李曼

【摘要】 現(xiàn)代光纖網(wǎng)絡(luò)需要考慮一些重要的問(wèn)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(shí)攜帶多個(gè)光信號(hào)實(shí)現(xiàn)光路共享等。與銅線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)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(gè)廣域網(wǎng)內(nèi)，光信號(hào)通過(guò)光纖的距離是半透明光纖網(wǎng)絡(luò)被用于長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)通信時(shí)的一個(gè)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(jì)算機(jī)之間的通信進(jìn)行編碼的光信號(hào)。它已被廣泛部署在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)并且該技術(shù)在過(guò)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(qǐng)求并不需要那么多的帶寬。為了解決這個(gè)問(wèn)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(guò)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(shí)）。半透明的分頻復(fù)用（WDM）網(wǎng)絡(luò)在長(zhǎng)距離主干網(wǎng)的部署中開(kāi)始受到受到關(guān)注。

二、RPP問(wèn)題與RRP問(wèn)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(gè)問(wèn)題：再生器安置問(wèn)題（RPP）和再生器路由問(wèn)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(duì)源- 目的地節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)中能夠建立。這個(gè)問(wèn)題是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)階段確定的。在問(wèn)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(hào)的源的功率，信號(hào)的調(diào)制格式等。顯然，光傳輸距離越長(zhǎng)，所需的再生節(jié)點(diǎn)越少。

然而，更長(zhǎng)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(hào)，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(gè)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(gè)重要考慮因素。

在RRP中，再生器的位置是已知的，目標(biāo)是計(jì)算使用盡可能少的再生器實(shí)現(xiàn)源 - 目的地節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的路徑。由于RPP問(wèn)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(gè)給定的光到達(dá)R中的位置，RRP問(wèn)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(hào)傳輸需要更高成本組成和代價(jià)，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(guò)多個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(jì)這種網(wǎng)絡(luò)時(shí)的一個(gè)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(zhǎng)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(gè)鏈路代表一個(gè)長(zhǎng)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(wú)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(gè)保護(hù)方案，主光路路徑與備用光路路徑組成的光路對(duì)是可操作的，或者在WDM網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)主光路路徑失敗時(shí)，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(gè)主路徑確定時(shí)就已經(jīng)完成。因此，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，將有一個(gè)備用光路來(lái)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(shí)，主路徑變?yōu)闊o(wú)效，這時(shí)對(duì)備用路徑的搜索和信道分配工作才開(kāi)始進(jìn)行。相對(duì)于保護(hù)方案，恢復(fù)方案具有實(shí)時(shí)性，因?yàn)閭浞萋窂讲槐徽加?，在初期部署時(shí)可以解放更多資源來(lái)部署更多的通訊請(qǐng)求。但是在恢復(fù)方案中，由于恢復(fù)算法在故障發(fā)生時(shí)才開(kāi)始尋找備份路徑，耗時(shí)長(zhǎng)；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(gè)信道。這樣的方案的問(wèn)題是很多資源在沒(méi)有故障發(fā)生時(shí)是被浪費(fèi)掉的，獨(dú)享的信道在沒(méi)有故障發(fā)生時(shí)就沒(méi)有數(shù)據(jù)通信。

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

在這個(gè)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(duì)于本文來(lái)說(shuō)是最有效的容錯(cuò)方案。

四、結(jié)束語(yǔ)

在半透明的WDM光纖網(wǎng)絡(luò)中，RPP問(wèn)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(wèn)題需要解決受保護(hù)的通訊路徑在部署過(guò)程中實(shí)現(xiàn)通訊請(qǐng)求的所需再生器的最小數(shù)量。RRP問(wèn)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(gè)透明WDM網(wǎng)絡(luò)段的數(shù)量。這將允許網(wǎng)絡(luò)來(lái)處理用于更多通信請(qǐng)求，并加快通訊需求的處理，因?yàn)樵偕魇窍鄬?duì)昂貴的，并增加在光纖行進(jìn)的信號(hào)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