（通信与信息系统专业论文）传输网络规划与优化软件系统的设计与实现.pdf

中文摘要 中文摘要 目前我国的通信市场，机遇与挑战并存。信息产业的重组和改革，将加大新 老运营商间的竞争。传输网作为通信网中重要的组成部分，体现了运营商的核心 竞争力。传输网络规划与优化软件的应用可以极大的帮助运营商提高传输网的规 划与优化效率，降低网络的运营成本。而目前针对传输网络的规划与优化软件还 比较少，因此运营商迫切期望有好的传输网络规划与优化软件以应对迅猛增长的 网络带宽以及飞速发展的通信技术。 本文在研究网络规划与优化的技术之上，设计并实现了一套面向工程的传输 网络规划与优化软件系统- n e t n u m e n t o p 。 文章首先介绍了传输网络规划与优化中的相关技术，然后阐述了 n e t n u m e n t o p 软件系统的总体构架，包括系统模块间的关系、执行流程和插件 机制，并详细的描述了作为整个软件系统基础的数据持久层中的数据库设计。 随后文章对软件系统各模块的设计与实现进行了具体说明。在业务创建模块 中，主要研究了业务预测的问题，利用爱尔兰公式和重力法公式实现了容量规划 的功能。在拓扑规划与优化模块中，主要研究了网状网、环网、链网及双归拓扑 结构的规划与优化问题。考虑到大型网络规划优化较为困难的现状，文章还研究 了网络分区策略，提出了三种区域划分的方法，并将通用的区域划分算法应用于 软件系统当中。区域划分有效的降低了大型网络规划与优化的复杂度，适用于实 际的工程建设。针对网状网拓扑规划与优化，文章提出了一种基于稳定路由的删 枝算法s r b e 。仿真结果表明s r b e 算法提高了传统删枝算法的运行效率。 最后通过功能测试和系统应用示例，验证了各模块功能的正确性、实用性以 及整个系统的可用性。 关键词：传输网，规划与优化，区域，拓扑，软件系统 a b s t r a c t a b s t r ac t c h i n e s ec o m m u n i c a t i o nm a r k e th a sb o t ho p p o r t u n i t i e sa n dc h a l l e n g e sa tp r e s e n t 。 1 1 1 er e c o m b i n a t i o na n dr e f o r n lo fi n f o r m a t i o ni n d u s t r yw i l li n c r e a s et h ec o m p e t i t i o n a m o n ga l ln e w o ro l do p e r a t o r s t r a n s m i s s i o nn e t w o r ka so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp a r t o fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ke m b o d i e st h ec o r ec o m p e t i t i o no fo p e r a t o r s t h eu s eo f t r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n ga n do p t i m i z i n gs o f t w a r ec a ng r e a t l yh e l p o p e r a t o r s i n c r e a s et h ee f f i c i e n c yo fn e t w o r kp l a n n i n ga n do p t i m i z i n g , d e c r e a s et h ec o s to f n e t w o r ko p e r a t i n g f o rt h em o m e n t ，af e wo fp l a n n i n ga n do p t i m i z i n gs o f t w a r ea r e d e s i g n e df o rt r a n s m i s s i o nn e t w o r k i no r d e rt os a t i s f yr a p i dg r o w i n gn e t w o r kb a n d w i d t h a n df a s td e v e l o p i n gc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e s ，o p e r a t o r se x p e c tg o o ds o f t w a r ef o r t r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n ga n do p t i m i z a t i o nu r g e n t l 弘 ap r o j e c t o r i e n t e dt r a n s m i s s i o nn e t w o r kp l a n n i n ga n do p t i m i z a t i o ns o f t w a r e ( n e t n u m e n - t o p ) i sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e db a s e do nt h er e s e a r c ho fr e l a t e d 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 do p t i m i z a t i o n f i r s t , t h ep a p e ri n t r o d u c e ss o m er e l a t e dt 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 d o p t i m i z a t i o n t h e n d e s c r i b e s 也eg e n e r a la r c h i t e c t u r eo fn e t n u m e n t o ps o f t w a r e s y s t e m i n c l u d et h er e l a t i o n s h i p o fs y s t e mm o d u l e s ，f l o wo fs y s t e ma n dp l u g - i n m e c h a n i s m a n dd e t a i l e dd e s c r i b e st h ed e s i g no f d a t a b a s ei nd a t ap e r s i s t e n tl a y e rw h i c h i st h ef o u n d a t i o no ft h ew h o l es o f t w a r es y s t e m l a t e r , t h ep a p e re x p l a i n st h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fe a c hm o d u l ei nd e t a i l i nt r a 伍cc r e a t i o nm o d u l e t h ep r o b l e mo f 仃a f f i cf o r e c a s ti ss t u d i e d u s i n gi r e l a n d f o r m u l aa n dg r a v i t ym e t h o d ，t h es o f t w a r ec a r r yo u tc a p a b i l i t yp l a n n i n gf u n c t i o n i n t o p o l o g yp l a n n i n ga n do p t i m i z a t i o nm o d u l e ，w em a i n l yr e s e a r c hm e s h ，r i n g , c h a i na s w e l la sd o u b l e - r e t u r n i n gn e t w o r kt o p o l o g y c o n s i d e r i n gt h ed i f f i c u l t yo fo p t i m i z i n g n e t w o r kw i t hh u g es i z e ，t h er e g i o np a r t i t i o ns t r a t e g yi ss t u d i e d 1 1 1 ep a p e rp r o p o s e s t h r e em e t h o d sa n da p p l i e sg e n e r a lr e g i o nd i v i s i o na l g o r i t h mi nt h es o f t w a r es y s t e m r e g i o np a r t i t i o ne f f i c i e n t l yr e d u c e st h ec o m p l e x i t yo fp l a n n i n ga n do p t i m i z a t i o no fb i g n e t w o r k ，w h i c hi ss u i t a b l ef o ra c t u a lp r o j e c tc o n s t r u c t i o n a i m i n ga tp l a n n i n ga n d o p t i m i z a t i o no fm e s hn e t w o r k ，p r o p o s i n gab r a n c he l i m i n a t i o na l g o r i t h mb a s e do n s t a b l er o u t e - - s rb e w h i c hi m p r o v e dt h ep e r f o r m a n c eo ft r a d i t i o n a lp r u n i n ga l g o r i t h m f i n a l l y , t h ep a p e rp r o v i d e sv e r i f i c a t i o no ft h ev a l i d i t ya n dp r a c t i c a l i t yo fe a c h m o d u l ea sw e l la st h ea v a i l a b i l i t yo ft h ew h o l es y s t e mt h r o u g ht h ee m u l a t i o nt e s to f f u n c t i o na n ds y s t e m k e y w o r d s ：t r a n s m i s s i o nn e t w o r k ，p l a n n i n ga n do p t i m i z a t i o n ，r e g i o n ，t o p o l o g y , s o f t w a r es y s t e m 1 i 图目录 图目录 图3 1n e t n u m e n t o p 软件体系结构1 2 图3 2 模块间关系13 图3 3n e t n u m e n t o p 软件执行流程图1 4 图3 4n e t n u m e n t o p 插件机制结构15 图3 5n e t n u m e n t o p 软件系统逻辑层次16 图3 - 6 数据表间关系图1 7 图3 7 网络拓扑包含的实体图1 8 图3 8 业务需求和配置包含的实体图1 9 图3 - 9 绑定结果属性图1 9 图3 1 0 时隙封装示例2 0 图3 - 11 设备配置包含的实体图21 图3 1 2 网络分析包含的实体图2 l 图4 1业务创建( t c ) 用例图2 4 图4 2 创建业务矩阵流程图2 4 图4 3区域划分模型2 7 图4 4 拓扑规划与优化( t p o ) 用例图3 8 图4 5 区域划分流程图3 9 图4 6 通用区域划分算法流程图4 0 图4 7 网络规划与优化流程图4 0 图4 8 基于稳定路由删枝算法的流程图4 2 图4 9 基于最短h a m i l t o n 回路的组网算法流程图4 3 图4 1 0 链网规划与优化函数流程图4 4 图4 1 1 双归规划与优化函数流程图4 5 图4 1 2 测试网络区域划分结果4 6 图4 1 3 节点数固定，业务数量变化4 7 图4 1 4 业务数量固定，节点数变化4 8 图4 1 5 业务分配与保护( t a & p r ) 用例图4 9 图4 1 6 拓扑图抽象示意图5 0 图4 17 设备配置( e c ) 用例图5l 图4 1 8 网络分析( n a ) 用例图5 3 图4 1 9 网络仿真( n s ) 用例图5 5 图5 1系统主窗体界面5 6 图5 2 系统菜单项5 7 图5 3 新建工程对话框5 9 图5 4 输入表5 1 节点数据后的节点编辑对话框6 0 图5 5 示例工程t e s t ：创建节点后的主窗体视图6 0 v i 图目录 图5 - 6 业务矩阵属性对话框6 1 图5 7 输入表5 2 业务数据后的业务输入对话框6 1 图5 8 节点距离及费用设置对话框6 2 图5 - 9自动区域划分参数设置对话框6 3 图5 1 0 示例工程t e s t - 区域划分结果图示6 3 图5 1 1 区域信息查看6 4 图5 1 2 拓扑规划与优化对话框( 管道层，全区) 6 5 图5 1 3 规划与优化参数设置对话框( 管道层，网状) 6 5 图5 1 4 规划与优化参数设置对话框( 环和链) 6 6 图5 1 5 示例工程t e s t ：管道层网状拓扑结构图6 6 图5 1 6 拓扑规划与优化对话框( 光纤层，区域1 ) 6 7 图5 1 7 规划与优化参数设置对话框( 光纤层，网状) 6 8 图5 1 8 示例工程t e s t ：区域1 环网拓扑结构图6 8 图5 1 9 示例工程t e s t ：区域2 网状拓扑结构图6 9 图5 2 0 规划与优化参数设置对话框( 光纤层，链) 6 9 图5 2 1 示例工程t e s t ：区域2 链状拓扑结构图7 0 图5 2 2 拓扑规划与优化对话框( 光纤层，区域1 2 ) 7 0 图5 2 3 规划与优化参数设置对话框( 光纤层，双归) 7 1 图5 2 4 示例工程t e s t ：区域1 2 双归拓扑结构图7 1 v i i 表目录 表目录 表4 1 测试网络部分权值矩阵数据4 5 表5 1 节点的显示坐标5 7 表5 2 节点间业务信息5 8 v i i i 缩略词表 英文缩写 a d m b l s r d d n d p p d w d m d x c m s t p m v c 0 a d m o d u 后 o l t o x c p c y c l e p d h p h s r e g s d h s d m s p p s r l g s t m t d m t m u p s r 、v d m 英文全称 缩略词表 a d da n dd r o pm u l t i p l e x e r b i d i r e c t i o n a ll i n es w i t c h e dr i n g s d i 百t a ld a t an e t w o r k d e d i c a t e dp a t hp r o t e c t i o n d e n s 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 d i g i t a lc r o s s - c o n n e c t i o ne q u i p m e n t m u l t i s e v i c et r a n s p o r tp l a t f o r m m o d e l v i e w c o n t r o l o p t i c a la d d d r o pm u l t i p l e x e r o p t i c a lc h a n n e ld a t au n i tk o p t i c a ll i n et e r m i n a l o p t i c a lc r o s s c o n n e c t p r e c o n f i g u e dc y c l e p l e s i o n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y p e r s o n a lh a n d y - p h o n es y s t e m r e g e n e r a t o r s y n c h r o n o u sd i l 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 l t i p l e x i n g s h a r e dp a t hp r o t e c t i o n s h a r e dr i s kl i n kg r o u p s s y n c h r o n o u st r a s p o r tm o d u l e t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g t e r m i n a lm u l t i p l e x e r u n i d i r e c t i o n a lp a t h - s w i t c h e dr i n g 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 中文释义 分插复用设备 双向线路倒换环 数字数据网 专用通道保护 密集波分复用 数字交叉连接设备 多业务传输平台 模型视图控制器 光分插复用设备 光信道数据单元k 光线路终端 光交叉互联设备 预先配置保护环 准同步数字体系 个人手持式电话系统 再生中继设备 同步数字体系 空分复用 共享通路保护 共享风险链路组 同步传送模块 时分复用 终端复用设备 单向通道倒换环 波分复用 主要数学符号表 主要数学符号表 符号类别 示例 c 矿 ) f u n c t i o n ( ) 1 - j v a v ，g 0 口矿 a 匹v x 字体、说明或用法 斜体字符 正体大写字符 斜体大写字符 常规 向上取整 向下取整 集合y 中的任意元素 a 都大于0 变量口属于集合v 变量口不属于集合矿 量 量 合 数、-1 变 常 集 函 r v 匹 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： 盗丛。 日期：2 口稗月乡日 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) 日期：力醴年石月6 日 第一章绪论 1 1课题背景 第一章绪论帚一早三：百t 匕 近年来，网络业务迅猛增长。不仅信息传输流量逐年翻倍，而且信息传输流 量的组合形式也不断变化并难以准确预计。数据信息传输流量越来越占据主导地 位( 特别是相对于音频信息传输流量而言的因特网信息传输流量) ，使得原来建设 的传输网络已经远远适应不了用户的需求。存在着网络组网、容量、业务类型等 都不能满足目前和未来需要的情况。再加上各大新老运营商之间竞争的加剧，使 得运营商更加关注于重新评估构建传输网络的方法h 1 。 从成本的角度来看，运营商要考虑的是投资性成本和操作成本。投资成本是 采用设备和铺设管道光纤的先期费用，而操作成本则代表维护和操作网络所需要 的全寿命期的费用。另外对运营商来说，大多数情况下，光网络带宽的利用率仅 为全部可用带宽的5 0 卜7 0 ( 核心骨干网络需要具有很高的负载冗余量来保证网 络的安全可靠) 。而通过网络优化技术可以大幅度提高网络带宽的利用率，优化技 术可以帮助运营商制订网络处理能力的最优方案，以便更有效地对网络流量进行 有效路由管理，规划峰值处理周期，并且保证网络更加稳定可靠以及具有更好的 处理能力，因此可以帮助运营商降低运营成本。考虑到投资回报方面的情况，运 营商迫切期望有好的网络规划与优化软件以帮助决策。 目前运营商所运营的传输网络是基于s d h 和w d m 的。未来的高带宽需求包括 互联网及企业内部互联网应用的增加、视频点播、在线游戏、远程数据储存备份 区域网络等，使得s d h 和w d m 将继续在高带宽传输网络中扮演主角。在s d h 基础 上演变出来的多业务传输平台( m s t p ) ，更加确定了这种趋势。但是，另一方面， 我们也应该看到，目前，虽然人们在电信网络技术、电信网络设备、电信业务的 拓展、电信网络的发展演变等方面的研究都有了长足的进步，但在网络的规划和 优化这样一个具有经济意义和社会意义的重要领域内，目前仍然还研究得不多。 1 2本课题研究的目的及意义 进行传输网络的规划与优化将为网络的长期发展打下坚实的基础，因为传输 电子科技人学硕士学位论文 网在整个网络中占据着相当重要的地位。首先，传输网提供和支撑了巨大的带宽 ( g b s 、t b s 量级的带宽运用越来越多) 。它作为其他业务网的基础，为所有的业 务网络提供了共享的通道，对整个网络的质量起着至关重要的作用。其次，依据 s d h 而提出的传送网的概念，传输网可以成为一个独立的、公用的网络平台；可以 统一地实现传输、复用和交叉连接的功能；可以渗入到交换网，并完成部分交换 的功能。最后，以d w d m 技术为起点发展而形成的光网络，在传送功能层上形成 一个新的、可以独立运作的光层网络作为客户服务者关系中的服务者，直接支持 现有的或未来的业务网，从而扩充和简化了现有传送网的层次，大幅度降低了整 个传输网的成本，具有重大的经济意义和实用意义。 对于运营商来说，谁掌握了传输网，谁就等于掌握和控制了整个电信网络。 现有的网络在当时建网时，由于受到当时的政策、技术、环境等各个方面的影响， 受到当时通信网体制、不同的网络建设思想、技术经济客观条件等等的限制，致 使现有网络存在着网络结构设备种类复杂，运行维护困难，新业务提供不易等等 问题，不能很好地适应网络发展的需要。面对这种情况，电信运营商为了满足用 户业务的需要以及自身竞争的需要，进行网络优化已势在必行。同时为了充分利 用网络资源，建立优质高效的基础网络，以满足灵活多变的未来业务，电信运营 商也积极找寻网络规划的工具和软件。 总之，传输网规划与优化理论研究转化为商业化智能化的应用产品具有广阔 的应用前景和可观的经济效益。本文结合国内某大型企业的需求，对传输网络规 划与优化系统进行了研究，开发出了一套面向工程的传输网络规划与优化软件系 统_ n e c n u m e n t o p 。 1 3国内外研究现状和发展态势 s d h 自诞生至今的十多年时间里不断的发展和完善着。s d h 基础之上的多业 务传输平台( m s t p ) ，以及与w d m 技术的互补，使光网络技术焕发出了更强更 新的生命力，得到了各大运营商的青睐。但是就目前来看，国内外针对s d h 、d w d m 网络的规划与优化这一领域的系统的研究还比较少。 虽然电信技术的发展快速，但目前并没有一套适合各种网络的规划和优化的 软件。目前现有的关于通信网络规划的专利大都是针对无线网络提出的，而适应 于s d h 、d w d m 传输网规划的专利几乎还是空白。目前，业界常用的规划软件有 p l a n e t 、w i z a r d 、n e t p l a n 、c e 4 、中兴的z x p o s 系列、华为的n a s t a rg s m 2 第一章绪论 等，这些工具软件也主要是适用于移动通信网络开发的，而适合于光纤传输网络 规划和优化的软件还不多，基本上是由各大运营商或各大设备厂商针对特定的网 络环境而开发的专用软件。典型的有：v p i 公司开发的v p i s y s t e m t m 系列软件， 可以提供电信业务规划、光传输网络规划和优化等功能。c i e n a 公司2 0 0 3 年推出 了基于j a v a 技术的综合网络设计工具软件l i g h t w o r k so n d e s i g n e r ，该软件工具采 用开放式的体系架构，可以自动实现网络规划的设计、模拟和验证，能够同现有 的网络运营支撑系统o s s 以及其它设计工具相互交流。n e c2 0 0 5 年推出的网络 规划、优化总体支持工具w - c a r d ，该系统可以在多方面对网络的规划和优化提 供支持。除此以外，a l c a t e l 、l u c e n t 、n o r t e l 等著名大公司也相继拥有自己开发的 光传输网络规划和优化的软件系统。而国内仅有一些限于少量通讯设计院所使用 的软件，还没有适应中国实际的方法和应用。华为的i m a n a g e r 系列软件也仅仅是 做了网络的规划，而更多的是网络管理。本研究的一期项目中已基本实现了s d h 环网网状网和w d m 环网的规划与优化功能。二期项目中更加注重了软件的工程 化以及实用化的实现。 1 4主要工作及创新点 在n e t n u m e n - t o p 项目的研究开发中，本人所做工作如下： 1 ) 对容量规划问题进行研究，实现了业务需求到传输网电路需求的转换。 2 ) 对网络拓扑规划问题进行研究，比较和实现了现有的环网、网状网、链网 和双归拓扑规划方法，改进了网状网规划算法。 3 ) 研究了网络分区的问题，提出了三种区域划分算法，考虑了区域间双归拓 扑的设计，使结果更符合实际工程的情况。 4 ) 参与了面向工程的传输网络规划与优化软件系统的设计与实现，主要负责 了软件的总体架构设计，数据库、业务创建、网络规划与优化、设备配置 等模块的设计与开发。并对所实现的模块进行了单元测试，验证了模块各 项基本功能的实用性。 本文在以下几方面有一定的特色： 1 ) 对现有的一些理论研究成果做了相应的改良或简化，开发出了一套工程化 实用化的传输网络规划与优化软件，使理论研究充分发挥它的市场价值。 2 ) 提出的通用区域划分算法，简单适用。 3 ) 提出的基于稳定路由的网状网拓扑设计删枝算法在一定程度上提高了传 3 电子科技大学硕士学位论文 统删枝算法的计算效率，能够更好的应用于工程化的规划优化软件中。 1 5论文结构及内容安排 本文主要研究了传输网络规划与优化相关技术，设计和实现了一套面向工程 的传输网络规划与优化软件系统n e t n u m e n t o p 。 本文分为6 章。具体内容安排如下： 第二章介绍了传输网络规划与优化的相关技术。首先介绍了s d h d w d m 的 拓扑结构和基本的网元设备。其次介绍了网络拓扑规划与优化的相关算法。最后 介绍了业务规划的相关算法。 第三章介绍了系统的总体架构设计，详细的说明了系统数据库的设计和实现。 第四章介绍了系统各模块的设计与实现。其中业务预测、区域划分、基于稳 定路由的网状网拓扑设计删枝算法在相应的模块中进行了描述。 第五章结合一个实例，给出了系统相关应用的一个示例，验证了系统的可用 性。 第六章总结现有工作，并对进一步改进方案进行了探讨。 4 第二二章传输网络规划与优化相关技术 第二章传输网络规划与优化相关技术 2 1s d h d w d m 简介 s d h ( 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 ，同步数字体系) 是一种集现代微电子、 光电子、软件技术和网络技术于一体的高新技术系统产品，同时又是一种标准化 程度要求较高的网络。我国通过十多年的电信建设，到目前为止已形成了世界第 一大s d h 网络【2 1 。随着网络业务的不断拓展和带宽需求的迅猛增长，s d h 也在不 断的发展和完善。目前，s d h 已经向接入网渗透，s d h 的功能和接口正在逐渐向 用户端逼近。在s d h 基础上演变出来的多业务传输平台( m s t p ) ，使s d h 能很 好的适应数据、图像、多媒体等业务的传输。 另外s d h 与增加网络传输容量的三种方式之一的波分复用w d m ( 另外两种 为空分复用s d m 和时分复用t d m ) 技术的结合，使传统的传输网络有了更大的 发展空间。总的来说，s d h d w d m 将是目前和未来传输网中最主要的传输技术。 2 1 1s d h d w d m 基本拓扑结构 s d h 网的基本拓扑结构分为5 种类型【3 】【4 】：链形拓扑、星形拓扑、树形拓扑、 环形拓扑和网状拓扑。根据文献【1 】可知目前的w d m 技术主要应用于线形和环形 拓扑中。 链形拓扑：网中节点一一串联，首尾两端开放。这种拓扑结构简单、经济， 但可靠性不够理想。适用于两点间有稳定的大业务量的传输网，特别适用于沿途 有频繁业务量上下的传输网。 星形拓扑：可视为由多条链形拓扑在一点汇集而成。这种拓扑具有灵活的带 宽管理能力，成本较低，但是存在中心节点的安全保障和瓶颈问题。适用于用户 接入网环境，也可用于中、小型城市的本地中继网。 树形拓扑：可看作链形拓扑与星形拓扑的结合。这种拓扑适合于广播式业务， 也存在中心节点的安全和潜在瓶颈问题，不利于提供双向通信业务，常用于广播 电视网中。 环形拓扑：可看作链形拓扑首尾相连的情况。环形拓扑是s d h 环境下主要的 拓扑结构。这种拓扑可靠性高，可形成自愈环，保护方式灵活。适用于省内干线 5 电子科技大学硕十学位论文 传输、市内长话交换局局间传输及省会城市的本地局间中继传输等组网。 网状拓扑：涉及通信的多个节点直接连接。这种拓扑结构可靠性很高，生存 性强，但其结构相对复杂，成本比较高。可用于业务量很大的省际、省内干线传 输网。 由上面各拓扑结构特点的描述，综合考虑网络可靠性、经济性以及网络结构 是否适于新业务引进等多种实际因素可知：一般情况下，长途网适于选择树形、 环形和网状拓扑相结合的复合网络，中继网适于选择环形拓扑和链形拓扑，用户 接入网适于选择星形拓扑和环形拓扑。 在本面向工程的网络规划与优化软件系统中要求的拓扑类型主要是网状拓 扑、环形拓扑和链形拓扑。对于边界区域( 两个子网区域的交接区域) 还可以规 划为双归拓扑结构。双归拓扑主要是一连二的锥形拓扑结构或者是二连二的平行 拓扑结构。双归拓扑主要是为了提高区域间通信的可靠性，在实际工程中应用较 多。 2 1 2s d h d w d m 基本网元 s d h 的基础设备有终端复用设备t m ( t e r m i n a lm u l t i p l e x e r ) 、再生中继设备 r e g ( r e g e n e r a t o r ) 、分插复用设备a d m ( a d da n dd r o pm u l t i p l e x e r ) 和数字交叉 连接设备d x c ( d i g i t a lc r o s s 。c o n n e c t i o ne q u i p m e n t ) 。w d m 的基础设备有光线路 终端o l t ( o p t i c a ll i n et e r m i n a l ) ，光分插复用设备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 ) 和光交叉互联设备o x c ( o p t i c a lc r o s s c o n n e c t ) h i 引。 终端复用设备t m 用于把p d h 信号或s t m m 信号复用成一个速率较高的 s t m n ( n m ) 信号，或做相反的处理。光线路终端o l t 则负责复用和解复用波 长。分插复用设备是一种在无需终结整个s t m n 信号的条件下，能够将任何速率 等级( 不能超过s t m - n ) 的支路信号从s t m n 线路信号分出和插入到s t m n 线 路信号中的设备，因此分插复用设备具有两方面的高速线路口。光分插复用设备 则是将波长分出或插入到信道中。数字交叉连接设备是一种具有一个或多个p d h 或s d h 信号端口，并且在网管系统的控制下，可以在任何数字端口的速率信号( 和 或子速率信号) 与其他数字端口之间实现可控连接和再连接的设备。d x c 设备能 够对传输网进行自动化管理，通常应用于比较重要的网络枢纽站。光交叉互联设 备则是对光学信道( 波长) 的交叉互联，并且可以提供波长转换的功能。再生设 备是由于数字信号经过光线长距离传输后，受光线衰耗和色散的影响，形状会发 生畸变，为了延长传输距离而使用的设备。它的作用是接收经长距离光纤传输后 6 第二章传输网络规划与优化相关技术 衰减了的、畸变了的s t m n 光信号，然后进行均衡放大、识别，再生成规则的、 适合于线路传输的光信号发送出去。对于w d m 网络则需要光学线路放大器。 本项目中需要建立通用设备模型。即要对规划优化后的网络进行逻辑设备配 置。通用设备模型可以支持产品化模型的建立，结合具体的网络需求参数以及具 体的设备参数进行实际设备型号的确定。 2 2s d h d w d m 网络拓扑规划与优化 n e t n u m e n - t o p 软件系统中的拓扑规划与优化模块需要提供网状拓扑、环形拓 扑和链形拓扑等的规划与优化功能。下面主要描述目前关于环网和网状网拓扑规 划和优化的相关算法。 2 2 1 环网拓扑规划与优化 环网是当前使用最多的网络拓扑形式，主要是因为它具有很强的生存性，即 自愈功能较强。目前关于环网组网的方法主要有下面3 种： 1 ) 根据节点对间业务流量矩阵的组网算法 该种算法根据节点对间业务流量矩阵的约束条件来进行组网。其算法思想是 将业务量最大的节点首先相连，再把与当前端节点业务流量较大的节点与端节点 相连，循环下去，直至所有节点都连接上了，最后把首尾端节点相连，构成一个 环。在文献 5 中详细介绍了该种算法。由算法描述可知，此种组网算法太过简单 没有考虑其他因素对网络的影响。 2 ) 多径网组网算法 该种算法的前提是已知网络中各节点度数和节点间的距离。多径网构造方法 为：设己知咒个节点，它们的需要的度数d ，以及它们之间的距离或代价为 d 盯( f ，j = 1 , 2 ，n ) 。任选一个度数大的节点，令为，即d l d ，( _ ，= 2 , 3 ，n ) ； 寻找与h 最近的节点，令为屹，即r 1 2 r i j ( _ ，= 3 , 4 ，刀) ；把连接h 和1 ，2 的边 e ( v 。v 2 ) 作为图的一条边，则各节点所要求的度数可改为d l - 1 ，d 2 - 1 ，d ，d 。，d 。 再在这些度数中找一个最大度数的节点，令为 ，找与它最近的节点，构成另一 条边置于图内；再改各节点的度数。如上步骤重复下去，直到各节点所需的度数 均为o ，所得的图将满足要求。 这样设计的网络虽然一般代价较小，但是不能保证最好，因此可以选取不同 的起始节点重新计算得到不同的多径网，比较各个结果，选取代价最低的作为最 一7 电子科技人学硕十学位论文 佳结果。在文献 6 中对该算法进行了详细描述。该算法还可能遇到的问题是出现 多个互不相交的环网，因此对这种情况还需要调整。 3 ) 基于最短哈密顿( h a m i l t o n ) 回路的组网算法 哈密顿( h a m i l t o n ) 回路：经过图中每一个节点一次且仅有一次的回路。最短 哈密顿回路：边带权图中，经过图中每一个节点一次且仅有一次的权值和最小的 回路。在规划环网时找出最短哈密顿回路，即可以得到一个优化的环结构。文献 7 介绍了该算法的流程。如果综合考虑网络中节点的数量和位置、节点对间业务 流量矩阵和其他费用( 包括可用于链路的等级速率的光缆每公里的造价、光缆每 公里的施工费用和中继设备费用等) 的约束条件来确定链路权值，优化效果较好。 有关环网规划的方法很多，在具体实现本项目的软件应用时，采用的是基于 最短哈密顿回路的组网算法。另外文献 8 9 则采用了整数线性规划基于最小化 节点端口数目的目标对波长路由多纤环网进行了优化设计。 2 2 2网状网拓扑规划与优化 1 ) 基于增加连接的算法 该类算法最基本的原理就是先由一些经典算法比如p r i m 、k r u s k a l 以及b o r u v k a 等构造出连通网的最小代价生成树。然后适当的在树上增加一些边，以改善网的 连通性。 2 ) 基于减少连接的算法 具有代表性的算法为y a g e d 删枝算法 1 0 1 1 】，其思想为：1 初始网络视为完 全连接的网络；2 计算当前网络连通度，看是否符合网络可靠性指标，若不符合则 将上一次的优化结果作为优化最终结果。若符合则要继续进行优化；3 进行业务分 配，并统计各链路上总容量需求；4 计算近似边际投资( 链路成本与链路上容量需 求的比值) 作为链路权值；5 计算全网投资是否下降，若下降则记录当前网络拓扑， 并删除边际投资最大的一条枝，进入到下一次的循环，若没有下降，则使用上一 次的优化结果作为优化最终结果。 该算法易于计算机实现，同时考虑了成本和可靠性指标的优化问题，但是其 初始网络为完全连通网需要删除的链路比较多，而每删除一条链路就要进行一次 业务分配和网络连通度测算，特别是在大规模网络中运算时间较长。因此在本项 目中，考虑先进行网络分区，将网络的规模控制在一定的范围内，再使用此算法， 即可以很好的满足时间复杂度的要求。 第二章传输网络规划与优化相关技术 2 3s d h d w d m 网络业务规划与优化 下面主要描述目前关于环网和网状网业务优化的相关算法。 2 3 1环网业务规划与优化 文献 5 y u i 了一些常用的针对双向线路倒换环( b l s r ) 的算法：最小跳转接 算法( 速度快，易于实现，但效率不高) ，业务均衡加载算法( 很简单，不能充分 发挥双向环的优势) ，非分割业务加载算法( 节点数增加时，优化效果减低) ，分 割业务加载算法( 节点数增加时，优化效果减低) 等。对于单向通道倒换环( u p s r ) ， 根据文献 1 2 可知，由于环中的所有业务都要经过两个方向传输到目的节点，这使 得整个环路上每一路段上的业务流量是相同，都等于环上所有站点间的业务量的 总和。因而实际容量需求为环上所有站点间业务量总和。 2 3 2网状网业务规划与优化 网状网的业务规划需要考虑业务的保护问题。工作通路一般由d i j k s t r a 算法求 最短路径获得，而基本的保护方式是通道保护和链路保护( 文献 1 3 1 1