波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)中生存性策略的研究.pdf

1、基于波分復(fù)用和波長(zhǎng)路由技術(shù)的波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)不僅能夠以低廉的成本傳輸巨大的容量，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式和調(diào)制方式的透明傳輸，因此目前已經(jīng)被作為高速骨干網(wǎng)的最佳解決方案。由于在波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)中傳送的信號(hào)容量極大(Tbps量級(jí))，即使短時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)故障也會(huì)造成大量的信息丟失，因此WDM光網(wǎng)絡(luò)的生存性問(wèn)題顯得至關(guān)重要，一般要求在50ms以內(nèi)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)故障。雖然目前已經(jīng)提出了許多生存性策略，然而這些策略都陷入了一個(gè)兩難境界，即如果保證了

2、網(wǎng)絡(luò)故障的快速保護(hù)恢復(fù)，就不得不犧牲網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，相反，如果想提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，又不得不犧牲網(wǎng)絡(luò)故障的保護(hù)恢復(fù)速度。 本文對(duì)波分復(fù)用光網(wǎng)中的資源分配和生存性策略進(jìn)行了研究，旨在尋找一種能解決上述困境的生存性策略，即在保證快速保護(hù)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)故障的同時(shí)，設(shè)法提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率以降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的成本。本文的第一章是緒論，第二章詳細(xì)介紹了預(yù)置保護(hù)圈的概念，我們所做工作主要集中在第三至第五章，主要包括以下內(nèi)容： 第三章研究了

3、預(yù)置保護(hù)圈(P圈：Pre-configuredProtectionCycle)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。我們首次提出了多容量預(yù)置保護(hù)圈的概念，并建立了相應(yīng)的整數(shù)線性規(guī)劃(ILP：IntegerLinearProgramming)模型，在充分考慮每條圈鏈路上的備份資源的實(shí)際使用情況后，計(jì)算出每一條圈鏈路上真正需要配置的備份資源。在此基礎(chǔ)上又提出了一個(gè)備份資源修正算法，以調(diào)整求解ILP模型得到的結(jié)果以確保多容量P圈的預(yù)置特性。由于在為每一條圈鏈路配置

4、備份資源的時(shí)候，充分考慮了故障恢復(fù)時(shí)的真實(shí)需求，因此可以獲得比傳統(tǒng)P圈(即等容量P圈)更高的網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。在這一章，我們還首次提出了兩種P圈保護(hù)倒換策略，即折回路由保護(hù)倒換策略和源路由保護(hù)倒換策略。這兩種P圈保護(hù)倒換策略分別在恢復(fù)路徑長(zhǎng)度、網(wǎng)絡(luò)資源利用率和保護(hù)恢復(fù)速度等方面作了折衷，因此分別適用于不同的需求。 第四章研究了動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)下的預(yù)置保護(hù)圈優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。我們?nèi)诤项A(yù)置保護(hù)圈(P圈)和保護(hù)容量包封(PWCE：Protecte

5、dWorkingCapacityEnvelope)兩種思想，獨(dú)立提出了一種全新的基于P圈的最大保護(hù)容量包封的保護(hù)策略，即PC-MPWCE(p-CyclebasedMaximumPWCE)。這種保護(hù)策略可以直接應(yīng)用于保護(hù)動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)，而不像傳統(tǒng)的P圈設(shè)計(jì)方法只適用于靜態(tài)業(yè)務(wù)。我們提出的PC-MPWCE保護(hù)策略分兩步實(shí)現(xiàn)，即(1)首先，建立一個(gè)整數(shù)線性規(guī)劃模型(ILP)，通過(guò)求解該ILP模型，得到一個(gè)給定網(wǎng)絡(luò)中的最大保護(hù)容量包封(MPWCE)和

6、一個(gè)用于保護(hù)這個(gè)MPWCE的P圈集；(2)其次，在這個(gè)MPWCE中采用最短路徑算法為業(yè)務(wù)請(qǐng)求建立一條最短工作路徑。由于算法的第一步已經(jīng)保證了在MPWCE中的工作容量已經(jīng)由一個(gè)預(yù)置的P圈集提供100﹪的保護(hù)恢復(fù)，所以只要在這個(gè)靜態(tài)預(yù)置的MPWCE中路由的所有工作業(yè)務(wù)都是可以被100﹪保護(hù)恢復(fù)的。也就是說(shuō)，采用PC-MPWCE時(shí)，只需要為到達(dá)的業(yè)務(wù)請(qǐng)求建立一條最短工作路徑即可，而不再需要同時(shí)為它建立另外一條保護(hù)路徑。可見(jiàn)，PC-MPWCE策

7、略的網(wǎng)絡(luò)操作非常簡(jiǎn)單，而且具有良好的擴(kuò)展性。通過(guò)對(duì)PC-MPWCE和其它幾種經(jīng)典算法(如1+1APS，F(xiàn)IR和SPR等)仿真比較后發(fā)現(xiàn)，PC-MPWCE具有優(yōu)越的綜合性能，即可以同時(shí)具有快速的保護(hù)恢復(fù)速度、高效的網(wǎng)絡(luò)資源利用率、良好的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性能以及簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)操作管理。特別地，PC-MPWCE可以很好地避免1+1APS和共享路徑保護(hù)策略的trap問(wèn)題，因此在這種情況下PC-MPWCE具有更加突出的性能。 第五章研究了如何在遵循目

8、前標(biāo)準(zhǔn)組織所采納的機(jī)制的前提下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障的快速保護(hù)恢復(fù)和網(wǎng)絡(luò)資源的高效利用。盡管第四章中提出的PC-MPWCE算法具有優(yōu)越的綜合性能，但由于所采用的保護(hù)工作容量包封(PWCE)的方法與目前設(shè)備制備商和標(biāo)準(zhǔn)組織采納的機(jī)制(即工作路徑被另一條鏈路不相關(guān)的備份路徑保護(hù))不相同，因此，PC-MPWCE可能在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法被設(shè)備制備商和標(biāo)準(zhǔn)組織采納。因此，我們?cè)诘谖逭绿岢隽艘粋€(gè)嶄新的概念，即P-Bus。和預(yù)置保護(hù)圈相比，P-Bus具有兩個(gè)明顯的優(yōu)

9、勢(shì)：(1)P-Bus具有更加靈活的構(gòu)造形式，預(yù)置保護(hù)圈(P圈)只是P-Bus的一種形式。(2)P-Bus不僅遵循目前保護(hù)機(jī)制的標(biāo)準(zhǔn)，而且可以直接為動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)提供靈活的保護(hù)恢復(fù)。我們通過(guò)數(shù)值仿真的方法，把P-Bus保護(hù)策略和三種經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)策略進(jìn)行了比較，數(shù)值結(jié)果表明P-Bus保護(hù)策略不僅能夠快速保護(hù)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)故障，而且和1+1自動(dòng)保護(hù)倒換策略相比，明顯提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率和網(wǎng)絡(luò)阻塞性能。特別地，P-Bus保護(hù)策略可以很好地避免1+1自動(dòng)