（通信与信息系统专业论文）wdm光网络中的可用性算法研究.pdf

摘要 摘要 随着信息化社会的发展，宽带视频、多媒体等业务的需求不断增长，特别是 i n t e m e t 网的爆炸式发展，迫切要求扩大广域骨干通信网的容量。光纤上的波分复 用技术( w a v e l e n g t h d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，w d m ) 以它的传输容量大，对高层协议透 明，以及易于扩展等优点而倍受青睐。因此，利用w d m 传输技术的光传送网将 是下一代高速广域骨干网的最具竞争力的候选者。随着o x c ( o p t i c a lc r o s s c o n n e c t ，光交叉连接设备) 、o a d m ( o p t i e a la d d d r o pm u l t i p l e x e r ，光分插复用设 备) 技术的不断成熟，基于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 ) 技术的光传送网 已不再局限于点对点传输，而是组网运用。由于上层的业务本身的不同，要求下 层光网络能够为上层提供各种级别的服务，即对网络资源的动态分配要求也越来 越迫切。 w d m 光网络中每个波长上传输的通信速率越来越高，例如o c 4 8 、o c 一1 9 2 、 o c - 7 6 8 ( 对应的速度为2 5 g b s 、1 0 g b s 、4 0 0 h s ) ，要是一根光纤断裂，光纤中的 连接将会全部失效。所以研究各种保护显得尤为重要。到现在为止，前人的许多 研究成果都应用于了实际的w d m 光网络中，为网络用户和运营商提供了强有力 的理论依据和方案。但是最初的研究是比较粗糙并且并没有考虑用户的需求，比 如，有些用户的应用并不需要保护，而有了保护对这些用户来说就是收费高了， 但是有些用户就需要保护，而且这些需要保护的用户中还有部分需要更高的保护 性能。随着市场竞争的加剧，运营商必须对用户的要求作出反应，并希望自己也 能更好地管理网络资源。如何为用户提供这些区分服务，并且所使用的网络资源 最少成为了很多研究者的研究方向。 本文重点研究了在动态业务情况下w d m 光网络中的可用性问题，涉及到了 网络可用性，单播业务的可用性和多播业务的可用性。 在第二章，针对以往文献对网络可用性研究的各种不足，作者提出了一种新 的网络可用定义：网络在最好的运行性能情况下，向连接请求提供的可用性值。 网络运行性能与连接的接受率和连接请求的可用性要求相关。作者并提出了算法 d n a a ( d y n a m i en e t w o r ka v a i l a b i l i t ya l g o r i t h m ) 来计算网络的可用性值，仿真验证 了该算法的正确性和有效性。在提供有效的区分可用性的连接服务中，该算法能 为网络运营商和网络用户提供更好的依据。 论文第三章研究了单播连接的可用性，作者从各个用户的可用性要求出发， 改进了保护机制，即针对用户的要求给予适当的保护，资源分配多了会使后面的 连接请求缺乏网络资源，导致连接请求被阻塞，若分配少了，用户的要求没有满 足，由于没有提供足够高的服务，运营商将会遭到严重的处罚。作者提出了一种 部分保护的方法，针对可用性要求来动态调整被保护段的长度，从而调整保护资 源的使用，达到了既满足用户可用性要求又能让网络接纳更多的连接请求。仿真 结果表明，所提出的算法比原来的不区分可用性的算法有更低阻塞率和更短的失 效恢复时间。 第四章研究了w d m 光网络上进行多播的问题，由于光多播的复杂性，光多 播的保护研究也就不多，而有用户可用性要求的多播保护更是没有研究者涉足。 作者在研究了多播保护和单播区分可用性连接的情况下，提出了在有可用性要求 情况下的光多播保护思想，并提出了三个相应的算法。这三种算法都是借助区分 可用性服务来实现的，目的都是减少使用的保护资源，达到减少网络阻塞率的目 的。仿真结果表明，提出的算法能够达到预期的目的：满足用户可用性要求，并 且减少网络的阻塞率。 为验证、评估本文所提各种算法的性能，作者在实验室原有的基础上开发了 w d m 光网络中的可用性研究仿真平台软件，并利用这仿真平台考察了各种算法的 性能。第五章介绍了该仿真软件平台的主要构成，给出了重要数据结构以及伪码。 最后是全文总结。 关键词：w d m 光网络，可用性，网络可用性，连接可用性，分段保护，多措树 a b s t f a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o ns o c i e t ya n dt h ee x p l o s i v eg r o w t ho fi n t e r a c t ， t h er e q u i r e m e n t so f n e t w o r kc a p a c i t yh a v ei n c r e a s e dd r a m a t i c a l l y , w h i c ha r ep r o m o t i n g t h ec o n s t r u c t i o no fb r o a d b a n dm m kn e t w o r k w a v e l e n g t h d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ( w d m ) i sap r o m i s i n ga p p r o a c ht h a tc a r te x p l o i tt h ee n o r m o u sb a n d w i d t ho f t h eo p t i c a lf i b e r a s i n g l e f i b e rc a nb ee m p l o y e df o rm u l t i p l ed a t as t r e a r n ss i m u l t a n e o u s l y a l l o p t i c a l n e t w o r k se m p l o y i n gt l a ec o n c e p to fw d ma n dw a v e l e n g t hr o u t i n ga r ec o n s i d e r e da st h e t r a n s p o r tn e t w o r k sf o rt h ef u t u r e w i t ht h ed e v e l o p m e n to fo x ca n do a d m ，t h e o p t i c a lt r a n s m i s s i o n n e t w o r kb a s e do nd w d mi sn o tc o n f i n e dt op o i n t - t o - p o i n t t r a n s m i s s i o n , w h i c hi se x t e n d e dt on e t w o r k i n g a sd i f f e r e n ts e r v i c e sa n da p p l i c a t i o n sa t 1 1 i g hl a y e r s o p t i c a lt r a n s m i s s i o nn e t w o r kh a s t oa l l o c a t er e s o u r c e si n t e l l i g e n t l y i no p t i c a lw d mn e t w o r k s ，aw a v e l e n g t hc h a n n e lh a st r a n s m i s s i o nr a t eo fo v e r g i g a b i t sp e rs e c o n d ( e g ，o c 一4 8 ，o c 一1 9 2o ro c 一7 6 8 ，e t c ) i fl i n k s ( f i b e rl i n k s ) f a i l ，al o t o fc o n n e c t i o ns t r e a m sw o u l db ed r o p p e d s ot h ep r o t e c t i o nd e s i g n sa r ev e r yi m p o r t a n t f o r t h ef a u l tm a n a g e m e n ti ns u r v i v a b l ew d m o p t i c a ln e t w o r k s m a n yr e s e a r c hr e s u l t s h a v eb e e nu s e d p r a c t i c a l l ys of a r ，w h i c hp r o v i d e su s e f u lm e t h o d sf o rn e t w o r ku s e r sa n d n e t w o r ko p e r a t o r s b u tt h e s er e s e a r c h e sd on o tc o n s i d e rt h eu s e r s r e q u i r e m e n t s f o r e x a m p l e ，s o m eu s e r sd on o tn e e dp r o t e c t i o n ，i fn e t w o r ks u p p l i e sp r o t e c t i o n ，w h i c h m e a n sm o r em o n e yw i l lb ep a i d a n ds o m eu s e r sn e e dp r o t e c t i o n ，ap a r to ft h e mn e e d s e v e nh i g h e rp r o t e c t i o n n e t w o r ko p e r a t o r sh a v et of i n dt h ew a yt om e e tu s e r s d e m a n d s i nt h i sc o m p e t i t i v em a r k e t ，a n dm e a n w h i l eo p e r a t en e t w o r kr e s o u r c e se f f i c i e n t l y s o ，t o p r o p o s es o m ea l g o r i t h m st op r o v i d et h e s es e r v i c e sb e c o m e sm a n yr e s e a r c h e r s i n t e r e s t s t h i st h e s i sd i s c u s s e sa v a i l a b i l i t yp r o b l e m si nw d m o p t i c a ln e t w o r k sw i t hd y n a m i c n e t w o r kl o a d i ti n c l u d e sn e t w o r ka v a i l a b i l i t y , c o n n e c t i o na v a i l a b i l i t ya n dm u l f i c a s t a v a i l a b i l i t y i nc h a p t e r2 ，w ep r o p o s ean e wd e f i n i t i o no fn e t w o r ka v a i l a b i l i t ya g a i n s tt h e d i s a d v a n t a g e so fl i t e r a t u r e s ，w h i c hi st h ep r o v i d e da v a i l a b i l i t yv a l u et oc o n n e c t i o n r e q u e s t sw h e nt h eb e s tn e t w o r kp e r f o r m a n c ei sa c h i e v e d n e t w o r kp e r f o r m a n c ei s a b s t r a c t r e l a t e dt oa c c e p t er a t ea n da v a i l a b i l i t yr e q u i r e d w ea l s op r o p o s eaa l g o r i t h md n a a ( d y n a m i cn e t w o r ka v a i l a b i l i t ya l g o r i t h m ) t og e tn e t w o r ka v a i l a b i l i t y i nw d m n e t w o r k s a n ds i m u l a t i o n sv e r i f yt h ec o r r e c t n e s sa n de f f i c i e n c yo f t h ea l g o r i t h m i nc h a p t e r3 ，w ed i s c u s st h ec o n n e c t i o na v a i l a b i l i t yo fn n i c a s t m o r er e s o u r c e s u s e dw i l ll e a ds h o r t a g eo f r e s o u r c e sf o rl a t e rc o m i n gc o n n e c t i o nr e q u e s t s ，l e s sm a y l e a d u s e r s r e q u i r e m e n tu n m e e t e d w ep r o p o s e as e g m e n tp r o t e c t i o ns c h e m et h a tc a r la d j u s t t h el e n g t ho fp r o t e c t e ds e g m e n ta c c o r d i n gt ou s e r s a v a i l a b i l i t yr e q u i r e m e n t , a n dt m s w i l la d j u s tr e s o u r c e su s e d s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ea l g o r i t h mp r o p o s e dh a s l o w e r b l o c kr a t ea n ds h o r t e rr e c o v e r yt i m et h a nt h ea l g o r i t h m sw i t hp a t hp r o t e c t i o n c h a p t e r4d i s c u s s e st h em u t i c a s ti nw d m n e t w o r k s a sc o m p l e xo fo p t i c a l m u l t i c a s t ，t h e r ea r en o tm a n yr e s e a r c h e sa b o u tm u l t i c a s tp r o t e c t i o n a n dh o b o d yh a s d i s c u s s e dm u l t i c a s tp r o t e c t i o nw i t ha v a i l a b i l i t yc o n s t r a i n t w ep r o p o s et h er e s e a c ho f m u l t i c a s tp r o t e c t i o n 、衍廿la v a i l a b i l i t yc o n s t r a i n tb a s e do nt h ek n o w l e d g eo fm u l t i c a s t p r o t e c t i o na n dp r o t e c t i o nw i t ha v a i l a b i l i t yc o n s t r a i n ti nn n i - e a s t t h e nw ep r o p o s et h r e e a l g o r i t h m s ，a n dt h em a i np u r p o s eo f t h e s et h r e ea l g o r i t h m si st om e e tu s e r s r e q u i r e m e n t w i t hl e s sr e s o u r c ea sp o s s i b l e t h es i m u l a t i o nr e s u r ss h o wt h a ta l la l g o r i t h m sc a nf i n i s h t h ef u n c t i o na n dj fa n a l g o r i t h mp r o v i d e s f i n e rg r a n u l a r i t y , i tw i l lh a v eb e t t e r p e r f o r m a n c e 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 i g o r i t h m si nt h i st h e s i s ，s i m u l a t i o np l a t f o r m s o f t w a r ei sd e v e l o p e d a n db a s eo np 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 ，i m p o r t a n td a t as t r u c t u r ea n ds o m ep s e u d oc o d e s a l eg i v e ni nc h a p t e r5 a n dc h a p t e r6i st h es u m m a r yo f t h i st h e s i s k e y w o r d s ：w d m o p t i c a l n e t w o r k s ，a v a i l a b i l i t y , c o n n e c t i o na v a i l a b i l i t y , s e g m e n t p r o t e c t i o n ，m u l t i c a s tt r e e 笪堕主耋 w d m s d h t d m o a d m 0 x c o t n f d m s r l g t t r t b f m t t r m t b f d n a a m f l s d p d i r d p p l l p a d t p t p c s p 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 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 t i m ed i v i s i o nm u 1 t i p l e x i n g o p t i c a la d d d r o pm u l t i p l e x e s o p t i c a lc r o s sc o r m e c t o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k f r e q u e n 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 d 融s kl i n kg r o u p t i m e t or e p a i r t i m eb c t w e e nf a i l u r e m e a nt i m et or e p a i r e m e a nt i m eb e t w e e nf a i l u r e d y n a m i c n e t w o r ka v a i l a b i l i t y a l g o r i t h m m o s t - l i k e l yf a i l u r el i n k s e g m e n td e d i c a t e dp r o t e c t i o n d i f f e r e n t i a lr e l i a b i l i b y d e d i c a t e dp a t hp r o t e c t i o n i n t e g r a t el i n ep l a n a r cd i s j o i n t e dt r e e p a r t i a lt r e ep r o t e c t i o n c h o o s i n gs e g m e n t sp r o t e c t i o n v 波分复用技术 同步数字系列 时分复用 光分插复用器 光交叉连接器 光传送网络 频分复用 共享风险链路组 修复时间 失效间隔时间 平均修复时间 平均正常工作时间 动态业务网络的可用性算法 最有可能失效的链路 专用分段保护 区分可用性 专用通路保护 整数线性规划 弧分离树 部分树保护算法 选择段保护算法 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：峦毽蕴垩 日期：2 即年1 月多e l 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。 l 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 上，7 签名：丝堑壬 导师签名：兰：! ：! ! e l 期：2 占年月6 日 第一章绪论 1 1w d m 光网络概述 第一章绪论 1 1 1w d m 光网络技术及特点 随着全球“信息高速公路”的发展，以及宽带视频、多媒体等业务的日益兴 起，特别是通信运营商综合业务的快速增长，对广域骨干网的带宽提出了越来越 高的要求。如何有效地增加骨干网的传输能力成为众多通信业务提供商必须面对 的重要问题。由于光纤具有巨大的潜在带宽( 接近5 0 t b s ) ，同时还具有成本低、信 号失真和衰减低( 可达o 2 d b k m ) 、功率要求低以及空间要求低等优点，因此，目前 在骨干网中大多使用光纤链路来传输数据。但是，由于传统的s d h s o n e t ( 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 s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k ) 技术只能以特定的传 输速率( 如2 5 g b i t ，s ) 在光纤中的单个波长信道上传输数据，此时要增加传输带宽只 能单纯依靠提高单波长的传输速率来实现。从理论上看，单路波长的传输速率上 限主要受限于集成电路硅材料和镓砷材料的电子迁移率；其次，还受限于传输媒 质的色散和极化模色散以及所开发系统的性能价格比是否合算。目前看来，材料 问题已不是主要限制，已有人在进行1 6 0 g b i t s 速率的试验；但是，后两项限制使 这一速率的实用化前景变得十分暗淡，目前认为4 0 g b i t s 为单路波长的最高实用 化速率。可见，采用电的时分复用( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，t d m ) 来提高传输 容量的做法已经逐渐接近极限，没有太多潜力可挖。因而唯一现实的出路是转向 光的波分复用( 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 ) 方式。波分复用技术可以 充分利用光纤的低损耗带宽，在一根光纤中的不同波长上异步、高速地传输各种 格式的信号，是挖掘光纤巨大带宽资源的最佳技术。波分复用技术是节省光纤线 路，提升传输容量的现实最优技术。它具有传输容量大，对高层协议和技术适应 性强，以及易于扩展等优点。采用w d m 技术可以将每根光纤的巨大带宽分成许 多互不重叠的波长信道，每个信道都可以并行、异步和高速地按当前电子处理数 据的极限速率来传输数据，从而可以充分利用光纤的巨大带宽，提供丰富而且廉 价的带宽资源。因此，使用光分插复用器( o p t i c a la d d d r o pm u l t i p l e x i n g ，o a d m ) 和光交叉连接设备( o p t i c a lc r o s s - c o n n e c t ，o x c ) 的w d m 光传送网( o p t i c a l 电子科技大学硕士学位论文 t r a n s p o r tn e t w o r k ，o t n ) 将逐渐在骨干网中占据主导地位。 经过近十年的发展，w d m 技术已经取得了巨大的突破，目前在单光纤上的容 量可达6 4 t b s 甚至1 6 t b s ，在单根光纤上的波分复用数可达1 0 2 2 个。欧洲的i - 2 1 网络中，采用w d m 技术使一条路由上的通信容量高达1 0 0 0 t b s 。目前点到点的 w d m 传送技术已经成熟，并且已经大量在长途干线和海底光缆系统中使用。全球 实际铺设的w d m 系统已超过5 0 0 0 个，一些产品，如日本h i t a c h i 的a m n 6 0 0 0 、 l u c e n t 的w a v e s t a ro l s 4 0 0 g 以及n o r t e l 的m u i t i - w a v e l e n g t ho p f i c f lr e p e a t e r ( m o r ) p l u ss y n e m 等都可以处理高达3 2 0 g b i f f s 或4 0 0 g b s 的数据传输率。自1 9 9 5 年以来，美国各大长途电话公司已经在其干线网络中逐步引入w d m 设备，到t 9 9 9 年底其干线上已经基本实现w d m 传输。我国从1 9 9 7 年开始引入w d m 设备，目 前光通信的发展已经初具规模。我国在多条省级光缆干线上已经使用了w d m 技 术，在2 0 0 0 2 0 0 4 年间又采用w d m 技术对我国“八纵八横”光缆网进行改造、扩 容和升级。2 0 0 0 年1 0 月2 8 日，中国网通开通宽带高速互联网c n c n e t ，该工程一 期工程已建成8 4 9 0 公里，1 0 6 个中继站，1 7 个节点，贯通了东南部的1 7 个重点 城市，网络总传输带宽高达4 0 g b p s 。 采用w d m 技术虽然可以充分利用光纤的潜在带宽，从而能够极大地提高线 路的传输能力，但是，由于目前的传送网中，光技术仅仅局限在点到点的应用， 在节点上采用的是电时分复用技术，还需要进行光一电转换，这大大限制了网络 的速度和灵活性。另外，目前电子交换的发展已逼近电子速率的极限，为了摆脱 电层交换瓶颈的制约，引入光交换技术已成为必然趋势。光交换技术分为光路交 换f o p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g ) 、光突发交换( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ) 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 9 1 三种。由于受到成本和技术方面一些问题的制约，如缺 少光随机访问存储介质以及对光分组头的同步比较困难等，直接在全光域中完成 分组级交换的实用化还需待以时日。目前受到青睐的是光路交换和光突发交换。 相对光分组交换和光突发交换而言，基于光路交换的w d m 光传送网更容易实现， 而且其特有的波长重用( w a v e l e n g t hr e u s e ) 能力也使它具有良好的可扩展性。因此 采用光交叉连接设备( o x c ) 和光分插复用器( o a d m ) ，提供可调度光路的w d m 光 传送网被认为是下代i n t e m e t 的极具竞争力的候选者。 从上面的叙述可以看出，随着光分插复用器( o a d m ) 和光交叉连接设备 f o x c ) 的出现，已经使w d m 技术从最初的点到点传输技术逐渐转变为一种网络技 术。基于w d m 技术的光传输网已在世界范围内引起了广泛关注。w d m 宽带光联 2 第一章绪论 网已经成为继s d h 电联网之后的又一次新的光通信发展高潮。而且近年来在w d m 传输技术、吉比特以太网以及吉比特x k 比特交换路由技术等方面的长足进步，都 为基于i p 业务的w d m 光联网的发展创造了极好的条件。 波分复用( w d m ) 实质是光域上的频分复用( f d m ) 技术，每个波长通路通过频 域的分割实现，每个波长通路占用一段光纤的带宽。w d m 技术使用独立的电比特 流调制各自的光载波，经复用后在同一根光纤上传送。由于它们的光谱成分不同， 在大气传输中是各不干扰的。在接收端使用解复用器( 等效于光通带滤波器1 将各个 载波上的光信号分开。 图1 - 1 波分复用系统 w d m 技术在光传输网中的典型应用如图1 1 所示。w d m 系统由光合波器( 光 复用器) 和可以提取独立光波长的光分波器( 光解复用器) 组成。发射端的光发射机 发出光波长不同且精度和稳定度熊满足一定要求的光信号，经过光合波器、掺铒 光纤放大器( 光纤线路中可根据需要设置光线路放大器) ，送入光纤中传输。到达接 收端后，经光纤前置放大器放大，通过光分波器恢复成原来的各路光信号。 w d m 使单波长传输变成了多波长同时传输，从而可以大大增加光纤的传输容 量。例如，如果每个波长的传输速率为2 5 g b s ，在根光纤中同时使用4 个波长， 则光纤总的传输容量就可达到2 5 4 = 1 0 g b s 。一根光纤可以传输几百个甚至几千 个信道，因此，w d m 技术可以充分利用光纤的巨大带宽资源( 多于5 0 t h z 的理论 可用带宽) ，使一根光纤的传输容量比单波长传输时的容量增加几倍、几十倍甚至 几百倍。可以认为，w d m 技术将为光传输网的发展提供几乎取之不尽的资源。 w d m 技术具有下述特点： 】传输容量太，可节约宝贵的光纤资源。对单波长光纤系统而言，收发一个信 号需要使用一对光纤，而对于w d m 系统，不管有多少个信号，整个复用系统只 3 电子科技大学硕士学位论文 需要一对光纤。 2 对各类业务信号“透明”，可以传输不同类型的信号，如数字信号、模拟信号 等，并能对其进行合成和分解。 3 网络扩容时不需要敷设更多的光纤，也不需要使用高速的网络部件，只需要 换端机和增加一个附加光波长就可以引入任意的新业务或扩充容量，因此w d m 技术是理想的扩容手段。 4 组建动态可重构的光网络时，在网络节点使用光分插复用i 器( o a d 蛐或者使 用光交叉连接设备( o x c ) ，可以组成具有高度灵活性、高可靠性、高生存性的全光 网络。可以想像，要是网络的一条通路坏掉了，那么损失的数据是非常大的，代 价也是很大的，在现在的高容量网络中考虑高可靠性显得尤为重要了! 正是因为w d m 技术的上述特点，使其在近几年得到了迅猛的发展，并且随 着研究的不断深入，w d m 技术将更广泛地应用于未来超高速的传输网中，随之而 来的就是我们这篇文章主要的目标，更加系统、深入地研究网络的可用性。 近年来，基于w d m 技术的骨干网以其容量大和可靠性高等特点推动了 i n t e r n e t 的迅猛发展。网络结构由于能够提供快速有效的容量配置，现已成为长距 离骨干网的主要组网方式。网状w d m 网提供的基本业务是在两个业务接入点间 建立一系列波长通道，即光路( l i g h t p a t h ) ，在网络边缘的客户( 如i p a t m 路由器) 使用这些光路由作为传输数据话音业务的大容量管道。由于一条光路由可能聚合 了大量的用户业务，但光路由的失效将会造成巨大的损失。因此基于w d m 技术 的网络生存性问题得到了特别地关注。 目前网络生存性技术有多种。基于通路的保护机制由于恢复速度快而且实现 简单，已成为网络生存性的有效机制【l 3 1 。它的工作原理是为每个连接需求建两条 “物理分离”的光路，分别为工作路由和保护路由。一旦工作路由失效，可以立 刻切换到保护路由上运行。物理分离根据失效程度不同具有多种含义，如节点分 离、链路分离和区域分离等。i e t f 于2 0 0 1 年在草案中提出了共享风险链路组 f s h a r e dp d s kl i n kg r o u p s ，s r l g ) 4 的概念，对“物理分离”概念进一步抽象和扩 展。s r l g 是指共享相同物理资源( 或共同失效风险) 的一组链路。每个s r l g 都有 唯一的标识，称为s r l g 标识( s r l gi d e n t i f i e r ) 。网络操作者通过指定物理链路属 于不同的s r l g 来满足不同用户对可靠性的要求。显然，s r l g 概念的引入，能更 灵活地保证网络生存性。 通路保护机制中的备用光路可用专用方式，也可用共享方式。共享方式只在 4 第一章绪论 对应的工作光路均为链路( 或s r l q 分离并且是单链路失效的情况下时才有效，优 点是资源利用较好。在网状w d m 网中，通路保护机制可分为专用保护e d i c a t e d p r o t e c t i o n ) 和共享保护( s h a r e dp r o t e c t i o n ) n ) 。专用保护中，不同保护路由间不共享 资源，任何工作路由的故障和保护路由的激活不会影响其他的工作路由与保护路 由，典型的例子如1 + 1 保护与1 ：1 保护。而在共享保护中，只要工作路由是s r l g ( 链 路) 分离的，彼此没有共享风险，它们的保护路由就可以共享资源；这种方式可以 恢复任何单个s r l o ( 链路) 故障。显然，共享保护的所需的备份资源比专用保护要 少，提高了网络资源利用率。 1 1 2w d m 光网络技术的发展 目前点到点的w d m 传送技术已经成熟，并已应用于长途干线和海底光缆系 统。自1 9 9 5 年以来，美国的各大长途电话公司已经在其干线网络中逐步引入w d m 设备，到1 9 9 9 年底，已在其干线上基本实现w d m 传输。w d m 设备自1 9 9 7 年进 入中国市场，1 9 9 8 年至1 9 9 9 年度，中国电信在多条省级光路干线上使用了w d m 技术。2 0 0 0 年6 月，南京一武汉光缆干线3 2 0 g 波分复用实验工程正式开工，这 标志着我国建设超大容量传输骨干网正式拉开了帏幕。中国电信准备在2 0 0 0 一 2 0 0 4 年间，采用w d m 技术对我国“八纵八横”光缆网进行改造、扩容和升级。 2 0 0 0 年1 0 月2 8 日，中国网通宽带高速互联网c n c n e t 一期工程正式开通试运营， 该工程一期工程已建成8 4 9 0 公里，1 0 6 个中继站，1 7 个节点，贯通了东南部的1 7 个重点城市，网络总传输带宽高达4 0 g b p s 。这些都标志着中国信息业务已从窄带 逐步发展到宽带，同时也拉近了中国信息基础设旋建设与国外的距离，为中国信 息产业进一步繁荣与发展奠定了基础。 w d m 技术虽然能极大地增加线路的传输容量，但同时也对交换系统提出了更 高的要求。目前的电子交换的发展已逼近电子速率的极限，为解决电层交换瓶颈 的制约问题，引入光交换已事在必行。相对光分组交换而言，采用光路交换的w d m 光传送网比较容易实现，其特有的波长复用能力也使之具有良好的可扩展性。因 此，采用波长分配和路由选择的w d m 光传送网( o t n ，o p t i c a l t r a n s p o r t n e t w o r k ) 技术，被认为是未来骨干通信网向宽带、大容量发展的首选方案。 9 0 年代以来，w d m 光传送网已成为网络界的研究热点。早在9 0 年代初，欧 洲就已经在其r a c e ( 欧洲先进通信方式的研究与技术开发) 计划中将多波长传送 网列为研究目标。在后继的a c t s ( 先进的通信技术与服务) 计划中，又在欧洲各地 5 第一章绪论 对应的工作光路均为链路( 或s r l o y 分离并且是单链路失效的隋况下时才有效，优 点是资源利用较好。在网状w d m 网中，通路保护机制可分为专用保护( d e d i c a t e d p r o t e c t i o n ) 和共享保护( s h a r e dp r o t e c t i o n ) 1 j 。专用保护中，不同保护路由间不共享 资源，任何工作路由的故障和保护路由的激活不会影响其他的工作路由与保护路 由，典螫的饿予如1 + 1 保护与1 ：1 保护，而在共享保护中，只要工作路由是s r l g r 链 路) 分离的，彼此没有共享风险，它们的保护路由就可以共享资源；这种方式可以 恢复任何单个s r l g ( 链路) 故障。显然，共享保护的所需的备份资源比专用保护要 少，提高了网络资源利用率。 1 1 2w d m 光网络技术的发展 目前点到点的w d m 传送技术已经成熟，并已应用于长途干线和海底光缆系 统。自1 9 9 5 年以来，美国的各大长途电话公司已经在其干线网络中逐步引入w d m 设备，到1 9 9 9 年底，已在其干线上基本实现w d m 传输。w d m 设各自】9 9 7 年进 入中国市场，1 9 9 8 年至1 9 9 9 年度，中国电信在多条省级光路干线上使用了w d m 技术。2 0 0 0 年6 月，南京一武汉光缆干线3 2 0 g 波分复用实验工程正式开工，这 标志着我国建设超大容量传输骨干网正式拉开了帏幕。中国电信准名在2 0 0 0 一 2 0 0 4 年问，采用w d m 技术对我国“八纵八横”光缆网进行改造、扩容和升级。 2 0 0 0 年1 0 月2 9 日，中国网通宽带高速互联网c n c n e t 一期工程正式开通试运营， 该工程一期工程已建成8 4 9 0 公里，1 0 6 个中继站，1 7 个节点，贯通了东南部的1 7 个重点城市，网络总传输带宽高达4 0 g b p s 。这些都标志着中国信息业务已从窄带 逐步发展到宽带，同时也拉近了中国信息基础设施建设与国外的距离，为中国信 息产业进一步繁荣与发展奠定了基础。 w d m 技术虽然能极大地增加线路的传输容量，但同时也对交换系统提出了更 高的要求。目前的电子交换的发展已逼近电子速率的极限，为解决电层交换瓶颈 的制约问题，引入光交换已事在必行。相对光分组交换而言，采用光路交换的w d m 光传送网比较容易实现，其特有的波长复用能力也使之具有良好的可扩展性。因 此，采用波长分配和路由选择的w d m 光传送网( 0 t n ，o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k ) 技术，被认为是未来骨干通信网向宽带、大容量发展的首选方案。 9 0 年代以来，w d m 光传送网已成为网络界的研究热点。早在9 0 年代初，欧 洲就已经在其p a c e ( 欧洲先进通信方式的研究与技术开发) 刊划中将多波长传送 网列为研究目标。在后继的a c t s ( 先进的通信技术与服务) 计划中，又在欧洲各地 网列为研究目标。在后继的a c t s ( 先进的通信技术与服务) 计划中，又在欧洲各地 电子科技大学硕士学位论文 建立了一系列实验性的w d m 光传送网，如o p e n ，p h o t o n 和m e t o n 等。美 国在d a r p a ( 国防部高级研究计划局) 的资助下，组建了多个研究团体，建立了一 系列的光传送实验网，如由a t & t 、b e l l c o r e 和朗讯科技牵头建设的m o n e t ( 多波 长光网络) 实验网，用于实验和验证各种新技术。1 9 9 7 年开始建设并由加拿大政府 资助的加拿大研究和教育h t e m e t 骨干网( c a n a d ar e s e a r c ha n de d u c a t i o ni n t e r n e t b a c k b o n e ) c an e t 3 采用高速路由器和w d m 设备直接相连的p ，o v e r - w d m 结构， 开创了光互联网( o p t i c a li n t e m e t w o r k