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1、西安电子科技大学 硕士学位论文 IP（MPLS）/SDH/WDM光网络中静态业务联合选路与资源优化算 法的研究 姓名：徐文婷 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：徐展琦 20100101 摘 要 随着光网络的发展、WDM技术的逐步成熟和IP业务需求的扩大，越来越需要 宽带和智能的光传送网(OTN)。本文综合考虑实际应用中SDH网络和技术的存在， 研究IP(MPLS)/SDH/WDM光网络中的静态业务量疏导问题，并提出一种改进的基 于禁忌搜索算法的联合选路与资源优化算法。为光网络规划提供了切实有效的方 案和策略，具有一定的理论价值和应用前景。 本文总结了多层网络的发展与现状，归纳
2、了光网络规划的方法及其关键技术， 并综述了用于解决多层多域网络中域间路由问题的路径计算单元(PCE)技术。结合 国家高技术研究发展计划(863 计划)重点课题 “基于 PCE 的多层多域光网络关键技 术研究与实验系统”，在课题组已有研究的基础上，针对 IP(MPLS)/SDH/WDM 三 层光网络中静态业务的联合选路与资源优化问题，建立数学模型，并应用启发式 算法禁忌搜索算法解决大规模网络中的选路与资源优化问题。本文设计与实 现了算法仿真程序，通过对比和分析仿真结果研究了算法的性能，包括吞吐量和 消耗的网络资源总量等，并对软件输入输出界面进行了初步架构。最后，在总结 已有研究成果的基础上，提出
3、了下一步研究的方向。 关键词： IP(MPLS)/SDH/WDM 光网络 多层网络 联合选路 禁忌搜索算法 资源优化 Abstract With the development of optical network, gradual maturity of WDM technology and expansion of IP traffic demand, broadband and intelligent Optical Transport Network (OTN) is needed more and more. Considering the fact that SDH network
4、 and technology are widely used in practice, we study the static traffic grooming problem in IP(MPLS) over SDH over WDM optical network. An improved joint routing and resource optimization algorithm based on Tabu Search Algorithm is proposed in this paper. This research provides effective schemes an
5、d strategies for optical network design, and has some theoretical value and application prospect. In this paper, we summarize the development and status of multi-layer network, conclude the optical network design methods and critical technologies, and discuss Path Compute Element (PCE) technique whi
6、ch is used to solve the inter-domain routing problem in multi-layer multi-region networks. Sponsored by the Key Technology Research and Experiment System based on PCE in Multi-layer Multi-region Optical Networks from the State High Technology Research and Development Project (863 Project), and based
7、 on the former efforts of our research group, we construct a mathematic model and apply a heuristic algorithm, Tabu Search Algorithm, to solve the joint routing and resource optimization problem for static traffic in large scale IP(MPLS)/SDH/WDM network. The algorithm simulation software is designed
8、 and realized. The performance of this algorithm, including throughput and total consumed network resource etc, is investingated by comparing and analyzing the simulation results. And the input and output interfaces of this software are preliminary constructed in this paper. On the basis of summariz
9、ing the obtained results, we finally give some aspects of research for future. Keywords: IP(MPLS)/SDH/WDM Optical Network Multi-layer Network Joint Routing Tabu Search Algorithm Resource Optimization 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及所取得的 研究成果。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，论文 中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果；也不包
10、含为获得西安电子科技大 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所做的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：_ 日期：_ 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印、或其它复制手段保存论文。（保密
11、的 论文在解密后遵守此规定） 本学位论文属于保密，在 2 年解密后适用本授权书。 本人签名：_ 日期：_ 导师签名：_ 日期：_ 第一章 概述 1 第一章 概述 1.1 光纤通信与多层网络 1.1.1 光纤通信的兴起 高锟和霍克哈姆于1966年发表了一篇关于传输介质新概念的论文光频率介 质纤维表面波导 ，首次提出了用玻璃纤维作为光波导线用于通讯的理论1。1981 年之后，随着第一个光纤系统的成功问世，光纤逐渐取代了体积庞大的千百万条 铜线，成为传送容量接近无限的信息传输管道，彻底改变了人类的通讯模式。 光纤通信从研究到应用，发展非常迅速，大致分为四个阶段，其中第四阶段 的发展以密集波分复用DW
12、DM (Dense Wavelength Division Multiplexing)技术为主 要研究对象，以超大容量、超高速率和超长距离为研究目标2。从此，整个通信领 域发生了革命性变化，1980年到2000年的二十年间，光纤通信系统的传输容量增 加了近1万倍，传输速度在过去的十年中提高了约100倍。目前，我国长途传输网 的光纤化比例已超过80%，预计2010年全国光缆建设总长度将再增加约105km，并 且将有11个大城市铺设10G以上的大容量光纤通信网络3。 1.1.2 多层网络概念的提出 通信网络在全球范围内迅速发展起来，它已经成为信息交流和储备的主要途 径。用户对VoIP、视频会议、多
13、媒体远程教学和视频点播等实时业务的需求，要 求通信网络能够提供不同业务的服务质量QoS (Quality of Service)。通信业务量的 增长和对QoS的需求推动了以波分复用WDM (Wavelength Division Multiplexing)技 术为核心的光网络的研究和应用，WDM传输技术为高速发展的互联网业务提供了 丰富的带宽，促使了因特网与光网络的结合，推进了新型网络体系结构的出现。 而且，随着光子技术的应用和各种光结点设备的成熟，光网络组网方式正在从点 到点的WDM通信系统向具有交换能力的光传送网络OTN (Optical Transport Network)发展，使大容量
14、的光传送网逐渐成为通信网络的骨干传送网。 WDM是指在一根光纤上使用不同波长同时传送多路光波信号的技术。为了区 别于传统的WDM系统，称波长间隔更紧密(一般为1.6nm)的WDM系统为密集波分 复用(DWDM)系统。WDM是目前比较成熟的光传输技术，具有快速的网络恢复和 重构能力，它的优点主要包括： ? 传输容量大，可以节约光纤资源； ? 可以“透明”地传输各种业务信号，如数字信号、模拟信号等； IP(MPLS)/SDH/WDM 光网络中静态业务联合选路与资源优化算法的研究 2 ? 可以通过增加光波长扩充容量，而不需要使用更多的光纤或高速网络部件； ? 网络结点可以配置光分插复用器OADM (
15、Optical Add-Drop Multiplexer)和使用 光交叉连接器OXC (Optical Cross-Connector)，从而组建动态可重构的光网络。 OTN则是由一系列光网元经光纤链路互联而成，能按照G.872的要求提供有关 客户层信号的传送、复用、选路、管理、监控和生存性功能的网络18。它具有以 下几个特点： ? 在光域内传送和处理信号，消除了电子瓶颈，并对传输的数字信号速率和数据 格式等完全透明； ? 基于WDM传输技术，实现了超大容量的传输，具备良好的扩充性； ? 具有灵活的配置能力及保护、恢复特性。使用光交叉技术，可以在波长级、波 长组(也称为波带)级和光纤级进行重组，特别是在波长级可以提供端到端的波 长业务； ? 网络层次和结构简单。大量使用光无源器件，简化了网络的管理和规划，降低 了网络建设和运营维护的成本。 OTN包括基于SDH (Synchronous Digital Hierarchy)的第一代光网络和基于 WDM的第二代光网络， “多层网络MLN (Multi-layer Network)”是在光传送网从 SDH网络向WDM网络演进的过程中逐渐形成的。上世纪九十年代，美国国防部先 进项目署DARPA支持下的MONET项目组，针对电信网络的演化方向提出了基于 WDM的多层网络的概念，如图1.1所示60，具体的网络层次包括光层、电子层和应
