（通信与信息系统专业论文）光网络中wbs多播疏导和保护算法的设计和仿真实现.pdf

i，ltt、 a t h e s i si nc o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o n s y s t e m s d e s i g na n d s i m u l a t e di m p l e m e n t a t i o no fw b s m u l t i c a s tg r o o m i n ga n dp r o t e c t i o na l g o r i t h m s i no p t i c a ln e t w o r k s b yp a n g l a n s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rg u o l e i n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 9 【， 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 ：岜 思。 学位论文作者签名：篷巍 日 期： 砌了年印 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即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，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北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、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口 学位论文作者签名：遂琵 签字日期：聊绰多习 耐镶叩 两 轹 瓤 签 日 师 字 导 签 i 1 中 东北大学硕士学位论文摘要 光网络中w b s 多播疏导和保护算法的设计和仿真实现 摘要 近年来，使用光交叉连接器( o p t i c a lc r o s s c o n n e c t ，o x c ) 进行波长路由的波分复 用( 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 ) 光网络已成为广域骨干网中最可行的体 系解决方案。随着w d m 技术的不断成熟，每根光纤中的波长数也不断增加，进而o x c 的尺寸( 即端口数或端口代价) 和相关的控制管理费用以及难度也大幅增加。而波带交 换( w a v e b a n ds w i t c h i n g ，w b s ) 技术能将多个波长汇聚进一个波带，通过一个端1 3 进 行交换，从而能有效节省端口数从而降低网络造价。同时，由于光网络承载了巨大的业 务流，网络故障会导致大量业务的丢失，因此其生存性的研究具有重要的意义。 本文主要研究了w b s 光网络中的多播业务量疏导和保护算法。本文第一章介绍了 光网络的发展概况、光网络中的多播技术和业务量疏导技术。第二章介绍了w b s 光网 络的节点结构、波带交换技术、波带路由和波长路由算法。第三章描述了用于多播业务 量疏导的三种辅助图：虚拓扑图( v i r t u a lt o p o l o g yg r a p h ) 、波带分层图( w a v e b a n dl a y e r e d g r a p h ) 及集成图( i n t e g r a t e dg r a p h ) ，并设计了两种动态业务量多播疏导算法：w b s 联合多播业务量疏导算法( j o i n tm u l t i c a s tg r o o m i n gr o u t i n ga l g o r i t h m ，j m r a ) 和w b s 综合多播业务量疏导算法( i n t e g r a t e dm u l t i c a s tg r o o m i n ga l g o r i t h m ，i m g a ) 。针对w d m 光网络中的单链路故障问题，本文第四章基于综合疏导图模型，设计了一种w b s 综合 多播专用保护业务量疏导算法( i n t e g r a t e dm u l t i c a s tg r o o m i n gd e d i c a t e dp r o t e c t i o n a l g o r i t h m ，i m d a ) 。 为验证和评估本文所提出算法的性能，本文第五章对所设计的算法进行了仿真和分 析，并与已有的传统算法在平均阻塞率和平均端口代价性能上进行了对比。仿真结果表 明，本文所设计的算法具有更低的阻塞率，并能节省较多的端口代价。 关键词：光网络；波带交换；多播；业务量疏导；生存性；保护 q kj f l , i i - ， 、 i nr e c e n ty e a r 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 kw h i c hu s e t h eo p t i c a lc r o s s - c o n n e c t ( o x c ) t or o u t ea n da s s i g nt h ew a v e l e n g t hh a sb e c o m et h em o s t f e a s i b l es y s t e ms o l u t i o no ft h ew i d e a r e ab a c k b o n en e t w o r k s a st h em a t u r a t i o no fw d m t e c h n o l o g y , t h en u m b e ro fw a v e l e n g t h si ne a c hf i b e ri si n c r e a s i n g ，s u c ht h a tt h es i z eo fo x c a n dt h ec o s to fr e l a t e dc o n t r o lm a n a g e m e n ta sw e l la sd i f f i c u l t ya r ee n c h a n c e ds i g n i f i c a n t l y h o w e v e r , w a v e b a n ds w i t c h i n g ( w b s ) t e c h n o l o g yc a nb r i n gs e v e r a lw a v e l e n g t h sm e r g e di na w a v e b a n dt ob es w i t c h e db yu s i n go n ep o r t ，s oi tc a nd e c r e a s et h en u m b e ro fp o r t sa n d d e c r e a s et h ec o s to fn e t w o r ke f f e c t i v e l y m e a n w h i l e ，a st h eo p t i c a ln e t w o r kc a r r y i n gh u g e i n f o r m a t i o n ，a n yn e t w o r kf a i l u r em a yl e a dt ot h eh u g el o s s t h e r e f o r e ，s u r v i v a b i l i t yi nw b s o p t i c a ln e t w o r k si sv e r ys i g n i f i c a n t t h i st h e s i sm a i n l yi n v e s t i g a t e st h em u l t i c a s tt r a f f i cg r o o m i n ga n dp r o t e c t i o na l g o r i t h mi n w b so p t i c a ln e t w o r k s t h ec h a p t e ro n eo ft h i st h e s i sd e s c r i b e st h ed e v e l o p m e n to fo p t i c a l n e t w o r k sa n dt h et e c h o n o l o g yo fm u l t i c a s ta n dm u l t i c a s tt r a f f i cg r o o m i n g t h ec h a p t e rt w oo f t 1 1 i st h e s i si n t r o d u c e st h en o d ea r c h i t e c t u r eo fw b so p t i c a ln e t w o r k s t h et e c h o n o l o g yo f w a v e b a n ds w i t c h i n g ，w a v e b a n dr o u t i n ga n dw a v e l e n g t hr o u t i n ga l g o r i t h m t h ec h a p t e rt h r e e o ft h i st h e s i sf i r s td e s c r i b e st h ea u x i l i a r yg r a p hf o rm u l t i c a s tt r a f f i cg r o o m i n g ，w h i c hi n c l u d e s v i r t u a lt o p o l o g yg r a p h ，w a v e b a n dl a y e r e dg r a p ha n di n t e g r a t e dg r a p h ，a n dt h e nd e s i g n s t w od y n a m i cm u l t i c a s tt r a f f i cg r o o m i n ga l g o r i t h m s ，n a m e dw b sj o i n tm u l t i c a s tg r o o m i n g r o u t i n ga l g o r i t h m ( j m r a ) a n dw b si n t e g r a t e dm u l t i c a s tg r o o m i n ga l g o r i t h m ( i m g a ) i n o r d e rt oa d d r e s st h es i n g l e - l i n kf a i l u r ep r o b l e mi nw d m o p t i c a ln e t w o r k s ，t h ec h a p t e rf o u ro f t h i st h e s i sd e s i g n sap r o t e c t i o na l g o r i t h mn a m e di n t e g r a t e dm u l t i c a s tg r o o m i n gd e d i c a t e d p r o t e c t i o na l g o r i t h m ( i m d a ) i nw b so p t i c a ln e t w o r k s f o rv a l i d a t i n ga n de v a l u a t i n gt h ep e r f o r m a n c e so fd e s i g n e da l g o r i t h m s ，t h ec h a p t e rf i v e m a k e st h es i m u l a t i o na n da n a l y s i s ，a n da l s oc o m p a r e st h ed e s i g n e da l g o r i t h m sw i t he x i s t e d c o n v e t i o n a la l g o r i t h m so nt h ep e r f o r m a n c e so fm e a nb l o c k i n gp r o b a b i l i t ya n dm e a np o r t c o s t s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ed e s i g n e da l g o r i t h m sn o to n l yc a no b t a i nl o w e rb l o c k i n g p r o b a b i l i t yb u ta l s oc a ns a v em o r ep o r t c o s t s k e y w o r d s ：o p t i c a ln e t w o r k s ；w a v e b a n ds w i t c h i n g ；m u l t i c a s t ；t r a f f i cg r o o m i n g ； s u r v i v a b i l i t y ；p r o t e c t i o n i i i - 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第l 章绪论。1 1 1w d m 光网络概述1 1 1 1 光网络的发展和w d m 技术1 1 1 2 国内外研究现状3 1 2 光网络中的多播技术4 1 2 1 多播技术概述4 1 2 2 多播研究的主要问题6 1 3 光网络中的业务量疏导问题7 1 3 1 疏导技术7 1 3 2 业务量疏导定义8 1 3 3 多播业务量疏导。9 1 4 全文的内容安排9 1 5 课题来源1 0 第2 章多粒度光交换节点结构和波带交换技术1 1 2 1 支持w b s 的m g o x c 结构一1 1 2 1 1 多层m g o x c 结构1 1 2 1 2 单层m g o x c 结构13 2 1 3 例子一13 2 2 波带交换技术1 4 2 2 1 波带交换方案1 5 2 2 2 光路成组策略一15 2 2 3w b s 技术的优势15 i v 东北大学硕士学位论文 目录 2 3 波带路由和波长路由1 6 2 3 1 波长转换和波带转换1 7 2 3 2m g o x c 中的波带故障恢复18 2 4 本章小结18 第3 章w b s 网络中的多播业务量疏导算法设计1 9 3 1 研究背景1 9 3 2w b s 网络中的多播疏导策略。2 1 ，3 3w b s 联合多播疏导算法2 2 3 3 1 网络模型2 2 3 3 2 问题分析2 3 3 3 3j m r a 算法描述2 5 3 3 4 算法时间复杂度分析2 7 3 4w b s 综合多播疏导算法2 7 3 4 1 问题分析2 7 3 4 2 疏导图模型定义2 8 3 4 3i m g a 算法描述。2 9 3 4 4 算法时间复杂度分析3 1 3 5 本章小结3 2 第4 章w b s 网络中的多播专用保护业务量疏导算法设计3 3 4 1 研究背景3 3 4 2w b s 多播专用保护业务量疏导算法3 4 4 2 1 网络模型3 4 4 2 2i m d a 算法描述3 4 4 2 3 算法复杂度分析3 6 4 3 本章小结3 6 第5 章算法仿真和分析3 7 5 1 仿真软件的总体框架3 7 5 2 仿真软件的实现3 8 5 3 仿真模型3 9 v 东北大学硕士学位论文 目录 5 3 1 网络模型3 9 5 3 2 业务模型4 0 5 3 3 评价指标4 0 5 3 4 端口统计方法4 1 5 4 仿真结果分析4 2 5 4 1j m r a 算法仿真结果分析4 2 5 4 2i m g a 算法仿真结果分析4 8 5 4 3i m d a 算法仿真结果分析5 2 5 5 本章小节5 7 第6 章结束语5 9 参考文献6 l 致谢6 5 作者在攻读硕士期间发表的学术论文6 7 v l 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 随着信息社会的发展，人们对数据、图像、语音等通信的需求日益增大，使通信网 向带宽化发展。光纤作为一种传输介质具有优良的特性，它不仅能够提供高的带宽容量， 而且体积小、重量轻、使用灵活、可用于腐蚀性的环境、在传输中不受电磁干扰。波分 复用技术就在这样的背景下应运而生。波分复用( 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 ) 技术因为其高速的传输速度，因此被认为是目前最有发展前景的技术。每个波 长的速率都是在吉比特( g b p s ) 的范围内，并且它允许终端设备在电域进行操作。本章 首先简单叙述一下w d m 光网络，然后重点叙述w d m 光网络多播技术以及业务量疏导 问题，最后介绍全文的主要贡献和内容安排以及课题来源。 1 1w d m 光网络概述 1 1 1 光网络的发展和w d m 技术 随着个人计算机和国际互联网络( i n t e m e t ) 的进一步普及，以及电子商务、会议电 视、远程教育、远程医疗、视频点播等多种宽带业务的r 益兴起，基于i p 的数据业务 量得到了爆炸式的增长。这需要对传送网络的整体构架、技术模式、组网方式以及业务 节点的实现方式等各方面进行改造，以满足网络业务这种指数增长的需求。 为了能够满足对带宽需求呈指数增长的需要，人们开发出了波分复用( w d m ) 技 术来提高光纤的传输容型1 1 。波分复用是提高一根光纤传输容量的主要技术，类似于无 线电系统中常用的频分复用技术。w d m 技术可以在一根光纤的多个波长上同时传送数 据，只要相邻波长信道的间隔距离足够远，不同波长信道之间就不会存在干扰。 w d m 技术不仅可以充分利用光纤中的带宽，而且其多波长特性还能将光通道进行 直接联网，促使波长复用系统由传统的点到点传输系统向波长路由光网络的方向发展， 形成了多波长的波分复用光网络( w d mo p t i c a ln e t w o r k s ) 。通常把传统的点到点的传 输系统当作是第一代光网络，把波长路由光网络作为第二代光网络。现在j 下在向智能光 网络的方向发展【2 】。 近几年由于市场的驱动以及技术上的重大突破，波分复用系统发展十分迅猛。第一 代光网络的w d m 点对点传输提供了丰富的带宽资源，使光网络传输和交换海量的互联 网业务成为可能。同时，光子技术的发展使在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，并推动了高效、稳定、灵活和能充分利用w d m 1 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 传输技术提供丰富带宽资源的新一代光网络的建设。 普通的点到点波分复用通信系统尽管有巨大的传输容量，但只是提供了原始的传输 带宽。为了将第一代光网络的点到点w d m 所提供的巨大原始带宽转化为实际组网可以 灵活应用的带宽，需要在传输节点处引入灵活的光节点结构实现光层联网，构筑光传送 网( o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k ，o t n ) 。波分复用技术不仅仅可以充分利用光纤中的带 宽，而且w d m 技术的多波长特性还具有将光通道直接联网的优势，为组成以光子交换 为交换体的多波长光纤网络提供了基础。 最常用的光网络节点主要有：用于网间交叉连接的光交叉连接器o x c ( o p t i c a l c r o s s c o n n e c t ) 和能够提供本地业务上路和下路( a d d d r o p ) 功能的光分插复用器o a d m ( o p t i c a l a d d d r o pm u l t i p l e x e r ) 。如图1 1 ( a ) 、( b ) 所示i 引。 o x c 的功能与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 ) 网络中的数字交叉连接器( d a t a c r o s s c o n n e c t ，d x c ) 功能类似，一个波长信道上的信号直接交换到出口光纤的相应波 长上去( 如果没有使用波长变换器，出口、入口波长必须相同；如果使用波长变换器， 出口、入口波长可以不同) 。其具体实现还可以分为全光型o x c 和非全光型o x c 。全 光型o x c 无需进行光电电光转换和电信号处理，直接通过o x c 中的光交叉矩阵交换， 非全光型o x c 则需要进行光电光转换实现交换【3 j 。 o a d m 节点的功能也与s d h 网络中的分插复用器( a d d d r o pm u l t i p l e x e r ，a d m ) 的功能类似，但也是直接以光信号作为操作对象。o a d m 节点只需要选定具有本地业 务的波长上下路，而其它波长无阻塞地通过网络节点。由于具有灵活疏导能力的o x c 和o a d m 可以将不在本地下路的大量业务从光层旁路掉，因此不仅减轻了网络节点所 要处理的业务量，降低了对网络节点规模的要求，而且还降低了网络节点的成本。全光 a 1 。 a1 。 a i 一 。一 1 a 。 火 a1 。a1 ( a ) 光交叉连接器o x c( b ) 光分插复用器o a d m ( a ) o p t i c a lc r o s s c o n n e c t ( b ) o p t i c a la d d d r o pm u l t i p l e x e r 图1 1o x c 和o a d m 示意图 f i g 1 1i l l u s t r a t i o n so f o x c a n do a d m 2 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 型o x c ，o a d m 具有灵活的可重构特性，使得网络具有了波长路由能力，在这种网络 中可以提供端到端的波长通路( 或称为光路，l i g h t p a t h ) 的动态分配和恢复。j 下是由于 光交叉连接器o x c 、光分插复用器o a d m 等技术的不断进步和成熟，才使得光网络从 点到点传输系统向w d m 联网的光传送网发展3 1 。 1 1 2 国内外研究现状 由于光网络提供了一个经济、大容量、高生存性和灵活性的传输基础设施，具有诱 人的前景，很多国家都投入大量的科研经费对基于w d m 技术的全光网络，尤其是光传 送网络( o t n ) 的各个方面( 从器件到网络体系结构，样机的制造，现场的测试等) 进 行深入的研究。目前许多研究成果都已经商用化，并产生了巨大的经济效益【3 j 。 美国国防部高级研究计划局d a r p a ( 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 ta g e n t ) 资 助了很多大型研究项目。早期的研究项目有a o n 计划( a l lo p t i c a ln e t w o r k ) 、m o n e t 计划( 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 ) 、n t o n 计划( n a t i o n a lt r a n s p a r e n to p t i c a ln e t w o r k ) 等。较近的项目有美国国家科学基金资助的o p t i p u t e r ( u s eo f o p t i c a ln e t w o r k i n g ， i n t e m e tp r o t o c o l ，c o m p u t e rs t o r a g e ) 和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 s o p t i c a ln e t w o r k s ) 。o p t i p u t e r ( 2 0 0 2 2 0 0 7 年) 的目标是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；而d r a g o n ( 2 0 0 3 2 0 0 7 年) 的目标是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。 2 0 0 4 年d a r p a 又批准了2 个项目。一个是i r i s ( i n t e g r a t e dr o u t e ri n t e r c o n n e c t e ds p e c t r a l l y ) ，目标是研制光标记交换路由器，吞吐速率达1 0 0 t b s ，并且速率小于i n s ( 纳秒) ， 采用高密度集成光路，要研制集成光缓存器。另一个是l a s o r ( l a b e ls w i t c h e do p t i c a l r o u t e r ) ，光路由器的吞吐率也达1 0 0 t b s ，并且要研制全光波长变换器。加拿大政府在 1 9 9 8 年建成加拿大研究和教育骨干因特网c a * n e t 3 ( 其中采用的i p o v e r - w d m 技术可 以把高速路由器和w d m 设备直接相连) 后，继续投入巨资( 1 1 亿美元) 进行光网络 的研究( c a * n e t 4 ) p j 。 欧洲对光网络的研究也比较活跃。欧洲在r a c e ( r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f a d v a n e e dc o m m u n i c a t i o n si ne u r o p e ) 计划和a c t s ( a d v a n c e dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e s a n ds e r v i c e s ) 计划下进行了多个项目的研究并在欧洲各地建立了一系列w d m 光传送 网，如o p e n 计划( o p t i c a lp a n e u r o p en e t w o r k ) ，p h o t o n 计划( p h o t o n i ct r a n s p o r t n e t w o r k ) ，m e t o n 计划( m e t r o p o l i t a no p t i c a ln e t w o r k ) 等。较早的项目有：欧洲a c t s 计划的k e o p s ( k e y st oo p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ) ，1 9 9 5 - 1 9 9 8 年：英国e p r c ( e n g i n e e r i n g 3 - 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 a n dp h y s i c a ls c i e n c er e s e a r c hc o u n c i l ) 计划的w a s p n e t ( w a v e l e n g t hs w i t c h e dp a c k e t n e t w o r k ) ，19 9 7 2 0 0 0 年。近年项目有：欧洲i s t ( i n f o r m a t i o ns o c i e t yt e c h n o l o g i e s ) f p s ( 第5 期f r a m e w o r kp r o g r a m m e ) 的d a v i d ( d a t aa n dv o i c ei n t e g r a t i o no v e rd w d m ) ， 2 0 0 0 2 0 0 3 年；f p s s t o l a s ( s w i t c h i n gt e c h n o l o g i e sf o ro p t i c a l l yl a b e l e ds i g n a l s ) ，2 0 0 1 - 2 0 0 4 年。更近的项目有f p 6i s tl a s a g n e ( a l l - o p t i c a ll a b e ls w a p p i n ge m p l o y i n go p t i c a l l o g i cg a t e si nn e t w o r kn o d e s ) ，2 0 0 2 2 0 0 5 年；欧洲f p 6i s t n o b e l ( n e x t g e n e r a t i o n o p t i c a ln e t w o r k sf o rb r o a d b a n de 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 re 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【3 1 。 我国的一些研究机构也一直在进行全光网络的研究工作。在8 6 3 高技术计划的支持 下，2 0 0 1 年研制出中国高速信息示范网( c a i n o n e t ) ，其中有o x c 和o a d m 。国家 自然科学基金重大项目“w d m 全光网基础研究”，1 9 9 9 2 0 0 3 年，于2 0 0 3 年通过验收， 该项目由清华大学、北京大学、北京邮电大学、上海交通大学、山东大学、中国科学院 半导体研究所、电子科技大学承担，内容侧重光路交换网络。十五期间，8 6 3 计划支持 了有关a s o n ( 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 ) 的研究。2 0 0 5 年初，华为、北京 邮电大学承担的8 6 3 重大项目“自动交换光网络分层路由技术 在深圳通过验收。华为 公司的a s o n 曾通过国际性的互通测试，参加的厂商还有思科、北电、阿尔卡特、c i e n a 、 富士通、马可尼和s y c a m o r e 等。2 0 0 5 年，烽火科技和上海交通大学承担的8 6 3 项目“自 动交换光网络节点设备研制与系统”也通过了验收。此外，在8 6 3 支持下，清华大学的 “大规模自动交换光网络试验平台 通过了鉴定，中兴通讯公司也研制了a s o n 的节点 设备。8 6 3 计划重大专项“高性能宽带信息网( 3 t n e t ) ，2 0 0 2 2 0 0 6 年，于2 0 0 2 年6 月启动，并分别于2 0 0 6 年1 月和1 2 月通过技术验收和长三角示范网工程( 传输层是一 个由1 3 台a s o n 设备互联组成的w d m 光网络) 验收【3 】。 1 2 光网络中的多播技术 1 2 1 多播技术概述 随着光网络的迅速普及，作为未来i n t e r n e t 骨干支撑的w d m 光网络组网技术和业务 提供技术受到了越来越多的关注。另一方面，随着光学技术的日益成熟，功能越来越完 善的各种光通信器件和设备也大批涌现，使得许多原来需要在业务交换层面完成的工作 被移植到了光层。一个典型的例子就是近年来广受关注的光网络多播技术。光网络的多 播可以有多种实现方式，根据网络拓扑结构的特点，光网络可以分为单跳网络和多跳网 4 - 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 络两种，图1 2 所示。其中单跳光网络( s i n g l eh o po p t i c a ln e t w o r k ) 通常采用基于w d m 的广播与选择机制( b r o a d c a s ta n ds e l e c t ) 实现通信，关键技术就是介质访问协议的设计， 主要用于局域网或城域网。单跳网络中多播技术的研究开始于上世纪9 0 年代初，文献 4 ，5 】 中阐述了相关研究进展和成果。 图1 2 可实现多播的光网络分类 f i g 1 2c l a s s i f i c a t i o no fm u l t i c a s to p t i c a ln e t w o r k s 多跳光网络通常具有网状拓扑( m e s h ) ，完成一次通信除了需要源、宿节点外，通 常需要多个中间节点的参与。按照网络中节点设备类型和信号传递方式的不同，多跳网 络可以分为透明( t r a n s p a r e n t ) 光网络和非透明( o p a q u e ) 光网络两种。所谓透明光网 络是指信息以全光方式进行端到端传输，包括由全光光交叉连接设备( o x c ) 组成的波 长路由网络( w a v e l e n g t hr o u t i n gn e t w o r k ) ，光突发交换( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ，o b s ) 网络，和光分组交换( o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ，o p s ) 网络等。与透明光网络不同，非 透明光网络中，信号在每个中间交换节点( 高端路由器或者s d h 交叉连接设备) 处都 需要进行o e 0 ( 光电光) 转换。换句话说，非透明光网络中的传输虽然是基于w d m 的全光传输，但交换是完全由电设备完成的。如果网络中既有全光的波长路由设备还有 非透明的电交换设备，则可以将这样的网络称为混合网络。混合网络在信号端到端传输 5 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 过程中可能需要进行o e o ( o p t i c a le l e c t r i co p t i c a l ) 转换，从这个意义上说它属于非透 明网络。但是由于混合网络中同时又具有全光o x c 这样的设备，使其在连接控制和管 理方面又具有波长路由网络的某些特点，例如需要满足( 也许是部分满足) 波长连续性 限制( w a v e l e n g t hc o n t i n u i t yc o n s t r a i n t ) 等非透明光网络所没有的约束。非透明光网络 由电交换设备和光链路组成，多播主要由电交换设备完成，而电交换设备在信号复制和 分支传输方面技术成熟。无论从协议设计还是从硬件支持方面，非透明光网络的多播问 。 题都可以归结为传统电交换网络的多播问题【6 j 。 1 2 2 多播研究的主要问题 光网络中的多播技术研究正成为普遍关注的问题。已有大量文献对此进行了研究 7 - 1 1 】，现有研究大致呈现以下特点： ( 1 ) 相对于硬件支持设备和相关控制协议，控制算法尤其是路由算法的研究受到 了更多的关注。同时，研究焦点集中于波长路由网络中的光树和光林路由问题。波长路 由网络中对光树路由的约束中，对波长连续性约束的研究较充分，这与m c r w a 和r w a 问题的相似性有关。分光器件的稀疏配置约束是当前的研究热点，研究成果也己陆续出 现。光层传输损伤约束或者功率预算约束的研究尚处于起步阶段。文献1 11 评述w d m 光网络多播路由缺乏系统性地处理各种约束的统一手段。另外，对网络配置和静态多播 业务规划问题，目前大多采用整数线性规划( i n t e g r a t e dl i n e rp r o g r a m m i n g ，i l p ) 的方 法，缺乏快速有效的求解算法【6 j 。 ( 2 ) 对于业务量疏导网络( 混合网络) 的研究才刚刚开始。光电混合网络中存在 多种类型的交换节点，可以是全光o x c 、具有高速接口的高端路由器或者光交换矩阵 与电交换矩阵整合一体的多粒度交换机等等。这种网络中支持的多播业务连接，不再局 限于波长粒度的光树方式。由于电交换设备可以容易地实现信号的再生、复制和多播， 因此可以认为波长路由网络中的那些约束放宽了。但网络同时存在电域再生节点和全光 节点，使控制面协议和算法变得更加复杂。例如必须在链路状态协议中扩展支持对节点 类型的定义，用于描述节点的业务量疏导能力、波长变换能力、多播支持能力等。在这 种情况下的多播树构造问题必须统一考虑上述所有约束，并对节点各种能力进行适当的 抽象，以保证多播路由算法的有效性和计算方法的可扩展性【6 j 。 ( 3 ) 为很好地解决支持可靠性的多播业务连接，光层多播的生存性问题也是一个 研究热点。保护与恢复机制各有侧重，而工作资源和备有资源的联合优化有待深入研究； 同时，在网络发生故障后给定时间内完成业务保护切换或重路由计算，进行快速可靠恢 - 6 - 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 复也有待研究【6 】。 ( 4 ) 光突发交换( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ，o b s ) 光网络中支持多播的潜力有待 发掘，相关研究才刚刚起步。- o b s 网络中，由于突发分组分组传输经过的是全光路径， 确定路由时仍需考虑传输损伤约束：分组的复制仍然依赖于分光器件，分光器件带来的 功率损失问题以及稀疏配置问题同样存在。因此，多播路由算法归结为有约束的多播树 构造问题；同时，o b s 技术具有对业务流的统计复用能力，这为节省有限的波长资源提 供了新的可能性。例如在o b s 网络中依靠边缘节点的业务