随着光网络的迅速普及，作为未来Internet骨干支撑的WDM(Wavelength Division Multiplexing)光网络组网技术和业务提供技术受到了越来越多的关注。另一方面，随着光学技术的日益成熟，功能越来越完善的各种光通信器件／设备大批涌现，使得许多原来需要在业务交换层面完成的工作被更多地移植到了光层，一个典型的例子就是近年来广受关注的光网络多播技术。分光器的出现为实现光网络中多播传输提供了硬件基础，利用分光器可以设计出支持光层多播路由的光交叉连接器MC-OXC(Multicast Capable-OXC)。在单播连接中，光层路由是一个路状结构，而多播连接是一种点对多点的连接请求，需要在光层上构建全光的树状路由——光树或者光林(多棵光树)。与光层的单播路由，光层树状多播路由问题更加复杂。本文主要研究光层多播的算法设计问题，主要包括WDM光网络多播的网络静态规划问题、多约束条件下光树的优化设计问题、光层多播的保护问题以及光层多播的业务疏导问题。与光层的单播连接和IP层的多播技术相比，光层多播路由的计算问题存在一些特殊的约束条件，主要包括波长连续性约束、稀疏分光器配置约束和能量损伤约束。在实际的光网络中，不是每个节点都配置波长转换器。这就导致了光网络中的波长连续性约束。在这种下，多播选路与波长选择密切相关。对于单播请求，波长连续性约束下的光路计算问题被称为RWA(Routing and Wavelength Assignment)问题，而相应光树的计算问题被称为MC-RWA(Multicasting RWA)问题。此外，考虑到网络建设成本，在实际的光网络中，不是所有的网络节点都配置了分光器。这就形成了光网络中多播路由的稀疏分光器约束。在稀疏分光器配置约束下，光树的计算问题不再是一个传统的Steiner Tree(有文献译为施泰纳树，即求覆盖网络节点集合的一个子集的最佳生成子树)问题。在光树路由结构中，光信号从源点输出经过树状路由传输到每个目的节点。信号能量经过了传输衰减损伤和分光器的分光损伤。传输损伤主要是由于光信号在光纤系统中信号能量的吸收、散射等原因造成的。分光器引入的信号能量损伤是由于光信号通过分光器后，将输入的信号能量分成了多份并通过不同的光树分支输出，从而导致了每条分支上信号能量的损伤。但是为了保证每个目的节点接收到的信号能量都能超过接收器的接收门限，光树的计算必须考虑光树的能量损伤约束条件。这三个约束条件在计算光树的过程中同时存在，所以一个可行的多播树必须满足上述所有约束条件。光网络多播的静态规划可用于网络建设初期的规划设计或者网络中较大周期的虚拓扑重配置中。本文第二章主要从两个方面研究了光网络多播的静态规划问题：(1)在稀疏波长转换器和分光器配置的网络中，波长转换器和分光器的最佳放置问题；(2)在光纤波长通道数受限情况下，研究如何利用最少的网络资源承载给定业务矩阵的多播连接。这两个问题解决都是在波长连续性约束、稀疏分光器配置约束和能量损伤约束条件下进行的。在第二章，通过一个混合线性规划MILP(Mixed Integer Linear Programming)模型，将光网络中多播的静态规划问题转化为一个优化问题。通过求解此模型的最优解，可以获得分光器和波长转换器的最佳放置位置，并且可以得到满足所有约束条件的网络虚拓扑设计。由于光网络中多播路由的能量损伤约束是一个乘性约束。利用多播树上节点的能量守恒规律，在第二章，用一组线性的关系式准确描述了光层多播的能量损伤约束条件。给定网络资源配置(包括波长转换器和分光器的放置位置、光纤链路上的波长通道数)，第三章研究了在动态多播业务环境中的多播树构建问题。如果没有约束条件，最佳多播树的计算问题就是一个传统的Steiner Tree问题。由于Steiner Tree问题是一个NP完全问题，约束条件下多播树的计算问题要比Steiner Tree问题更为复杂，所以约束条件下多播树的计算问题也是一个NP完全问题。在动态连接环境中，只能通过启发式算法来求解一个近似解。在图论中，树是一个不含圈的简单连通图。但是光层多播的约束条件下，一个可行的多播路由可以包含圈。针对这一特点，第三章提出的NMO(Novel-Member-Only)算法是对Member-Only的改进算法，提高了算法的性能。对于能量损伤约束条件下的多播树计算问题，提出了基于多播树扩张的选路算法MRST(Multicast Routing Basing on Spanning Tree)和基于重路由的选路算法MRRR(Multicast Routing Basing on Re-Route)。此外，一个可行的多播树算法必须满足所有约束条件，第三章还提出了多约束条件下的多播树构建算法。WDM技术可以大大提高链路的传输容量，同时也使网络的生存性问题日渐突出。在WDM光网络中，网络部件失效时可能遭受比传统网络更大的损失，比如一根光纤断裂将导致所有经过该光纤的光路或者光树都失效，而每条全光通道都能以Gbps的速率传输数据，这样的失效对网络中业务的影响是非常严重的。本文的第四章和第五章研究WDM网络多播的保护问题。第四章主要研究多播专用保护技术，第五章主要研究了多播的共享保护技术。在第四章，首先将多播专用保护问题用一个最优化数学模型进行描述。给定多播请求和网络配置，通过求解最优化模型，可以得到最佳的多播专用保护通路由，并为动态多播业务环境下的启发式算法提供一个理论上的参考。与单播保护问题类似，光网络中多播保护可以采用分段保护的机制。在分段多播保护中，一个关键的问题是如何将给定多播树进行分段。分段机制的不同将会对算法性能产生很大的影响。在第四章提出的自适应分段保护ASSP(Adaptive Segment Shared Protection)机制中，算法将多播树上的枝叶节点作为分段的起始节点，同时为其构建一条保护通路，重复这一过程直到多播树上没有枝叶节点为止，从而实现了多播树的保护。同时，在网络稀疏配置(稀疏波长转换器配置和稀疏分光器配置)约束下，现有的多播保护算法在波长连续性限制约束下将会失效。第四章还提出了网络稀疏配置下的双路多播保护TPMP(Two-Paths Multicast Protection)算法。为了提高资源利用率，第五章研究了光网络多播的共享保护机制。首先通过一个ILP模型将共享保护机制描述成一个最优化问题，通过ILP模型的求解可以得到共享保护机制下的多播虚拓扑设计。并提出了混合共享的多播保护算法MSSP(Mixed Segment Shared Protection)。根据仿真结果，MSSP算法提高了网络资源的利用率。在WDM网络中，波长路由的巨大带宽和单个连接请求的小粒度带宽不匹配。为了提高传输效率，可以将低速的多播业务连接汇聚起来在一棵光树上进行传输。第六章研究了WDM网络多播的业务疏导技术，并提出了多播树分解的业务疏导算法MTD(Multicasting Tree Decompose)。MTD业务疏导算法的基本思想是尽量通过网络上现有的光树进行业务疏导，每一次业务疏导都会导致新建多播树目的节点数的减少，从而改善网络的多播吞吐能力。此外，第六章还研究了WDM网络多播业务疏导的生存性问题，并提出了两种分析模型：多播混合带宽保护的业务疏导分析模型TG-MBP(Traffic Grooming with Mixed Bandwidth Protection)和多播共享保护的业务疏导分析模型TG-SP(Traffic Grooming with Shared Protection)。在TG-MBP模型中，一个专用保护的多播路由SMR(Survivable Multicasting Route)可以分解成为两棵“对偶”树结构。在网络正常情况下，连接都可以传输到SMR上的任意节点，从而保证了到SMR上任意节点的业务都可以进行业务疏导。利用TG-MBP提出了专用分段保护的多播业务疏导算法MTG-SP(Multicast Traffic with Segment Protection)。在TG-SP模型中，多播保护采用的是共享保护机制。在共享保护模型中，只有到工作树上节点的业务才可以进行业务疏导。基于这一模型，提出了共享分段保护的多播业务疏导算法MTG-SSP(Multicast Traffic Grooming with Shared Segment Protection)。最后进行了全文总结。