t e r5 i v a b s t r a c t k e y w o r d s ：w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( w d m ) ，o p t i c a ln e t w o r k s ，s u r v i v a b i l i t y , p r o t e c t i o n , r e s t o r a t i o n v 简略字表 w d m a s o n a s t n t d m m p l s g m p l s g 灭弭强 l s p o a d m w a d m o t n d w d m o x c w x c q o s s d h s r l g o v p n 简略字表 w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 波分复用 a u t o m a t i cs w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k自动交换光网络 a u t o m a t i cs 、) l ，i t c h e d t r a l l s p 。r t 自动交换传送网 n e t w o r k s t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g时分复用 m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g多协议标记交换 g e n e r a l i z e dm p l s g r o o m i n gr w a 通用多协议标记交换 疏导、路由与波长分配 l a b e ls w i t c h e dp a t h标记交换路径 o p t i c a la d d d r o pm u l t i p l e x e s 光分插复用器 w a v e l e n g t ha d d d r o pm u l t i p l e x e s 波长分插复用器 o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k 光传送网络 d e n s e w a v e l e n g t h m u l t i p l e x i n g o p t i c a lc r o s sc o n n e c t q u a l i t yo fs e r v i c e s d i v i s i o n 密集波分复用 光交叉连接器 波长交叉连接器 服务质量 s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y 同步数字系列 s h a r e dr i s k l i n kg r o u p共享风险链路组 o p t i c a lv l r t u a lp r i v a t en e t w o r k 光虚拟专用网 v n i 简略字表 s p p d p p p b h p l s a e r s a t _ 钆g t u a g t f p a f p r a m t t f m t t r s h a r e dp a t hp r o t e c t i o n共享通路保护 d e d i c a t e dp a t hp r o t e c t i o n专用通路保护 p r i o r i t yb a s e dh y b r i dp r o t e c t i o n 基于优先级的混合保护 l e v e lo fs e r v i c ea l g o r i t h m服务等级算法 e n h a n c e dr e s o u r c es h a r e da l g o r i t h m加强资源共享算法 t i m ea w a r ea v a i l a b i l i t yg u a r a n t e e时变可用性保证 t i m eu n a w a r ea v a i l a b i l i t yg u a r a n t e e时不变可用性保证 t r i p l e 一1 i 1 1 k f a i l u r e s p r o 。e 砸o n 三链路失效保护算法 a l g o r i t h m f o u rp a t h sr o u t i n ga l g o r i t h m四路径保护算法 m e a nt i m et of a i l u r e平均失效时间 m e a nt i m et or e p a i r 平均修复时间 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：名莹溶 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名： 孝砰，氏 j 日期：2 d 7 年臆月互日 第一章绪论 第一章绪论 随着网络技术的发展和互联网的迅速普及，对网络的传输带宽提出了更高的 要求。波分复用技术( w d m ) 允许在一根光纤中同时传输若干路不同波长的光信 号，每个波长的传输速率可高到吉比特每秒，使光纤的传输容量得到极大的提高， 可满足大量业务对高带宽的需求。利用w d m 技术和波长路由选择在物理网络上 构架光层，对高层提供大容量且结构灵活可变的传输通道，将成为因特网骨干网 的核心传输方式。本章首先叙述了w d m 光网络发展概况，然后介绍了w d m 光 网络抗毁设计问题，最后叙述了全文组织结构和在网状w d m 网抗毁设计方面的 主要贡献。 1 1w d m 光网络概述 1 1 1w d m 技术的出现和发展 随着互联网的迅猛发展，以i n t e m e t 技术为主导的数据通信在通信业务总量中 的比例迅速上升，i n t e r n e t 业务已成为多媒体通信业中发展最为迅速、竞争最为激 烈的领域。同时，无论是从数据传输的用户数量还是从单个用户需要的带宽来讲， 都比过去大很多。特别是后者，它的增长将直接需要系统的带宽以数量级形式增 长。因此如何提高通信系统的性能，增加系统带宽，以满足不断增长的业务需求 成为大家关心的焦剧卜1 4 】。 面对市场需求的增长，现有通信网络的传输能力不足的问题，需要找出一种 低成本的解决方法：波分复用m 巾m ) 技术【9 】。波分复用是将两种或多种不同波长 的光载波信号在发送端经复用器汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进 行传输的技术；在接收端，经解复用器将各种波长的光载波分离，然后由光接收 机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或多个不同波 长光信号的技术，称为波分复用技术。由于不同波长的光载波信号可以看成相互 独立，从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。双向传输的问题也很容 易解决，只需将两个方向的信号分别安排在不同波长即可。根据波分复用器的不 同，可复用的波长数也不同，从2 个至1 1 个不等，现在商用化的一般是8 波长、1 6 波 电子科技大学硕士学位论文 长、3 2 波长、6 4 波长、1 2 8 波长等系统，这取决于所允许的光载波波长的间隔大小。 w d m 技术可以同时使用多个不同波长信道传输业务，能更好、更充分地利用 光纤巨大的传输容量，且对高层协议和技术适应性强、易于扩展【8 】。经过十几年的 快速发展，w d m 技术不仅在单纤波长信道数和单波长传输速率不断取得重大突 破，而且在无电中继传输距离方面也有显著的研究突破。正是这些优点和它的技 术进步使得整个通信网络自1 9 9 5 年开始商用以来的短短几年时间里发生了翻天覆 地的变化。从骨干网、区域网到城域网甚至接入网，w d m 技术已被公认为是一 种最好的网络扩容方式，应用前景一片光明。目前，以w d m 为核心技术的光网络 在骨干网中占据主导地位4 1 。 九l 九2 光分插复用：多点网络 光交叉连接：w d m 网络 图1 1 由点到点传输系统向w d m 光网络的演进 2 第一章绪论 1 1 2w d m 光网络的演变 在早期w d m 仅仅作为点到点的传输系统来用。与t d m 系统对照，w d m 技术 在从简单的点对点系统向基于波长的多点网络演变的过程中具有明显的优势。 w d m 点对点网络系统在分布区域广的终端之间提供了巨大的传输容量。普通的点 到点波分复用通信系统尽管有巨大的传输容量，但是只提供了原始的传输带宽， 需要有灵活的节点才能实现高效的组网能力。于是业界的开始转向光节点，即光 分插复用器( o a d m ) 和光交叉连接器( o x c ) ，用光层面上的波长连接来解决节点的 容量扩展问题，即直接在光路上对不同波长的信号实现上下和交叉连接功能f 7 1 。 由图1 1 可见，由于波长光分插复用器w a d m o a d m ( o p t i c a la d d d r o p m u l t i p l e x e r ) 和波长光交叉连接器w x c o x c ( o p t i c a lc r o s s c o n n e c t o r ) 技术的成熟， 当与w d m 技术相结合后，不但能够从任意一条线路中任意上下一路或几路波长， 而且可以灵活地使一个节点与其他节点形成连接，从而形成w d m 光网络。另外， 动态可重构型o a d m 和o x c 能够使w d m 光网络对不同输入链路间的波长在光域 实现交叉连接和分插复用的动态重构能力，增加网络对波长通道的灵活配置能力， 提高网络通道的使用效率。总之o a d m 和o x c 的使用使得光纤通信逐渐从点到点 的单路传输系统向w d m 联网的光网络方向发展 7 1 。 各种口数据业务的迅猛发展对带宽的需求日益增大，而且由于口业务量本身 的不确定性，对网络带宽的动态分配要求也越来越迫切。对网络带宽传统的方法 主要靠人工配置网络连接，耗时费力并且容易出错，不仅难以适应新业务提供拓 展的需要，也难以适应市场竞争的需要。光网络必须能够管理由d w d m 提供的巨 大带宽容量，同时能够合理地指配用户的业务，能够在业务节点之间快速建立光 路连接，按照用户需求来分配带宽，同时对网络业务提供保护和恢复能力，应该 可以根据不同的用户需求在波长通道上提供不同的q o s 服务。一种能够自动完成 网络连接的新型网络概念自动交换传送网( a u t o m a t i cs w i t c h e dt r a n s p o r t n e t w o r k s ，a s t n ；i t u ts g l 3 命名为a s t n ) 卜1 3 】应运而生，其中专门以光传送网 为基础的a s t n 又称为自动交换光网络( a u t o m a t i cs w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k ， a s o n ；i t u ts g l 5 命名为a s o n ) 自动交换传送网或自动交换光网络应运而生。 这是一种利用独立的a s t n a s o n 控制面，通过各种传送网( 包括s d h 或o t n ) 来 实施自动连接管理的网络。而具有智能特性的光网络通常被成为智能光网络， a s t n a s o n 也是一种智能光网络。 智能光网络可以实现流量控制，允许将网络资源动态地分配给路由，缩短了 电子科技大学硕士学位论文 业务层升级扩容时间，明显增加了业务层节点的业务量负荷；具有可扩展的信令 能力集；快速的业务提供和拓展；降低了维护管理运营费用；快速的光层业务恢 复能力；降低了对用于新技术配置管理的运行支持系统软件的要求，只须维护一 个动态数据库，减少了人工出错机会；还可以引入新的业务类型，如按需带宽业 务、波长批发、波长出租、分级的带宽业务、动态路由分配、光虚拟专用网( o w n ) 等，使传统的传送网向业务网方向演进 6 】。 1 1 3 光网络研究概况 w d m 光网络提供了一个大容量、高生存性和灵活性的传输基础设施，具有光 明的发展前景。在p 数据业务的高速增长产生的带宽需求和w d m 传输技术提供超 大容量带宽资源的双重作用下，光网络必须朝适于传输i p 业务的方向演进，建立一 个更加透明和开放的传送平台，以使现存各种业务网络( 如：数据网、电话网、电 视网等) 的实现融合。自2 0 世纪9 0 年代以来，w d m 光网络技术就一直是网络领域的 研究热点，许多公司或组织机构将w d m 光网络编入各自的重要研究计划之中。如： ( 1 ) 欧洲在r a c e 计划中将多波长光网络作为主要研究目标，并且在随后的 a c t s 计划中建立了一系列的实验性w d m 光网络，如泛欧光网络( o p e n ：o p t i c a l p a ne u r o p e a nn e t w o r k ) 、泛欧光子传送重迭网( p h o t o n ) 、城域光网络( m e t o n ： m e t r o p o l i t a no p t i c a ln e t w o r k ) 。 ( 2 ) 美国则在国防部高级研究计划署d a r p a 资助下，实施一些大的研究项目， 也建成了一系列的实验性w d m 光网络，如多波长光网络( m o n e t ： m u l t i w a v e l e n g t ho p t i c a ln e t w o r k ) 、国家透明光网络( n t o n ：n a t i o n a lt r a n s p a r e n t o p t i c a ln e t w o r k ) ： ( 3 ) 加拿大政府资助的c a * n e t 3 国家光互联计划，现在已经发展为c a * n e t 4 ； ( 4 ) 德国的k o m n e t 计划； ( 5 ) 法国a l c a t e l 公司的o a d m 环型试验网； ( 6 ) 日本n t t 公司的o a d m 环网等； ( 7 ) 美国国家科学基金资助的0 p t i p u t e r ( u s eo fo p t i c a ln e t w o r k i n g ，i n t e r n e t p r o t o c a l ，c o m p u t e rs t o r a g e ) 项目，2 0 0 2 - - 2 0 0 7 年，研究光网络上运行超级计算机， 解决医学与地球科学中图象处理等业务的联网应用。 ( 8 ) 另一项目d r a g o n ( d y n a m i cr e s o u r c ea l l o c a t i o nv i ag m p l so p t i c a l 4 第一苹绪论 n e t w o r k s ) ，2 0 0 3 - - 2 0 0 7 年，研究用户可控制的光网络，用于高速联网的天文观察、 核子物理等科学计算。 ( 9 ) 欧洲f p 6i s tn o b e l ( n e x tg e n e r a t i o no p t i c a ln e t w o r k sf o r b r o a d b a n d e u r o p e a nl e a d e r s h i p ) ，2 0 0 4 - - - 2 0 0 6 年；及m u p b e d ( m u l t i p a r t n e r e u r o p e a nt e s tb e d sf o rr e s e a r c hn e t w o r k i n g ) ，2 0 0 4 - - 2 0 0 7 年，也都是光网络应用。 ( 1o ) 美国d 心( d e f e n s ea d v a n c e dr e s e a r c hp r o j e c t sa g e n c y ) 项目研究机构 提出一了新的全球光网络c o r o n e t ：d y n a m i cm u l t i - t e r a b i tc o r eo p t i c a ln e t w o r k s ： a r c h i t e c t u r e ，p r o t o c o l s ，c o n t r o la n dm a n a g e m e n t 。 ( 1 1 ) 我国十五8 6 3 计划设立了重大专项“高性能宽带信息网一3 t n e t ”，研制 t b p s 级光传输系统、t b p s 级自动交换传送网络、t b p s 级双协议栈路由器等节点设 备，该信息网支持大规模并发流媒体和交互式多媒体业务等，例如pt v 。 1 2光网络的生存性问题 随着波分复用( w d m ) 技术的成熟，单根光纤已经能传输几百吉比特到太比 特每秒的数字信息，正是因为光纤的巨大传输容量，光纤链路的断裂或其他网络 节点设备的失效势必会导致大量的业务数据丢失，所以w d m 光网络的生存性问题 成为了目前研究的热点【2 0 甾】。网络的生存性( 或称抗毁性) 是指当网络设备发生 故障时，网络能够维持某种可容忍的服务水平的能力【2 2 1 。对于w d m 光网络，光层 的保护恢复具有以下优点：( 1 ) 具有透明性，适合于各种信息业务，与业务的类型、 信息的格式、协议、传输速率无关；( 2 ) 在粗粒度的带宽( 波长) 上利用光器件实 现保护倒换和恢复，切换速度快；( 3 ) 恢复简单、可靠性高。由于网络层次的简化， 只需在光层上做出恢复处理，不需要在多个网络层面对每个层设置恢复功能，这 样可避免各层之间的不协调，减少各层重复使用的恢复资源；( 4 ) 光层恢复成本低。 光层对业务是透明的，不必对各业务层做恢复处理，可以节省对各层业务进行繁 杂处理的费用。正因为在光层实施生存性技术所具有的这些优点，所以对光层生 存性技术的研究就显得更有意义。 w d m 光网络的生存性技术可以分为保护( p r o t e c t i o n ) 和恢复( r e s t o r a t i o n ) 两大类。保护【2 6 】是指，事先为业务分配好预留的保护资源，当故障发生时，业务 可以由事先预留的保护资源承载。恢复【2 7 】是指，并不事先为业务分配预留的保护 5 电子科技大学硕士学位论文 资源，当故障发生后，再动态地寻找网络中的富余资源来承载受故障影响的业务。 由于保护机制是对特定的故障假设而预留了备份资源，对于预料内的故障( 如单 链路失效) ，它可以确保1 0 0 的业务恢复；但是对于一些预料外的故障( 如多链 路同时失效) ，它则不能确保1 0 0 的恢复能力。恢复机制采用的是在发生故障后 实时动态地寻找可用资源，这种方式灵活性较强，可以对多种失效情况进行恢复， 但正是由于事先没有预留备份资源，因此在很多情况下，都无法确保1 0 0 的恢复。 通常来讲，保护机制在牺牲资源利用率的前提下，可以实现较快的业务恢复；而 恢复机制则可以实现较高的资源利用率，但业务恢复时间较长。 保护和恢复并非互斥，网络可以将它们合并从而为客户提供多种服务级别， 同时在恢复时间和运行保障与效率和成本之间取得平衡。利用智能和信号传送技 术，可以实现多种更复杂的保护和恢复功能，还能产生许多合适的解决方案，从 而为运营商提供更多的选择和不同的服务标准。在实际的网络中，通常以保护机 制作为第一道防线，对付诸如光缆切断之类的公共失效故障，即可预料的故障。 然后，再使用恢复机制作为第二道防线对付网络范围的故障和失效。恢复机制应 该能够提供多种选择方案，包括选择恢复机制，保护业务的颗粒和保护业务的类 型等，对网络能够有更多的控制。恢复机制可以为不同要求的业务提供不同等级 的恢复，例如对于实时业务，可以使用链路节点保护，以及预先建立保护通道和 预留资源的保护方式。而对于尽力而为的业务，则可以使用按需建立的通道保护， 或者是依靠p 或高层的恢复机制。 1 3