铁路光传送网络故障产生与生存性研究

摘要

随着智能光网络在铁路中的应用，以及铁路传输网中大颗粒数据业务的不断涌现，光传送网络(Optical Transport Network,OTN)作为下一代传输网技术的典型代表，正逐渐成为铁路通信传输网的主流技术。铁路光传送网作为铁路数据信息的主要承载网络，承载着列车运行、调度、移动通信、视频监控等各类信息。现阶段铁路OTN的传输速率已由10G逐步向40G、100G过渡，在这种高速率、大容量、多业务的传输网中，网络故障将会给铁路带来潜在的安全隐患。为了防止网络部件失效给铁路业务造成巨大的影响和损失，网络生存性成为铁路传输网规划与设计的关键性能指标。本论文主要从铁路OTN的保护技术和基于路由与波长分配(Routing and Wavelength Assignment，RWA)算法的全网业务可靠度约束两方面对网络的生存性进行相关的定量分析，并根据数值结果进行了算法性能的比较和分析，主要工作和具体的研究成果如下:
　　1.通过搭建不同的OTN保护测试环境，利用相关测试仪表获取实际的测试数据，在对理论进行验证的同时，分析得到了OTN各种保护技术的故障处理流程，包括故障检测、开销处理、故障通知以及保护倒换。通过生存性评价指标分别对各种保护技术进行了分析与比较，获得了适合不同网络实际场景的保护技术方案。
　　2.解决了铁路光传送网静态业务下的网络生存性设计问题。通过将RWA问题分解为路由选择子问题和波长分配子问题，提出了基于单链路失效的业务可靠度约束RWA算法。在路由选择子问题中，从全网业务可靠度要求的角度描述单链路失效对全网业务的影响，把具有最优可靠度Rm的路由方案分配给光路连接请求，以降低链路失效对全网业务的风险。在波长分配子问题中，利用以上路由选择结果，对全网的波长设定目标函数和约束条件，建立整数线性规划(Integer linear programming，ILP)专用通路保护模型，为光路连接请求分配波长。通过对具有不同规模的网络拓扑结构进行仿真计算，验证该算法的各项性能。仿真结果表明，相比于传统的最短路径(Shortest Path，SP)算法，该算法可以极大地提高全网业务的可靠性程度，在降低网络风险的同时也具有较高的波长资源利用率。
　　3.提出了基于多链路失效的业务可靠度约束RWA算法。在路由选择子问题中，在传统的只采用一个保护路段来保护工作通路上某一个工作路段方法的基础上，通过增加多个保护路段保护工作路上多个工作路段的方式来提高光路连接请求的可靠性。通过采用与单链路相同的波长分配策略为光路连接请求分配波长，并对其仿真结果进行了分析。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景与意义

1．2 网络生存性研究现状

1．3 论文的研究内容与结构安排

2 OTN光传送网概要

2．1 OTN光传送网络分层结构

2．2 OTN光传送网络拓扑结构

2．3 OTN主要保护技术

2．3．1 电层保护技术

2．3．2 光层保护技术

2．4 本章小结

3 OTN光传送网络的故障和生存性技术

3．1 故障类型和原因

3．2 故障处理

3．3 生存性评价指标

3．4 光传送网络路由与波长分配算法

3．5 本章小结

4 OTN保护技术测试

4．1 保护技术测试配置

4．1．1 OLP 1+1保护测试

4．1．2 OMSP 1+1保护测试

4．1．3 ODUk SNCP 1+1保护测试

4．1．4 ODUk SPRing保护测试

4．2 设备级保护测试

4．3 保护技术选择及配置

4．3．1 保护倒换时间分析

4．3．2 资源利用率

4．3．3 经济成本分析

4．3．4 全网业务可靠性

4．3．5 保护技术选择

4．4 本章小结

5 静态业务下的铁路光传送网生存性设计

5．1 研究背景

5．2 基于业务可靠度的路由与波长分配(RWA)算法

5．3 基于单链路失效的业务可靠度约束RWA

5．3．1 问题描述

5．3．2 路由算法描述

5．3．3 波长分配策略

5．3．4 仿真结果与分析

5．4 基于多链路失效的业务可靠度约束RWA

5．4．1 问题描述

5．4．2 路由算法描述

5．4．3 波长分配策略

5．4．4 仿真结果与分析

5．5 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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