傳送網(wǎng)路由規(guī)劃優(yōu)化建模研究

徐 楠，李 崢，羅 聰

（沈陽市電信規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，沈陽 110021）

傳送網(wǎng)是通信網(wǎng)絡(luò)的底層網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)于上層網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)傳輸，傳送網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的好壞直接決定上層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行業(yè)務(wù)管理的質(zhì)量，傳送網(wǎng)絡(luò)的中斷，將導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)通信能力的降低，甚至引起業(yè)務(wù)的中斷，因此，傳送網(wǎng)的運營和管理是運營商高度關(guān)注的環(huán)節(jié)，只有保證傳送網(wǎng)有效運行，才能為各類業(yè)務(wù)網(wǎng)提供高質(zhì)量的服務(wù)。

1 傳送網(wǎng)路由規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)

1.1 路由規(guī)劃的關(guān)鍵約束

（1）波長一致性約束，在光網(wǎng)絡(luò)中，如果光路傳輸過程中所經(jīng)過的節(jié)點不能對波長進(jìn)行轉(zhuǎn)換，那么光路傳輸?shù)耐繁仨毦邆湎嗤牟ㄩL，即為波長的一致性。針對波長一致性的約束，運營商為提高路由計算提出很多的規(guī)劃策略，RWA問題便是對于波長轉(zhuǎn)換能力的計算思路，通過增加傳輸網(wǎng)絡(luò)中的波長轉(zhuǎn)換節(jié)點，可極大地增加光網(wǎng)絡(luò)的靈活性，而且可降低網(wǎng)絡(luò)堵塞的概率。

（2）光信號傳輸損傷約束

數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)化為光信號在光纖等在體內(nèi)進(jìn)行傳遞的過程中，會發(fā)生能量的損耗，導(dǎo)致光功率的減小，這些損耗呈現(xiàn)累加的趨勢，不能依靠傳輸?shù)墓?jié)點和距離進(jìn)行判斷，當(dāng)傳輸損耗足夠大，超過材質(zhì)本身所能承受的閾值，那么傳輸過程中得光信號的正確率將不能保證。傳輸損耗的復(fù)雜性增加了路由計算的時間，嚴(yán)重?fù)p害了路由工作的效率。

OEO設(shè)備是是傳送網(wǎng)的一種重要通信設(shè)備。在光信號傳輸?shù)倪^程中，經(jīng)過OEO節(jié)點的過程中，此時利用光電轉(zhuǎn)換器可實現(xiàn)對損耗的光電信號進(jìn)行糾正，以補(bǔ)償信號的損耗和消除信號噪聲和畸變。

2 路由規(guī)劃的研究現(xiàn)狀

傳送網(wǎng)中的路由計算問題在算法設(shè)計過程中主要有3種解決思路。

（1）在物理拓?fù)渌悸飞线M(jìn)行資源分配，即對于所使用的OEO 資源，進(jìn)行合適的OEO節(jié)點得選擇，簡稱自下而上的解決方案。

（2）根據(jù)光信號在傳輸過程中的損耗、OEO資源放置的位置對虛擬拓?fù)溥M(jìn)行構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上對路由進(jìn)行計算，并對其結(jié)果映射到實際的物理拓?fù)渲?，完成資源分配，簡稱為自上而下的解決方案。

（3）平面法，根據(jù)波長將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭澐譃槎鄠€平面，各個平面通過節(jié)點連接節(jié)點具有轉(zhuǎn)換波長的功能，在該虛擬拓?fù)渲型瓿陕酚捎嬎恪?/p>

基于光信號傳輸損耗信息的復(fù)雜性，自下而上方案需要不斷地對光信號的傳輸損耗、OEO的位置進(jìn)行計算、檢查，現(xiàn)有的算法通常以權(quán)重累加光信號的損耗，這與實際的非線性損耗不符。而自上而下方案雖然對于光信號傳輸損耗能夠較好地表達(dá)，但所構(gòu)建的虛擬拓?fù)潆y以表達(dá)資源的配置需求，因此在很多情況下，難以解決路由計算問題。而波平面法，在構(gòu)建拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)式會因傳送網(wǎng)規(guī)模的增大、傳輸數(shù)量的增加造成計算時間的延遲，這也不符合路由規(guī)劃的發(fā)展要求。

3 傳送網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

對于子問題1：

約束條件

對于子問題2

約束條件：

求得目標(biāo)1目標(biāo)函數(shù)：

求得目標(biāo)2目標(biāo)函數(shù)：

子問題1是業(yè)務(wù)在可達(dá)拓?fù)渖纤懵?，分?OEO資源。子問題 2 是在物理拓?fù)渖戏峙湮锢礞溌泛筒ㄩL資源，并且保證路由在物理拓?fù)洳焕@路。該過程可在拓?fù)錁I(yè)務(wù)過程中，計算路由、分配 OEO 資源，并可進(jìn)行物理路由和波長資源的分配。該解決思路可有效降低網(wǎng)絡(luò)影響因素的復(fù)雜性，減少傳輸量損耗的問題，你盡可以簡化模型構(gòu)建，在提供新的解決思路方面具有重要意義。

4 結(jié)束語

在分析影響輸電網(wǎng)絡(luò)的各種因素的基礎(chǔ)上，闡述了其關(guān)鍵技術(shù)和研究現(xiàn)狀，分析了以往研究方法的不足，并對改善問題進(jìn)行了拉格朗日分解。所提出的優(yōu)化模型能夠有效地表達(dá)傳輸網(wǎng)絡(luò)路由規(guī)劃中的OEO資源分配，OEO資源預(yù)留，重路由計算等場景，為傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能的分析、算法的設(shè)計、保護(hù)策略的驗證提供了可靠依據(jù)，對傳送網(wǎng)路由規(guī)劃和算法設(shè)計有重要作用。它不僅減少了重路由問題的規(guī)劃，而且為算法創(chuàng)新的問題提供了一種新的算法設(shè)計思路。

[1] 靳鵬，左春榮，楊善林等.下料問題與運輸問題聯(lián)合優(yōu)化建模[J].中國管理科學(xué)，2013，2：91-97.