WDM光传送网的选路和波长分配算法 为了克服电处理的速率“瓶颈”，宽带网络向光网络发展。目前，光突发交换、光分组(包)交换正在积极研究中，但是距商用还较远。已可商用的是具有光分插复用器(OADM,OpticalAdd－DropMultiplexer)和光交叉连接器(OXC,OpticalCross－Connect)的波分复用(WDM)网络。由于是提供可调度的传送用光路，称这种网络为WDM光传送网(OTN,OpticalTransportNetwork)。 1网络结构 图1是网络物理结构的一个例子，虚线内为光传送网。图中有5个OXC：A，B，C，D，E；5个具有光接口的电设备：S1～S5；6个将OXC相连的物理链路：l1～l6。一般一条物理链路包含一对光纤供双向运用，有的OXC间没有物理链路相连。但更多的情况是一条物理链路包含多根光纤供不同方向运用。一根光纤上可采用多个波长。 一般情况下，OXC不直接和电设备相连，只起光交叉连接作用。 OXC可分为无波长变换和有波长变换(也可以是部分端
口有波长变换或波长变换的范围有限)两种：无波长变换的OXC的作用是将一根输入光纤上的某一波长信号连到另一根输出光纤的同一波长上，即波长是连续的；有波长变换则是将一根输入光纤上的某一波长信号连到另一根输出光纤 的另一波长上。适当地安排路由和分配波长，可为电设备间建立光路(opticalpath)。在一根光纤上，不能为不同光路分配相同波长。图2(a)为图1建立的光路例子。将图2(a)的光路连接用图2(b)来表示，称为逻辑结构，也称逻辑拓扑或虚拓扑。例如，图2(a)中，节点B与E间的光路是经节点A中的OXC转接的，在图2(b)中用O4表示。图2(b)中，O6、O4、O1都是中间有OXC转接的。O2、O3、O5是直接光路。 这样建立的光路对信号是透明的，即信号可以是任意方式。 实际设计中，一种需求情况是：提出所需建立的光路，为这种光路选取物理路由并分配相应的波长[1,2]。例如，图2(b)中提出要建立6条光路，图2(a)就是一种选路和波长分配方案。 网络向分组化发展，图1中的电设备可以是ATM交换机或IP路由器。例如，连在端口B2的路由器可以通过光路O6和连在端口C3的路由器相连。B2到C3可有多条路径，O6是最近的，也可以经过O4―O5―O3或O4―O5―O1―O2连接，但需要路由器转接，即电的多跳连接。A与B间
WDM 光传送网的选路和波长分配算法 为了克服电处理的速率“瓶颈” ，宽带网络向光网络发展。目前，光突发交换、光分组 (包)交换正在积极研究中，但是距商用还较远。已可商用的是具有光分插复用器 (OADM,OpticalAdd － DropMultiplexer) 和光交叉连接器(OXC,OpticalCross- Connect)的波分复用(WDM)网络。由于是提供可调度的传送用光路，称这种网络为 WDM 光传送网 (OTN,OpticalTransportNetwork) 。 1 网络结构 图 1 是网络物理结构的一个例子，虚线内为光传送网。图中有 5 个 OXC：A，B，C，D，E；5 个具有光接口的电设备： S1? S5; 6个将OXC相连的物理链路：11?16。一般一条物理链路包含一对光纤供双向运用，有的OXC间没有物理链路相 连。但更多的情况是一条物理链路包含多根光纤供不同方向运用。一根光纤上可采用多个波长。 一般情况下，OXC不直接和电设备相连，只起光交叉连接作用。 OXC可分为无波长变换和有波长变换(也可以是部分端口有波
长变换或波长变换的范围有限 )两种：无波长变换的 OXC的作用是将一根输入光纤上的某一波长信号连到另一根输出光纤的同一波长上，即波长是连续的；有波长变换则是将一根输入光纤上的某一波长信号连到另一根输出光纤的另一波长上。适当地安排路由和分配波长，可为电设备间建立光路 (opticalpath) 。在一根光纤上，不能为不同光路分配相同波长。图2(a)为图1建立的光路例子。将图 2(a)的光路连接用图2(b)来表示，称为逻辑结构，也称逻辑拓扑或虚拓扑。例如，图2(a)中，节点B与E间的 光路是经节点 A中的OXC 转接的，在图2(b)中用04表示。图2(b)中，06、04、01都是中间有 OXC转接的。02、03、05是直接光路。 这样建立的光路对信号是透明的，即信号可以是任意方式。 实际设计中，一种需求情况是：提出所需建立的光路，为这 种光路选取物理路由并分配相应的波长 [1,2]。例如，图 2(b)中提出要建立6条光路，图2(a)就是一种选路和波长分配方案。 网络向分组化发展，图1中的电设备可以是 ATM交换机或 IP 路由器。例如，连在端口 B2 的路由器可以通过光路 06 和连在端口 C3的路由器相连。B2到C3可有多条路径，06 是最近的，也可以经过 04— 05— 03或04— 05— 01—02连接，但需要路由 器转接，即电的多跳连接。 A与B间没有光 路，至少需经 C 电跳连接一次 实际设计中另一种需求情况是：提出各路由器间的所需业务 量强度；设计出逻辑拓扑并为其光路选取物理路由和分配波长 [2
收稿日期:2008-05-31 基金项目:国家高技术研究发展计划项目(2003AA781011);辽宁省自然科学基金资助项目(20072022)·作者简介:杜 荔(1962-),女,辽宁沈阳人,东北大学副教授· 第30卷第4期2009年4月东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern University (Natural Science )Vol .30,No .4 Apr .2009 ASON 中一种新的动态路由和波长分配算法 杜 荔,孟艳楼,毕晓红 (东北大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳 110004) 摘 要:在A SO N 中的网络节点不具备波长变换能力且光纤中复用的波长数有限的情况下,针对为到达的业务请求动态选路和波长分配问题,提出了一种新的动态路由和波长分配算法(N -RWA )·该算法中设计了一种同时考虑节点跳数和当前网络状态的合理适应度函数,并将遗传算法和最小影响波长分配算法相结合,实现对传统RWA 算法的改进·仿真结果表明,与传统的RWA 算法相比,N -RWA 算法在保证全网业务负 载均衡的同时,大大降低了网络阻塞的可能性· 关 键 词:自动交换光网络;路由和波长分配;最小影响;遗传算法;进化代数 中图分类号:T N 915 文献标识码:A 文章编号:1005-3026(2009)04-0518-04 A New Dynamic Routing /Wavelength Assignment Algorithm in AS ON DU Li ,MENG Yan -lou ,B I Xiao -hong (School of Info rma tio n Science &Engineering ,N ortheastern U niversity ,Shenyang 110004, China . Correspondent :D U Li ,E -mail :duli @ise .neu .edu .cn ) A bstract :Considering the conditions that the nodes are unable to convert the w aveleng th and that the number of multiplex wavelengths is limited in optical fibres ,a new routing /w aveleng th assig nment (N -RWA )algorithm is proposed to solve dynamically the routing and w aveleng th assig nment problem for the arrival of service request .In the new algorithm a rational fitness function is designed taking account simultaneously of the number of hops in a lightpath and the current netw ork conditions and the genetic algorithm is in combination with least influence w aveleng th assignment algorithm ,thus improving the conventio nal RWA algo rithm .Simulation results showed that N -RWA can significantly reduces the blocking probability in com parison w ith the conventional RWA algorithm w ith balanced load kept o n in the w hole netwo rk .Key words :ASON (automatically sw itched optical netw ork );routing /wavelength assig nment ;least influence ;genetic algorithm ;evolution generation 自动交换光网络(ASON )是在信令网控制之下完成光传送网内光通道连接和自动交换功能的新型网络[1],代表未来网络技术的发展方向·而RWA 问题是指当一个连接请求到来时,为连接请求计算路由并分配波长的问题,是ASON 中的关键技术之一[2]·针对不同的业务特性和连接请求方式,RWA 问题的研究主要分为静态和动态RWA 问题[3]·由于RWA 问题是NP -C 问题,因而为降低问题复杂度,一般将RWA 问题分为路由问题和波长分配问题来研究[4]· 当前路由选择策略包括固定路由(fixed routing ,FR )、固定可选路由(fixed alternate routing ,FAR )和自适应路由(alternate routing , AR )[5]·波长分配算法主要有首次命中( first fit ,FF )、最小负载(least loaded ,LL )、最小影响(least influence ,LI )、相对容量损失(relative capacity loss ,RC L )等·在ASON 智能光网络中,静态RW A 算法通常是在建网初期对静态网络业务的规划方法,一般可采用整数线性规划方法实现[6] ·而动态RWA 算法通常是在网络运行期间对动态网络业
路由波长分配（RWA）算法的研究现状 班级：2010211117 学号：10210518 姓名：刘芷若 1. 前言 波分复用（Wavelength Division Multiplexing—WDM）网络利用了光纤传输链路的巨大带宽，随着WDM技术日趋成熟，WDM传输技术已经进入实用化和商用化阶段。WDM全光通信网是光纤通信未来发展的主要方向之一。由于光网络对传输信号的速率和格式透明，具有灵活的波长选路和动态资源配置能力，可以实现网络的动态重构，被认为是通信网络升级的首选方案。如何利用现有的和即将敷设的光纤连网，构成未来高速、大容量、多业务的WDM 网络已经成为光通信领域中的一个重大问题。WDM网络节点处采用光分插复用器（OADM）或光交叉连接设备（OXC）在光层建立光连接，即光通道（optical path），为高层的多个逻辑电网络提供了高速、大容量的信息传送平台。光通道的建立，要求在传送网的物理结构中选择一条由业务源点到宿点的路由，并为其分配一定的波长信道（参见图1.1）。考虑到波长资源的重利用以及提高网络的阻塞性能，优化光通道的选路和波长分配（Routing and Wavelength Assignment —RW A）方案成为光通道层设计的核心问题。RW A解决如何寻找一条合适的光通道并合理地分配通道所使用的波长，使有限的资源充分发挥作用，以提供尽可能大的通信容量。 2.RWA算法的分类 WRON被认为是构建下一代光网络的候选方案之一。但是由于网络资源有限(如波长数、收发器数目等)，不可能在网络中为每一节点对都建立一条直接相连的光路，因此针对不同的网络需求，需要考虑对现有可用资源进行高效利用和优化设计。WRON的核心问题是优化设计光路的选路和波长分配，寻找一条合适的光路并为之合理地分配波长，使有限的资源充分发挥作用，以提供尽可能大的通信容量。根据光通道连接请求的特点，可以把RWA问 题分成静态和动态两类。 (1)静态RWA(SRWA)问题：网络的业务类型是静态的，而且当所有连接建立好之后，连接将保持不变。光通道连接请求是预先给出的，因此要求离线计算路由和分配波长，而不需要实时计算。SR—WA问题的研究适合广域网(或骨干网)，因为对于广域网来说，其业务流量基本是确定的。SRWA的输出结果是所有的源一目的节点对之间的光通道的路由以及给这些光通道分配的波长。 (2)动态RWA(DRWA)问题：光通道连接请求是逐条提出的，而且一条光通道持续一段时间后又被拆除，因此需要为每一条光通道做实时RWA计算。对于DRWA问题，对光通道建立请求的处理通常有两种策略：可重构型策略和不可重构型策略。所谓可重构型策略，就是当网络拥塞发生的时候，光网络的逻辑拓扑可以进行重构，以消除拥塞情况。但是这样的操作可能会中断很多现有的连接，而且需要对网络节点之间的光通道进行大量的调整(拆除或者重新建立)，因此不适合大规模的网络。而不可重构型策略，则在拥塞发生的时候不能重构光通道，只能拒绝该请求。
每种颜色的光与波长的对应值 紫光 400～450 nm 蓝光 450～480 nm 青光 480～490 nm 蓝光绿 490～500 nm 绿光 500～560 nm 黄光绿 560～580 nm 黄光 580～595 nm 橙光 595～605 nm 红光 605～700 nm
根据光子能量公式：E＝hυ 其中，h为普朗克常数，υ为光子频率 可见光的性质是由其频率决定的。 另外，在不同折射率的介质中，光的波长会改变而频率不变。
色温 色温（colo(u)r temperature）是表示光源光色的尺度，单位为K（开尔文）。色温在摄影、录象、出版等领域具有重要应用。光源的色温是通过对比它的色彩和理论的热黑体辐射体来确定的。热黑体辐射体与光源的色彩相匹配时的开尔文温度就是那个光源的色温，它直接和普朗克黑体辐射定律相联系。 一．概述 基本定义 色温是表示光源光谱质量最通用的指标。一般用Tc表示。色温是按绝对黑体来定义的，光源的辐射在可见区和绝对黑体的辐射完全相同时，此时黑体的温度就称此光源的色温。低色温光源的特征是能量分布中，红辐射相对说要多些，通常称为“暖光”；色温提高后，能量
分布中，蓝辐射的比例增加，通常称为“冷光”。一些常用光源的色温为：标准烛光为1930K （开尔文温度单位）；钨丝灯为2760-2900K；荧光灯为3000K；闪光灯为3800K；中午阳光为5600K；电子闪光灯为6000K；蓝天为12000-18000K。 显示器指标 色温（ColorTemperature）是高档显示器一个性能指标。我们知道，光源发光时会产生一组光谱，用一个纯黑体产生出同样的光谱时所需要达到的某一温度，这个温度就是该光源的色温。15英寸以上数控显示器肯定带有色温调节功能，通过该功能（一般有9300K、6500K、5000K三个选择）可以使显示器的色彩能够满足高标准工作要求。高档产品中有些还支持色温线性调整功能。 光源颜色 光源的颜色常用色温这一概念来表示。光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温。在黑体辐射中，随着温度不同，光的颜色各不相同，黑体呈现由红——橙红——黄——黄白——白——蓝白的渐变过程。某个光源所发射的光的颜色，看起来与黑体在某一个温度下所发射的光颜色相同时，黑体的这个温度称为该光源的色温。“黑体”的温度越高，光谱中蓝色的成份则越多，而红色的成份则越少。例如，白炽灯的光色是暖白色，其色温表示为2700K，而日光色荧光灯的色温表示方法则是6000K。 某些放电光源，它发射光的颜色与黑体在各种温度下所发射的光颜色都不完全相同。所以在这种情况下用“相关色温”的概念。光源所发射的光的颜色与黑体在某一温度下发射的光的颜色最接近时，黑体的温度就称为该光源的相关色温。
波长分配方法 随着波分复用技术的应用，几个光信号可在单根光纤传输。这种技术可以更有效的利用光纤的巨大力量，但也带来了新的网络设计和管理问题，尤其是当波长转换节点中没有可能的。考虑在这样的网络中的路由和波长分配问题，一旦路线是固定的波长分配基本上是一个图着色问题。对于一个给定的图着色算法，在当前的研究中较主流的有贪婪算法，穷举搜索，模拟退火以及遗传算法。都是相当不错的路由和波长分配性能，本文主要介绍在路由选择确定的情况下的波长分配问题，且着重从贪婪算法和穷举搜索算法来讲述波长分配方法。 在本文中，我们集中在WDM网络路由和波长分配问题。当多个信号共享相同的纤维，他们必须使用不同的波长。现有的技术设置了一个上限的波长数。因此，我们认为，导致建立一个给定的连接在与最低数量的波长网络设置的问题。在制定的最优化问题，取决于是否有可能在波长转换节点或没有。如果波长转换的最佳解决方案是可能的只是最大限度地减少了使用的通道的链接的最大数量。路由问题是在正常的电路交换网络，在唯一的限制因素是对每一个环节通道数相同。 另一方面，如果波长转换不能在节点完成后，这便产生了优化问题新的约束。每个连接使用上沿线的各个环节相同的波长。一个可行的解决方案使用小于或等于各个环节的波长数比有可用的，没有两个连接共享一个共同的联系具有相同的波长。 也可以使用波长转换网络。在本文中不讨论这种网络，因此，我们假定波长转换不能在任何节点完成。我们还假设没有任何的网络动态重构的需要，即连接设置是静态的。 路由和波长分配问题是紧密联系在一起。我们首先要确定每个连接的线路（即路由），然后尝试使用最小数量的波长来进行波长分配。这样做，这样反复的进行着色尝试目的在于对路由连接不改变的同时使用最少的颜色来完成全图的着色。同时，在实践中以求找到比现有技术使用更加少颜色的着色方案。 在路由和波长分配过程是代表在图1。在左边是一个物理网络。中间的是固定路由波长分配图，右侧的图是图着色方案，其中的节点表示连接，按来源目的地对应表示，和邻居节点的连接（表示之间存在共享），如果且仅当相应的连接有着一些共同的联系。为了避免在网络图波长的冲突，邻居节点总是有不同的颜色。 图 1 实例网络以及波长分配过程 两个节点之间的最短路径可以通过使用如Dijkstra算法或Floyd算法。这两种算法具有相同的复杂度为O，如果每个节点对之间的路径进行搜索。在实践中，Floyd算法通常会好一点，由于常系数较小。