（电磁场与微波技术专业论文）下一代光网络规划与生存性关键技术的研究.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的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。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：! 垒：土 日期： 沙苫参 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完仝了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密范围，在年解密后适用本授权书。 本人签名：堡翌日期： 导师签名： 3 2 了6 哆 摘要 下一代光网络是未来骨干传送网发展的方向。由于在网络中引入了包括信令、 路由以及生存性机制在内的智能化网络控制技术，因此，下一代能够支持动态的 连接建立、灵活地调度网络资源，并能够根据用户的需求提供多样化的带宽服务。 本论文的工作将围绕下一代光网络规划与优化展开。其中，在下一代光网络 规划方面，论文提出了一套新型的下一代光网络规划模型，该模型包含了业务分 析、路由和资源分配、生存性模拟等多个功能子模块。在路由和波长分配方面， 论文首先回顾了传统的路由和波长分配算法，并在此基础上，提出了一种基于遗 传思想的、新型路由和波长分配算法。在生存性方面，论文主要围绕了下一代光 网络基于共享风险链路组限制的保护算法以及格状网络中p 圈算法及你新年给 了研究，并提出了一系列新兴的、经过仿真平台验证的算法。 论文的主要创新性工作包括： 1 、结合下一代光网络的特点，以及笔者的网络规划经验，提出了一套面向下一 代光网络的网络规划方案。在该方案中，包含了业务需求分析梳理子模块、 网络分层子模块、路由和波长测算子模块、流量工程子模块以及网络生存性 子模块。笔者将这些子模块进行了有机地结合，形成了一套光网络规划模型。 此外，笔者还提出了一种新型的、基于生成树和虚环保护思想的网络规划算 法，该算法将传统的环形网络与格状网的优点结合在一起，不仅计算复杂度 较低，而且非常灵活，可根据实际情况为网络链路设置不同的权重，从而生 成不同的保护虚环。 2 、结合已有路由和波长分配策略，笔者提出了一种基于遗传思想的路由和波长 分配算法，在该算法中，笔者引入了一套新型的染色体编码方式，该方式可 以有效地对下一代光网络中的业务属性进行描述，同时，笔者还提出了不同 策略的遗传算子、交叉算子以及变异算子。通过在笔者仿真平台上进行仿真， 可以发现，与传统遗传算法和波长分配策略相比，该算法提高了波长资源的 使用效率，同时节省了网络的成本开销。 3 、在研究下一代光网络生存性s j t $ , j 过程中，笔者提出了三种下一代光网络恢复 控制策略：基于链路恢复策略、基于通道并与工作路由不相关恢复策略、基 于通道并与工作路由相关恢复策略，并在仿真平台上进行了仿真，这三种恢 5 复策略可以应用于不同的网络环境下。 4 、共享风险链路组是网络规划人员在进行网络规划时所必需考虑的因素之一， 因此，笔者提出了两种基于s r l g 限制的共享保护算法：k w f f 和i f f 算法， 并在仿真平台上进行了仿真验证。通过仿真结果可以看到，与传统的共享保 护算法相比，i i f 和k w f f 算法都能给网络带来明显的性能改善。更重要的 是，k w f f 和i f f 算法是两种互为补充的算法。当网络中各条链路的风险系 数比较平均时，k w f f 算法的性能要优于i f f 算法，而当网络中各条链路的 风险系数差异性很大时，i f f 算法则更胜一筹，这就为网络规划人员在进行 实际网络规划时，面对错综复杂的网络环境，带来了更多的选择。 5 、p 圈保护算法被业内人士公认为是一种性能较优的保护算法，借助于朗讯贝 尔实验室项目依托，笔者对p 圈保护算法进行了全面的研究。为了简化传统 的p 圈配置协议，笔者借鉴了某些d c p c 的思想，并基于现有的研究平台， 提出了一种改进型的p 圈分布式配置协议。 6 、笔者在研究p 圈生成算法的过程中，综合考虑了p 圈有效权重、容量效率和 覆盖范围等多个因素，提出了一套应用于下一代光网络的静态p 圈尘成算 法，该算法统筹考虑了p 圈的基本特性，并结合下一代光网络自身的特点， 可以在复杂的格状网络中，实现基于p 圈的保护与恢复，最后，笔者将这套 算法应用到笔者所工作的仿真平台上，从p 圈生成数目、网络资源利用率、 网路资源冗余度等多个方面进行了分析和研究。 关键词： 下一代光网络，网络规划，网络优化，波分复用，路由技术，生存性技术 a b s t r a c t i n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k s ( i o 聊i st h em o s tp r o m i s i n gc a n d i d a t ef o r t h ef u t u r eb a c k b o n et r a n s p o r tn e t w o r k s ，w h i c hn o to n l ym e e t st h e i n c r e a s i n gn e e d so fb a n d w i d t h ，b u ta l s oc o p e sw e l lw i t ht h eb u r s t yi pd a t a t r a f f i c i n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k sc a na u t o m a t i c a l l ye s t a b l i s hd y n a m i c t r a f f i cc o n n e c t i o n sa n d e f f e c t i v e l yc o n f i g u r e n e t w o r kr e s o u r c e s s p o n s o r e db yt h e8 6 3p r o g r a mo fc h i n aa n dt h en a t i o n a ln a t u r es c i e n c e f u n do fc h i n a ，o u rr e s e a r c hw o r ki nt h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so ns o m ek e y t e c h n o l o g i e so fn e t w o r kp l a n n i n ga n ds u r v i v a b i l i t yi nn e x tg e n e r a t i o n o p t i c a ln e t w o r k i nt h ed i s s e r t a t i o n ，t h em a i ni n n o v a t i v er e s u l t sa r el i s t e da sf o l l o w s ： 1 t h en e wp l a n n i n gs t r a t e g yi sp r e s e n t e df o rn e x tg e n e r a t i o no p t i c a l n e t w o r k i nt h i ss t r a t e g y , t h e r ea r ef i v es u b - m o d u l e s ：t r a f f i cr e q u i r e m e n t s u b m o d u l e ，n e t w o r kl a y e rs u b m o d u l e ，r o u t i n g a n d w a v e l e n g t h a s s i g n m e n ts u b - m o d u l e ，t r a f f i ce n g i n e e r s u b m o d u l ea n dn e t w o r k s u r v i v a b i l i t ys u b - m o d u l e 2 t h en e w s t y l er o u t ew a v e l e n g t ha s s i g n m e n t ( r w a ) a l g o r i t h mb a s e d o ng e n e t i ca l g o r i t h m ( g a ) i sp r e s e n t e di nn e x tg e n e r a t i o no p t i c a l n e t w o r k i no r d e rt o i m p r o v ea l g o r i t h m sp e r f o r m a n c e ，t h i sp a p e r i n t r o d u c e sas e to fn e wc h r o m o s o m ee n c o d i n ga n dm e a n w h i l em a k e s s o m en e c e s s a r yi n n o v a t i o no na c r o s so p e r a t o ra n da b e r r a n c eo p e r a t o r a n dt h e nw ed om u c he x p e r i m e n tt ov e i l f yt h e r en e wi s s u e s f r o mt h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，w ec a nc o n c l u d et h a tt h i sa l g o r i t h mn o to n l yc a n e n h a n c et h en e t w o r kp e r f o r m a n c ea n da l s os a v et h ew a v e l e n g t hr e s o u r c e i nw d mn e t w o r k 3 n e t w o r ks h r v i v a b i l i t yh a sb e e no n eo ft h ek e yt o p i c sw h e nr e s e a r c h i n g t h eo p t i c a ln e t w o r k f o rn e t w o r ks u r v i v a b i l i t y , s e l e c tt w or o u t e ss h o u l d b es e l e c t e dt h a ta r ed i s j o i n tw h e nc o m p u t i n gt h ew o r k i n gr o u t ea n d p r o t e c t i n gr o u t eo rr e s t o r i n gr o u t e t h ep u r p o s eo ft h es h a r e d p r o t e c t i o n a l g o r i t h m su n d e rs h a r e dr i s kl i n kg r o u p ( s r l g ) c o n s t r a i n ti st os e a r c h t w or o u t e st h a ta r ed i s j o i n tf r o ms r l g o s h a r e d p r o t e c t i o na l g o r i t h m s u n d e rs h a r e dr i s kl i n kg r o u p ( s r l g ) c o n s t r a i n tw i l lb ep r e s e n t e d ；t h e y 7 a r ek w f fa n di f f a l g o r i t h m s i n t h ek w f fa l g o r it h m ，t h e k - s h o r t e s t p a t h ( k s p ) s t r a t e g yi si n t r o d u c e do ne v e r yw a v e l e n g t hp l a n e t os e a r c hu s a b l er e s o u r c e sa d e q u a t e l yi nt h en e t w o r k ，t h ew o r k i n gr o u t e a n dp r o t e c t i n gr o u t eo ne v e r yw a v e l e n g t hp l a n ec a nb es e l e c t e df r o mt h e b a c k u pr o u t es e t a n dw i t ht h ei t e r a t i v es t r a t e g ya n dt h ed o u b l ew e i g h t s o fl i n k ，i f fa l g o r i t h mc o u l da v o i dt h et r a pt h a tc a nr e s u l ti nd e t e r i o r a t i n g t h en e t w o r kp e r f o r m a n c e t h es i m u l a t i o na n dr e s u l t sa n a l y s i sw i l lb ei n t e r m so ft w op a r t s ，t h eo n ei sf r o mt h en e t w o r kp e r f o r m a n c e ，a n do t h e r o n ei sf r o mt h er e s o u r c e su t i l i z a t i o n f r o mt h es i m u l a t i o nr e s u l t s ，i tw i l l b ef o u n dt h a tc o m p a r e dw i t ho t h e ra l g o r i t h m s ，k w f fa n di f fa l g o r i t h m s c o u l dd e c r e a s et h eb l o c kp r o b a b i l i t ya n di m p r o v et h ep e r f o r m a n c ei nt h e n e t w o r k 4 w es t u d ya n dt e s ts e v e r a lp c y c l eg e n e r a t i o na l g o r i t h m sf r o md i f f e r e n t s t r a t e g i e s t h eb a s i ca p p r o a c ho fp c y c l ea l g o r i t h mi s t oi d e n t i f ya n e l e m e n t a r yc y c l e - s e tf i r s t l y , a n dt h e nt os e a r c hf o ri m p r o v e m e n t so nt h i s s e tt h r o u g hd i f f e r e n ts t r a t e g i e st oc r e a t et h ef i n a lp c y c l e - s e tw i t hh i g h e r e f f i c i e n c y t h ep c y c l eg e n e r a t i o na l g o r i t h m sw h i c ha r ep r e s e n t e di nt h i s p a p e r a r ei nt e r m so ft h r e e a s p e c t s t h a ta r e e l e m e n t a r yc y c l e s e t g e n e r a t i o n ，e x p a n s i o ns t r a t e g i e sa n de x p a n s i o nt i m e s a tl a s ts i m u l a t i o n a n da n a l y s i sw i t ht h e s ed i f f e r e n ta l g o r i t h m sw i l lb ep r e s e n t e d k e yw o r k ：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 ，n e t w o r kp l a n n i n g ，r o u t i n g ， n e t w o r ks u r v i v a b i l i t y 8 第一章绪论 随着网络技术的不断进步，业务模型在不断的变化，业务量也随之爆炸式的 增长。网络正向下一代因特网( n g i ，n e x tg e n e r a t i o ni n t e r n e t ) 和下一代网络 ( n g n ，n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) 迅速的变革，为了适应这种变化，光网络也正 朝着更加智能化、灵活、透明、优质和安全的下一代光网络发展。本章首先对于 光网络的发展趋势进行了探讨，然后结合当今热点的通信网络研究问题，综合阐 述了光网络技术的作用及其应用，并对我们在论文中即将展开深入研究的下一代 光网络规划与生存性技术进行了介绍，最后，简单概述了本论文的主要创新点和 论文的研究意义。 1 1 下一代光网路的发展趋势 智能光网络( i o n ，i n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k ) 是下一代光网络发展的核心技 术。由于在传统光网络的基础上引入了控制平面，故智能光网络能够完成动态、 快速的连接建立功能，实现网络资源的优化配置并提供灵活多样的服务。 1 1 1 电信网络发展回顾 1 9 世纪末到2 1 世纪的一百多年里，电信行业的发展将人类社会推向了信息 社会。尤其是最近十几年以来，电信行业一直是一个高速增长同时又充满变化的 行业。但随着电信行业步入调整期，电信价值链上的各个环节，尤其是作为电信 价值链核心的电信运营商，感觉到了前所未有的发展压力。虽然统计数据说明， 目前网络的业务量仍以高达每年5 0 - - - 1 0 0 的高速率持续增长，每隔6 一- - 9 个 月，骨干网的带宽需求就会增长一倍，但这种业务量的持续高增长并没有转化为 运营商利润的持续增长1 1 - 1 , 1 - 2 】。国际电信市场研究机构r h k 在对因特网的商业前 景进行调查后发现，电信业与互联网融合后，带宽的增长速度大于业务量的增长 速度，运营商成本的增长速度大于收入的增长速度【卜3 1 。因此，固网运营商陷入 了前所未有的历史性困境：多年来一直作为运营收入核心的语音业务增长不足， 数据业务迅猛增长，其带宽需求已经大大超出语音业务。但由于目前的传送网架 构并不适合承载数据业务，因此即使新的数据业务能够占用大量的带宽，这种业 务量的增长也无法转化为运营商利润的增长1 1 圳。 从传统意义上讲，电信行业是为处于不同物理地点的使用者提供通信连接服 务，并且根据信息传送的距离来进行收费。但最近随着电信新业务的广泛应用以 及互联网的快速膨胀，用户已经把注意力从原先关注不同地点的物理连接性转移 到关注网络运营商所能提供的服务上。同时，运营商自身推出的各种信息服务也 出现了愈加明显的地域无关性。而上述变化最终将导致电信运营商的收入更多地 取决于用户所能享受到的网络服务，而不是用户之间的物理距离。 除上述电信运营收入模式的转变以外，电信行业的市场运作规则也已发生了 巨大改变。随着技术的进步及网络容量的飞速提升，电信行业已经从保障通信需 求转变为鼓励消费者使用，电信市场正在经历从卖方市场到买方市场的巨大转 变。在这一转变过程中，电信行业为持续获得更大的收入就需要鼓励消费者更多 的使用网络，同时消费者在需求增长的条件下也对网络的使用及服务提出了更高 的要求。 面对收入模式和市场运作规则的巨大变化，以及愈发激烈的市场竞争，电信 行业价值链上的所有环节都在作出相应的转变。电信运营商需要不断开发能够带 来利润增长的新业务，同时，构建一个能够承载上述新业务的下一代网络，并采 用各种新技术大幅降低网络的投资成本( c a p e x ，c a p i t a le x p e n d i t u r e ) 以及运 营维护成本( o p e x ，o p e r a t i o n a le x p e n d i t u r e ) 【1 4 ，l 。5 ，川。 1 1 2 下一代光网络发展的特征 纵观各国开展网络基础设施和新理论新技术的研究，有如下发展趋势： 宽带化：互联网用户发展的速度已经不及过去那么快，但互联网业务量增 长速度不减，网络新业务对带宽的巨大需求，使得宽带化比预料的要来得 快【1 。7 】； 移动化：宽带多媒体移动网成为潮流，移动通信将在3 g 基础上向更高速率 和支持宽带多媒体业务方向发展，超3 g 则是目前所关注的重剧1 捌； 泛在化：随着信息技术在工业和社会各方面的应用，网络通信已经从人到 人( p 2 p , p e o p l et op e o p l e ) 的通信发展到人与机器间以及机器到机器间 ( m 2 m ，m a c h i n et om a c h i n e ) ，人们将生活在泛在( u b i q u i t o u s ) 的网络中。 1 4 在泛在网络中，将呈现综合化、智能化和多媒体化的发展趋势，除传统的 通信终端外，智能家电等也将成为一种新的通信终端。开放式体系架构和 标准接口，为提供新的业务和灵活的服务方式提供可能： 网格化：网络的发展和宽带化为终端的协同作业提供了可能，网格技术应 运而生，它不仅在科研、生产中得到应用，而且以终端为基础的p e e rt op e e r 的应用创造了条件【”】； 可信化：随着网络深入到人们的工作和生活中，社会的政治、经济、文化 等各方面对网络的依赖程度越来越大，信息安全成为非传统安全中影响最 大的因素。在电信网络中，口电信化，实现可控可管、安全可信； 智能化：光传送技术向超高速率、智能化的光联网方向发展，全光交换和 路由技术、智能光网络技术将成为下一代传输网的核心技术； 融合：固定和移动网、电信、计算机和广播电视网、语音和数据多媒体网 等) 继续呈现融合趋势，主要体现在业务应用融合并相互交叉、技术趋于 一致( 如i p 技术) 、网络问互联互通、号码与地址融合等等；网络融合不会 产生一个统一的物理网络，但会促进下一代网络的形成以及各类网络在技 术、业务应用、市场、终端、管制政策等方面的有机融合【l - l o 】； 1 1 3 业务驱动型的下一代光网络 光网络发展乃至电信网发展，其驱动力主要来自于三个方面，即技术、业务 ( 或者说是市场) 和政策( 见图1 - 1 ) 。三者相互依赖、相互影响，共同作用于光 网络的发展。众所周知，政策的导向对电信业发展的巨大影响毋庸置疑，故政策 对光网络发展的驱动作用不需赘述。这罩重点讨论技术和业务对光网络发展的驱 动作用【1 1 1 1 。 图1 1 光网络发展的驱动力 1 5 虽然技术和业务都是光网络发展的驱动力，二者的作用方式却是不同的，这 是由于技术和业务在光网络发展过程中所扮演的角色不同造成的。技术对光网络 起支撑作用，而光网络则又是业务的支撑者，业务对光网络的驱动力最终还要通 过技术起作用。当技术发展适应光网络发展需求的时候，就促进光网络的发展， 反之则阻碍光网络的发展。而光网络发展的需求来源于业务发展的需求，业务通 过与光网络的矛盾促进技术革新，从而带动光网络的发展。所以如果排除政策对 光网络发展的影响，技术、业务和光网络发展形成了一个传动作用的闭环，如图 1 2 所示1 1 - 1 2 1 。 图1 2 技术、业务和光网络发展传动环 所以，业务对光网络发展的驱动力是一种“拉动”作用，而技术对光网络 发展的驱动则是一种“推动作用。如果把光网络的发展比作是一辆四轮驱动 的汽车，那么它的前轮是业务，而后轮则是技术。然而，在这辆汽车的漫漫征途 上，前后轮的动力并不是均衡的，在行驶过程中，有时候驱动力主要来源于前轮， 而有时候则主要来自后轮。 历史经验证明，一项已有技术的革新或一项新技术的发明可能会极大地推动 一个市场的发展、导致一个新的行业的产生甚至可以引发一场工业革命，光通信 技术的发展对电信网的发展的影响就可以说是革命性的。光网络发展这辆四轮驱 动的汽车在上世纪之前行驶的历程显示，它的驱动力主要来自于后轮，即“技术 的推动。 本论文主要以下一代光网络规划与优化关键技术为主线，阐述了在下一代光 网络中，如何将传统的算法和思想与网络规划与优化结合在一起。通过上面的论 文，可以得出技术与业务对下一代光网络的发展起着不可估量的作用，因此，在 进行光网络规划过程中，我们一定要充分考虑技术与业务这两个重要因素。 1 6 1 2 论文结构 本论文一共分为五个章节，第一章主要分析了下一代光网络的历史和未来发 展方向，提出了光网络发展将从原来的以技术驱动型转向以业务驱动型，下一代 光网络的发展将完全服务于业务发展的现状，总而言之，业务将成为未来发展的 决定因素。 从第二章到第五章，将分别介绍了笔者在攻读博士期间，所进行的研究以及 相应的研究成果。 第二章是本论文的一个总纲，结合光网络规划的需求，笔者提出了一套适用 于下一代光网络发展的网络规划模型，该模型与传统的算法结合在一起，为下一 代光网络提供灵活、有效的网络规划方案。该模型可以支持基于i p 技术、 s o 删s d h 技术、光互联网技术的传输网规划，同时，还支持多种结构的网络 拓扑，包括点对点网络、环网、格状网络等。在该模型中，笔者提出了业务需求 分析梳理子模块、网络分层子模块、路由和波长测算子模块、流量工程子模块以 及网络生存性子模块，其中，每一个子模块恰恰成为了后面每个章节的研究重点。 在第二章的最后，笔者还提出了一种应用于下一代光网络环境的、基于生成树的 虚环规划算法，该算法简单易行，可以将传统的环形网络与目前主流的格状网络 结合在一起。 第三章在回顾以往经典的下一代光网路路由和波长分配算法基础上，提出了 一种基于遗传思想的路由和波长分配算法，该算法引入了一种新型的染色体编码 方式，并且对遗传算法中不同算子进行了改进，通过在笔者所工作的仿真平台上 进行验证，可以看出，该算法大大提高了网络的性能，降低了业务阻塞率。 第四章对下一代光网络生存性机制进行了研究，本章回顾了不同类型网络生 存性的基本特点，并在此基础上，提出了三种基于不同策略的恢复算法。此外， 本章还对多层网络中，基于共享风险链路组限制的共享保护算法进行了研究，提 出了两种基于s r l g 限制的共享保护算法，这些算法均在笔者所工作的仿真平台 上进行了仿真验证。 第五章系统地对p 圈保护算法进行了研究和分析。p 圈保护是网状网络中一 种保护方式，它结合了环形网保护和网状网保护恢复两者的优点。p 圈保护通过 空闲资源预先设置的环形通道来实现格状网络中的快速保护，同时允许工作通道 在网络资源图上选择最短的直达路由。在本章中，笔者着重对如何在格状网络中 1 7 配置p 圈以及如何生成静态p 圈的算法进行了研究，并提出了一套静态p 圈生成 算法。 1 3 论文中所实现的仿真平台 论文的工作将围绕智能光网络中的动态路由技术以及生存性技术展开。为了 对光网络的性能进行分析，并对解决方案的有效性进行验证，我们实现了一个具 有自主知识产权的、而且功能强大的下一代光网络路由及生存性仿真平台( 图 1 3 ) 。 仿真平台主要包括用户界面、业务发生器模块、网络结构配置模块、路由与 资源分配策略模块以及数据分析与处理模块组成。业务发生器模块可以实现各种 包括动态静态业务、泊淞自相似业务、均匀二l b - 均匀业务、m u l t i r a t e s i n g l e r a t e 业务、s c h e d u l e d r a n d o m 业务在内的多种业务模型。网络结构配置模块可以实现 对波长选择网络波长变换网络、多粒度网络单粒度网络、单层网络l i po v e rw d m 多层网络等多种网络结构。而路由与资源分配策略模块可实现对多种路由策略以 及网络生存性策略的仿真。数据分析与处理模块可以对包括业务阻塞率、带宽阻 塞率、业务流量分布、链路资源使用状况、波长变换增益以及故障恢复效率在内 的多种网络性能参数进行统计和分析，并向用户提交包括数据和图表在内的网络 性能分析报告。 在国家自然科学基金项目“w d m 全光网基础研究( 6 9 9 9 0 5 4 0 ) ”子项目“光 网络模拟软件的研究工作中，本仿真平台作为光网络模拟软件的一部分“网络 层性能仿真模块”通过了项目的验收。 在扩展了多粒度网络设计与性能仿真模块后，在国家“8 6 3 ”项目“多粒度 光交换技术与系统应用( 2 0 0 3 a a l 2 2 5 3 0 ) ”中，本仿真平台作为多粒度网络性能 仿真平台以及多粒度网络规划辅助软件工具通过了项目的验收。 在扩展了i po v e rw d m 多层网络性能仿真模块后，在教育部科技研究重点项 目“下一代光网络多层联合路由技术与生存性策略的研究 中，本仿真平台作为 多层网络性能软件仿真平台通过了项目的验收。 1 8 ) ，14 f f = = l ：- ：) k 1 + = t ，k 一s a爿气西j 、 图1 - 3 ：仿真软件平台主界面图 1 4 论文创新点说明 本文作者从2 0 0 2 年3 月起，陆续参与了多项国家8 6 3 项目、国家自然基盒 项目、与企业横向合作的项目以及实验室内部立项项目。本论文的内容是作者所 在的光通信与光波技术教育部重点实验室先进光网络研究室所承担的科研项目 研究工作的一部分。攻读博士学位的五年间，作者参与过的科研项目主要有： 1 国家自然科学基金项目重点项目“光网络管理关键理论和技术研究 ( 6 0 1 3 2 0 2 0 ) ： 2 国家自然科学基金项目“下一代光网络联合路由与生存性机制研究 ( 6 0 3 7 2 0 9 6 ) ”： 3 教育部科学技术研究重点项目“下一代光网络多层联合路由技术与生存 性策略的研究( 1 0 4 0 4 4 ) ” 4 朗讯贝尔实验室与北京邮电大学合作项目 5 中国电信北京研究院项目与北京邮电大学合作项目 在这一过程中，作者在下一代光网络规划与生存性的一些关键技术方面做了 大量调研、仿真、设计开发和理论创新工作，并形成了一些创新性成果。本博士 1 9 型篷一鎏”_蓠3|：_奚 论文可以看成是作者已有研究成果的综合、提炼和升华。本论文的主要创新之处 包括以下几个方面： 1 、结合下一代光网络的特点，以及笔者的网络规划经验，提出了一套面向下 一代光网络的网络规划方案。在该方案中，包含了业务需求分析梳理二子模 块、网络分层子模块、路由和波长测算子模块、流量工程子模块以及网络 生存性子模块。笔者将这些子模块进行了有机地结合，形成了一套光网络 规划模型。此外，笔者还提出了一种新型的、基于生成树和虚环保护思想 的网络规划算法，该算法将传统的环形网络与格状网的优点结合在一起， 不仅计算复杂度较低，而且非常灵活，可根据实际情况为网络链路设置不 同的权重，从而生成不同的保护虚环。 2 、结合已有路由和波长分配策略，笔者提出了一种基于遗传思想的路由和波 长分配算法，在该算法中，笔者引入了一套新型的染色体编码方式，该方 式可以有效地对下一代光网络中的业务属性进行描述，同时，笔者还提出 了不同策略的遗传算子、交叉算子以及变异算子。通过在笔者仿真平台上 进行仿真，可以发现，与传统遗传算法和波长分配策略相比，该算法提高 了波长资源的使用效率，同时节省了网络的成本开销。 3 、在研究下一代光网络生存性机制过程中，笔者提出了三种下一代光网络恢 复控制策略：基于链路恢复策略、基于通道并与工作路由不相关恢复策略、 基于通道并与工作路由相关恢复策略，并在仿真平台上进行了仿真，这三 种恢复策略可以应用于不同的网络环境下。 4 、共享风险链路组是网络规划人员在进行网络规划时所必需考虑的因素之 一，因此，笔者提出了两种基于s r l g 限制的共享保护算法：k w f f 和 i f f 算法，并在仿真平台上进行了仿真验证。通过仿真结果可以看到，与 传统的共享保护算法相比，i i f 和k w f f 算法都能给网络带来明显的性能 改善。更重要的是，k w f f 和i f f 算法是两种互为补充的算法。当网络中 各条链路的风险系数比较平均时，k w f f 算法的性能要优于i f f 算法，而 当网络中各条链路的风险系数差异性很大时，i f f 算法则更胜一筹，这就 为网络规划人员在进行实际网络规划时，面对错综复杂的网络环境，带来 了更多的选择。 5 、p 圈保护算法被业内人士公认为是一种性能较优的保护算法，借助于朗讯 贝尔实验室项目依托，笔者对p 圈保护算法进行了全面的研究。为了简化 传统的p 圈配置协议，笔者借鉴了某些d c p c 的思想，并基于现有的研究 平台，提出了一种改进型的p 圈分布式配置协议。 6 、笔者在研究p 圈生成算法的过程中，综合考虑了p 圈有效权重、容量效 2 0 率和覆盖范围等多个因素，提出了一套应用于下一代光网络的静态p 圈生 成算法，该算法统筹考虑了p 圈的基本特性，并结合下一代光网络自身的 特点，可以在复杂的格状网络中，实现基于p 圈的保护与恢复，最后，笔 者将这套算法应用到笔者所工作的仿真平台上，从p 圈生成数目、网络资 源利用率、网路资源冗余度等多个方面进行了分析和研究。 参考文献 1 - 1 韦乐平光网络的发展、演进和面临的挑战中兴通讯技术2 0 0 2 年第4 期2 0 0 2 年8 月p a g e s ：卜4 卜2 p e t e rt o m s u ，c h r i s i t a ns c h m u t z e r n e x tg e n e r a t i o no p t i c a l n e t w o r k s ：t h ec o n v e r g e n c eo fi pi n t e l l i g e n c ea n do p t i c a lt e c h n o l o g i e s p e a r s o ne d u c a tio n 2 0 0 2 卜3 d e b a n j a ns a h a n a s i rc h a n i i p o p t i c a li n t e g r a t i o n i e e en e t w o r k v 0 1 1 5 n o 4 2 0 0 1 p a g e s ：1 2 卜4 j v a nb o g a e r t c o n v e r g e n c eo ft h eo p t i c a la n dd a t al a y e r s a l c a t e l t e l e c o m m u n i c a t i o n sr e v i e w 2 r dq u a r t e r2 0 0 1 p a g e s ：1 3 5 1 4 1 卜5 i t u tr e c o m m e n d a t i o ng 8 0 7 y 1 3 0 2 r e q u i r e m e n t sf o ra u t o m a t i c s w i t c h e dt r a n s p o r tn e t w o r k s ( a s t n ) j u l 2 0 0 1 卜6 i t u tr e c o m m e n d a ti o ng 8 0 8 0 y 1 0 3 4 a r c h it e c t u r ef o rt h e a u t o m a t i c a l l ys w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k ( a s o n ) n o v 2 0 0 1 1 7 r a o u fb o u t a b a ，e ta 1 l i g h t p a t h so nd e m a n d a w e b s e r v i c e b a s e d m a n a g e m e n ts y s t e m i e e ec o m m u n i c a t i o nm a g a z i n e ，2 0 0 4 ，7 ：1 0 1 1 0 7 1 8 w a n gj i a y i n g ，z h a oj i j u n ，l i us a i a d a p t i v eo p t i c a lt r a n s p o r t n e t w o r k o p t i c a lc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y 2 0 0 5 7 ：4 - 7 卜9 f a b i ob a r o n c e l l i ，b a r b a r am a r t i n i ，l u c av a l c a r e n g h i ，e ta 1 a s e r v i c eo r i e n t e dn e t w o r ka r c h i t e c t u r es u i t a b l ef o rg l o b a l g r i d c o m p u t i n g w w w u n i x g r i d f o r u m o r g m a i l _ a r c h i v e g h p n w g 2 0 0 5 0 6 p d f 0 0 0 0 0 p d f 卜1 0 h t t p 卜1 1 h t t p 卜1 2 h t t p q 叫 q w w w c i e n a c o m w w w n o t e l n e t w o r k s c o m w w w 1 u c e n t c o m 2 1 1 - 1 3 h t t p ：| 删h u a w e i t o m 1 - 1 4 h t t p ：w w w a t t c o r n 卜1 5 王健全a s o n 发展的三段论通信产业报2 0 0 4 一1 2 1 7 卜1 6 国内首个a s o n 智能光网络在江苏正式投入运行人民邮电报 2 0 0 5 - 1 - 2 7 卜1 7 韦乐平光通信技术的发展趋势和展望电信科学2 0 0 3 年第8 期p a g e s ：卜5 1 - 1 8 o f c 2 0 0 1c o n f e r e n c ep r o c e d i n g s m a r 2 0 0 1 1 - 1 9 o f c 2 0 0 2c o n f e r e n c ep r o c e d i n g s m a r 2 0 0 2 1 - 2 0 m i k a c ，b i n k r e t ，r l j o l j e m a v a i l a b i l i t ym o d e l l i n g o f m u l t i s e r v i c ep h o t o n i cn e t w o r k p r o c e e d i n g so f6 t hi n t e r n a t i o n a l c o n f e r e n c eo nt r a n s p a r e n to p t i c a ln e t w o r k s v 0 1 1 j u l 2 0 0 4 p a g e s ：4 7 5 2 1 - 2 1 r a u fi z m a i l o v ，s a m r a tg a n g u l y ，a n dt i n gw a n g h y b r i dh i e r a r c h i c a l o p t i c a ln e t w o r k s i e e ec o m m u n i c a t i o n sm a g a z i n e n o v e m b e r 2 0 0 2 p a g e s ：8 8 9 4 卜2 2 p i n - h a nh o ，h u s s e i nt m o u f t a h ，j i n gw u as c a l a b l ed e s i g no f m u