随着社会经济的发展，人们对通信业务的需求体现出高层次和多样化，这对通信网络的容量提出了巨大的挑战，而光纤通信技术的出现给通信领域带来了蓬勃发展的机遇。目前光纤通信中单波长传输速率已达到40Gbit／s，进一步提高单波长传输速率将受到半导体技术的制约，因此，波分复用WDM(Wavelength Division Multiplexing)技术成为了光纤传输网络增容的主要技术手段，该技术的发展大大提高了通信网络的传输容量，成为了下一代骨干网络的核心传输方式。然而在WDM网状光网络中，网络的故障(如光纤断裂，节点失效等)会导致大量的业务中断，因此抗毁性设计就显得异常重要。WDM网状光网络的抗毁性技术主要分为保护和恢复两大类：保护是指事先为业务预留备份资源，当故障发生后，业务可以被快速地切换到预留的备份资源上进行承载；恢复是指事先不为业务预留备份资源，当网络发生故障后，再动态地寻找网络资源来承载受影响的业务。由于保护技术可以实现更快的业务恢复，这也更符合WDM网状光网络的抗毁性要求，因此本文主要研究了WDM网状光网络的保护设计问题，内容主要包括以下几个方面：抗毁WDM网状光网络中的分段保护设计问题、支持区分可靠性的保护设计问题、基于SRLG约束的保护设计问题和业务恢复时间受限制的保护设计问题。WDM网状光网络中的保护按照路由方式的不同可以分为通路保护、链路保护和分段保护。分段保护结合了通路保护和链路保护的特点，它可以在资源利用率和业务恢复时间之间取得良好的性能折中。目前很多研究分段保护的文献采用的方法都是首先对工作通路进行分段，然后再为每个工作分段计算保护分段。这种分段方式缺乏灵活性，而且在对工作通路进行分段的时候无法保证后续一定能计算出合适的保护分段。另外虽然利用分段保护所计算出的保护分段大都比较短，但是在共享保护策略下，仍然会有部分保护分段经过很长的路径，这不利于实现快速的业务恢复。针对上述问题，本文的第二章研究了抗毁WDM网状光网络中的分段保护设计问题，主要贡献包括：1)提出了一种递归式的分段保护算法，该算法采用递归的方式逐跳计算保护分段，在确保找到保护分段后才会确定工作分段，同时在计算保护分段的时候考虑了跳数的限制，这样可以避免计算出过长的保护分段。2)虽然对保护分段的跳数进行了限制，但并一定可以百分之百地缩短业务恢复时间，因为业务恢复时间不仅与保护分段的跳数有关，也与工作分段的跳数有关，因此本章又提出了一种共享分段保护算法，该算法采用了保护圈的概念，通过对每个保护圈跳数的限制来达到对工作分段和保护分段总跳数的限制，这样就能更加有效地缩短业务恢复时间。最后作者通过大量的仿真分析了算法的性能。可靠性定义为在某个时间段内，系统或连接正常工作的概率。根据不同的可靠性等级来为用户提供保护，可以更加合理地分配网络资源，因此本文的第三章研究了WDM网状光网络中支持区分可靠性的专用保护问题，主要贡献包括了：1)分析了专用通路保护和专用分段保护模型下的可靠性计算问题，分析了专用保护模型下的业务恢复过程。2)提出了一种动态网络环境下的启发式专用保护算法，该算法的核心思想是从目的节点出发，反向逐跳计算保护分段，通过仅对工作通路上的某段进行保护来提高整个连接的可靠性，以达到用户要求。仿真结果表明了该算法对比通路保护可以节约更多的网络资源并进一步缩短业务恢复时间。3)针对前面提出的算法，本文作者又提出了一种改进算法，主要针对分段的方式进行了改进，该算法的核心思想是从网络中可靠性最低的链路开始，并向两侧扩展，找到工作通路上最需要被保护的分段，再为该分段计算保护路，试图利用最少的保护资源来使整个连接的可靠性达到要求。通过仿真对比，发现改进算法可以进一步缩短保护路的跳数，降低阻塞率并缩短业务恢复时间。在实际网络中，光纤链路间由于共享了某些相同的物理设备(如光缆，隧道，旁路等)而具有了故障的关联性，这点可以利用共享风险链路组SRLG(Shared Risk Link Groups)来表示。现有文献已经证明了为源宿节点计算SRLG分离路径对的问题是NP-C的，因此通常的做法都是先计算工作通路，然后再把工作通路上的所有链路以及网络中所有与工作通路具有相同SRLG的链路删除掉，再在剩余的网络中计算保护通路。在某些特定的情况下，即使网络中存在SRLG分离的路径对时，采用上面的方法也无法找到SRLG分离的路径对，这就是所谓的“陷阱”问题。本文的第四章研究了抗毁WDM网状光网络中SRLG分离约束下的保护设计问题，作者采用了两点措施来解决“陷阱”问题：1)利用K路由算法来计算多条候选工作通路，并试图寻找与工作通路完全SRLG分离的保护通路，通过仿真分析得到在一般规模的网络中，通常选取K=3就可以成功地计算出完全SRLG分离的路径对。2)在满足足够低的同时失效概率下，允许工作通路和对应的保护通路之间有部分SRLG重叠，这点对于网络中根本不存在完全SRLG分离路径对时更加有效。保护通路之间的资源共享也考虑了同时失效的概率，即只要工作通路之间同时失效的概率足够低，即使它们并不完全SRLG分离，也允许它们各自对应的保护通路共享保护资源，这样可以进一步提高资源共享度，节约网路资源。在WDM网状光网络中，保护设计的主要目的就是为了实现高效快速的业务恢复，一些实时性要求较高的业务对故障后的业务恢复速度要求很高，因此业务恢复时间成为了衡量一个保护算法的重要性能指标。对比端到端的通路保护，分段保护可以通过限制保护路的长度来缩短业务恢复时间，而目前的很多文献也都是通过对保护路的跳数进行限制来控制业务恢复时间的，但这种处理只是一种尽力而为的方法，不能严格准确地限制业务恢复时间。因此，本文的第五章研究了WDM网状光网络中业务恢复时间严格受限的保护设计问题。主要贡献在于：1)详细分析了共享保护模型下的业务恢复过程，导出了业务恢复时间的计算公式，通过对网络链路时延的特殊设置，并利用一种时延受限的最短路径算法来计算候选保护分段，利用这些候选保护分段所实现的业务恢复时间严格满足要求。2)在计算候选保护分段的同时考虑了保护资源的共享和SRLG分离的约束。3)结合已经找到的候选保护分段，设计出一种辅助图，利用该辅助图计算出具有最小代价和的保护分段集合。综合上述三点，本章提出了一种在动态网络环境下的启发式算法，用于计算业务恢复时间严格受限且代价和最小的保护路，作者对算法进行了仿真并分析了其性能。