（通信与信息系统专业论文）wdm光网络业务量疏导的鲁棒规划算法研究.pdf

中文摘要 中文摘要 随着网络业务量的爆炸性增长和高性能光网络设备 如光交叉连接器o x c 光分插复用器o a d m 的出现 波分复用技术 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 成为下一代骨干网络的核心技术 在w d m 光网络中 对业务量进行选路 和疏导已经进行了广泛的研究 大多都是基于网络需求确知的情况 而在实际应 用中 常常很难精确地给出网络中各个节点之间的业务需求 即业务量矩阵 本文研究了在业务量矩阵不确知 软管模型 的情况下 w d m 网状网的鲁棒 资源配置和路由问题 研究过程中使用了v a l i a n t 负载平衡选路技术和业务量疏导 的方法 软管 h o s e 模型最初在虚拟专用网 v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k v p n 中提出 本文将其应用于w d m 网状网 在软管模型中 不需要给出网络具体的业务量矩 阵 只需要知道通过每个节点进入网络的业务量之和以及通过该节点离开网络的 业务量之和 v a l i a n t 负载平衡选路技术使用两段选路策略 从网络的某个节点进入网络的 负载按负载分配因子分散到所有节点中 再从这些中间节点发送到目的节点 业 务量疏导是将多个低速业务连接聚合起来用一个光路传输 可有效地为网络中的 低速业务建立连接 本论文基于上述技术和方法 通过在w d m 网状网中引入节点扇出的概念 提 出了几种新的启发式选路算法 这些算法可以分为两类 一类是在网络各节点间 业务量不确知的情况下 使网络资源 带宽 最小 另一类是在网络各节点间业 务量不确知但网络资源确知的情况下 使网络所能接收的业务量最大 在网络各节点间业务量不确知的情况下 为了最小化网络资源 带宽 第三 章中提出了两种新的启发式选路算法 最小化节点扇出之和的m t f o m i n i m i z i n g t o t a ln o d ef a n o u t 算法和最小化网络扇出的m n f o m i n i m i z i n gn e t w o r kf a n o u t 算法 在网络各节点间业务量不确知但网络资源确知的情况下 为了最大化网络所 能接收的业务量 第四章中提出了两种新的启发式选路算法 最大化扇出倒数之 和的m t r f m a x i m i z et o t a lr e c i p r o c a lf a n o u t 算法和最大化最小扇出倒数的 m m r f m a x i m i z em i n i m u mr e c i p r o c a lf a n o u t 算法 i 中文摘要 第五章中 将第四章中的两个选路算法和已有的s p r m h f s h o r t e s tp a t h r 0 u t i n g m i n i m i z i n gh o pf i r s t 和b r m h f b a l a n c e dr o u t i n g m i n i m i z i n gh o p f i r s t 算法相结合 得到了四种新的选路算法 m t r f s p r m a x i m i z et o t a l r e c i p r o c a l f a n o u t s h o r t e s tp a t hr o u t i n g m m r f s p r m a x i m i z em i n i m u m r e c i p r o c a lf a n o u t s h o r t e s tp a t hr o u t i n g m t r f b r m a x i m i z et o t a lr e c i p r o c a l f a n o u t b a l a n c e dr o u t i n g 和m m r f b r m a x i m i z em i n i m u mr e c i p r o c a lf a n o u t b a l a n c e dr o u t i n g 第三章中还给出了与上述新的选路算法相关的光路业务量疏导的算法 选路 算法和疏导算法相结合 较好的解决了w m d 网状网的鲁棒规划问题 为了评估本论文中所提出的各种算法的性能 作者编写了计算机仿真程序 验证和比较了各种算法的性能 关键词 波分复用网络 鲁棒性 软管模型 负载平衡 业务量疏导 n a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ee x p l o s i v ei n c r e a s ei nn e t w o r kt r a f f i ca n dt h ee m e r g e n c eo fh i g h p e r f o r m a n c eo p t i c a ln e t w o r kd e v i c e s s u c ha so p t i c a lg q t o s s c o n n e c t o x c a n do p t i c a l a d d d r o pm u l t i p l e x e r o a 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 w d m t e c h n o l o g y b e n o m e st h ec o r et e c h n o l o g yo f n e x tg e n e r a t i o nb a c k b o n en e t w o r k s i nw d mn e t w o r k s r o u t i n ga n dt r a f f i cg r o o m i n gh a v eb e e nw i d e l yi n v e s t i g a t e d m o s t l yw i mt h ec o n d i t i o n t h a tn e t w o r kr e q u i r e m e n t sa r ed e t e r m i n e d h o w e v e ri na c t u a la p p l i c a t i o n s i ti su s u a l l y d i f f i c u l tt oa c q u i r et h ee x a c tt r a f f i cb e t w e e na l ln o d e s 妞t h en e t w o r k n a m e dt r a f f i c m a t r i x i nt h i sp a p e r w ei n v e s t i g a t et h ep r o b l e mo fr o b u s tr e s o u r c ep r o v i s i o na n dr o b u s t r o u t i n gi i lw d m m e s hn e t w o r k su n d e ru n c e r t a i nt r a f f i cm a t r i x h o s em o d e l v a l i a n t l o a d b a l a n c i n gt e c h n i q u ea n d t r a f f i c g r o o m i n gm e t h o da r e u s e dt h r o u g h o u to m i n v e s t i g a t i o n h o s em o d e lw a si n i t i a l l yp r o p o s e di nv p n v h x u a lp r i v a t en e t w o r k a n di su s e d f o rw d mm e s hn e t w o r k si no u rp a p e r i nh o s em o d e l t h e r ei sn on e e dt og e tt h ea 泓 n e t w o r kt r a 伍cm a t r i x w h i l ew h a ts h o u l db es p e c i f i e da r et h ea g g r e g a t eo u t g o i n gt r a f f i c f r o me v e r yn o d ei n t ot h en e t w o r ka n dt h ea g g r e g a t ei n c o m i n gt r a f f i co u to ft h en e t w o r k t oe a c hn o d e v m i a n tl o a d b a l a n c i n gu s e st w o s t a g er o u t i n gp o l i c y t h o u g hw h i c h t h et r a f f i cf r o m e a c hs o u r c ed o i n to ft h en e t w o r ki sd i s t r i b u t e dt oa l ln o d e sa c c o r d i n gt ot h el o a d d i s t r i b u t i n gr a t i o a n dt h e ni st r a n s m i t t e db ye v e r ym i d d l ep o i n tt od e s t i n a t i o np o i n t t r a f f i cg r o o m i n gi su s e dt oe f f i c i e n t l ys e tu pc o n n e c t i o n sf o rl o wr a t et r a i t i cs t r e a m s w h i l ei ti si m p o s s i b l et oe s t a b l i s he n d t o e n dl i g h tp a t h sf o ra l lt h ec o n n e c t i o nr e q u e s t s d u et ot h el i m i t so f t h en u m b e ro f w a v e l e n g t h sp e rf i b e ra n dt h en u m b e ro f t r a n s c e i v e r s p e rn o d e i nt h i sp a p e r b a s e do na b o v em o d e la n dt e c h n i q u e s w ep r o p o s e ds o m en o v e l h e u r i s t i ca l g o r i t h m st h r o u g hi n t r o d u c i n gt h ec o n c e p t i o no fn o d ef a n o u t t h e s en e w r o u t i n ga l g o r i t h m sc a nb ed i v i d e di n t ot w og r o u p s o n eo ft h e mi s t om i n i m i z et h e n e t w o r kc o s tw i t ht h ec o n d i t i o no fu n c e r t a i nt r a f f i cm a t r i x t h eo t h e ri st om a x i m i z et h e i a b s t r a e t n e t w o r kt h r o u g h o u tw i t ht h ec o n d i t i o no fu n c e r t a i nt r a f f i cm a t r i xa n dd e c i d e dn e t w o r k r e s o u r c e w i mt h ec o n d i t i o no fu n c e r t a i n 仃瓶cm a t r i x i no r d e rt om i n i m i z et h en e t w o r k c o s t t w on o v e lh e u r i s t i cr o u t i n ga l g o r i t h m sw a sp r o p o s e di nc h a p t e r3 m t f o m i n i m i z i n gt o t a ln o d ef a n o u t a n dm n f o m i n i m i z i n gn e t w o r kf a n o u t w i mt h ec o n d i t i o no fu n c e r t a i nt r a f f i cm a t r i xa n dd e c i d e dn e t w o r kr e s o l l r c e i n o r d e rt om a x i m i z et h en e t w o r kt h r o u g h o u t t w on o v e lh e u r i s t i cr o u t i n ga l g o r i t h m sw a s a l s op r o p o s e di nc h a p t e r4 m t r f m a x i m i z et o t a lr e c i p r o c a lf a n o u t a n dm m r f m a x i m i z em i n i m u mr e c i p r o c a lf a n o u t i nc h a p t e r5 c o m b i n e dt h e s er o u t i n ga l g o r i t h m sp r o p o s e di nc h a p t e r4w i t ht w oo l d a l g o r i t h m ss p r m h f s h o r t e s tp a t hr o u t i n g m i n i m i z i n gh o pf i r s t a n db r m h f b a l a n c e dr o u t i n g m i n i m i z i n gh o pf i r s t w ef u r t h e rg e tf o u rn e wr o u t i n ga l g o r i t h m s m t r f s p r m a x i m i z et o t a lr e c i p r o c a lf a n o u t s h o r t e s tp a t hr o u t i n g m m r f s p r m a x i m i z e m i n i m u mr e c i p r o c a lf a n o u t s h o r t e s tp a t h r o u t i n g m n 江一b r m a x i m i z et o t a lr e c i p r o c a lf a n o u t b a l a n c e dr o u t i n g m m r f b r m a x i m i z e m i n i m u mr e c i p r o c a lf a n o u t b a l a n c e dr o u t i n g c h a p t e r3a l s og i v e st h ea l g o r i t h mo f l i g h tp a t ht r a f f i cg r o o m i n g r e l a t e dw i t l lt h e s e n e w r o u t i n ga l g o r i t h m sp r o p o s e di nc h a p t e r3t o5 c o m b i n e dw i t hg r o o m i n ga l g o r i t h m t h e s er o u t i n ga l g o r i t h m sm e n t i o n e d a b o v ec a np r e f e r a b l ys o l v et h ep r o b l e mo fr o b u s t d e s i g ni nw d m m e s hn e t w o r k s t ov e r i f ya n de v a l u a t et h ea l g o r i t h m sp r o p o s e di nt h i sp a p e r c o m p u t e rs i m u l a t i o n p r o g r a m s a r ed e v e l o p e d b a s eo nt h e s ep r o g r a m s t h ep e r f o r m a n c eo fa l lp r o p o s e d a l g o r i t h m si se v a l u a t e da n dc o m p a r e d k e yw o r d 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 r o b u s t h o s em o d e l l o a db a l a n c e t r a f f i cg r o o m i n g i v 图表目录 图表目录 图1 1 光交叉连接器0 x c 2 图1 2 光分插复用器o a d m 3 图2 1 基于软管模型的v p n 1 4 图2 2 网络n 节点全连接 1 6 图2 3 负载平衡选路两阶段示意图 1 7 图3 1u s a 卜i e t 带权拓扑结构示意图 2 7 图3 2i t a l y n e t 带权拓扑结构示意图 2 7 图4 1u s a n e t 拓扑结构示意图 4 1 表3 1m t f o 和m n f o 算法在u s a n e t 拓扑下的全网代价比较 2 9 表3 2m t f o 和m n f o 算法在i t a l y n e t 拓扑下的全网代价比较 2 9 表3 3m n f 0 和m r u f 算法在u s a n e t 拓扑下的全网代价比较 3 0 表3 4m n f o 和m r u f 算法在i t a l y n e t 拓扑下的全网代价比较 3 0 表4 1m t r f 和m m r f 算法在u s a n e t 拓扑下的吞吐量比较 4 2 表5 1 六种算法在u s a n e t 拓扑下r 1 0 0 时的吞吐量比较 4 8 表5 2 六种算法在u s a n e t 拓扑下r 1 0 0 时的吞吐量比较续 4 9 表5 3 六种算法在u s a n e t 拓扑下r 5 0 0 0 时的吞吐量比较 4 9 表5 4 六种算法在u s a n e t 拓扑下r 5 0 0 0 时的吞吐量比较续 5 0 表5 5 六种算法在u s a n e t 拓扑下r 随机时的吞吐量比较 5 l 表5 6 六种算法在u s a n e t 拓扑下r 随机时的吞吐量比较续 5 l 主要符号表 a d m a s o n a s n q d x c 0 a d m o b s o p s 0 t n o x c 露砰翻 s d h v p n w d m 主要符号表 a d d d r o pm u l t i p l e x a u t o m a t i es w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k a u t o m a t i cs w i t c h e dt r a n s p o r tn e t w o r k d i g i t a lc r o s sc o n n e c t o p t i c a la d d d r o pm u l t i p l e x o p t i c a lb u r s ts w i t c h o 砸e a lp a c k e ts w i t c h o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k 0 p t i c a lc r o s sc o n n e c t r o u t i n ga n dw a v e l e n g t ha s s i g n m e n 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 v i r t u a l p r i v a t en e t w o r k 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 与本文算法相关的重要符号缩写 m t f o m n f o m t r f 心f r f s p r m h f b r 时f m t r f s p r n 1 r f s p r m i r f b r m r f b r 分插复用器 自动交换光网络 自动交换传送网 数字交叉连接器 光分插复用器 光突发交换 光分组交换 光传送网络 光交叉连接器 选路与波长分配 同步数字系列 虚拟专用网 波分复用技术 m i n i m i z i n g i b t a ln o d ef a n o u t m i n i m i z i n gn e t w o r kf a n o u t m a x i m i z et o t a lr e c i p r o c a lf a n o u t m a x i m i z em i n i m u m r e c i p r o c a lf a n o u t s h o r t e s tp a t hr o u t i n g m i n i m i z i n gh o pf i r s t b a l a n c e dr o u t i n g m i n i m i z i n gh o pf i r s t m a x i m i z et o t a lr e c i p r o c a lf a n o u t s h o r t e s tp a t hr o u t i n g m a x i m i z em i n i m u mr e c i p r o c a lf a n o 礁s h o r t e s tp a t hr o u t i n g m a x i m i z et 0 t a jr e c i p r o c a lf a n o u t b a l a n c e dr o u t i n g m a x i m i z em i n i m u mr e c i p r o c a lf a n o u t b a l a n c e dr o u t i n g i x 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 伽岛日期 朋7 年f 月2 泪 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 签名 j 麴鱼导师签名 孛砾氏 日期 j 7 r 年歹月2 日 第一章绪论 第一章绪论 随着社会发展 数据 图像 话音等通信需求日益增大 使通信网向宽带化 发展 对于通信骨干网 要提供吉比特 g i g a b i t s 或太比特 t e r a b i t s 级的容量 使光纤通信网成为重要的基础设施 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 光纤传输系统 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 o a d m 和 光交叉连接器 o p t i c a lc r o s sc o r m e e t o x c 可构成光传送网 o p t i c a lt r a n s p o r t n e t w o r k 0 t n 提供可调度的光路 为了进一步智能化 o t n 演进为自动交换 光网络 自动交换传送网 a s o n a s t n 本论文研究了在w d l d 网状网中 当网络业务量需求不确知时进行鲁棒选路和 资源配备的相关算法 为了便于读者对本文的研究内容有更好的理解 本章将介 绍与之相关的一些知识 包括w d m 光网络和技术 业务量疏导 最后说明本文 的研究背景和方法 1 1w d m 光网络 1 1 1 光网络发展和w d m 技术嘲 随着个人计算机和国际互联网络 i n t e r n 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日益兴起 基于i p 的数据业务量得到爆炸式增长 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量嘲 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 只要相临波长信道的间隔距离足够远 不同波长信道之间就不会 相互干扰 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具有将光通 道进行直接联网的优势 促使波长复用系统由传统的点到点传输系统向波长路由 1 电子科技大学硕士论文 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 而把波长路由光网络作为 第二代光网络 现在正在向智能光网络发展 近几年由于市场的驱动和技术上的重大突破 波分复用系统发展十分迅猛 第一代光网络的w d m 点对点传输技术提供了丰富的带宽资源 使以光网络传输 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 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实现光层联网 构筑光传送网 0 1 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光通道直接联网的优势 为进一步组成以光子交换 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 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 如图卜1 和卜2 所示 图1 1 光交叉连接器o x c 图1 1 是o x c 的示意图 o x c 的功能类似s d h 网络中的数字交叉连接器 d i g i t a lc r o s sc o n n e c t d x c 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时 出口 入口波长必须相同 如果使 2 第一章绪论 用了波长变换器 出口 入口波长可以不同 o x c 的具体实现可以分为全光型 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 需要进行光一电一光转换实现交 换 图l 2 光分插复用器o a d m 图卜2 是o a d m 的示意图 o a d m 节点的功能也类似于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 a d m 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 而且也降低了网络节点的成本 全光型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 在这种网络中就可以提供端到端的波长通路 或称为光路 l i g h tp a t h 的动态分配和恢复 根据网络分层的概念 可以把第二代光网络看成一个光层 为高层网络 如 i po v e rw d m 网络中的m 层 提供服务 一般来说 光层能为高层提供三种类型 的服务 即光通道 1 i g h tp a t h 虚电路 v i r t u a lc i r c u i t 和数据报 d a t a g r a m 服 务 光通道是网络中两个节点之间的一个连接 由一系列的波长信道组成 如果 节点上没有配置波长转换器 光通道经过的没一个光纤链接上都必须分配相同的 波长 由于一个波长信道的传输速率非常高 其数量级一般是gb p s 因此光层能 够以光通道的形式一次性为高层网络提供巨大的带宽 需要注意的是 低速业务 流通过光通道进行传输时 始终保持在光域内 没有经过任何的电处理 高层网 络可以向光网络申请建立或拆除光通道 类似于电话网络中的电路交换 高层网 3 电子科技大学硕士论文 络需要的带宽也可能小于一个波长信道的容量 此时需要在时域上将多个虚电路 复用到一个光通道上 根据复用的方式不用 可以分为固定复用和统计复用两种 形式 前者为每个虚电路指定固定大小的带宽 后者把每个虚电路上的数据拆分 成多个短分组 并把不同虚电路上目的地为同一虚电路的分组进行复用和交换 光层能提供的另一种业务是数据报 它在网络中传送分组或一段长度不定的数据 包时 不需要建立和拆除连接的开销字节 如光突发交换 o p t i c a lb u r s ts w i t c h o b s 和光分组交换 o p t i c a lp a c k e ts w i t c h o p s 因此基于w d m 技术的波长路由光网络不仅提供了大的传输容量 还具有以 往通信网和现行通信系统所不具有的优点 1 对传输码率 数据格式以及调制 方式具有透明性 可支持多种协议业务 例如a t m i p 等 2 具有好的可扩 展性 允许网络节点数目和业务量不断地增长 3 网络具有可重构性 可根据 通信业务量的需求 动态地改变网络逻辑结构 网络资源利用率高 4 由于光 网络是对整个波长信道进行路由交换 大大节省了电子交换设备的费用 而且简 化了网络的运行和管理 5 网络具有高的生存性 可以减少网络故障所带来的 损失 6 光网络结构简单 网络中许多光器件都是无源的 可靠性高 易维护 各种i p 数据业务的迅猛发展对带宽的需求不仅变得越来越高 而且由于口 业务量本身的不确定性和不可预见性 对网络带宽的动态分配要求也越来越迫切 对网络带宽传统的方法主要靠人工配置网络连接 耗时费力易出错 不仅难以适 应现代网络和新业务提供拓展的需要 也难以适应市场竞争的需要 光网络必须 能够管理由d w d m 提供的巨大带宽容量 同时能够合理地分配用户的业务 能够 在业务节点之间快速建立光路连接 按照用户需求来分配带宽 同时对网络业务 提供保护和恢复能力 应该可以根据不同的用户需求在波长通道上提供不同的q o s q u a l i t yo f s e r v i c e 服务和业务类型 一种能够自动完成网络连接的新型网络概 念 自动交换传送网 a u t o m a t i cs w i t c h e dt r a n s p o r tn e t w o r k s a s t n 应运而 生 其中专门以光传送网为基础的a s t n 又称为自动交换光网络 a u t o m a t i c s w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k a s o n 这是一种利用独立的a s t n a s o n 控制面 通过各种传送网 包括s d h 或o t n 来实施自动连接管理的网络 而具有智能特 性的光网络通常被成为智能光网络 a s l n a s o n 也是一种智能光网络 智能光网络可以实现流量控制 允许将网络资源动态地分配给路由 缩短了 业务层升级扩容时间 明显增加了业务层节点的业务量负荷 具有可扩展的信令 能力集 快速的业务提供和拓展 降低了维护管理运营费用 快速的光层业务恢 复能力 降低了对用于新技术配置管理的运行支持系统软件的要求 只须维护一 4 第一章绪论 个动态数据库 减少了人工出错机会 还可以引入新的业务类型 如按需带宽业 务 波长批发 波长出租 分级的带宽业务 动态路由分配 光虚拟专用网 o p t i c a l v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k 0 n 等 使传统的传送网向业务网方向演进 目前 以i e t f 和i t u t 为代表的标准化组织为智能光网络做了大量的研究工作 另外 还有光联网论坛 o p t i c a li n t e m e t w o r k i n gf o r u m o i f 等组织也在进行相关标准 的制订工作 1 1 2 光网络研究现况 w d m 光网络在未来的未来中提供了一个经济 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 目前世界各国研究开发中的全光网络主要集中 在美国 欧洲和日本 从2 0 世纪9 0 年代开始 许多国家和地区规划了w d m 光 传送网 并建立了许多实验平台和现场试验 以研究未来结构 未来管理 光纤 传输以及网络对新业务的适应性等关键技术 其中包括下列重大项目 1 美国d a r p a 实施的w d m 光网络研究项目 光网技术联盟 o n t c 全光网络 a o n 多波长光网 m o n e t 国家透明光网络 n t o n c 2 欧洲通信委员会设立的r a c e 和a c t s 重大研究项目 多波长光网 m w t n 泛欧光子传送网 p h o r o n 泛欧光网 o p e n 城域光网络 m e l 的n 波长捷变 a g i l i t y 传送接入网 w o t a n 光网络管理 m o o n 等 3 加拿大研究和教育i n t e m e t 骨干网c a n e t 3 4 日本n t t 的企业光纤骨干c 0 m 岖t 和光城域网p r o m e t e 0 等 5 国内w d m 光网络研究 8 6 3 计划项目 全光通信试验网 8 6 3 重大计划项目 中国高速信息示范网 c a 科0 n e t 近期 为了探索未来的网络技术 美国科学基金会于2 0 0 3 年9 月批准了重大 5 电子科技大学硕士论文 项目1 0 0 x 1 0 0p r o j e c t 参见h t t p 1 0 0 x 1 0 0 n e t w o r k o r g 计划经费是7 5 0 万美元 为期5 年 其寓意为1 0 0 m b p s 进入1 0 0 m i l l i o n 家庭 该项目由多家大学和公司联 合承担 1 2w d m 光网络中的业务量疏导 在w d m 光网络中 为了充分利用带宽 一个波长上传输的通信速率常较高 例如o c 4 8 o c 1 9 2 o c 7 6 8 对应的速度为2 5 0 b s 1 0 g b s 4 0 g b s 这样 w d m 光网络提供的速率或带宽是粗粒度 也就是以波长数为单位 然而在实际应用 中 每个业务的通信速率与一个波长上的可通速率相比常是较低的 例如o c 1 o c 3 o c 1 2 5 1 8 4 m b s 1 5 5 5 2 m b s 6 2 2 0 8 m b s 显然 为每个低速业务提 供一个专用波长 资源利用率低且不经济 并且由于光纤中波长数目的限制 网 络节点中光收发器数目的限制 一个光路的建立需要在其两个终点各使用一个光 收发器 等 不可能为每个业务连接建立端到端的独立光路连接 因此为了提供 细粒度的速率或带宽需求 同时降低网络建设成本和运营成本 提高网络性能 需要为这些低速业务有效地建立端到端的连接 疏导 g r o o m i n g 技术可以解决这 个问题 1 2 1 疏导技术 网络中的疏导技术 即有效地将低速业务流 疏导 g r o o m 高容量的波长 上去传输 疏导 源于复用 m u l t i p l e x i n g 和捆绑 b u n d l i n g 即将多个低速业 务汇集到高容量的传输单元上传输 是用来描述传输系统中有效利用容量的优化 设计问题 在光网络中不同的域可以使用不同复用技术实现疏导嘲旧 1 空分复用 s p a c e d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g s d m 技术 将物理空间分区以 达到提高传输系统的容量 例如 将多根光纤捆绑到一根光缆上 或者多个光缆 作为一个链路连接网络中相邻两节点 2 频分复用 丘e q u e n e y d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g f d m 技术 将频谱分成不 重叠的一系列独立的通道 光网络中的波分复用w d m 或者密集波分复用d w d m 技术即是采用了f d m 技术 3 时分复用 t i m e d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g t d m 技术 在时域内将带宽分成 固定长度的时隙 s l o t 使用t d m 技术 多路信号只要在时间上不重叠可以共享 6 第一章绪论 一个波长 4 动态统计复用技术 在i p m p l so v e rw d m 的体系结构中 一个w d m 波长通道可以被多个i p 业务流通过 虚电路 方式共享 在w d m 光网络中业务量疏导 t r a f f i cg r o o m i n g 技术 刮是指利用t d m 技术有 效地将低速业务流汇聚到高速的波长通道 光路中传输 而如何将多个波长疏导到 一根光纤中传输有被称为l a m b d a 疏导 l a m b d ag r o o m i n g 1 2 2 业务量疏导定义 业务量疏导问题可以如此描述 给定一个网络配置 包括物理链路 每个 网络节点的光收发器数目 每根光纤的波长数目以及波长容量 业务量疏导就是 为一组具有各种低速带宽粒度的业务连接建立请求建立光路以有效地安排下这些 连接请求 同时优化网络的性能 业务量疏导就是将低速业务连接 或者业务流 汇聚到一个波长上传输 低速业务流可以通过一条光路到达且的网络节点 单跳 业务量疏导 s i n g l e h o p t r s 伍c g r o o m i n g 也可以通过多跳光路到达目的 多跳业 务量疏导 m u l t i h o pt r a 街cg r o o m i n g 低速业务连接建立请求可以是静态的 可以是动态的 所谓静态就是已知所 有低速业务连接建立请求 即各个节点对之间的各种颗粒的连接请求 这些业务 连接请求构成业务需求矩阵 所谓动态就是业务连接建立请求动态到达 动态离 去 业务量疏导根据业务静态与否可以分为 静态业务量疏导和动态业务量疏导 两类 静态业务量疏导是预先给出所有低速业务连接需求 计算路由和分配波长 这种计算可以是离线 o f f l i n e 的 即不需实时计算 静态业务量疏导是一个特 殊的虚拓扑设计问题 即为已知的低速业务量建立合理的光路 形成最优的逻辑 拓扑 虚拓扑 疏导各个业务连接 它所考虑的是如何从全局优化的角度来为所 有连接需求计算路由 其优化目标是在给定的低速业务量需求下 1 使网络成 本最小 即使减少电终端设备a d m 或者o x c 光端口数目 也可以是最小化光路 数目 2 给定光收发器数目限制 光纤波长数目限制 最大化网络吞吐量 通常把静态业务量疏导分为三个子问题加以解决 a 虚拓扑子问题 确定物理拓扑上需要建立的一组光路需求r b 光路路由 与波长分配 r o u t i n ga n dw a v e l e n g t h a s s i g n m e n t r w a 子问题 为前面的光路需 求r 解决相应的r w a 问题 c 低速业务流选路子问题 疏导子问题 在虚拓扑 7 电子科技大学硕士论文 上实现 在动态业务量疏导中 低速业务连接请求随机 顺序到达网络 要求进行实 时的业务量疏导 路由与波长分配 g r o o m m g r o u t m g a n d w a v e l e n g t h 髂s i 印m e m g r 姚 计算 但是一个连接维持一段有限时间后又被拆除 动态业务量疏导目标 一般都是有效地选择疏导路由和合理分配网络资源 以使业务连接建立的阻塞率 最低 光网络中的业务量疏导可以在智能光网络的统一控制平面g m p l s 下实现 主 要涉及到三个模块 1 资源发现协议 使用o s p f t e 或者i s i s t e 等通过链路状态通告 l i n k s t a t ea d v e