（通信与信息系统专业论文）多层通信网络业务流疏导问题研究.pdf

摘要 光传送网( o p t i c a lt r a i l s p o r tn e t w o r k ，o t n ) 包括基于s d h 的第一代光网络 和基于w d m d w d m 的第二代光网络，它为当前的通信业务提供了巨大的带宽 容量，已发展成为通信网的骨干网络。i p m p l so v e ro t n 代表了下一代网的发展 方向，并使传输网络结构呈现出多种层次的特征。无论s d h 还是w d m 网络， 现阶段的交换机制仍属于电路交换，其本质是以固定颗粒度为通信业务分配带宽， 而i p 的交换机制是分组交换，可给数据业务流分配任意粒度的带宽，因此业务流 疏导问题是当前洲p l so v e ro t n 的研究热点，它直接影响到网络资源的优化 利用、网络的吞吐量性能及业务流的服务质量。 本文对i p m p l so v e rw d m 和刀p m p l so v c rs d ho v e rw d m 网络中的业务 流疏导问题进行了深入研究，提出了新的适合于多层网络结构的业务流疏导模型， 给出了业务流疏导策略和相关算法，主要工作包括： 1 皿帆s 钾e r w d m 光网络的动态路由优化模型及选路算法 i p m p l so v e rw d m 网络以光路承载具有不同带宽颗粒度的标记交换路径 ( l a b e ls 谢t c h e dp 础，l s p ) ，w d m 层通过路由和波长分配算法( r o m i i l g 卸d w a _ v e l e n g t l la s s i 割m e 鸲r w a ) 为碑m p l s 层建立光路，同一职m p l s 层结点对 之间不同的链路在w d m 层具有不同的光路路径或波长。一条光路在w d m 层的 路径反映出该光路对w d m 层光纤链路上波长资源的消耗情况。在动态业务环境 下，随着l s p 的建立或拆除，光路的可用带宽也在改变，因此光路的代价应当由 光路所占用的w d m 层波长链路总代价和光路可用带宽共同决定。论文第2 章根 据这一思想设计了i p m p l so v 盯w d m 网络中最小化全网光路总代价 ( m “m i z i n gt 1 1 et o t a lc o s to f l i g l l l p a t l l s ，m t c l p ) 的动态路由优化模型，结合该 优化模型和分层图模型，提出m t c l p 的综合选路算法，较之两种代表性的光网 络选路算法一m i n t h 和m i n l p ，m t c l p 对动态l s p 连接请求具有更低的阻塞 率和波长链路资源的消耗。 2 光收发器受限的m p l so v e r w d m 光网络中多优先级l s p 选路算法 波长一致性约束下的原始分层图模型主要用于全光网r 、 ，a 问题的求解，当 其应用于m p l so v e rw d m 网络时，存在两个缺陷：( 1 ) 模型中各波长平面互不 连通，在一个l s p 需要被多跳光路承载的情况下，分层图模型要求这些光路的波 长必须相同，但通过o e o 转换，承载l s p 的多跳光路的波长允许不一致，而且 g m p l s 规定波长本身可以被作为标记，因此采用原始分层图模型的l s p 选路就 增大了网络阻塞率：( 2 ) 原始分层图模型不考虑m p l s 层和w d m 层之间的光收 发器资源，但在实际网络中，光收发器数通常是受限的，因此可用光收发器数可 能成为l s p 选路的制约瓶颈。 针对这两个缺陷，论文在第3 章首先提出一种扩展分层图模型，将光收发器 等效为一种链路资源，针对不同l s p 具有不同q o s 要求的特性，对l s p 进行了 优先级划分，设计了动态业务环境下的多优先级l s p 选路算法区分综合选路 算法( d i 丘c r e n t i a t i n gi n t e f a t e dr o l n j n ga l g o r i t h r n ，d t a ) 。d i r a 把l s p 的端到端 时延转换成对承载l s p 的光路的跳数约束，综合考虑了对标记交换路径q o s 的满 足和网络资源的优化利用。在提高网络总的吞吐量，降低有时延约束标记交换路 径的阻塞率方面，d i r a 具有良好性能。 3 融合i p 、s d h 和w d m 网络的三层网络业务流疏导算法 就广大运营商而言，现阶段在发展w d m 网络的同时，仍需保留s d h 网络， 通过s d h 网络提供的传统语音业务来保证网络收益，而且s d h 网络本身也可以 通过s d ho v e r w d m 进行扩容。第4 章提出一种融合口o v e r s d h 、i p o v e r w d m 及s d ho v e rw d m 的三层网络结构，基于整数线性规划设计了这种三层网络结构 下的业务流疏导问题的优化模型，并在小型网络中利用优化软件对模型进行了求 解。由于三层网络业务流疏导问题是n p c o m p l e t e 问题，我们给出了三种启发式 算法叫s i ra d t 、m a f i r a m n 和l c b r f i r a m n 来求解大规模三层网络的 业务流疏导问题。 4 三层网络中的虚拓扑优化重构 三层网络中s d h 和i p 层的拓扑都是可重构的，它们由特定的疏导算法基于 某一业务矩阵生成，而采用贪婪算法的启发式疏导算法极易使网络资源( 比如光 纤链路上的波长、层间接口设备等) 的利用陷入“局部最优”。针对此问题，第5 章提出全局路径最优供给策略( s 仃a t e g ) ro f g l o b a lp a mp r o v i s i o i l s t r a g p p ) 实现虚 拓扑重构。s t r a g p p 在保证没有业务流损失的前提下，利用禁忌搜索算法来进一 步优化网络资源配置。 关键词：光传送网蜊p l sw e ro t n多层网络业务流疏导选路算法 网络资源 a b s t r a c t o p t i c a lt r a 幡p o r tn e t w o r k s ( 0 1 n s ) i n c l u d et h ef i r s tg e n e r a t i o ns d h n e t 、v o r k s a 1 1 dt l l e c o n dg e n e m t i o nw d m d w d mn e 似o r k s ，w h i c hh a v ee v o l v e di m ot l l e b a c k b o n ef o rc o m m u i l i c a t i o nn 出w r l 岱d u et ot l l e i re n o n i l o u sc 印a c i 够i p m p l s o v e r0 盯叮sr e p r e s e n t sa ne v o l u t i o nd i r e c t i o no f n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k s ，w l l i c hi s c h a r a c t 甜z e db yt 1 1 e 觑【m e w o r ki i l v o l v i n gm l l l t i l a y e r 仃a n s p o r tn e m o r k s ni sn o t e d t h a tm es 、】v i t c l l i n gt e c l l l l i q u e si l lt o d a y ss d ha 1 1 dw d mn e t w o r k ss t i l le n l p l o y c i r c u i ts 、i t c l l i n 舀i e ，t l l eb a i l d m d t hi sa l l o c a t e dt os e n ，i c e sa c c o r d i n gt os o m ef i x e d 伊a 1 1 u l a r i t i e s h o w e v t 1 1 eb 柚d 晰d mo fi p 仃a m cn o w si sv a r i o l l s t 1 1 i sr e s u l t si i l n a f f i cg r o o m i n gb e c o l i l i n gar c s e a r c hh o t s p o ti l l 口0 v e r0 1 n s t h er e s e a r c ho n 倘cg r o o m i i l g 铲e a t l yi 1 1 f l u e n c e st l l eo p t i m a lu t i l i z a t i o no fn e t w o r kr c s o u r c e ， n e 呐o r km r o u g h p u t 趾dq l l a l 毋o f s e i c e i n l i sd i s s e r t a t i o n ，位a m cg r o o m i n gi i li p m p l so v e rw d ma i l d o ri p m p l s o v e rs 阴o v e rw d mn 神o r k sa r er e s e 缸c h e dm 叫o u 曲l y o l 】fw o r kf o c l l so n 也e p r e 跎n t a d o no fan o v e lm l l l t i l a y 盯n e t 、) l ，o r k 疗a l n e w o f kt h em a m e m a t i cm o d e lf o r 仃a 舨cf o o m m gi nm u l t i l a y e ri l e t w o r i 【s ，m u t i n ga l g o r i t l l m 甜l dr e s o u r c ea l l o c a t i o n s 仃a t e g y t h em a i n o u t c o m e sa r ed 印i c t e d 嬲f o l l o w s 1 d y 丑a m i cm u 血go p 恤咀a im o d d 柚dm u t i n ga l 酗r i t h mi n 口，m p l so v e r ，d mn e t w o r l 碍 l a b e ls w i t c h c dp a 廿1 s ( l s p ) 谢t hv a r i o l l sb a n d 谢d t l lg r a i l u l 捌t i e si i la 1 1i p m p l s o v e rw d mn 嘶o r ka r ec a m e db yl i 曲t pa _ c 1 1 st i l a ta r eo 髓r e db yw d ml a y e rt h m u 曲 r o u t i n ga i l dw a v e l e n g t h 船s i 掣1 l l l e n t ( 则队) a l g o r i l i n as e r i e so fl i 曲t p a t l l sb 鲍v e e n t l l es 锄en o d ep a i ra ti p m p l sl a y e rh a v ed i n e r e n tp a t h so rw a v e l e n g t l l sa tw d m l a y e r al i 曲t p 础sp a t l la tw d ml a y e r ，、) l 桩c hi sc o m p o s e do f as e r i e so f w a v e l e n g t l l l i “k s ，a c t u a l l yr e n e c t st l l ew a v e l e n 垂hc o n s u m p t i o ni nt l l ef i b e fl i n i 【sp 勰s e db ym c l i 曲t p 灿a d d i t i o i l a l l y ，m c a v a i l a b l eb a n d w i d mo fal i 曲t p a t hv a r i e s 、v i t ht h e d y n a m i cn a 街cn o w s碱c hc a u s em el s p se s t a b l i s l l i n g o r t e a r i l l gd o w n d y n 锄i c a l l y n 鹏，m ec o 吼o fah 曲t p a ms h o m db ed e t e m i n e db yn l en 啪b e ro f w a v e i e n g t l ll i n l ( sa i l dt h ei i 班p a m sa v a i l a b l eb a l l d 诮d t h i nc h a p t e r2 ，ad y n 锄i c r o u t i n go p t i m a lm o d c l - m i i l i m i z i l l g t l l et o t a lc o s to fl i 曲t p a t l l s ( m t c l p ) i s p r o p o s e d c o r r e s p o n d i n g l y ，a ni m e 伊a t e dm u t i n ga l g o 打c 量l ma l s oc a l l e da sm t c l pi s d e v e l o p e do nt h eb a s i so ft h i sk i n do fo p t i m a lm o d e la n dl a y e r e d 掣a p h c o m p a r e d w i t ht 、v or e p r e s e n t a t i v em u t i n ga l g o 珊1 1 1 1 si i lo p t i c a ln e t w o r k s ，m t c l p h a sl o w c r b l o c l ( i n gp r o b a b i l 时a 1 1 dl e s sc o n s u m p t i o nt ot t l ew a v e l e n 甜hl i l l l ( s 2 r o u t i n ga l g o r i t h m s f o r m u l t i p r i o r i t y l a b ds w i t c h e d p a t h i n o p t i l - t r a n s c e i v e r - c o n s t 兆i n tm p l so v 盯w d mn e 协o r k s o r i g i l l a ll a y e r e dg r 印ht h a tm u s tg u a r a n t e ew a v e l e n g mc o n s i s t e n c yi su s e dt o s o l v er w ap m b l e m si i la l l - o 州c a ln e t w o r k s a si ti sl l s e di 1 1m p l so v e rw d m n e t 、v o r i ( s ，t 1 1 e r ce x i s tt 、os h o r t c o m i n g s f i r s t l y ，a l i 、张v e l e n g t hp l a n e s mai a y e r e d 掣a p ha r ei s o l a t e de a c ho t h e r t 1 1 i sc a s er e q u i r e st l l em u l t i - h o pl i 出p a m st oc a r r ya l s pm l l s th a v et l l es 锄ew a v e l e n g t l l ，w h e r e a st h e s e1 i 曲t p a 让l sc 锄h a v ev a r i o l l s w a v e l e l l g t hn 锄g h0 一e 一0c v e r s i o n a d d i t i 伽a l l y ，w a v e l e n g 山i sv i e w e d 私a k i n d o fl a b e li i lg m p l sp a m d i 蛐，w h j c hm e a i l si tc o u l db es 、v i t c h c d a sar e s i l l t ，t h e b l o c l ( i n gp r o b a b i l 时o fl s pe s t a b l i s e n ta r i s e ss h a r p l yw h e ne m p l o y i n go r i 百n a l l a y e r e d 鲫h s e c o n d l y ，o p t i c a j 订a n s c e i v e ri s n o tc o l l s i d e r e di no r i g i n a ll a y e r e d 掣a p kb mt l l en 啪b e ro fo p t i c a l 乜a n s c e i v e ri si i i n i t e di np r a c t i c a ln e t w o r k sa n d s o m e t i m e so p t i c a l 仃a n s c e i v e ri sp e r h a p sm em a i l lb o m e n e c kw b e nr 0 1 l t i n gal s p t h ee x t e n d e dl a y e r e d 掣印hi sp r o p o s e di nc h 印t c r3t 0s o l v et h e s ep r o b l e m s ，i n w h 主c ho p t i c a ln 锄s c e i v e ri sp r o c c s s e d 勰a 虹n do fj i n kr e s o u r c e s f u r m m o r e ，a l s p sp r i o r i t yi 8e v a l u a t e da c c o r d i n gt 0i t sq o sr e q u e s t ，t h u sd i 丘钉e n t i a t i n g i m e 口a t e dr o u t i n ga l g o r i t l l m ( d i r a ) i sp r o p o s c df o fe 曲如l i s h i i 培m u l t i p r i o r i t yl s p s d i r a 诅k e si n t oa c c o u mal s p sq o sa | 1 dt h eo p t i m a ln 嘶o r kr e s o u r c eu s a g e c o m p r e h e i l s i v e l yb yt 1 1 em e t h o dt h a tc o f l v e n sal s p se n d t o e n dd e l a yt ot l l eh o p b o u n do fl i 曲t p a 吐培吐l a t c a 力yt 1 1 i sl s p ，m l l sd i i 认c a i lr e d u c en ：i eb l o c k i n g p r o b a b i l 埘o f d e l a y - c o l l s t r a i ml s p a n di n l p r o v en e m o r k t l l r o u g l l p u t 3 a l g o r i t h m sf o rt m 佑cg m o m i n g i nt h 代e - i a y e rn c t w o r b i n v o i ，i n gi p s d h ， a n dw d mn e t w o i k s f o rm o s to ft e l e c o ms e n 五c ep r o v i d e r s ，t l l ed e v e l o p m e n to fw d mn e t w o r l ( s d o e s n tm e a i ls d hn e t w o r k ss h o u l d b ea b a n d o n e db e c a u s et l l e i ri n l p o r t a n t r e v e n u e g e n e r a t i n gv o i c eb u s i n e s sa i l d o ro t l l 盯s e i c e sa r es t i l lo p e r a t e db ys d h n e t 、v o r k s i na d d i t i o n ，t h ec a p a c i t yo fs d hn 哪o r k s c a l lb ee x p a i l d e dt h j d u 班s d h o v e rw d m f o rt h i sc a s e ，at h r e e l a v e rn e t w o r kf r 锄e w o r kt 1 1 a ti n v o l v e si po v e r s d h ，i po v e rw d m ，a i l ds d ho v e rw d m i sp r o p o s e di nc h a p t e r4 a no p t i m a l m o d e lf o r 仃a m cg m o m i n gi nt h r e e l a y e rn e t w o r k si s p r e s e n t e do nt h eb a s i so f i n t e g e rl i n e a rp r o g r a i 砌i n g v a l i d i t yo ft l l ep m p o s e do p t i m a lm o d e li sp r 0 v e db y e m p l o y i n gt l l eo p t i m a ls o 行w a r et og e tt t l em o d e l ss 0 1 l n i o ni nas m a l ls i z en e t w o r k s i n c eo u ro p t i m a lm o d e if o r打a 伍c g r o o m i n g i n t l l r e e 1 a y e rn e t w o r k si s n p c o m p l e t e ，t h r e e k i n d so fh e u r i s t i c s r s - i ra 删，m a f i r a m na n d l c b r f i ra m na r ed e v e l o p e d 4 v i n l l a lt o p o l o g yr 蟹n 行g u m t i o ni n 恤黔l a y e rn e t w o r l 谗 h lt l l r e e l a y e rn e 咖d 【st 1 1 et o p o l o g yo fs d ha 1 1 di pl a y w h i c ha r ec o n s 臼u c t e d b yas p e c i f i ca l g o r i t h mf o r 仃a m c 掣o o m m ga c c o r d i n gt 0s o m e 蝴cm a t r i c e s ，a r e b o t l lr e c o l l | j g u r a b l e s o m e 掣e e d ya l g o r i m m sm a k e 廿1 eu t i l i z a t i o no fi l e t v m r k r e s o u r c e ( w a v e l e n g t l li n 丘b e rl i l l l ( n l ei i l t e r f 如ee q l l i p m e n tb e t w e e nl a y e r s ，e t c ) l i m i t c dt 0 m eg 咖sw h i c ha r cc o n e s p o n d i n gt ol o c a lo p t i m i z a t i o n s 虹a t e g yo f 酉o b a lp 础p r o 、，i s i o n ( s 讹g p p ) w 1 1 i c hi 81 1 s e df o rv i r t i l a lt o p o l o 醪r e c o n 丘g i l f a t i o ni s p r o p o s e di i lc b 印t e r5 s t r a g p pu t i l i z c st a b u - s e a r c hh e l 】r i s t i ct oo p t i i i l i z en e 抑o r k r e s o u l eu t i l i z a t i o no nt 1 1 ec o n d i t i o no f n ol o s so f n _ a 街cf 】o w s k e y w o r d s ：o p 6 c a i 旬哺n s p o r tn e 细o r k 口，m p l sw e ro t nm u l t i - l a y e r n e 撕o r k t a 街c 伊m o m i n gr o u t i n ga l g o r i t h m n e t w o r kr 髓o u l e a d m a s o n a 1 1 c r l d p c s p f d w d m f d m g m p l s i l p i p l m p l s p l s r l o l s m o n e t n n i o a d m o i f o s p f o t n o x c q o s r s v p r w a s a d m s d h s d m 1 d m t e u n i 简略字表 a d d d r o pm u l t i p l e x e r a u t o m a t i cs w i t c h e do p t i c a ln e “b r k a s y l l c l o n o l l st r a l l s f e rm o d e c o i l s t r a i n t b 船e dr o u t i n gl d p c o n s n 伍n e ds h o r t e s tp a t l lf i r s t d e n s ew a v e l e n g t l ld i v i s i o nm u t i p l c x i n g f r e q u e n c yd i v i s i o nm u t i p l e x i i l g g e n e r a lm u l t i - p r o t o c o ll a b c ls 砒c h i n g h l t c g e rl i i l e a rp m 掣髓m l i n g i i l t e m e tp r o t o c o l l i l l l cm 锄a g e m e mp r o t o c 0 1 l a b e ls w i t c h e dp a t h l a b e ls w i t c hr o u t e r m u i 廿一p r o t o c o ll a b c ls 谢t c h i i l g m u h i - w a v e l e n g 山o p t i c a ln e t w o r l d n g n e t v r k n e t w o r ki m e r f a c e o p t i c a la d d - d m pm 1 l l t i p l e x e r o p t i c a li i l t e m e tf o m m o p e ns h o r t e s tp a _ i l lf i r s t o p t i c a lt r a l l s p o nn e t w o r k o p t i c a lc r o s s c o 曲e c t o r q u a l i t yo fs e r 、，i c e r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l r o u t i n ga n dw a v e l e n g ma s s i g n m e n t s d h a d d d r o pm u l t i p l e x e r s y n c h r o n o l l sd i g i t a lh i e r a r c h y s p a c ed i v i s i o nm u t i p l e x i n g t i m e d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g t r a 艏ce n g i n e e r i n g iy s e r n e t w o r ki n t e r f a c e 分插复用器 自动交换光网络 异步转移模式 基于受限路由的标记 分发协议 受限最短路径优先 密集波分复用 频分复用 通用多协议标记交换 整数线性规划 因特网协议 链路管理协议 标记交换路径 标记交换路由器 多协议标记交换 多波长光网络 网络一网络接口 光分插复用器 光互联网论坛 开放最短路径优先 光传送网 光交叉连接器 服务质量 资源预留信令协议 选路与波长分配 s d h 分插复用器 同步数字系列 空分复用 时分复用 流量工程 用户一网络接口 w d m w a v e l e n 舀hd i v i s i o nm u t i p l e x i n g 波分复用 d i r a e l o i r a o t l c b r f m a f m t c l p m i n l p m i i l t h r s s t r a g p p 与本文所提算法相关的重要简略字 d i 脏r e n t i a t i n gi n t e g r a t e dr o u t i n ga 1 9 0 r i 妇 e x t e n d e dl a y e r e dg r a p h h l t e g r a t e dr o u t i i l gm g o r i m mf o rm u l t i l a y e r n e 柳o r k s l e a s tc o s tb a n d w i d t hr a t i of i r s t m a x i m 哪a m o u n tf i r s t m i i l i m i z i n g 血et o t a lc o s to fl i 曲t p a n l s m i i l i m i z i n gt h en u m b e ro f l i 曲t p a t t ：略 m i l l i m i z i n gt r 械ch o p s r a i l d o m l ys e l e c t s t r a t e g yo fg 1 0 b a lp a t hp r o v i s i o n 区分综合选路算法 扩展分层图 多层网络联合选路 算法 费用带宽比最小优先 总量最大优先 最小化全网光路总代 价 最小化光路数 最小化传输跳数 随机选择 全局路径供给策略 符号表 6 ( 呓4 )分层图模型中光路譬4 的可用带宽 c光纤链路中每波长的容量 c ( 艺9 )分层图模型中光路嘭4 的链路代价 五 多层网络中w d m 层分配给s d h 层的波长数 乃 多层网络中w d m 层分配给i p 层的波长数 c _ 4从i p 层结点- ，到s d h 层的层间链路容量 c f “从m 层结点歹到w d m 层的层间链路容量 c f “从s d h 层结点甜到w d m 层的层间链路容量 c r y 从s d h 层到口层结点的层间链路容量 c r y从w d m 层到i p 层结点的层间链路容量 c r 从w d m 层到s d h 层结点甜的层间链路容量 _ ，嚣4分层图模型中波长链路p 二是否被光路嘭4 占用的标志 j 一甜i p 层结点对( 岛d ) 第f 个颗粒度为y 的业务请求被网络接纳的标志 ，一酽 i p 层结点对( sd ) 第f 个颗粒度为) ，的业务请求的路径经过i p 层结点 对( f ，_ ，) 的标志 薯9分层图模型五波长平面上结点对( _ ，) 之间的第g 条光路 戚分层图模型五波长平面上结点对( 所，疗) 之间的波长链路 躜：分层图模型中结点对( 最d ) 之间请求带宽为) ，的i p 业务流是否由五波 长平面上的光路学9 承载的标志 s 一只， s d h 层结点对( s ，d ) 第价颗粒度为y 的业务请求被网络接纳的标志 s 一彰。 s d h 层结点对( s ，d ) 第f 个颗粒度为y 的业务请求的路径经过s d h 层 结点对( “，v ) 的标志 y i p 层结点对( t 歹) 的容量为y 的链路集中，在s d h 层的映射路径 经过s d h 层结点对( 甜，v ) 的链路数 分层图模型五波长平面上结点对( _ ，) 之间的光路数 i p 层结点对( f ，_ ，) 的链路集中，由w d m 层提供的链路数 i p 层结点对( f ，) 容量为y 的链路集中，由s d h 层提供的链路数 s d h 层结点对( “，v ) 的由w d m 层映射到s d h 层的链路数 i p 层结点对( f ，) 的链路集中，由w d m 层提供的链路数 s d h 层结点对( 辑v ) 的链路集中，在w d m 层的映射路径经过 w d m 层结点对( 聊，珂) 的链路数 业务请求带宽颗粒度 嘭嘣噼僻 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个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 包含其它人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 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做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： 日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技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西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文( 与学位论文相关) 工作成果时署名单位仍然为 西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学 校可以公布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 存论文。( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名： 导师签名： 日期： 日期： 第1 章绪论 第1 章绪论 本章首先介绍了论文的研究背景、多层次传输网络的发展和演进，然后着重阐 述了i po v e rw d m 光网络业务流疏导问题的主要研究内容和研究现状，包括静态 和动态业务流疏导、流量工程等问题，最后给出全文的内容安排。 1 1 研究背景 近年来，通信网络正以惊人的速度在全球发展，它己成为全球信息交流、信 息储备的主要途径。伴随着网络规模的扩大和应用的逐步扩展，网络中信息流量 迅猛增加，对网络容量提出了严峻挑战，同时随着用户需求的多元化增长，特别 是具有实时要求的新兴业务( 如v o i p ，视频会议，多媒体远程教学，视频点播等) 不断出现，更要求通信网络能提供针对不同业务的高效端到端服务质量( q u a l 蛔o f s e n r i c e ，q o s ) 支持。通信业务量的增长和对q o s 的需求导致新的网络体系结构的不 断出现，其中最引人注目的是互联网( h n e r i l e t ) 和光通信技术的结合【”】。通信业 务，尤其是互联网业务对网络带宽飞速增长的需求推动了基于波分复用 ( w 打e l e n g t l ld i v i s i o nm u l t i p l e x i n 岛w d m ) 技术的光网络的研究和应用【4 】。目前 1 6 t b s 的w d m 传输系统已经商用；n e c 和舢c a t e l 公司的w d m 分别实现了总量为 l o 9 t b i 以( 2 7 3 4 0 g b i 以) 和l o 2 t b i 洮( 2 5 6 4 0 g b i 佻) 的传输系统【”。西门子的 研究人员日前也宣布1 6 0 g b i 例波长( 即使用光时分复用技术把不同的1 0 g b i 如信道 集成到一个波长上) 技术将在未来两年内获得大规模应用【6 】。显然，w d m 传输技 术提供的丰富带宽资源使得以光网络传送海量的互联网业务成为可能。同时，光 子技术的不断成熟也使得在w d m 层直接处理光信号、建立和动态分配光通道、快 速恢复与保护成为可能。随着光交叉连接器( o p t i c a lc r o s s - c o n n e c t o r ，0 x c ) 和光 分插复用器( o p t i c a la d d - d f o pm u l t i p l e x e r ，0 a d m ) 等光结点设备的成熟，光通信 正从点到点波分复用通信系统向具有交换能力的光传送网络发展以( 这里的光 传送网泛指第一代s d h 光网络和第二代w d m 光网络) ，这使得大容量的光传送网 将成为未来通信网络的骨干传输网。 就交换的角度而言，通信网络将融合多种交换机制，包括传统电信网中使用 的数字电路交换、i p 网络采用的分组交换、d m 光网络中的光路交换，这使得现 有的通信网络呈现出多种网络层次的特点，而不同的网络层次可能采用不同的交 换机制。早在1 9 9 6 年，美国国防部先进研究项目署d a m 狐支持下的m o n e t 项目组 就提出了基于光传送网的多层网络概念【1 ”。m o n e t 项目组认为，未来的通信网应 当是分层结构的，基础层是波分复用层，它由完全受网管控制的、具有重配置能 力的光网络单元组成，用于支持电层的业务传送；位于光层之上的是电子层，包 2 多层通信网络业务流疏导问题研究 括a t m 、s o n e t s d h 等传统形式或者未来可能出现的电信号传送模式；最上面是 应用层，图1 1 反映的是m o n e t 项目组对多层网络中网络层次的观点。 图1 1m o n e t 针对多层网络的观点 随着光交叉连接器0 x c 和光分插复用器o a d m 等器件的成熟，m o n e t 项目 组所提出的多层网络无论从网元设备还是网络体系结构上都已变得非常现实。多 个标准化组织，例如国际电信联盟i t ut 、i n t e m n 工程任务组m t f 、光联网论坛 0 i f ，都针对多层网络制订了相关标准，典型的如i t u t 提出的自动交换光网络 ( 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 ) 概念及标准1 2 ，以及匝1 1 f 提出的主 要针对a s o n 控制平面的通用多协议标记交换l j l4 】( g e n e r a l i z e dm u i t i p r o t o c o l l a b e ls 、衍t c l l i n g ，g m p l s ) 协议族。 现阶段由于光存储器件的限制，在光域还很难实现与电的分组交换相对应的 光分组交换，w d m 光网络的交换机制本质上仍属于电路交换，只是w d m 网络以 更大的带宽颗粒度( 一个波长的容量) 为结点与结点之间提供传输光路( o p t i c a l p a t l l ) “卯。因此无论电路还是光路交换，都是以固定的颗粒度分配带宽，但基于 分组交换的i p 网络则是以任意粒度为业务分配带宽的，这样在融合多种交换技术 的多层网络中就存在业务流疏导( t r a m cg r o o m i n g ) 问题”“”。首先对于什么是 “疏导”，文献“卯有个很好的例子给予了说明：如果你想从家乡a 到一个遥远的小 地方b 市，你可能没有从a 到b 的直飞航班。原因有两个：一是在所有地点建立 直飞航班将需要大量的飞机，二是这些航班中相当多几乎是没有乘客，因此将导 致初始投资和运营费用极其昂贵。当然，如果有直飞航班到达b ，但由于该航班机 第l 章绪论 3 票已售完，你也不可能直接到达目的地b 。然而你可以通过一次或者多次的转机到 达b ，这样有利于提高航班的利用率，同时降低费用。与此类似