（通信与信息系统专业论文）波长路由光网络中的资源分配算法及控制协议的研究.pdf

波长路由光网络中的资源分配算法及控制协议的研究 摘要 本论文对波长路由网络的关键技术进行了理论性的研究，重点放在资 源分配算法和控制协议。此外，还包括节点结构的研究。第二、三、四 章为资源分配算法的研究，第五章为控制协议的研究。第六章为= 声点结 构的研究。 第二章研究了波长路由光网络里的阻塞率分析模型。阻塞率是衡量网 络在动态业务情况下性能的一个重要指标。在传统的方法中，分忻波长 ， 路由光网络的阻塞率的严格方法的计算复杂度随波长数目w 呈指数增 加。由于现在w d m 网络中波长数可以很多，传统的方法将无法分析阻 塞率。我们提出了一种新颖的方法来分析阻塞率。我们的方法的计算复 杂度与w 无关。所以，我们把计算复杂度从o ( s “) n no ( s ) 。这里s 代 表光网络中一个波长平面所具有的状态的数目。这一章还分析了波长相 关性对阻塞率的影响。最后，我们论述了我们的方法可以用来分析 g m p l s 的标签建议机制的成功率。 第三章研究了提高不同跳数的连接间的公平性的方案。阻塞率是衡量 网络性能的重要指标。但平均阻塞率只显示了网络的整体性能。由于需 要更多资源，且由于波长连续性限制，跳数多的连接的阻塞率往往远远 高于跳数少的连接。、这就是所谓的公平性问题。我们提出了一种简单的 控制方法来提高不同连接间的公平性。高优先级的连接的阻塞率被降低， 因而公平性被提高。我们设计的控制方法不仅可以提高公平性，而且i j - 以保证平均阻塞率没有太大的增加。因此，基于g m p l s 的光网络的性能 可以显著提高。 第四章研究了集成路由算法。在对等模型的集成路由算法中，在源路 由器为每个数据流选路时，它既可以选择i p 层面已经存在的虚拟链路( 先 前己经建立的光路) ，也可以在w d m 层为它选择一条新的光路。集成路 由可以提高资源的使用率，降低网络的阻塞率。我们在这一章中重点考 虑了收发机数目的限制。我们提出了考虑收发机代价的波长图概念。我 们用改进的d i j k s t r a 在波长图中寻找代价最小的路径，因而同时考虑了i p 层和光层的资源利用率。我们用仿真比较我们的集成路由算法和其它两 种传统算法的性能。仿真结果显示集成路由算法降低了平均阻塞率，并 提高了公平性。 第五章研究了g m p l s 网络的控制平面。路由协议和信令协议是控制 平面的重要组成部分。在本章第一节，我们研究了光层o s p f - t e 协议。 传统的o s p f t e 协议在业务变化快时有很大的开销。我们设计的协议可 以快速有效地发布带宽信息和波长可用信息，并大大降低开销。我们设 计了路由协议的消息格式。比起传统的o s p f t e 协议，我们设计的协议 的控制开销可以降低几倍左右。然后，我们推广出一种集成的o s p f t e 协议，它同时通告i p 层和光层的信息。控制开销有了更大的降低。在本 章第二节，我们设计了一种改进的标签发放机制。由于0 x c o a d m 的 配置通常较缓慢，所以光路建立时间通常较长。我们用标签发放机制来 减少连接建立时间。我们为了节省修订现存协议的成本，我们设计的方 法并不修改r s v p t e 协议。相反，它仅仅增强了l s r 的操作功能。仿 真结果证明我们的改进的标签发放机制可以大大减少连接建立时间。 第六章研究了光网络中的节点的结构。在本章第一节，我们研究了基 于m e m s 技术的o x c 。我们首先设计了一种双面微镜，这种微镜需要较 低的驱动电压。然后，我们设计了一种c l o s 结构的多级光开关。这种光 开关可以大大减少微镜的数目，显著地增加端口数目，并降低插入损耗。 在本章第二小节，我们设计了一种用于o b s 网络中的，基于波带的交换 机制。这种交换机制可以使用m e m s 技术的o x c 。这些波带交换o x c 大大减少了所需要韵交换单元的数目，因此，它们的成本可以显著地降 低。然后，我们设计了一种新颖的基于波带的交换机制。这种交换技术 充分利用了低成本的波带交换o x c ，并巧妙提高了f d l 的利用率：我们 嗣理论分析方法和仿真来比较性能。它们证明包丢失率和平均等待时间 都被降低了。 关键词：波长路由网络选路和波长分配公平性集成路由g m p l s ， o s p f t e ，r s v p t e s t u d i e so nr e s o u r c ea l l o c a t i o na l g o r i t h m sa n d c o n t r o lp r o t o c o l si n 璐v e l e n g t h r o u t e d n e t w o r k s a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o ni sf o c u s e do nk e yt e c h n o l o g i e si nw a v e l e n g t h r o u t e dn e t w o r k s ( w r n ) ，e s p e c i a l l yo i lr e s o u r c ea l l o c a t i o na l g o r i t h m sa n d c o n t r o lp r o t o c o l s i na d d i t i o n a l ， n o d es t r u c t u r ei sa l s os t u d i e d c h a p t e r2 c h a p t e r3a n dc h a p t e r4a r ef o c u s e do nr e s 0 1 i e a l l o c a t i o na l g o r i t h m s c h a p t e r5i sf o c u s e do nc o n t r o lp r o t o c o l s ，a n dc h a p t e r6i sf o c u s e d o nn o d es t r u c t u r e i nc h a p t e r2 ，ab l o c k i n gp r o b a b i l i t ym o d e li ss t u d i e d i n w a v e l e n g t h - r o u t e dn e t w o r k s ( w r n ) ，b l o c k i n gp r o b a b i l i t i e s ( b p ) o fo n - d e m a n dr e q u e s t sa l ea i m p o r t a n tp e r f o r m a n c e m e a s u r e t h ec o m p u t a t i o n a lc o m p l e x i t i e so fa n a l y z i n gb pi nc o n v e n d o n a lw a y sg r o w e x p o n e n t i a l l yw i t ht h en u m b e ro fw a v e l e i l g t h s ，w t h e r e f o r e ，a n a l y t i c a la p p r o a c h e sa r e i m p r a c t i c a b l ee v e ni nv e r y , s m a l ld w d mn e t w o r k sw h i c he m p l o yt e n so rh u n d r e d so f w a v e l e n g t h sp e rf i b e ran o v e lm e t h o di sp r o p o s e di nt h i sc h a p t e rt oa n a l y z eb p w er e d u c e t h ec o m p u t a t i o n a lc o m p l e x i t yf r o mo ( s w ) t oo ( s ) ，w h e r esr e p r e s e n t st h es t a t en t m a b e ri s aw a v e l e n g t hp l a n e i ns m a l ln e t w o r k s ，n u m e r i c a lc a l c u l a t i o n sa r ec a r r i e do u tt og e tb p r a p i d l y i nl a r g en e t w o r k s ，n u m e r i c a lc a l c u l a t i o n sa r ei m p o s s i b l ed u et ot h em e m o r ya n d c p ut i m el i m i t s w ec o m b i n es i m u l a t i o n sa n da n a l y t i c a lm e t h o dt o g e t h e rt os o l v et h i s p r o b l e m a n d o u rm e t h o dr e d u c e st h es i m u l a t i o nc o m p l e x i t i e sg r e a t l y w et h e na n a l y z e w a e l e n g t hd e p e n d e n c ya n dt h ec o m p u t a t i o n a lc o m p l e x i t y o u rm e t h o di sv a l u a b l et o e v a l u a t et h ep e r f o r m a n c eo fl a b e ls u g g e s t i o ni ng m p l s i nc h a p t e r3 am e t h o di sp r o p o s e dt oi m p r o v ef a i r n e s si nw r n b l o c k i n gp r o b a b i l i t i e s o fo n d e m a n dr e q u e s t sa r ea ni m p o r t a n tp e r f o r m a n c em e a s u r e h o w e v e r tt h en e t w o r k a v e m g eb l o c k i n gp r o b a b i l i t y , o n l yi n d i c a t e st h eg l o b a lp e r f o r m a n c eo ft h en e t w o r k d u e t ol a r g er e s o u r c er e q u i r e m e n t sa n dw a v e l e n g t hc o n t i n u i t y c o n s t r a i n t ，t h eb l o c k i n g p r o b a b i l i t i e so fl o n g e r - h o pc o n n e c t i o n sa r eu s u a l l ym u c hh i g h e rt h a nt h o s eo fs h o r t e r - h o p c o n n e c t i o n s t h i sp r o b l e mi st h es o c a l l e df a i r n e s s p r o b l e m i nt h i s c h a p t e r a 一4 - p f i o r i t y - b a s e dc o n t r o li sp r o p o s e dt oi m p r o v et h ef a i r n e s sb e t w e e nd i f f e r e n tc o n n e c t i o n s c o n n e c t i o n sw i t hh i g hb l o c k i n gp r o b a b i l i t i e sa r ea s s i g n e dh i g hp r i o r i t i e sa n dt h e ya r ea b l e t op r e e m p tl o wp r i o r i t yc o n n e c t i o n s 、i t l lap r e d e t e r m i n e dp r o b a b i l i t y b o t ht h e o r e t i c a l a n a l y s e sa n ds i m u l a t i o n sa r eg i v e n i ti ss h o w nt h a tt h ep r o p o s e dc o n t r o ln o to n l y i m p r o v e st h ef a i r n e s s ，b u ta l s o e n s u r e st h a tt h ea v e r a g eb l o c k i n g p r o b a b i l i t y i sn o t d e g r a d e dm u c h h e n c e ，t h ep e r f o r m a n c eo ft h eg m p l s - b a s e do p t i c a ln e t w o r k sw i l lb e i m p r o v e dg r e a t l y a l t h o u g ha l ld i s c u s s i o n si nt h i sc h a p t e ra r eb a s e do ng m p l s b a s e d o p t i c a ln e t w o r k s ，t h i sp r o p o s e dc o n t r o lm a ya l s ob ea p p l i e dt oo t h e rn o n g m p l s n e t w o r k s i nc h a p t e r4 ，a l li m p r o v e di n t e g r a t e d - r o u t i n ga l g o r i t h mi ni po v e rw d mn e t w o r k si s p r o p o s e d i ng m p l s 7 sp e e rm o d e ，l s r sc a nu t i l i z ei pi i n k s ( e s t a b l i s h e dl i g h t p a t h s ) a n d o p t i c a ll i n k ss i m u l t a n e o u s l yw h e nt l e y 斜t of i n dr o u t e s b yt h i sw a y ，ab e t t e rn e t w o r k u t i l i z a t i o ni so b t a i n e d t h i sc h a p t e rc o n s i d e r st h et r a n s p o n d e r sl i m i ti no p t i c a ln e t w o r k s a tp r e s e n tt h en t t m b e ro ft r a n s p o n d e r so fan o d ei sa l w a y sl e s st h a nt h en u m b e ro f w a v e l e n g t h s t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yt ou t i l i z et r a n s p o n d e re f t i c i e n t l y al a y e r e dg r a p h m o d e li sp r o p o s e da n dc o s t so ft r a n s p o n d e r sa r ec o n s i d e r e d t h e n ，a ni m p r o v e dd i j k s t r ai s u s e dt of i n dam i n i m u mc o s tr o u t e s i m u l a t i o n sa r ec o n d u c t e dt ov e r i f yt h ep r o p o s e d a l g o r i t h m i ts h o w st h ep r o p o s e da l g o r i t h mr e d u c e sb l o c k i n gp r o b a b i l i t i e sa n di m p r o v e s n e t w o r ku t i l i z a t i o n i na d d i t i o n , t h ef a i r n e s si sa l s oi m p r o v e dn o t a b l y i nc h a p t e r5 ，t h eg m p l sc o n t r o lp l a n ei ss t u d i e d s i g n a l i n gp r o t o c o la n dr o u t i n g p r o t o c o li st h em o s ti m p o r t a n tp a r t si ng m p l sc o n t r o lp l a n e i nt h ef i r s ts e c t i o n o s p f - t e i ss t u d i e d i nad y n a n l i ce n v i r o n m e n t ，f r e q u e n tc h a n g e so fl i g h t p a t h sw i l tc a u s eh e a v y c o n t r o lo v e r h e a d s t h ep r o p o s e dp r o t o c o lc a nd i s s e m i n a t eb a n d w i d t hi n f o r m a t i o na n d w a v e l e n g t ha v a i l a b i l i t yi n f o r m a t i o nr a p i d l ya n de f f e c t i v e l y t h em e s s a g et b r m a t i s d e s i r e da n dt h ec o n t r o lo v e r h e a d so ft h ep r o p o s e dp r o t o c o la r ea n a l y z e d c o m p a r e d t o t r a d i t i o n a lo s p f t e ，t h ep r o p o s e dp r o t o c o lc a nr e d u c ec o n t r o lo v e r h e a d sa b o u ts e v e r a l t i m e s i na d d i t i o n ，t h ep r o p o s e dp r o t o c o le n a b l e sl s r st os e l e c tr o u t eu s i n ga c c u r a t e b a n d w i d t hi n f o r m a t i o na n dw a v e l e n g t ha v a i l a b i l i t yi n f o r m a t i o n t h e r e f o r e b pi sr e d u c e d f u r t h e r m o r e ，a l li n t e g r a t e do s p f t ei sp r o p o s e dt od i s s e m i n a t el i n ks t a t ei n t b r m a t i o no f b o t hi pl a y e ra n do p t i c a ll a y e r c o n t r o lo v e r h e a di sr e d u c e dm o r e i nt h es e c o n ds e c t i o n a n i m p r o v e dl a b e ld i s t r i b u t i o nm e c h a n i s mi sp r o p o s e d b e c a u s eo x c o a d mu s u a l l yh a sa 一5 r e l a t i v e l yl o n gs w i t c h i n gt i m e ，l i g h t p a t hs e t u pt i m ei su s u a l l yv e r yl o n g s o ，a b e t s u g g e s t i o ni sp r o p o s e dt or e d u c el i g h t p a t hs e t u pt i m e t os a v et h ec o s to fr e v i s i n ga l l e x i s t i n gp r o t o c o l ，t h ep r o p o s e dm e t h o dd o e s n tm o d i f yr s v p t ep r o t o c 0 1 i n s t e a d i t o n l ym o d i f i e st h el s r s o p e r a t i o n s t h e r e f o r e ，i ta v o i d st h ed i s a d v a n t a g e so fa g g r e s s i v e f 肥a n dt h ec o n n e c t i o ns e t u pt i m ei sr e d u c e dg r e a t l y f i n a l l ys i m u l a t i o nr e s u l t sa r eg i v e n a n dt h e s er e s u l t ss h o wt h ei m p r o v e dl a b e ld i s t r i b u t i o nc a l lr e d u c ec o n n e c t i o ns e t u pt i m e s i g n i f i c a n t l y i nc h a p t e r6 ，n o d es t r u c t u r ei ss t u d i e d m e m s b a s e do x ci ss t u d i e di nt h ef i r s t s e c t i o n tad o u b l e s i d e dm i c r om i r r o rw h i c hr e q u i r e sl o w e ra c t u a t i o nv o l t a g ei sd e s i g n e d t h e n w ep r o p o s eaf l e x i b l e2 dc r o s s b a ro x c u s i n gd o u b l e s i d e dm i r r o r i tc a r lm e e t d i f f e r e n tr e q u i r e m e n t sa n di sc o s t = e f f e c t i v e m u l t i s t a g es w i t c h e sa r ea l s op m p o s e d t h e y i n c r e a s et h ep o r tn u m b e ro fo x c ss i g n i f i c a n t l ya n dr e d u c ei n s e a i o nl o s s f u r t h e r m o r e ，t h e n u m b e ro fr e q u i r e dm i c r o - m i n o ri sr e d u c e d i nt h es e c o n ds e c t i o n ，aw a v e b a n d s w i t c h i n g r o u t e ra r c h i t e c t u r ei sp r o p o s e df o ro b sn e t w o r k s i tc a l lu t i l i z em e m s - b a s e do x c a t f i r s t 3k i n d so fw a v e b a n d - s w i t c h i n go x c sa r cs t u d i e d ：p u r ew a v e b a n do x c ，c o n f i g u r a b l e m u l t i g r a n u l a r i t y o x ca n d n o n - c o n f i g u r a b l em u l t i - g r a n u l a r i t y o x c t h e s e w a v e b a n d s w i t c h i n go x c sr e d u c et h en u m b e ro fs w i t c h i n gu n i t sg r e a t l y , t h u st h e i rc o s t s a r ea l s or e d u c e ds i g n i f i c a n t l y t h e n ，an o v e lm u t e ra r c h i t e c t u r ei sd e s i g n e db a s e do n w a v e b a n d s w i t c h i n g a ti n g r e s sn o d e s ，ab u r s ti ss p l i ti n t om u l t i p l es u b b u r s t s ，w h i c ha r e t r a n s m i t t e ds i m u l t a n e o u s l yb yu s i n gaw a v e b a n d t h i ss w i t c h i n g t e c h n i q u eu t i l i z e s c o s t - e f f e c t i v ew a v e b a n d - s w i t c h i n go x c ss u b t l ya n di n c r e a s e st h eu t i l i z a t i o no ff d l s p e r t b r m a n c ei sc o m p a r e du s i n gt h e o r e t i c a la n a l y s e sa n ds i m u l a t i o n s ，a n di ts h o w sb o t h p a c k e tl o s sr a t i oa n da v e r a g ew a i t i n gt i m ea r er e d u c e d t h e r e f o r e , t h i sr o u t e rh a sab e t t e r p e r t b r m a n c et h a nc o n v e n t i o n a lo b so n e s k e y w o r d s ：w r n ，r w a f a i r n e s s ，i n t e g r a t e dr o u t i n g ，g m p l s ，o s p f - t i e r s v p t e - - 6 - - 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成粱。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，沦文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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 何贡献均已在沦文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位沦文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名 纹勇 日期：兰! ! 皇生竺旦f ! 旦 关于论文使用授权的晓明 学位论文怍者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位沦文的规定，即： 研冤生在饺攻i 妻学泣期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学二学铰 _ f 议深 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文坡查阅和借 f 强：学校可以公盼学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其。己 复制手段保每、汇编学位沦文。f 保密的学位论文在解密后遵：l ：此规定) 深密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权辑，非保密沦 之注释：本学使论文不属于保密范围，适用本授权书。 姒魏啄蚕慨坐兰笙! 业f ! 翮签名：波导师签名：皇女厶三日期：2 q q 墨：垒：! ! 北京邮电大学博十学住论文 波长路由光网络中的资源分配算法及控制协议的研究 第_ 章绪论 1 1 光网络技术的发展 自9 0 年代初期以来，i n t e m e t 得到了迅猛的发展。一方面，用户数持续增加。根 据2 0 0 4 年7 月2 0 日，中国互联网络信息中- l , ( c n n i c ) 发布的第1 4 次中国互联网 络发展状况统计报告显示：中国上网用户总数为8 7 0 0 万，比前一年同期增长2 7 9 上删计算机达到3 6 3 0 万台。另一方面，用户对带宽的需求也在日益增加。由于宽带 视频、多媒体等业务的日益兴起，基于i p 的i n t e m e t 通信流量每年呈指数级增长。尤 其是近两年来，p 2 p 的用户越来越多，互联网上运行着各种各样的p 2 p 软件。人们用 p 2 p 软件交换音乐、软件、电影电视剧等。这直接导致的结果就是网络带宽趋于紧 张。y a h o o 在2 0 0 4 年的一则消息显示b i tt o r r e n t 目前占用了3 5 因特网带宽。而中 国国内，由于大量用户使用b i t t o r r e n t 交换文件，网络带宽被占用极大，一些i s p 甚 至采取了封闭b i tt o r r e n t 的做法。这从一个侧面显示了用户对带宽的需求还无法满 足， 以上两个因素致使数据流量的急剧增长，也导致了对网络总带宽资源的需求迅速 增加。人们对广域骨干网的带宽提出了越来越高的要求。这种需求促进了宽带骨干通 洁剧的建设。 光纤具有巨大的潜在带宽( 接近5 0 t h s ) 。所以光网络可以提供近乎无限的带宽， 完全可以满足i p 删络的流量要求和服务质量要求。此外，光纤还有其它优点：如成 i 位氐、功率要求低，信号失真小和衰减低( 可达o 2 d b k m ) 、以及占用空间少等等【l - 3 】。 因此，自7 0 年代中期以来，光纤通信得到广泛的应用。目前，在国内及国际上，骨 _ f 网中大多使用光纤通信来传输数据。 芷9 0 年代中期以来，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 gw d m ，w d m ) 技术1 4 1 登上了光纤通信的舞台。w d m 的基本原理和工作方式是：在发送端，将不 i j 波眨的光信号复用送入一根光纤中传输在接收端，又将光信号解复用并送入不同 终端。 北京邮电大学博士学位论文波长路由光网络中的资源分配算法及控制协议的研究 采用w d m 技术，光纤可以同时传输多个波长的信号。在此系统中，每一种波长 的光信号称为一个传输信道。因此，w d m 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。 w d m 具有如下两点最明显的优势： 1 能充分利用光纤的巨大带宽资源 w d m 在一根光纤中传输几十到上百个波长，使一根光纤的传输容量比单波长传 输增加了几十到上百。从而增加了光纤的传输容量，降低了成本，在很大程度上解决 了带宽紧张的问题，基本能满足未来高速宽带通信网的要求。所以，w d m 技术具有 很大的应用价值和经济价值。 2 w d m 能同时传输多种不同类型的信号 由于在光纤中，w d m 技术中使用的各波长独立传输。因而它可以将传输特性( 包 括速率，格式) 完全不同的信号，如数字信号( p d h 信号和s d h 信号) 、模拟信号等 混合在一起进行传输。同时w d m 通过增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务 或新容量，如目前将要实现的i po v e rw d m 技术。使用w d m 技术，我们可以建立 一个支持多种通信格式的、透明的光传送平台。 经过近十年的发展，w d m 技术已经取得了巨大的突破。在实验室中，超高速、 大容量、超长传输距离以及复用波长数的记录不断被刷新。在单光纤上的容量上， o f c2 0 0 3 发表的文章报道了i t n s - 2 t b s ，3 t b s - 4 t b s 。最高是6 3 t b s 、6 4 t b s 。在 长距离上o f c2 0 0 3 报道的光纤传输系统最长距离是11 0 0 0 k m ，传输速率为3 7 3 t b s 。 另一篇文章报道长距离1 0 0 0 0 k m ，传输速率为1 6 t b s 。在波分复用数上，单根光纤 上的波分复用数可达1 0 2 2 个。 ，：f = 应用方面，目前单个波长速率为2 5 g 和1 0 g 的系统已商用化。1 9 9 7 年我国 开始在省际干线( 西安一武汉) 应用第一条w d m 系统。2 0 0 0 年，原中国电信集团公司 斥巨资采用密集波分复用技术，对我国“八横八纵”光缆网进行适当改造、扩容。近 两年，中国电信、中国联通、中国移动、中国网通等国内运营商新建的w d m 系统， 其复用数为1 0 0 个波长，每个波长的传输速率为1 0 g 。 w d m 技术的迅速商用化和推广，一方面使传输系统的带宽飞速提高，但另一方 北京邮电大学博十学位论文波长路由光网络中的资源分配算法及控制协议的研究 面却给传统的交换节点带来巨大的压力和动力。在光纤通信中，瓶颈已经从传输部分 ， 转移到交换部分。在传统的交换节点上，光信号需要进行光电转换、电信号的解复 用，处理，复用，电光转换等。由于受到电子器件本身的物理限制，交换的速度跟 不上传输的速度，这就大大限制了网络的速度和灵活性，造成所谓的“电子瓶颈”。 这是限制通信网络吞吐能力的主要因素。 为了消除“电子瓶颈”问题，人们提出了全光网络的概念。即光信号在端到端的 过程中不再经历光，电，电光的转化，而是始终保持光的形式。全光交换技术可以大 致分为三种技术。 1 光路交换( o p n c a jc i r c u i ts w i t c h i n g ) 3 - 1 2 】。这种方式类似于传统的电话交换网。 是面向连接的交换方式。传输数据前要建立光路连接。光路连接跨越一跳或多跳光 纤链路且独占光纤链路上的一个波长通道。光路交换是目前最为成熟的一种技术。 2 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 ) 5 1 7 - 2 1 l ；这种方式类似与现在的i p 网 络，是面向非连接的交换方式。源节点不需建立连接即可直接发送光分组。中间节点 缓存光分组，根据光分组的地址信息选路，然后转发光分组。光分组交换需要高速的 光控制包头的处理能力，非常高速的光开关和光缓存。由于器件的复杂性很高，目前 o p s 不成熟且非常昂贵。 3 光突发交换( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i r l g ) 5 1 3 1 6 。这种方式介于光路交换和光分 组交换，是这两种技术的一个折衷。这种方式中。控制信息和数据信息分开传送。控 制信息用分组交换方式，数据信息用光路交换方式。光突发交换是目前的一个研究热 点。 在本论文中，我们将主要研究光路交换网络。 随着光分插复用器( ( o a d m ) 和光交叉连接设备( o x c ) 的使用，光路交换网络己经 使w d m 技术从最初的点到点传输技术逐渐转变为一种端到端的网络技术，光层嘲络 比已经基本实现。 近年来，随着光网络规模的不断扩大，如何支持、管理和维护如此规模庞大的网 络已成为网络运营中的一个重要问题。人们期望光网络有一定的智能性。智能光网络 是透明的、具有高度灵活性、生存性和经济性。它能够实时地、动态她调整网络的逻 辑拓扑结构，实现资源的最优配置，进行实时的流量工程控制，以避免拥塞；能够有 北京邮电大学博士学位论文 波长路由光网络中的资源分配算法及控制卧议的研究 完善的恢复和保护功能，并保证一定的服务质量。 在对智能光网络的所有需求中，对网络带宽的动态分配的需求尤为重要，这是因 为i p 层业务量有不确定性和不可预见性。传统的人工或者半永久性的嘲络连接配置 方式已经无法满足上层业务的需求。在这种情况下世界上一些标准组织提出了的各种 新型网络概念。1 1 1 j 提出了自动交换光网络( 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 l n e t w o f k ) 2 2 2 5 】的体系。i e t f 提出了g m p l s 2 6 3 6 】的协议族。目前，两大标准正在 逐渐靠近融台，这将促进智能光网络的发展。 近年来，美国、欧洲、日本等一些国家己先后建立全光列的现场试验，诸如光川 技术合作计划( o n t c ) 、多波长光网络( m o n e t ) 、泛欧光子传送重叠网f p h o t o n ) 、 泛欧光网络( 0 p e n ) 、光通信网管理( m o o n ) 、光城域通信网( m t o n ) 、波长捷变 光传送和接入网( w o t a n ) 。 加拿大在1 9 9 8 年2 月开始建设世界第一个光因特网，称为c a * n e t 3 。在2 0 0 1 年 1 2 月，加拿大又开始建设新一代光互联网络c a * n e t 4 。c a * n e t 4 能够为处于网络边缘 的g i g a p o p s 节点提供建立和管理波长通道的能力，提供了在光的第三层汇聚业务的 能力，并使用了光边缘弼关协议o b g p 。 美国的下一代因特网项目n g i o n r a m p ( n e x tg e n e r a t i o n i n t e m e to p t i c a ln e t x v o r k f o rr e g i o n a l a c c e s su s i n gm u l f i w a v e l e n g t hp r o t o c o l s ) 在1 9 9 9 年启动，重点研究i p w d m 网络结构，资源分配和保护算法，波长重构性能和分布式网络体系。 欧盟的l i o n 项目于2 0 0 0 年1 月启动，该项主要目的是设计开发能承载多种客 户如i p ，s d m 的a s o n ，定义集成的多层网络的需求，基于d i g i t a lw r a p p e r 的 u n i ( u s e rn e t w o r ki n t e r f a c e ) 和n n i ( n e t w o r kn o d ei n t e r f a c e ) 的实现等。 在国家“8 6 3 计划”支持下，我国于2 0 0 1 年完成的中国高速信息示范网 ( c a i n o n e t ) 取得了重大研究成果，利用光交叉连接设备( o x c ) 、光分插复用器 ( o a d m ) 、核心路由器( c r ) 和网络管理系统等核心设备构建了先进的示范网络， 标志着我国掌握了全光通信网关键技术并取得了群体突破。2 0 0 1 年9 月2 2 日由上海 交通大学、上海市科委等单位联合开发的我国首家全光通信技术示范网一上海全光通 信示范网正式投入应用，它表明我国全光通信技术研究达到世界一流水平。2 0 0 3 年 下半年，中国网通集团北京市通信公司宣布，将为2 0 0 8 年北京奥运会建设一个基于 一i 一 北京邮电大学博十学位论文波长路由光网络中的资源分配算法及控制协议的研究 智能光i ) 6 9 络( a s o n ) 技术的传输系统。与此同时，中国电信也开始着手进行智能光 网络建设。显然，电信运营商们也已磊普遍看好a s o n 技术。 1 2 波长路由全光网络概述 光路交