第6章光網絡技術光纖傳感與通信網教育部重點實驗室1內容提要：6.1光網絡的發展概述6.2路由與波長分配6.3光網絡的生存性6.4光網絡的控制與管理26.1光網絡的發展概述1網絡現狀2光網絡的演進過程3光傳送網31網絡現狀（1）不同的業務使用不同的接入網絡電話業務：PSTN（PublicSwitchedTelephoneNetwork）公共交換電話網絡IP：以太網電視：HFC網絡導致各種業務網絡重疊。41網絡現狀（2）基于SDH的骨干網分級復接：本地、地區和全國三級拓撲結構：環網自愈能力：時間長，幾周~幾個月。由于波分復用傳輸容量Tbps，導致電子瓶頸。56.1光網絡的發展概述1網絡現狀2光網絡的演進過程3光傳送網62光網絡的演進過程72光網絡的演進過程多波長光網絡：86.1光網絡的發展概述1網絡現狀2光網絡的演進過程3光傳送網93光傳送網提出背景：無法一步實現全透明光網。發展思路：從現有技術出發，逐漸演進。ITU-T：OpticalTransportNetwork,OTN；光傳送網1）先發展透明子網（TransparentSubnet,TSN）；2）TSN之間光電處理后進行連接。103光傳送網現在OTN結構：113光傳送網分層結構：一個波長通道波長復用光纖傳輸123光傳送網（1）光通路層（OpticalChannelLayer）功能要求：

1）光通路連接重組和網絡選路；

2）光通路開銷處理；

3）光通路監控功能；

4）網絡的生存能力。

133光傳送網（2）光復用段層（OpticalMultiplexingSectionLayer）功能要求：

1）多波長復用光信號的完整傳輸

；

2）重新安排光復用段

；

3）處理光復用段開銷

；

4）為光復用段層的運行和維護提供檢測和管理功能

。

143光傳送網（3）光傳輸段層（OpticalTransmissionSectionLayer）功能要求：

1）提供傳輸功能

；

2）處理光傳輸段開銷；

3）對光放大器或中繼器的檢測和控制功能

；

153光傳送網光傳送網（OTN）的發展趨勢16內容提要：6.1光網絡的發展概述6.2路由與波長分配6.3光網絡的生存性6.4光網絡的控制與管理176.2路由與波長分配1基本概念2路由子問題3波長分配子問題181基本概念波長路由：191基本概念路由與波長分配：RoutingandWavelengthAssignment，RWA。RWA問題定義：在給定一組需要在網絡上建立的光路，以及給定最大可用波長數量限制的情況下，如何來決定具體的路徑和分配合適的波長以使可建立的光連接最多（或使所需的波長數量最少，或使連接的阻塞概率最低）。

簡言：為每一個光路選路，并給這些路徑分配波長。201基本概念RWA問題分類：

1）靜態RWA2）動態RWA靜態業務配置動態業務配置211基本概念RWA問題限制條件：

1）波長連續性約束；

2）無波長連續性約束。無波長轉換有波長轉換RWA問題求解辦法：嚴格求解：整數線性規劃（IntegerLinearProgramming,ILP）近似求解：啟發式算法。221基本概念啟發式算法求解思路：分解為兩個子問題；

1）路由子問題；

2）波長分配子問題。 啟發式算法定義：一個具于直觀或經驗構造的算法。 可接受的花費（指計算時間或空間）下給出待解決組合優化問題每一個實例的一個可行解，該可行解與最優解的偏移程度不一定事先可以預料。236.2路由與波長分配1基本概念2路由子問題3波長分配子問題242路由子問題方法1：固定路由基本思想：無論什么時候，一個節點對之間的光路需求都用一條事先計算好的路徑來承載。方法：如采用最短路徑算法（Dijkstra算法）

優點：方法簡單易用，復雜度低。缺點：負載不均衡，無保護功能。252路由子問題方法2：固定備份路由基本思想：為每個節點對事先多準備幾條路徑，而不是只準備一條路徑。方法：

1）路由表中有到每一個目的節點的一定數量的固定路由；

2）主備路徑部分重疊，也可以鏈路分離（link-disjoint）。

優點：降低了阻塞率，具有一定的保護功能。缺點：動態適應網絡變化能力不足。262路由子問題方法3：自適應路由基本思想：根據當前網絡狀況，實時計算和選路。方法：

1）最不擁塞路徑（Least-Congested-Path，LCP）；

2）跳數最?。ㄗ疃搪窂剑?；

3）前K跳擁塞情況。優點：動態適應網絡變化，性能比固定備份路由更好。缺點：計算復雜。276.2路由與波長分配1基本概念2路由子問題3波長分配子問題283波長分配子問題（2）波長分配子問題：1）靜態分配方法：2）動態分配方法：圖著色問題啟發式方法圖著色問題的方法：（著色的先后順序如何確定？）1）最大最先：2）最小最后：波長連續性約束要求293波長分配子問題（2）靜態波長分配：圖著色法（最大最先）完成路由子問題：需要建立如圖8條光路。波長連續性要求：重疊的鏈路不能使用相同波長。303波長分配子問題128374651）每條路徑為圖中一個點，并進行編號。313波長分配子問題128374652）路徑之間如有重疊，進行連線。323波長分配子問題3）最大最先著色。1283746527514638不同的顏色代表不同的波長。33內容提要：6.1光網絡的發展概述6.2路由與波長分配6.3光網絡的生存性6.4光網絡的控制與管理346.3光網絡的生存性1基本概念2SDH網絡中的保護技術3WDM網狀網絡中的保護與修復技術4網狀網中基于環的保護方法5生存性路由與波長分配問題6動態修復技術351基本概念網絡生存性問題：描述的是網絡在出現故障或毀壞的時候，能否繼續通信的問題。網絡故障的可能性：硬件造成；軟件造成。361基本概念解決網絡生存性問題的辦法：

1）保護（Protection）；

2）修復（Restoration）。故障恢復預先計算，提前預留動態計算單故障假設：（簡化模型）

1）每次只有一個故障發生；

2）另一個故障發生之前，一個故障已經被修復了。共享風險組（SharedRiskGroup，SRG）單一故障可能會影響到的光信道的集合。如：一光纖中所有光波長信道；光纜中所有光纖。371基本概念SRG約束要求：

1）要求至少計算兩條路徑；

2）兩條路徑所從屬的SRG必須沒有重疊。光層故障恢復的必要性：鏈接故障是主要的故障形式共享風險鏈路組（SharedRiskLinkGroup，SRLG）

1）恢復速度快：容易檢測到信號丟失或誤碼，幾毫秒

2）效率高：一次可以恢復一個波長或光纖的所有連接。386.3光網絡的生存性1基本概念2SDH網絡中的保護技術3WDM網狀網絡中的保護與修復技術4網狀網中基于環的保護方法5生存性路由與波長分配問題6動態修復技術392SDH網絡中的保護技術自動保護倒換（AutomaticProtectionSwitching，APS）402SDH網絡中的保護技術常見組網形式：自愈環（Self-HealingRing，SHR）類型：1）二纖單向路徑倒換環（two-fiberunidirectionalpath-switchedring，UPSR）；2）二纖雙向鏈路倒換環（two-fiberbidirectionallink-switchedring，BLSR/2）；3）四纖雙向鏈路倒換環（four-fiberbidirectionallink-switchedring，BLSR/4）。

412SDH網絡中的保護技術單向路徑倒換環（UPSR）

結構：

保護方案：1+1缺點：資源利用率不高，有一半的容量專用于保護。未實現共享保護。雙發選收

優點：簡單、速度快。如何實現雙向呢？422SDH網絡中的保護技術四纖雙向鏈路倒換環（BLSR/4）結構：

復用段倒換（spanswitching）：只有工作光纖斷：切換到保護光纖上。環倒換（ringswitching）：工作光纖和保護光纖都斷：切換到反向保護光纖上。保護方案：1:1是否需要這么多光纖連接呢？432SDH網絡中的保護技術結構：

二纖雙向鏈路倒換環（BLSR/2）保護方案：1：11：N同步選發選收442SDH網絡中的保護技術保護帶寬的空間重用

保護帶寬共享被鏈路1、2共享456.3光網絡的生存性1基本概念2SDH網絡中的保護技術3WDM網狀網絡中的保護與修復技術4網狀網中基于環的保護方法5生存性路由與波長分配問題6動態修復技術463WDM網狀網絡中的保護與修復技術WDM網狀網（mesh網）

WDM環網相對于例：473WDM網狀網絡中的保護與修復技術兩種典型的故障恢復機制：

1）保護（protection）：備用資源（路徑和波長）是預先計算并且提前預留的，2）修復（restoration）：故障發生后，修復機制需要對每個被中斷的連接都動態尋找另一路徑以及空閑的波長對比：1）資源利用率：修復優于保護；2）恢復時間：保護快于修復。483WDM網狀網絡中的保護與修復技術保護范圍分類：

1）路徑保護；2）鏈路保護。路徑保護特點：1）鏈路完全分離；2）備用資源利用率高；3）切換時間長。鏈路保護特點：1）鏈路部分分離；2）備用資源利用率低；3）切換時間短。保護鏈路工作路保護路工作路493WDM網狀網絡中的保護與修復技術保護資源利用率分類：

1）專用保護：保護路徑所預約的資源是獨占的，相互之間不能共享。

形式：1+1保護，工作路和保護路同時傳輸相同的信號。50保護資源利用率分類：

2）共享保護：備用資源是可以共享的。

形式：M：N保護，特例1：1保護，工作路正常時，保護路不傳輸信號或傳優先級低的信號。3WDM網狀網絡中的保護與修復技術513WDM網狀網絡中的保護與修復技術保護資源利用率分類：

2）共享保護：M：N保護，M條工作路徑共享N條保護路徑。共享鏈路資源523WDM網狀網絡中的保護與修復技術保護按復原分類：

1）可復原的：工作路正常后，業務能重新被切換回工作路。2）不可復原的：工作路正常后，業務不能重新被切換回工作路。一般要求：

1）專用保護：無可復原的要求；2）共享保護：有可復原的要求。提高保護效率536.3光網絡的生存性1基本概念2SDH網絡中的保護技術3WDM網狀網絡中的保護與修復技術4網狀網中基于環的保護方法5生存性路由與波長分配問題6動態修復技術544網狀網中基于環的保護方法網狀網與環網保護的比較：1）恢復時間：環網比網狀網快；2）資源利用率：網狀網比環網高。提高網狀網恢復速度的辦法：環覆蓋方案（使用邏輯環來覆蓋網狀網）。554網狀網中基于環的保護方法環組成：1）節點是物理節點。

2）鏈路由一個或多個波長信道構成。56業務分類：1）環內業務；

2）環間業務。4網狀網中基于環的保護方法段由環提供保護。業務路徑被分割成段。574網狀網中基于環的保護方法A點到B點：1）環5和環2；2）環5和環4。環的堆疊：多個邏輯環的堆疊。584網狀網中基于環的保護方法5個環覆蓋5個節點組成的網絡。如何通過環保護來選擇保護路？594網狀網中基于環的保護方法（a）保護圈（b）圈上鏈路的保護（c）弦鏈路的保護（d）弦鏈路的另一種保護方法圖5.24保護圈示例保護圈技術：1）保護環；2）保護弦。環保護弦保護606.3光網絡的生存性1基本概念2SDH網絡中的保護技術3WDM網狀網絡中的保護與修復技術4網狀網中基于環的保護方法5生存性路由與波長分配問題6動態修復技術615生存性路由與波長分配問題問題描述：路徑保護+路由和波長分配；1）尋找一對鏈路分離的工作路和保護路；2）為工作路和保護路分配波長。S-RWA分類：靜態和動態。生存性路由與波長分配問題（SurvivableRoutingandWavelengthAssignment，S-RWA）

625生存性路由與波長分配問題路由子問題：尋找最小代價的一對分離路徑。代價：包括工作路代價和保護路代價之和；代價的定義：

1）為12）距離

3）鏈路利用率跳數最少；傳播時間最??；負載均衡；關鍵問題：如何計算一對鏈路分離的路徑？解決辦法：1）兩步算法；2）一步算法。635生存性路由與波長分配問題（1）兩步算法算法思想：

1）首先計算最短工作路；

2）刪除找到的工作路，計算保護路。存在的問題：

找到的工作路不是最佳，有可能導致找不到保護路。例：找到工作路刪除工作路另一種方案645生存性路由與波長分配問題（2）一步算法算法優點：1）路徑鏈路分離；2）代價總和最小。算法步驟：第一步：采用Dijkstra算法計算以節點s為根的最小代價路徑樹。令d(s,u)表示從s到節點u的最小代價。655生存性路由與波長分配問題算法步驟：第二步：按照下述方法將原圖G轉換為輔助圖G’。G’中的任一鏈路(u,v)的代價c’(u,v)按下式計算：c’(u,v)=c(u,v)+d(s,u)

d(s,v)。其中c(u,v)是原圖中鏈路(u,v)的代價。沿著第一步中計算出的s和d之間的最小代價路徑，將該路徑上的所有鏈路反向。第三步：在圖G’中計算從s到d的最小代價路徑。圖G‘中的最小代價路徑。665生存性路由與波長分配問題算法步驟：第四步，假定原圖G中的最小代價路徑為T，輔助圖G’中的最小代價路徑為T’。刪除T和T’重疊的鏈路，T和T’中剩下的鏈路剛好構成一個圈。這個圈由從s到d的兩條鏈路分離路徑構成。這兩條路徑就是我們要求解的最小代價路徑對。676.3光網絡的生存性1基本概念2SDH網絡中的保護技術3WDM網狀網絡中的保護與修復技術4網狀網中基于環的保護方法5生存性路由與波長分配問題6動態修復技術686動態修復技術修復指標：

1）修復成功率：表示一個網絡故障發生以后，成功修復的連接的數量與被中斷連接的數量之間的比率。

2）修復時間：表示成功修復一個受破壞的連接所花費的平均時間。修復子問題：

1）控制方法：分布式控制：速度快，但資源利用不是最優；集中控制：速度慢，資源優化調度。

2）修復路徑的計算：預先計算：速度快，資源利用率低；在線計算：速度慢，資源利用率高。696動態修復技術修復子問題：

3）重路由機制：基于路徑的，基于子路徑的，和基于鏈路的方案。

4）多個協議層次上的保護和修復機制如何協調。70內容提要：6.1光網絡的發展概述6.2路由與波長分配6.3光網絡的生存性6.4光網絡的控制與管理716.4光網絡的控制與管理1基本概念2基本功能3信令和資源預約721基本概念ASON：AutomaticallySwitchedOpticalNetwork體系結構網絡結構：交換連接：提出組織：ITU，國際電信聯盟731基本概念GMPLS：GeneralizedMultiprotocolLabelSwitching協議提出組織：IETF，互聯網工作組主要內容：

1）將MPLS擴展到GMPLS；

2）改進OSPF、CR-LDP、RSVP協議。CR-LDP：為LSP的建立分配標簽；RSVP：在路由器上進行資源預約。74CR-LDP:Example10.1.1.210.1.1.610.1.1.310.1.1.710.1.1.410.1.1.510.1.1.112.0.0.1POPMappingMappingMappingrequestRequestrequestRequestrequest1基本概念7510.1.1.210.1.1.610.1.1.310.1.1.710.1.1.410.1.1.510.1.1.112.0.0.1POPCR-LDP:Example1基本概念766.4光網絡的控制與管理1基本概念2基本功能3信令和資源預約772基本功能網絡控制管理的基本功能：1）資源管理；2）路由計算；3）信令；4）故障管理。（1）資源管理：網絡資源的發現、更新和維護。

實現方式：節點之間互相發送鏈路信息。（2）路由計算：為連接請求選擇路徑。實現方法：根據運營商目標，定義鏈路代價，進行路由選擇。（3）信令協議：負責鏈路連接的建立、修改以及拆除。實現方法：帶內信令和帶外信令。782基本功能網絡控制管理的基本功能：（4）故障管理：故障發現和恢復