（通信与信息系统专业论文）面向工程的wdm光网络规划与优化系统中rwa和srlg的研究.pdf

中文摘要 中文摘要 伴随着社会经济的发展，网络技术日新月异，全球i n t e m e t 业务呈现出爆炸 式增长的趋势，同时人们对通信业务的需求变得更加高层次和多样化。这就对通 信网络的容量提出了巨大的挑战，而光纤通信技术的出现正好大大缓解了这样的 难题，给通信领域带来了蓬勃发展的机遇。随着光网络技术的快速发展，光纤通 信已从单纯的传输技术逐步演化为重要的组网手段。其中以波分复用( w d r v o 技术 为基础的光传送网络由于其大容量和良好的灵活性而成为目前光通信领域研究的 焦点。 通过引入光交叉连接o x c ，光网络可以通过波长选路为节点对提供端到端的 光通道，进而实现波长的重用。而另一方面，由于w d m 技术使大量业务量聚合 到极少的网络设备中，一旦单节点或单链路的失效都可能会造成巨大的数据损失， 因此在光网络规划与优化设计的过程中我们必须要考虑网络的生存性问题。此外， 由于网络业务越来越呈现动态特性，要求w d m 光网络具有快速响应动态业务的 能力。在动态环境下，为了提高网络资源的利用效率，降低网络阻塞率，设计良 好的路由与带宽分配策略在通路保护中是非常重要的。 结合作者参与的光网络规划与优化软件“u n i t r a n sz x t o p5 0 0 ，本文着重研 究了基于w d m 光网络生存性的动态路由与波长分配算法，在前人的基础上提出 了一种新型的基于部分波长转换的f m a 算法。该算法首先为业务按照k t h 最短 路径搜索算法确定多条备选路由并且将这些备选路由按照一定的顺序进行排序； 然后根据算法中的波长分配方案得到所有可用波长集合，并按照一定的要求选择 可用波长作为分配结果。最后通过仿真测试验证了该算法的性能。 此外，基于s r l g 约束的通道保护机制由于恢复速度快且实现简单，已成为 解决网络生存性的有效机制，因而本文还提出了基于s r l g 的动态混合共享通路保 护( d m s p ) 算法。该算法是一种新型的基于s r l g 约束的动态业务分配算法，通过 动态计算链路权值为业务分配工作通道和保护通道，有效地避免了s r l g 通道保护 中出现的自陷问题，并且即便出现了自陷问题也可以极其有效的恢复，同时该算 法通过引入资源混合共享机制提高了资源利用率，从而大大的提高了系统的性能。 最后通过仿真数据分析，证实了该算法在资源利用率和业务阻塞率上的性能都优 于之前的相关算法。 i 中文摘要 关键词：w d m ，规划与优化，生存性，路由与波长分配，s r l g a b s t r a c t a b s t r a c t a ss o c i e t ya n de c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，n e t w o r kt e c h n o l o g yi sc h a n g i n gf a s t ，t h e r e i sa l le x p l o s i v eg r o w t ht r e n di ni n t e r n e tb u s i n e s si nt h ew o r l d ，m e a n w h i l e , t h ed e m a n d o fc o m m u n i c a t et r a f f i ci sm o r eh ig h 1 e v e la n dd i v e r s i t y a l t h o u g ht h i si s ah u g e c h a l l e n g e 细t l l ec a p a c i t y o fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k , t h ee m e r g e n c eo ff i b e r c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yb r i n g sv i b r a n to p p o r t u n i t i e s a s f a s t o p t i c a ln e t w o r k t e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t , o p t i c a l f i b e rc o m m u n i c a t i o ng r a d u a l l ye v o l v e si n t oa l l i m p o r t a n tn e t w o r k i n gm e a n s 丘o mt h es i m p l e t r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y o p t i c a l t r a n s m i s s i o nn e t w o r kw i t hh u g ec a p a c i t ya n dg o o df l e x i b i l i t y , b a s e do nw 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 ) ，b e c o m e st h ef o c u si nc u r r e n to p t i c a lc o m m u n i c a t i o n f i e l d b yu t i l i z i n ge q u i p m e n t sl i k eo p t i c a lc r o s sc o n n e c t ( o x c ) ，w d mn e t w o r kc o u l d p r o v i d ee n d t o e n dl i g h t - p a t h st os o u r c e - d e s t i n a t i o nn o d ep a i r sa n dr e - u s ew a v e l e n g t h r e s o u r c e s o nt h eo t h e rh a n d ，as i n g l en o d eo rl i n kf a i l u r ew i l lc a u s es e v e r es e r v i c e d i s r u p t i o ni ns u c hn e t w o r k , s i n c el a r g ea m o u n to f t r a f f i ci sa g g r e g a t e dt ol e s se q u i p m e n t o w i n gt ot h eu s eo fw d mt e c h n o l o g y h e n c e ，n e t w o r ks u r v i v a b i l i t yh a sb e c o m i n ga c r i t i c a lp r o b l e mi nn e t w o r kd e s i g n m e a n w h i l e , d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fn e t w o r k t r a f f i cs h o w si n c r e a s i n g l y , i td e m a n d sw d ms h o u l dh a v et h ea b l i t yo fr e s p o n d i n g d y n a m i ct r a f f i cq u i c k l y i nt h ed y n a m i ce n v i r o n m e n t , i no r d e rt oe n h a n c en e t w o r k r e s o u r c eu t i l i z a t i o na n dr e d u c en e t w o r kc o n g e s t i o nr a t e ，i t sv e r yi m p o r t a n tt od e s i g na g o o dt a c t i ca b o u tr o u t i n ga n d b a n d w i d t ha s s i g n m e n ti np a t hp r o t e c t i o n w i mo p t i c a ln e t w o r kp r o g r a m m ea n do p t i m i z a t i o ns o f t w a r e u n i t r a n sz x t o p 5 0 0 w h i c ht h ea u t h o rp a r t i c i p a t e di n , t h ea r t i c l es t u d y sd y n a m i cr o u t i n ga n d w a v e l e n g t ha s s i g n m e n ta l g o r i t h mb a s e do nw d mo p t i c a ln e t w o r ks u r v i v a b i l i t y , a n dp u t f o r w a r dan e wa l g o r i t h mb a s e do np a r to fw a v e l e n g t hc o n v e r s i o n f i r s to fa l l ，t h e a l g o r i t h mc o n f i r m ss e v e r a la l t e r n a t er o u t i n g sa c c o r d i n gt or e q u i r e m e n ta n d s o r t st h e m w i t ht h es e q u e n c e ；t h e n , i ta c q u i r e st h ec o l l e c t i o no fa l la v a i l a b l ew a v e l e n g t h sa c c o r d i n g t ot h ew a v e l e n g t ha s s i g n m e n ts c h e m ei nt h ea l g o r i t h m ，a n dg e t st h ea s s i g n m e n tr e s u l t b ys e l e c t i n gt h ec o l l e c t i o n o ft h el e a s tw a v e l e n g t hc o n v e r s i o nt i m e s a tl a s t ，t h e a b s t r a c t s i m u l a t i o nt e s t sv e r i f i e dt h ep e r f o r m a n c eo ft h ea l g o r i t h m f u r t h e r m o r e ，b e c a u s eo ff a s tr e c o v e r ya n de a s yo p e r a t i o n ，p r o t e c tm e c h a n i s m b a s e d o ns r l gr e s t r i c t i o nh a sb e c o m et h ee f f e c t i v em e c h a n i s mt os o l v en e t w o r ks u r v i v a b i l i t y , a n dt h ea r t i c l ea l s om e n t i o n san e wa l g o r i t h mb a s e do nd y n a m i cm i x e ds h a r e dp a t h si n s r l gr e s t r i c t i o ni nn e t w o r ks u r v i v a b i l i t y ( d m s p ) t h i sa l g o r i t h mi san e wd y n a m i c t r a f f i ca s s i g n m e n ta l g o r i t h mb a s e do ns r l g ；i ta v o i d st r a p si ns r l ge f f e c t i v e l yb y u s i n gm a n yp r o t e c tp a t h sa n de n h a n c er e s o u r c eu t i l i z a t i o nb ys h a r i n ga l l r e s o u r c e s e v e nt h o u g ht r a p se m e r g e ，i t sa b l et or e s t o r ee f f e c t i v e l y a tl a s t , t h es i m u l a t i o nd a t a a n a l y s i sp r o v e dt h i sa l g o r i t h mi ss u p e r i o rt oo t h e r si nr e s o u r c eu t i l i z a t i o na n dt r a f f i c c o n g e s t i o n k e y w o r d s ：w d m ，p l a n n i n ga n do p t i m i z a t i o n ，s u r v i v a b i l i t y ，r o u t i n ga n d w a v e l e n g t ha s s i g n m e n t ，s r l g 缩略词表 英文缩写英文全称 a d m b l s r d p p d m m d x c m s t p o a d m o x c s d h s p p s r l g s t m t d m 田m u p s r w d m 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 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 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 r o s s c o n n e c 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 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 i l 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 dt 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 x 中文释义 分插复用设备 双向线路倒换环 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 光分插复用设备 光交叉互联设备 同步数字体系 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 符号类别 变量 常量 集合 函数 数学符号 v 萑 主要数学符号表 示例 口 c 字体、说明或用法 斜体字符 正体大写字符 矿= m p = 1 ， 大写斜体字符 f u n c t i o n ( ) 常规 v 口y ，口 0 口矿 a 芒v 求a 的大b 权值个数 集合矿中的任意元素 a 都大于o 变量a 属于集合矿 变量a 不属于集合矿 图目录 图目录 图1 1 在w d m 点到点传输系统中固定波长o a d m 完成上下波长功能3 图1 2 光传送网4 图2 11 + 1 光层保护原理7 图2 21 ：1 光层保护原理8 图2 31 ：n 光层保护原理一8 图2 - 4 波长选路光网络中的r w a 问题1 2 图3 1u n i t r a n sz x t o p5 0 0 软件体系结构1 5 图3 2t a 模块中w d m 业务分配实现目标架构图1 7 图3 3 环状w d m 业务分配的流程图1 9 图3 _ 4m e s h 状w d m 业务分配的流程图2 2 图3 5 光路需求2 5 图3 - 6 邻接图2 6 图3 7 业务路由后经过的链路2 7 图3 8f m a 算法的波长分配结果2 9 图3 - 9n s f n e t 网络_ 3 0 图3 1 0c e r n e t 网络31 图3 1 1 不同k 参数f m a 算法在n s f n e t 网络中阻塞率的比较3 1 图3 1 2 不同k 参数f m a 算法在c e i e t 网络中阻塞率的比较3 2 图3 1 3f m a 算法和f f 算法阻塞率的比较3 3 图3 1 4 波长总数为3 2 和6 4 的f m a 算法在n s f n e t 网络下效率的比较3 3 图4 _ 1s r l g 拓扑示意图3 6 图4 2 具有多个s r l g 的9 节点网络3 8 图4 3 有s r l g 标识和链路基本权值的n s f n e t 网络4 2 图4 - 4 有s r l g 标识和链路基本权值的c e r n e t 网络4 2 图4 - 5 在n s f n e t 中d m s p 算法和s p p 算法的资源利用率4 3 图4 6 在c e r n e t 中d m s p 算法和s p p 算法的资源利用率4 3 图4 7 在n s f n e t 中d s m p 算法和s p p 算法的业务阻塞率4 4 图4 _ 8 在c e r n e t 中d m s p 算法和s p p 算法的业务阻塞率4 4 v t i 图目录 图5 1u n i t r a n sz x t o p5 0 0 系统主界面4 6 图5 2 模块操作流程4 6 图5 3 业务矩阵属性设置窗口4 7 图5 4 业务编辑窗口。4 8 图5 5 区域划分窗口4 8 图5 6 拓扑规划与优化窗口4 9 图5 7 区域路由参数设置窗口4 9 图5 8 节点波长参数设置窗口。5 0 图5 - 9s r l g 设置窗口。5 0 图5 1 0 业务路由信息5 1 图5 1 1 用户申请注册码界面5 3 图5 1 2 购买许可文件界面5 4 图5 1 3 注册码生成框5 5 图5 1 4 加密后的用户信息文件5 5 图5 1 5 解密后的用户信息文件5 5 图5 1 6 生成的注册码5 6 表目录 表目录 表5 1 业务信息列表51 表5 2 业务路由结果列表5 2 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：至兰平 日期：a 叫尸年 6月 2 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) i 签名：啤 导师签名 日期。1 引月z 日 第一章绪论 1 1项目背景 第一章绪论弟一早珀了匕 近几年，随着网络业务的迅猛增长和网络技术的加快发展，为了提升自身的核 心竞争力，各大运营商迫切需要对现有网络进行优化。因此，如何科学有效地对 网络进行优化成为目前研究的热点。 目前运营商所运营的传输网络是以s d h 和w d m 为基础。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s d h 和w d m 将继续在高带宽传输网络中扮演主角。然而大 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 - 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) 。通过网络优化技术不仅可以 大幅度提高网络带宽的利用率，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管理，而且可以合理规划峰值处理周期，保证网络更加 稳定可靠以及具有更好的处理能力，从而有益于运营商降低运营成本。 同时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。针对网络优化工具具有一定的市场需求这一情况，国内外各大企 业和研究机构都已经开展了深入和广泛的研究。并且随之出现了不少基于某些特 定网络的分析、规划和优化的软件系统。尽管合理有效利用网络优化规划软件可 以极大程度地提高网络优化的效率和准确性，但目前主要还是基于无线网络提出 的规划与优化软件，而对于发展很快的光网络进行规划与优化的方式目前主要还 是采用传统的人工方式，而且优化也只能再小范围内局部实现，因此设计开发一 套适用于光网络的优化与规划软件系统是具有极大的市场价值和研究意义的。 1 2w d m 光网络发展概况 随着计算机和互联网( i n t e m e t ) 的逐渐普及和会议电视、电子商务、远程医 疗、远程教育、视频点播等各种宽带业务的日益兴起，基于口的数据业务量急剧 增长导致了通信网络中的交换系统规模越来越大，运行速率也急剧增高。急剧增 长的数据量对广域骨干网的带宽不断地提出更高要求，同时对传统的网络基础设 电子科技大学硕士学位论文 施的通信容量也造成了巨大压力。然而目前的电子交换技术和通信网络的发展已 经达到了电子速率的极限，其中所固有的r c 参数、钟歪、漂移、串话、响应速度 慢等缺点限制了交换速率的提高。在交换系统中对光子技术的引入解决了电子瓶 颈限制这一问题。 目前光通信有三种复用技术：时分复用( t d m ，t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 、 码分复用( c d m ，c o d ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 和波分复用( w d m ，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 ) 。其中时分复用和码分复用这两种技术对电子器件的速率要 求非常高。例如，传统的s d h 网络( 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 ) 只能以特定 的传输速率( 2 5 g b i t s ，1 0 g b i t s ，4 0 g b i t s 等) 在光纤中的单个波长信道上进行数 据传输，并且只能通过提高单波长的传输速率来实现对传输带宽的增加。在考虑 性能和价格这两个实际的因素，目前一致认为单路波长速率为4 0 g b i t s 是最实用 化的。由此可见，通过采用电的时分复用技术来提高传输容量的这一做法已经达 到饱和，再也没有太多的发展空间。因此，采用光的波分复用技术是唯一可行的 办法。 波分复用在高速光网络中可实现大容量和支持多功能，在满足日益增长的网 络需求方面具有巨大的潜力，而且已经积累了大量的知识和技术，特别是近年来， 波分复用技术趋于成熟和实用化。与此同时，光纤有着许多其他介质无法比拟的 优势：接近5 0 t b s 巨大的潜在带宽、低成本、信号失真和衰减低等，因而目前的 骨干网主要使用光纤链路进行数据传输。通过波分复用( w d m ) 技术，电子设备 的速率只需要满足单波长信道的速率，而在理论上单波长信道的速率是可以任意 选择的。正是因为波分复用技术对电子速率没有特别要求，因而成为最为关注的 光复用技术【l 】。 从2 0 世纪9 0 年代初期，人们开始研究光交换，a t m 光交换、分组光交换成 为热门研究课题。波分复用技术的发展进入了一个崭新的阶段，这是由于：( 1 ) 掺 铒光纤放大器( e d f a e r b i u m d o p e df i b e r a m p l i f i e r ) 的出现及商品化大大促进了 波分复用技术的发展。利用e d f a 可以在线路中继点同时放大多个波长的光信号， 无需电中继，这就大大降低了整个系统的复杂程度和成本，使波分复用的商业化 成为可能。( 2 ) 其他有源无源器件的成熟。( 3 ) t d m 技术的瓶颈。( 4 ) 通信网络业 务量的飞速增加。虽然光交换在一定程度上大大提高了交换单元的吞吐量，但是 由于此种光交换基于时分复用，因而需要价格昂贵并且功能还很简单的光开关实 现。由于这个原因，在实现某些复杂逻辑功能的时候，还是依赖电信号来控制光 开关的动作，从而依然摆脱不了电子瓶颈的限制。 2 第一章绪论 2 0 世纪9 0 年代中期以后，w d m 光纤传输系统开始广泛应用于北美。1 9 9 5 年， l u c e n t 将8 2 5 g b i t s 的密集波分复用( d w d m ) 系统正式投入商用。1 9 9 7 年， d w d m 系统已经普及到北美所有的电信业务运营商，越来越多的电信业务通过 d w d m 系统传输。1 9 9 8 年，通过利用d w d m 设备，北美的长途传输主干线中单 线所承载的业务量已达到1 0 0 g b i t s 左右，单信道容量从2 5 g b i t s 上升到1 0 g b i t s ， 波长数从4 、8 、1 6 增至3 2 、4 0 甚至上百个，发展十分迅速。与此同时，从1 9 9 7 年开始，受到业务量急剧增加的影响，欧洲将d w d m 系统大规模地投入商业用途。 欧洲的各大电信运营商安装了大量点对点d w d m 系统，以1 6 x 2 5 g b i t s 的d w d m 系统为主，其中某些还具备了光复用段保护倒换的功能。 w d m 不仅能极大的提高系统的传输容量，而且有非常优越的组网能力。如图 1 1 所示，若在w d m 链路的中间站上运用光分叉复用( o a d m ) 设备，便可很方 便地以波长为单位的上下路【2 】【3 1 。 t x t x t x t x 厂_ d x c 1 一 m u x m u x 一光复用器d m u x 一光解复用器d x c 一数字交叉连接设备 图1 - 1 在w d m 点到点传输系统中固定波长o a d m 完成上下波长功能 如图1 2 所示，运用o a d m 也可以组成具有自愈功能的w d m 环形网；以波长 路由为基础，引入光交叉连接( o x c ) 和光分叉复用( o a d m ) ，还可以建立具有 高度灵活性和生存性的各种复杂的光网络。 3 电子科技大学硕士学位论文 二i o - 陋- | - o o j 商：。- 掣0 r r = | ，一。1 ：1 圃-掣环l，r，?二连接4 o h f i 汀 ，l 一。； ， ? j ， 光交叉连接 _ 二三嘤i 芸字 ，7 一 、? 。，i 图l - 2 光传送网 w d m 光传送网可以极大提高光纤的传输容量和节点的吞吐容量，适应未来高 速宽带通信网的要求；它是以波长路由为基础的光传送网，可实现网络的动态重 构和故障的自动恢复，从而构成高度灵活性和生存性。此外，w d m 全光网还具有 可重构性、可扩展性、透明性、兼容性、完整性和生存性等优点，是目前光纤通 信领域的热点和前沿。 1 3主要工作及创新点 在光网络规划与优化软件系统“u n i t r a n sz x t o p5 0 0 项目的研究开发中，本 人所做工作如下： ( 1 )考虑到w d m 网络中节点可以具有部分或全波长转换的实际情况， 介绍了一种可用于不同w d m 网络规模的路由与波长分配算法一 f m a 算法。该算法针对不同的网络规模，在兼顾保护资源最大化共 享和低阻塞率的同时，能有效地为业务分配工作通道和保护通道。 该算法已应用于u n i t r a n sz x t o p5 0 0 软件项目，解决了工程中部分 波长转换网络的r w a 问题。 ( 2 ) 研究了s r l g 约束下的动态业务分配问题，介绍了基于s r l g 约束 4 第一章绪论 的动态混合共享通路( d m s p ) 策略，并对其进行了仿真测试，验证 了其可行性。 ( 3 ) 负责软件中业务分配模块的设计与实现，改进了一期项目中业务分 配算法，使之更符合实际工程的情况。 ( 4 )实现软件中l i c e n s e 安全认证模块，使用户在客户端注册和登录该系 统以及在服务器端生成注册文件，达到了预期的要求。 ( 5 )负责相关模块系统设计、详细设计以及测试文档的编写工作和软件 的国际化翻译。 1 4论文结构及内容安排 本文主要研究了w d m 光网络中r w a 问题，并在面向工程的传输网络规划与 优化软件系统_ i 场i t r a n sz x t o p5 0 0 的相关模块中得到应用。 本文分为5 章。具体内容安排如下： 第二章介绍了w d m 光网络的生存性以及r w a 问题。首先介绍了w d m 光网 络实现生存性的原理。重点介绍了基于w d m 光网络生存性的保护方案，分为环 形和网状光网络详细地阐述了各自的保护方案，并由此引出对w d m 网络路由与 波长分配( 则队) 算法的描述。 第三章首先简单介绍了作者参与的光网络规划与优化系统“u n i t r a n sz x t o p 5 0 0 ”的总体设计；基于作者负责的模块介绍了该系统中w d m 业务分配模块的设 计，重点介绍了作者在该模块中设计的基于部分波长转换情况的路由与波长分配 算法1 m a 算法，通过仿真数据分析验证该算法的优越性。 第四章介绍了一种新型的基于s r l g 的通路保护算法一动态混合共享通路 ( d m s p ) 保护算法，该算法能有效避免基于s r l g 约束的通道保护自陷问题。通 过方针数据分析，该算法在资源利用率和业务阻塞率都优于传统的共享通道保护 算法。 第五章通过仿真演示了“u n i t r a n sz x t o p5 0 0 系统中业务分配模块的功能实 现，并且简要介绍了作者负责的l i c e n s e 认证主要界面。 第六章总结全文以及作者对该研究领域将来的展望。 5 电子科技大学硕士学位论文 第二章w d m 光网络的生存性及其r w a 问题 2 1w d m 光网络的生存性 在基于w d m 的光网络中，一根光纤的失效会导致大量数据丢失。近年来， 随着光网络的复用信道数逐渐增加，以及单波长信道上的信息传输速率提高，光 网络的承载容量迅猛扩大。因此，这样超高速、大容量的光网络一旦发生网络故 障而得不到及时恢复，将导致传输业务的失效，进而造成巨大的经济损失和严重 的社会影响。因此，光网络的生存性已成为人们日益关注的重要问题。 2 1 1w d m 光网络生存性的概念及意义 所谓网络生存性就是指网络在经受网络失效和设备失效期间仍能维持可接受 的业务质量等级的能力。当今社会对通信的依赖性越来越大，在以w d m 技术为 基础的光网络中，光缆上承载十分巨大的业务量。因此为了实现信息的安全传送， 对运营商而言，提供光网络的生存性是十分必要的。 2 1 2w d m 光网络生存性策略 目前，网络的生存性是靠保护和恢复这两种措施来保证的。两者既有联系又 有区别：两者都需要选择新路由来代替故障路由，但是具体实施方式却不同。保 护路由是在故障发生前为专门的工作业务预留的，这些路由不能为其他业务所占 用，其他业务只能采用抢先方式占用；恢复路由不是预设的，而是在故障情况下， 依据网络拓扑结构和一定的优化算法为受损业务选取的一条可替代路由。 为了提高网络生存性，主要采用的是保护和恢复折中的方法，这样既保证了 故障处理的时效性，又保证了资源利用的合理化。本项目正是依据这种折中的方 法对业务进行保护：对于重要业务和链形、环形、环网等特殊拓扑结构采用保护 方案；而对于m e s h 网络则采用基于r w a 算法的恢复方案。采用此方案的目的在 于提高大型光网络的生存性的同时，改善故障恢复的时效性。 6 第二章w d m 光网络的生存性及其r w a 问题 2 2基于生存性的w d m 光网络保护方案 本文对于特殊的网络结构例如链、环等采用保护方案。因此，以下介绍几种 适用于不同w d m 光网络拓扑结构的保护方法。 2 2 1光网络中基于点到点的一般保护方法 光网络的一般保护方法适用于光网络中点到点应用的保护，这些保护方法只 能对传输线路进行保护，无法对网络节点进行失效保护。这种保护方法的工作原 理：当工作链路传输中断或者性能劣化到一定程度后，系统通过倒换设备自动将 主信号切换至备用光纤传输，使接收端察觉不到网络出现故障并且仍然接收正常 信号。常用的保护方法有：1 + 1 光层保护、l ：1 光层保护、i ：n 光层保护【2 且引。 1 + 1 光层保护是通过光滤波器桥接光信号，将相同的信号分别送入工作光纤和 保护光纤通道中，并且完全在光域内实现保护倒换。如果遇到链路故障，通过接 收端的光开关将线路切换到保护光纤通道进行接收。在这种保护方式中，源、宿 节点不需要信令协议，十分快捷简单。其保护原理如图2 1 所示。 桥接器倒换开关 图2 11 + 1 光层保护原理 l ：1 光层保护与1 + 1 光层保护十分类似，也是通过两条相分离的路由来避免故 障链路对业务的影响。不同之处在于，在1 ：1 光层保护中业务流量不是永久地桥接 在工作光纤或者保护光纤中，而是将同一时间的业务分配在一根光纤( 即工作光 纤) 上传输，一旦进行传输的工作光纤被切断，源、宿节点将同时转换到另一根 光纤( 即保护光纤) 中。在单向通信系统中，所有的业务在光纤中传送的方向一 致，如果某个位置的光纤被切断，源节点将依靠外部信息才能发现光纤断裂的故 障。为了保证源、宿节点端能同时执行切换操作，目的节点端必须要将故障信息 通知源节点端。因此在单向通信系统中，需要一个信令协议来完成上述操作，这 样的协议称作自动倒换保护( a p s ，a u t o m a t i cp r o t e c t i o ns w i t c h i n g ) 协议。在双向 通信系统中，源、宿节点可以同时检测到光纤故障，所以不需要a p s 协议。其保 护原理如图2 2 所示。 7 电子科技大学硕士学位论文 倒换开关倒换开关 a p s 信令信道 一 图2 - 21 ：1 光层保护原理 i ：n 光层保护结构类似1 ：l 光层保护结构。只是在i ：n 光层保护中，n 个工作 实体共享同一个保护光纤。若多条工作光纤被切断，则只有当中一条工作光纤所 承载的流量恢复，并且根据优先级高低决定最先恢复的故障工作光纤。其保护原 理如图2 3 所示。 。 r w n r p l 图2 3i ：n 光层保护原理 2 2 2基于环形光网络的保护方案 在w d m 光网络中，环形网络相较于其他拓扑结构有无比优越的恢复能力， 它能在几十毫秒的极短时间内自动恢复因故障导致失效而被中断的业务，用户几 乎不能察觉网络出现故障。w d m 自愈网通过使用多个波长进行业务的传送，克服 了传统的s d h 环形网络容量小和升级困难的缺点。相较于s d h 网络的自愈环， w d m 网络的自愈环既可以基于通道也可以基于线路进行保护倒换。基于通道的保 护是以光通道为基础的，根据每一个光通道信号的质量决定是否倒换。w d m 环网 有三种基于生存性的保护结构：o c h 专用保护环o c h - d p r i n g ( 也称o u p s r , o p t i c a lu 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 ) ，o m s 共享保护环( 也称o b l s r , o p t i c a l b i d i r e c t i o n a ll i n e s w i t c h e dr i n g ) 和o c h 共享保护环( 也称o b p s r ，o p t i c a l b i d i r e c t i o n a lp a t hs w i t c h e dr i n g ) 。 2 2 2 1专用保护环 专用保护环通常是由传输方向相反的两条光纤环所组成。其中一根光纤环作 8 第二章w d m 光网络的生存性及其r w a 问题 为工作光纤，另一根光纤环则作为保护光纤，其中工作光纤环中的一路波长由反 向传输的保护光纤环中的一路波长进行保护。由于受保护的对象是每一路波长， 因此该环又被称为光信道专用保护环( o c h d p r i n g ) 。由于节点或者链路发生故 障而受到影响的业务将被切换到保护环中。光信到专用保护环的原理相对简单， 它是运用1 + 1 保护的原理，在发送端信号被分割成两个完全相同的信号然后同时 桥接到两根光纤中，以相反的方向绕环运行。一旦发生故障，接收端将根据监控 信息将业务切换到保护光纤中。 采用光信道专用环的环网最大的优点是执行简单，并且恢复时间极短，远远 低于5 0 m s 。但是另一方面，它是1 0 0 的容量备份，因而每一个保护都要占用整 个环网的容量，从而使得容量的实际使用效率低。 2 2 2 2共享保护环 所谓共享保护环就是在两纤环中5 0 的环网容量作为允许不同波长共享的保 护容量。基于波长进行保护倒换的共享保护环叫做光信道共享保护环 ( o c h s p r i n g ) ：基于复用段进行保护倒换的共享保护环叫做光复用段共享保护环 ( o m s s p r r i n g ) 。 在两纤光复用段共享保护环中，相邻的两个o a d m 节点之间都由两根光纤来 连接，每根光纤既是工作光纤又是保护光纤，一部分的带宽用做工作，其余的带 宽用做保护。这两根光纤中的每根光纤用作工作的那部分波长作为另一根光纤的 保护波长，使得这两根光纤中的工作波长和保护波长形成“互补，有利于倒换。 最邻近故障节点或断裂光纤的o a d m 通过保护倒换开关，会将故障光纤上的业务 切换到另一光纤的保护波长中进行传输。 光信道共享保护环和光复用段共享保护环这两者仅在保护倒换的操作上有所 不同：在光信道共享保护环中发生故障时，受影响业务在终端节点处直接倒换到 相反的保护环上；而光复用段共享保护环中发生故障时，受影响业务需在与故障 最邻近的节点处倒换到相反的保护环上。 2 2 3基于网状光网络的保护方案 如果整个网络是由多个环网组成，虽然起到了