光網(wǎng)狀網(wǎng)中的路徑保護(hù)技術(shù)研究.pdf

1、在波分復(fù)用 (WDM,wavelength-division-multiplexing) 光網(wǎng)絡(luò)中,光纖上承載著巨大的業(yè)務(wù)量.在這樣的網(wǎng)絡(luò)中,即使只有一個鏈路或節(jié)點發(fā)生故障也會導(dǎo)致大量的業(yè)務(wù)丟失.在波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)中,網(wǎng)絡(luò)生存性已經(jīng)被公認(rèn)為是最重要的研究課題之一.提高網(wǎng)絡(luò)生存性主要有兩種方式:保護(hù)和恢復(fù).保護(hù)技術(shù)在為業(yè)務(wù)建立工作通路的同時建立保護(hù)通路,并在保護(hù)通路上預(yù)留額外網(wǎng)絡(luò)資源.當(dāng)工作通路發(fā)生故障時,業(yè)務(wù)切換到保護(hù)通路上來傳輸.而恢復(fù)

2、技術(shù)在為業(yè)務(wù)建立工作通路時,并不預(yù)留額外的網(wǎng)絡(luò)資源,當(dāng)工作通路發(fā)生故障時,通過重新路由配置并利用鏈路上的空閑資源來傳輸受影響的業(yè)務(wù).與恢復(fù)技術(shù)相比,保護(hù)技術(shù)由于不需要重新尋找路由而具有切換時間快,執(zhí)行簡單等優(yōu)點.而且保護(hù)技術(shù)能夠保證業(yè)務(wù)100﹪的恢復(fù),而恢復(fù)技術(shù)可能出現(xiàn)恢復(fù)失敗的情況.當(dāng)然保護(hù)技術(shù)需要更多的網(wǎng)絡(luò)資源.由于光層位于網(wǎng)絡(luò)層次的底層,這在客觀上要求光層須具有可靠的恢復(fù)機(jī)制和較短的恢復(fù)時間,因此保護(hù)技術(shù)更適合于光層的恢復(fù).按照保

3、護(hù)路徑上的資源是否可以共享,保護(hù)技術(shù)可以分為共享保護(hù)和專用保護(hù).與專用保護(hù)相比,共享保護(hù)具有更高的資源利用率.本文主要研究波長路由光網(wǎng)狀網(wǎng)中的共享路徑保護(hù)技術(shù).既研究單鏈路故障模型下的共享路徑保護(hù)技術(shù),又研究雙鏈路故障模型下的共享路徑保護(hù)技術(shù).另外,還將保護(hù)技術(shù)同光網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)湓O(shè)計結(jié)合起來,研究了具有容錯能力的光網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計問題. 本文在單鏈路故障的保護(hù)中,提出了一種新的波長分配機(jī)制.這種波長分配機(jī)制嘗試使用部分共享來

4、達(dá)到提高波長使用效率的目的.而且,我們提出的用于稀疏波長轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)的方案能夠直接應(yīng)用于全波長轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)和無波長轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò). 在雙鏈路故障的保護(hù)中,我們發(fā)現(xiàn)了目前用于無波長轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)中雙鏈路故障保護(hù)的共享規(guī)則可能導(dǎo)致潛在的波長競爭.引入了所謂的"優(yōu)先"策略,并在此策略基礎(chǔ)上,提出了新的共享規(guī)則.與目前的共享規(guī)則相比,本文提出的共享規(guī)則更加簡單,而且解決了波長競爭的問題,能夠提供100﹪恢復(fù)保證. 另外,在波長路由光網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)湓O(shè)

5、計方面,本文提出了一種基于業(yè)務(wù)的初始拓?fù)渖伤惴?這個算法的最大特點是它使得業(yè)務(wù)量較大的節(jié)點對之間的最短路徑長度較短.還提出了一種改進(jìn)的路由算法.與傳統(tǒng)的簡單的兩步路由算法相比,本文提出的算法考慮了路山和保護(hù)共享之間的相互影響,因而具有更好的性能. 本文最后還給出了一個物理拓?fù)湓O(shè)計實例.該設(shè)計實例以網(wǎng)絡(luò)中光纖復(fù)用段數(shù)目、放大器數(shù)目、色散補償模塊數(shù)目以及中繼器數(shù)目為聯(lián)合優(yōu)化目標(biāo)來降低網(wǎng)絡(luò)成本.為了得到近似最優(yōu)的性能,本文提出了新的

6、路由啟發(fā)式算法和波長分配啟發(fā)式算法,這些算法在一定程度上能夠較好的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)成本.另外,我們采用了禁忌搜索算法來優(yōu)化物理拓?fù)湓O(shè)計的整體性能.通過調(diào)節(jié)循環(huán)次數(shù)和禁忌長度,能夠在網(wǎng)絡(luò)成本和算法收斂時間之間找到一個合適的平衡點. 本文還使用CPLEX軟件對ILP進(jìn)行求解.通過數(shù)值仿真,得到如下的幾點發(fā)現(xiàn).首先,一個只有30﹪的節(jié)點具有波長轉(zhuǎn)換能力的稀疏波長轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)在共享路徑保護(hù)方案下能夠取得與全波長轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)差不多的波長資源利用率.其次,