WDM網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用領(lǐng)域中的策略分析

李曼

【摘要】 現(xiàn)代光纖網(wǎng)絡(luò)需要考慮一些重要的問題，如優(yōu)化利用光纖網(wǎng)絡(luò)的資源，用同一條光導(dǎo)纖維可同時攜帶多個光信號實(shí)現(xiàn)光路共享等。與銅線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)相比，光纖網(wǎng)絡(luò)由于具有非常高的傳輸帶寬，經(jīng)常被廣泛地用作主干網(wǎng)絡(luò)或廣域網(wǎng)（WAN）。在一個廣域網(wǎng)內(nèi)，光信號通過光纖的距離是半透明光纖網(wǎng)絡(luò)被用于長距離數(shù)據(jù)通信時的一個瓶頸。

【關(guān)鍵詞】 光纖網(wǎng)絡(luò) 分頻復(fù)用 帶寬 再生器

一、引言

光纖網(wǎng)絡(luò)使用由光纖輸送用于計算機(jī)之間的通信進(jìn)行編碼的光信號。它已被廣泛部署在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)并且該技術(shù)在過去二十年有顯著提高。

光纖網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被廣泛使用，因?yàn)樵诋?dāng)前的技術(shù)條件下，光纖網(wǎng)絡(luò)的帶寬可以達(dá)到50Tbps。但是，大多數(shù)的通信請求并不需要那么多的帶寬。為了解決這個問題，并發(fā)多用戶傳輸被引入光纖網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議。

在透明光纖網(wǎng)絡(luò)中，再生器通過適當(dāng)?shù)倪壿嬮g隔被放置在網(wǎng)絡(luò)中，以進(jìn)行3R再生（再放大，重定型和重定時）。半透明的分頻復(fù)用（WDM）網(wǎng)絡(luò)在長距離主干網(wǎng)的部署中開始受到受到關(guān)注。

二、RPP問題與RRP問題

基于半透明網(wǎng)絡(luò)的特性，近些年研究者們高度關(guān)注兩個問題：再生器安置問題（RPP）和再生器路由問題（RRP）。

RPP是找到再生的最小數(shù)目和它們的位置，以使通信路徑可以在每對源- 目的地節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)中能夠建立。這個問題是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計階段確定的。在問題定義之前，在節(jié)省成本的原則下，為了放置再生器，光的傳輸距離r已知。許多因素影響在光傳輸距離：波普放大的類型，信號的源的功率，信號的調(diào)制格式等。顯然，光傳輸距離越長，所需的再生節(jié)點(diǎn)越少。

然而，更長的光傳輸距離也需要更昂貴的發(fā)射器以確保能發(fā)送很強(qiáng)的信號，這意味著需要昂貴的放大器。因此，平衡發(fā)射機(jī)，放大器的成本和再生器的數(shù)量是很多研究人員在該領(lǐng)域的一個重要課題。此外，網(wǎng)絡(luò)路由成本也是確定的光傳輸距離的一個重要考慮因素。

在RRP中，再生器的位置是已知的，目標(biāo)是計算使用盡可能少的再生器實(shí)現(xiàn)源 - 目的地節(jié)點(diǎn)對之間的路徑。由于RPP問題解決了再生器的最小數(shù)量和他們的網(wǎng)絡(luò)中的一個給定的光到達(dá)R中的位置，RRP問題必須確定如何最少次數(shù)的使用再生器。

這將釋放有限的資源，使得網(wǎng)絡(luò)有能力處理盡可能多的業(yè)務(wù)需求。正如我們所討論的，光 - 電 - 光（OEO）轉(zhuǎn)換相比透光性網(wǎng)絡(luò)的信號傳輸需要更高成本組成和代價，因而減少了在透光光路中再生器的數(shù)量也可以幫助減少的光纖網(wǎng)絡(luò)成本。

三、分頻復(fù)用（WDM）網(wǎng)絡(luò)中的路徑保護(hù)

光網(wǎng)絡(luò)巨大的帶寬提供攜帶每秒10或40千兆位的數(shù)據(jù)上的光路，尤其是半透明網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)通過多個節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)長途網(wǎng)絡(luò)連接。連接建立后，節(jié)點(diǎn)或鏈路的任何故障都可能導(dǎo)致巨大量的數(shù)據(jù)丟失，以至于故障的影響非常高。因此，WDM網(wǎng)絡(luò)的生存性是設(shè)計這種網(wǎng)絡(luò)時的一個重要因素。

根據(jù)故障的位置，兩種類型的故障定義：節(jié)點(diǎn)故障和鏈路故障。用于長途網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)故障是相當(dāng)容易的定位和修復(fù)。

因?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)中的每個鏈路代表一個長距離光纖通常是數(shù)百公里，然而在鏈路故障是不容易的定位和修復(fù)的。因此，大多數(shù)無故障WDM網(wǎng)絡(luò)的研究主要集中在路徑保護(hù)處理邊緣故障。

3.1 保護(hù)方案與恢復(fù)方案

在一個保護(hù)方案，主光路路徑與備用光路路徑組成的光路對是可操作的，或者在WDM網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)主光路路徑失敗時，備用光路被快速建立。在保護(hù)方案中，備份路徑的搜索和信道分配在每個主路徑確定時就已經(jīng)完成。因此，當(dāng)發(fā)生故障時，將有一個備用光路來承擔(dān)最初使用主光路傳送數(shù)據(jù)，從而快速而有效的恢復(fù)該通信。

在恢復(fù)方案中，當(dāng)故障發(fā)生時，主路徑變?yōu)闊o效，這時對備用路徑的搜索和信道分配工作才開始進(jìn)行。相對于保護(hù)方案，恢復(fù)方案具有實(shí)時性，因?yàn)閭浞萋窂讲槐徽加?，在初期部署時可以解放更多資源來部署更多的通訊請求。但是在恢復(fù)方案中，由于恢復(fù)算法在故障發(fā)生時才開始尋找備份路徑，耗時長；一旦故障發(fā)生，不保證能找到備份路徑，從而導(dǎo)致傳輸失敗。

3.2 獨(dú)立的備份路徑與共享的備份路徑

獨(dú)立備份路徑是指在方案中，備份路徑獨(dú)享光纖中一個信道。這樣的方案的問題是很多資源在沒有故障發(fā)生時是被浪費(fèi)掉的，獨(dú)享的信道在沒有故障發(fā)生時就沒有數(shù)據(jù)通信。

在大多數(shù)現(xiàn)實(shí)情況下，一個WDM中多個網(wǎng)絡(luò)部件同時發(fā)生故障的幾率很小，很不常見， 我們將忽略多故障的考慮。因此，多個備份路徑共享一個信道的共享保護(hù)被廣泛應(yīng)用于容錯技術(shù)中。

在這個策略下，如果鏈路中（物理光纖）發(fā)生故障，所有在此光纖上的不同信道中傳輸著的主通訊數(shù)據(jù)需要重新定位到備份鏈路中繼續(xù)傳輸，由此在共享保護(hù)方案中的鏈路故障保護(hù)對于本文來說是最有效的容錯方案。

四、結(jié)束語

在半透明的WDM光纖網(wǎng)絡(luò)中，RPP問題涉及將再生器的數(shù)量最小化，實(shí)現(xiàn)用最低的成本完成物理拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)功能。而RRP問題需要解決受保護(hù)的通訊路徑在部署過程中實(shí)現(xiàn)通訊請求的所需再生器的最小數(shù)量。RRP問題為了提供有限再生資源中的半透明的WDM光纖網(wǎng)絡(luò)中并最小化每個透明WDM網(wǎng)絡(luò)段的數(shù)量。這將允許網(wǎng)絡(luò)來處理用于更多通信請求，并加快通訊需求的處理，因?yàn)樵偕魇窍鄬Π嘿F的，并增加在光纖行進(jìn)的信號的延遲，最小化再生器數(shù)量將有很重要的意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] Subir Bandyopadhyay， Dissemination of Information in Optical Networks： From Technology to Algorithms， Springer， Heidelberg， 2007

[2] Subir Bandyopadhyay， Quazi Rahman， etc， Dynamic Lightpath Allocation in Translucent WDM Optical Networks， Communications， 2009， ICC09. IEEE International， June 2009， Dresden， Germany.

[3] Jane M. Simmons， On Determining the Optimal Optical Reach for a Long-Haul Network， IEEE J. Lightwave Technology， vol. 23， no. 3， pp. 1039-1048， Mar. 2005

[4] X. Yang and B. Ramamurthy， Dynamic Routing in Translucent WDM Optical Networks： The Interdomain Case， Journal of Lightwave Technology， vol. 23， March 2005， pp 955-971