抗毀WDM網(wǎng)狀光網(wǎng)絡中的保護算法研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對通信業(yè)務的需求體現(xiàn)出高層次和多樣化，這對通信網(wǎng)絡的容量提出了巨大的挑戰(zhàn)，而光纖通信技術的出現(xiàn)給通信領域帶來了蓬勃發(fā)展的機遇。目前光纖通信中單波長傳輸速率已達到40Gbit/s，進一步提高單波長傳輸速率將受到半導體技術的制約，因此，波分復用WDM(Wavelength Division Multiplexing)技術成為了光纖傳輸網(wǎng)絡增容的主要技術手段，該技術的發(fā)展大大提高了通信網(wǎng)絡的傳輸容量，成為了下一代骨干網(wǎng)

2、絡的核心傳輸方式。然而在WDM網(wǎng)狀光網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡的故障(如光纖斷裂，節(jié)點失效等)會導致大量的業(yè)務中斷，因此抗毀性設計就顯得異常重要。WDM網(wǎng)狀光網(wǎng)絡的抗毀性技術主要分為保護和恢復兩大類：保護是指事先為業(yè)務預留備份資源，當故障發(fā)生后，業(yè)務可以被快速地切換到預留的備份資源上進行承載；恢復是指事先不為業(yè)務預留備份資源，當網(wǎng)絡發(fā)生故障后，再動態(tài)地尋找網(wǎng)絡資源來承載受影響的業(yè)務。由于保護技術可以實現(xiàn)更快的業(yè)務恢復，這也更符合WDM網(wǎng)狀光網(wǎng)絡的抗毀

3、性要求，因此本文主要研究了WDM網(wǎng)狀光網(wǎng)絡的保護設計問題，內(nèi)容主要包括以下幾個方面：抗毀WDM網(wǎng)狀光網(wǎng)絡中的分段保護設計問題、支持區(qū)分可靠性的保護設計問題、基于SRLG約束的保護設計問題和業(yè)務恢復時間受限制的保護設計問題。 WDM網(wǎng)狀光網(wǎng)絡中的保護按照路由方式的不同可以分為通路保護、鏈路保護和分段保護。分段保護結(jié)合了通路保護和鏈路保護的特點，它可以在資源利用率和業(yè)務恢復時間之間取得良好的性能折中。目前很多研究分段保護的文獻采用的

4、方法都是首先對工作通路進行分段，然后再為每個工作分段計算保護分段。這種分段方式缺乏靈活性，而且在對工作通路進行分段的時候無法保證后續(xù)一定能計算出合適的保護分段。另外雖然利用分段保護所計算出的保護分段大都比較短，但是在共享保護策略下，仍然會有部分保護分段經(jīng)過很長的路徑，這不利于實現(xiàn)快速的業(yè)務恢復。針對上述問題，本文的第二章研究了抗毀WDM網(wǎng)狀光網(wǎng)絡中的分段保護設計問題，主要貢獻包括：1)提出了一種遞歸式的分段保護算法，該算法采用遞歸的方式

5、逐跳計算保護分段，在確保找到保護分段后才會確定工作分段，同時在計算保護分段的時候考慮了跳數(shù)的限制，這樣可以避免計算出過長的保護分段。2)雖然對保護分段的跳數(shù)進行了限制，但并一定可以百分之百地縮短業(yè)務恢復時間，因為業(yè)務恢復時間不僅與保護分段的跳數(shù)有關，也與工作分段的跳數(shù)有關，因此本章又提出了一種共享分段保護算法，該算法采用了保護圈的概念，通過對每個保護圈跳數(shù)的限制來達到對工作分段和保護分段總跳數(shù)的限制，這樣就能更加有效地縮短業(yè)務恢復時間。

6、最后作者通過大量的仿真分析了算法的性能。 可靠性定義為在某個時間段內(nèi)，系統(tǒng)或連接正常工作的概率。根據(jù)不同的可靠性等級來為用戶提供保護，可以更加合理地分配網(wǎng)絡資源，因此本文的第三章研究了WDM網(wǎng)狀光網(wǎng)絡中支持區(qū)分可靠性的專用保護問題，主要貢獻包括了：1)分析了專用通路保護和專用分段保護模型下的可靠性計算問題，分析了專用保護模型下的業(yè)務恢復過程。2)提出了一種動態(tài)網(wǎng)絡環(huán)境下的啟發(fā)式專用保護算法，該算法的核心思想是從目的節(jié)點出發(fā)，反向

7、逐跳計算保護分段，通過僅對工作通路上的某段進行保護來提高整個連接的可靠性，以達到用戶要求。仿真結(jié)果表明了該算法對比通路保護可以節(jié)約更多的網(wǎng)絡資源并進一步縮短業(yè)務恢復時間。3)針對前面提出的算法，本文作者又提出了一種改進算法，主要針對分段的方式進行了改進，該算法的核心思想是從網(wǎng)絡中可靠性最低的鏈路開始，并向兩側(cè)擴展，找到工作通路上最需要被保護的分段，再為該分段計算保護路，試圖利用最少的保護資源來使整個連接的可靠性達到要求。通過仿真對比，發(fā)

8、現(xiàn)改進算法可以進一步縮短保護路的跳數(shù)，降低阻塞率并縮短業(yè)務恢復時間。 在實際網(wǎng)絡中，光纖鏈路間由于共享了某些相同的物理設備(如光纜，隧道，旁路等)而具有了故障的關聯(lián)性，這點可以利用共享風險鏈路組SRLG(Shared Risk Link Groups)來表示?，F(xiàn)有文獻已經(jīng)證明了為源宿節(jié)點計算SRLG分離路徑對的問題是NP-C的，因此通常的做法都是先計算工作通路，然后再把工作通路上的所有鏈路以及網(wǎng)絡中所有與工作通路具有相同SRLG

9、的鏈路刪除掉，再在剩余的網(wǎng)絡中計算保護通路。在某些特定的情況下，即使網(wǎng)絡中存在SRLG分離的路徑對時，采用上面的方法也無法找到SRLG分離的路徑對，這就是所謂的“陷阱”問題。本文的第四章研究了抗毀WDM網(wǎng)狀光網(wǎng)絡中SRLG分離約束下的保護設計問題，作者采用了兩點措施來解決“陷阱”問題：1)利用K路由算法來計算多條候選工作通路，并試圖尋找與工作通路完全SRLG分離的保護通路，通過仿真分析得到在一般規(guī)模的網(wǎng)絡中，通常選取K=3就可以成功地計

10、算出完全SRLG分離的路徑對。2)在滿足足夠低的同時失效概率下，允許工作通路和對應的保護通路之間有部分SRLG重疊，這點對于網(wǎng)絡中根本不存在完全SRLG分離路徑對時更加有效。保護通路之間的資源共享也考慮了同時失效的概率，即只要工作通路之間同時失效的概率足夠低，即使它們并不完全SRLG分離，也允許它們各自對應的保護通路共享保護資源，這樣可以進～步提高資源共享度，節(jié)約網(wǎng)路資源。 在WDM網(wǎng)狀光網(wǎng)絡中，保護設計的主要目的就是為了實現(xiàn)高

11、效快速的業(yè)務恢復，一些實時性要求較高的業(yè)務對故障后的業(yè)務恢復速度要求很高，因此業(yè)務恢復時間成為了衡量一個保護算法的重要性能指標。對比端到端的通路保護，分段保護可以通過限制保護路的長度來縮短業(yè)務恢復時間，而目前的很多文獻也都是通過對保護路的跳數(shù)進行限制來控制業(yè)務恢復時間的，但這種處理只是一種盡力而為的方法，不能嚴格準確地限制業(yè)務恢復時間。因此，本文的第五章研究了WDM網(wǎng)狀光網(wǎng)絡中業(yè)務恢復時間嚴格受限的保護設計問題。主要貢獻在于：1)詳細分

12、析了共享保護模型下的業(yè)務恢復過程，導出了業(yè)務恢復時間的計算公式，通過對網(wǎng)絡鏈路時延的特殊設置，并利用一種時延受限的最短路徑算法來計算候選保護分段，利用這些候選保護分段所實現(xiàn)的業(yè)務恢復時間嚴格滿足要求。2)在計算候選保護分段的同時考慮了保護資源的共享和SRLG分離的約束。3)結(jié)合已經(jīng)找到的候選保護分段，設計出一種輔助圖，利用該輔助圖計算出具有最小代價和的保護分段集合。綜合上述三點，本章提出了一種在動態(tài)網(wǎng)絡環(huán)境下的啟發(fā)式算法，用于計算業(yè)務恢