在波分复用(WDM,wavelength-division-multiplexing)光网络中,光纤上承载着巨大的业务量。在这样的网络中,即使只有一个链路或节点发生故障也会导致大量的业务丢失。在波分复用光网络中,网络生存性已经被公认为是最重要的研究课题之一。提高网络生存性主要有两种方式:保护和恢复。保护技术在为业务建立工作通路的同时建立保护通路,并在保护通路上预留额外网络资源。当工作通路发生故障时,业务切换到保护通路上来传输。而恢复技术在为业务建立工作通路时,并不预留额外的网络资源,当工作通路发生故障时,通过重新路由配置并利用链路上的空闲资源来传输受影响的业务。与恢复技术相比,保护技术由于不需要重新寻找路由而具有切换时间快,执行简单等优点。而且保护技术能够保证业务100%的恢复,而恢复技术可能出现恢复失败的情况。当然保护技术需要更多的网络资源。由于光层位于网络层次的底层,这在客观上要求光层须具有可靠的恢复机制和较短的恢复时间,因此保护技术更适合于光层的恢复。按照保护路径上的资源是否可以共享,保护技术可以分为共享保护和专用保护。与专用保护相比,共享保护具有更高的资源利用率。本文主要研究波长路由光网状网中的共享路径保护技术。既研究单链路故障模型下的共享路径保护技术,又研究双链路故障模型下的共享路径保护技术。另外,还将保护技术同光网络物理拓扑设计结合起来,研究了具有容错能力的光网络物理拓扑结构的设计问题。本文在单链路故障的保护中,提出了一种新的波长分配机制。这种波长分配机制尝试使用部分共享来达到提高波长使用效率的目的。而且,我们提出的用于稀疏波长转换网络的方案能够直接应用于全波长转换网络和无波长转换网络。在双链路故障的保护中,我们发现了目前用于无波长转换网络中双链路故障保护的共享规则可能导致潜在的波长竞争。引入了所谓的“优先”策略,并在此策略基础上,提出了新的共享规则。与目前的共享规则相比,本文提出的共享规则更加简单,而且解决了波长竞争的问题,能够提供100%恢复保证。另外,在波长路由光网络的物理拓扑设计方面,本文提出了一种基于业务的初始拓扑生成算法。这个算法的最大特点是它使得业务量较大的节点对之间的最短路径长度较短。还提出了一种改进的路由算法。与传统的简单的两步路由算法相比,本文提出的算法考虑了路由和保护共享之间的相互影响,因而具有更好的性能。本文最后还给出了一个物理拓扑设计实例。该设计实例以网络中光纤复用段数目、放大器数目、色散补偿模块数目以及中继器数目为联合优化目标来降低网络成本。为了得到近似最优的性能,本文提出了新的路由启发式算法和波长分配启发式算法,这些算法在一定程度上能够较好的优化网络成本。另外,我们采用了禁忌搜索算法来优化物理拓扑设计的整体性能。通过调节循环次数和禁忌长度,能够在网络成本和算法收敛时间之间找到一个合适的平衡点。本文还使用CPLEX软件对ILP进行求解。通过数值仿真,得到如下的几点发现。首先,一个只有30%的节点具有波长转换能力的稀疏波长转换网络在共享路径保护方案下能够取得与全波长转换网络差不多的波长资源利用率。其次,波长转换器对保护路径的影响比对工作路径的影响更大。最后,在共享路径保护下,双链路故障的保护代价小于相应单链路故障保护代价的两倍,这说明双链路故障保护也具有较高的资源利用效率。