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a s o n 全网可靠性算法研究 摘要 网络技术和拓扑结构日趋复杂，在现代社会中通讯网络的作用目 趋重要，网络的可靠性日益引起人们的重视。由于实际需要，已经有 许多通信网络可靠性的算法问世。对于通信网络，全网可靠性的就是 通信网络中所有节点能够互相连接的概率。实际上，也就是网络中存 在至少一个生成树的概率。自动交换光网络( 简称a s o n ) 是一种新 型的光纤互联网络结构。与其他网络相比，a s o n 添加了一个控制层 用于提供一系列网络生存机制，从而极大提高了a s o n 网络的全网可 靠性。这些保护机制包括1 + 1 光路保护，1 ：n ( n 1 ) 光路保护，2 f - b l s r ( 2 纤双向光线路共享保护倒换) 和4 f - b l s r ( 4 纤双向光线路共享 保护倒换) 。因此a s o n 全网可靠性就不仅依赖于a s o n 的拓扑结构， 还依赖于a s o n 应用的各种保护机制。 而以往对于a s o n 网络可靠性的研究主要是指定连接的端到端可 靠性，并没有将以上保护机制从全网的角度考虑来计算可靠性。从而 使得实际a s o n 网络的可靠性评估以及网络的规划设计有所不便。论 文的目的就是填补这一空白。 本论文的创新性工作在于：首先给出用于a s o n 的全网可靠性定 义，然后将a s o n 保护机制下的拓扑元素转化成等效的虚拟网络节点， 从而形成一个简化的等效虚拟拓扑，在对此虚拟拓扑图遍历连接所有 节点的最小生成树的条件下，计算出虚拟网络失效概率，从而求得 a s o n 的全网可靠性指标。 关键词；自动交换光网络，网络可靠性，等效树图转换； r e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t o n a l g o r i t h m f o r c o m p u t i n g t h e a u t o m a t i c a l l y s w i t c h e d o p t i c a l o v e r a l ln e t w o r k r e l i a b i l i t y a b s t r a c t a sn e t w o r k t o p o l o g y a n d t e c h n o l o g yh a v e b e e nb e c o m e i n c r e a s i n g l y c o m p l i c a t e d a n dc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s p l a ym o r e a n dm o r ei m p o r t a n t r o l ei nm o d e ms o c i e t y , t h er e l i a b i l l t yo ft h e s en e t w o r k sb e c o m ee v e r i m p o r t a n t d u et ot h eu r g e n tp r a c t i c a ln e e d ，m a n yn e wa l g o r i t h m sh a v e b e e nd e v e l o p e di nt h ea r e ao fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r kr e l i a b i l i t y t h e o v e r a l lr e l i a b i l i t yo fac o m m u n i c a t i o nn e t w o r ki st h ep r o b a b i t i t yo fa t l n o d e sc a nc o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e r , w h i c hi nf a c ti st h ep r o b a b i l i t l r t h a tt h e r ei sa tl e a s to n er e l i a b l et r e ei nt h en e t w o r k a s o ni san o v e la r c h i t e c t u r ef o r g l o b a lo p t i c a li n t e m e t w o r k i n g c o m p a r e dw i t ho t h e rn e t w o r k s a s o na d d san e wc o n t r o lp l a n ew h i c h c a n p r o v i d ean u m b e ro fp r o t e c t i o ns c h e m e sf o rn e t w o r ks u r v i v a b i l i t yt o i n c r e a s i n g l yi m p r o v e t h ea s o no v e r a l ln e t w o r k r e l i a b i l i t y , s u c h a s 1 + 1 0 p t i c a lp a t hp r o t e c t i o n ，l ：n ( n l o p t i c a lp a t hp r o t e c t i o n ，2 f b l s r ( b i d i r e c t i o n a l l i n e s w i t c h e dr i n g )a n d4 f b l s r t h e r e f o r et h ea s o n o v e r a l ln e t w o r kr e l i a b i l i t ym e a s u r ei sb a s e du p o nn o to n l yt h ea s n t o p o l o g ya r c h i t e c t u r eb u ta l s ot h ei m p l e m e n t a t i o no f a s o n s u r v i v a b i l i t y m e c h a n i s m s 。 p r e v i o u sr e s e a r c h e so na s o nn e t w o r k r e l i a b i l l t y f o c h so nt h e e n d - t o e n da v a i l a b i l i t yf o rar e f e r e n c ec o n n e c t i o na n dh a v e n tc o m b i n e d t h e s es p e c i a ls u r v i v a b i l i t ym e c h a n i s m st o g e t h e r i nf a c t t h e r ei so n ea n d m o r es u r v i v a b i l i t ym e c h a n i s m sa p p l i e dt oa p r a c t i c a la s o n 。孙a c h i e v e t h i sg o a l ，i ti sn e c e s s a r yt od e v e l o pan e w a l g o r i t h m ，w h i c hc a nm e e t t h e r e q u i r e m e n t 。o nm o t i v a t i o n b e h i n dt h i sp a p e ri st oa d d r e s st h i sn e e d 。 t h ep a p e rp r o p o s e san o v e lm e t h o dt ot r a n s f o r ma na c t u a la s o n t o p o l o g y t oav i r t u a ls i m p l e rn e t w o r k t o p o l o g yw i t ht h es a m er e l i a b i l i t y ， b a s e do nc u r r e n te a c ha s o ns u r v i v a b i l i t ym e c h a n i s m s t h e na s o n o v e r a l ln e t w o r kr e l i a b i l i t ym e a s u r ec a nb ea c h i e v e db ye n u m e r a t i n ga l l f a i l u r et r e e sp r o b a b i l i t i e s k e y w o r d s ：a s o n ，n e t w o r kr e l i a b i l i t y ，e q u i v a l e n t t r e et r a n s f o r m a t i o n s 独甾幢或暂穗) 声绢 拳人声懿瑟呈交的论交是本人在导释穗导下遗行翳研究工捧及取得曲辑究 成果。尽我所知，除了丈中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 龟含莫毽人已经发表或撰写适酶研究成果，也苓包含为获得l t 京鄄龟大学或其纯 教育机构的学位或诚书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何夤斌缘已丧论文中锋了弱确螃说明著表示了落意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相美责任。 本人签名： 型! 璺l 瑶期： z 篷：驾 荚于论文使愿授权蟪说明 学位论交作者氪全了解北京邮嗽；大学贺荧傈整和使建擎位论文的规定，即： 研究生在校墩读学位期间论炙工作的知识产权单位属北京邮电失学。学校有权保 留并向国家寅关部门或机构递交论炙的复印传和磁焱，允许学位论文被查阅和催 阆：学校可以公布学位论爻的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 像密的学位论文农解密后遵守此规定) 保密论文注释：奉学位论丈属乎保密蠢一年解耱后适稍本授权书。非保露论 文注释：本学位论文不属于保密范围， 本人签名： 导师签扁： 适鬈权+ 参y | 稿籁：一丝! ：篓二j 日期 趔： ：丑 就京邮电大学硕士论文第一嚣绪论 1 。1 引言 第一章绪论 在现代社会中潮络鹣终雳嚣趋震要，麓量瓣络实用淫豹糖标之一瓣络可靠 性日益日l 起人们的重视。”。对于通信网络，全网可靠性就是柱规定条件下，规 定时f 司内，全网保持涟通的能力“。实际上，就是通信网络中所有节点能够互 穗连接瓣壤率。透信瓣络懿可靠瞧不仅与逶信浚蓉，链路鸯荧，瑟且还与鼹终 结构有关。而由于翻络技术韵飞速发展和拓扑缩构复杂多变，网络可靠髓的算 法也越来越复杂，也趟具有针对性。由于实际需要，已经有许多通信网络可靠 性的算法问世【。2 3 “o 。8 l 。 竞鄹终在运信瓣中藩予糖当瀵蘩兹遗霞，蠢成药通痿萋融弼络的棱，。在 全球，8 0 以上的信息鬣是通过光纤网络来传输的。自动交换光网络( 简称a s o n ) 是一种新溅的光纤互联网络结构，由于具有能够根据网络中光层拓扑隋况动态 改变爨懑f l 冬旋力，扶瓣遥裁了一令寒效毒鞋离噫藏浆铸竣网络，已藏为下一代光 传送网韵发展方向。与其他网络桷院，a s o n 弓| 入了一个智能控制平面，掇供了 一系列网络生存机制，从而极大提离了a s o n 网络的全网可靠性。这些保护机制 包括1 + 1 光路保护，1 ：n ( k 1 ) 巍路保护，2 f - b l s r ( 2 纾双向光线路菸攀保 护髑挠) 帮4 f 一8 乙s r ( 4 纤双淘光线路共享缲护髑换) 。嚣梵a s o n 全瘸可靠往就 不仅依赖于a s o n 的掐扑结构，还依赖于a s o n 特有的各种保护机制。 1 2 论文选题的髫的意义 以镶对于a s o n 网络可靠性的研究主要是指定连接的端划端可靠性，并没 有将以上保护桃制从全网的角度考虑来计算可靠性。在a s o n 网络规划和设计方 瑟龟簸乏专矮戆全辩霹嚣瞧雾法，扶i 嚣不裁竞全有效夔译倍，分撰窝谯纯鑫s 洙 网络的设计和构建。耩于以上两点，很有必要研究针对a s o n 特性的全网诳靠性 的有效辣法。 零文豹基弱裁在于逶过磅究分辑鼹终可靠瞧的理论耱a s o n 鼹终验保护性 辊制的特点，针对该网络，提出一种基于a s o n 静全网可靠毪计算和分析的模型， 为实际a s o n 网络的规划，优化和娥构提供可靠性方面的理论和数据支持。 因此本文首先介绍a s o n 的楗关领域和网络可靠性算法的一般原理，若绘 密a s o n 网络中节点翻链路豹可靠襁模型，熬瑶分辑a s o n 潮络摆矜缝梅，涛藏 一保护机制下的拓扑元索转化成等效的虚拟网络节点，按照一定的转化觏则形 2 慧京邮瞧大学联士论文 籀一睾缝逢 成一个相对简化的等效虚拟拓扑，在绘出a s o n 全网可靠性定义的基础上，确定 其全嘲可靠憔计算模黧，最盛按照这一模型，在对此虚拟拓扑图遍历连接所有 节点的最小生成树的条件下，计算出虚拟网络失效概率，从磁求得a s o n 的全网 可嚣穗指标，并对所得结论莘嚣成粟进行分析。 。3 论文的结构安瓣 为了对本论文育一个瀵楚兹了解，先将本论文豹结构送行篱要分缮。该论 文共分六章： 麓一耄：绪论。薅穷a s o n 及其蹲霹靠瞧寮韬摇美豹慑妒经援裁，霞时对网 络可靠性的当前研究背景，发展等情况简要概述，引入需进一步深入研究的问 题。 第二章：自动交换光网络a s o n 及其生存性机制。对智能光网的概念，黧鼹 睦，以及对其提裹刚终整体褂靠性瓣保护极割良及该毫医制质程蛉控制层进行详 细介绍，尤其是对可靠性意义极大的四种保护机制进行详述。 第三章：传输网络可靠性。对蝴络可靠性和生存性概念、网元可靠性，漆 到端可靠性等内容以及网络可靠性其他方面阀题等传输网可靠性蒸本理论内容 进行硬究。为分板a s o n 全鲻可靠性避行理论准备。对a s o n 垒网生襻性，可靠 性进行详细研究，并提出一种薪的全网可靠性计算模型。 第四章：a s o n 嘲络可靠性一种新算法的分析。分别从a s o n 网络的生存型 和可靠性定义出发，定义西种典型保护机制下的虚撼节点酌转换和等效可靠性 的计算，通过给出的拓扑转换规则，将网络转换成为简化的虚拟拓孝卜，在依据 新的可靠性算法，最终计算掰虚损强挣的全网可靠梭。 第五章；结合实例，验i 芷该可靠性算法，并对实验结果进行分析，以数据 支持该算法和分析结论。 第六章：对全文进行总结，对聪续的研究工作进行展望。 北京邮电大学硕士论文 第二章自动交换光网络a s o n 及其生存性机制 第二章自动交换光网络a s o n 及其生存性机制 业务量的爆炸性增长，推动了通信信息技术和网络技术的迅速发展，给当 今通信网络的容量、速度、质量以及服务种类等提出了很高的要求+ 促进了宽 带骨干通信网和宽带城域网的大规模建设，并给整个通信网络的体系架构、技 术模式、实现方式等诸多方面都带来了深远的影响。光网络在通信网中的地位 同益重要，己成为通信基础网络的核心。据统计在全球，8 0 以上的信息量是通 过光纤网络来传输的。尤其近几年来，由于d w d m 技术的发展和成熟，光纤带宽 的潜力得到了进一步挖掘，目前学术界、产业界以及国际标准组织对下一代光 网络都给予了高度的重视。以d w d m 为支撑的智能光网络己成为全球业界关注的 新发展动向。目前智能光网络出现了新的发展，就是自动交换光网络 ( a u t o m a t i c a l l ys w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k ，a s o n ) 的出现，其最突出的特 征是在光传送网中引入了独立的智能控制平面，利用控制平面来完成路由自动 发现、呼叫连接管理、保护恢复等，能够实现对网络实施动态呼叫连接管理。 在此基础上，a s o n 具有以下几方面优势：能够快速，高质量的为用户提供宽带 服务和应用；具有更好的网络性能；能够实现实时，动态的流量工程控制；具 有良好的设备互操作性和网络可扩展性。从而形成高效和高响应的传输网络， 成为引领新一代的光网络。 2 1 a s o n 简介 从信息流的角度来看，近年来，话音，数据，视频等通信业务进一步朝着 综合化方向发展，i n t e r n e t 业务总量每年以翻番的速度爆炸式的增长，变为“吞 噬”骨干网带宽的主力军。据统计，世界范围内话音业务量的年增长率仅为1 0 ， 而数据业务的年增长率达到4 0 ，在我国数据业务的年增长率则超过4 0 0 ，发 展极为迅猛。业务量的不断增长，在加上i n t e r n e t 业务自身存在的突发性，自 相似性和不均匀性等特征，意味着目前面向话音设计，基于电路交换的 s d h s o n e t 传送网体制需要像数据为中心的新一代光网络进行整体的升级和 更新。 从技术发展的角度来看，光纤作为一种高带宽低耗损的优良传输媒质已经 广泛应用于通信网络的物理传输平台，密集波分复用( d w d m ) 系统的成熟又进 一步挖掘了光纤的频带资源，单纤传输容量在实际网络应用中已经达到t b i t s s 数量级。伴随着容量的攀升，新技术的引入也促进传输距离不断增大，目前已 4 l t 京郛赵大学矮士论文 第二章蠡动交接走羁络a s o n 藏其生存瞧橇毒l 经可实现数予公里无电中继褥生的趱长距离传输。与此同时，光交换技术的发 展舐推动着大容量冉勺光电交换器件谶入交换节点中，使得在波长层面具备了联 网能力，从两大大增强了波长路由的灵活性，提高了传输网的竞争力。园此， 光网络的研究和建设已经成为网络发展和建设的耋点。 迄今为止，光网络已经走过了第一代，即光主要应用予点到点的传输邋程， 壳纾媒质与铜缆裙眈可戳提供低的多得误院率和离鹃多得容蟹，值楚复褥，交 换，保护等与网络传送相关的功能都需要转化到电层处理来实现。目前光阔络 爱程经历着第二除毅，帮在波分复蠲系统的罄穑上，援密戳毙豹线路终端( o l t ) ， 光分插复用器( o a d m ) ，光交叉连接器( o x c ) 为核心网元构建光传送网( o t n ) ， 将滚长潞壹鞠交换豹壤念孳 入光瑟。海逶藏数据鼗务麴逐逡冁起，“宽带”帮 “高性能”成为新一代光刚络解决方案中不可或缺的两个主题。人们意识剿光 疆终静菱曩爨路不戆佼佼弱隈于疆麓传输容嚣方嚣，受耋簧浆是鲡 蓦充努笈簿 由于路出和交换移逃光层厝所带来的组网灵活性。通过在兆域增加自动控制的 蛰滚手段赋予竞网络智能，成炎一耱援是吸萼l 力豹选择，蠢发震瑟一代餐熊瑟 巧的传送网络体系结构创造了机遇。这种网络将i p 的效率，d w d m 的容量， s d h s o n e t 瓣链牡t 臻阉先送麴控制软终结合在一起，采取撬舞接送餐韪熬方式 使光网络获得前所米有的灵活性与可升级能力。自动交换光网络a s o n ( a u t o m a t i c s w i t c ho p t i c a ln e t w o r k ) 就是其中一摹孛攘好懿勰决方豢。 a s o n 以光传送网( o t n ) 为基础的自动交换传送嗣( a s t n ) 在光纤网络上的实 理。a s o n 於概念是辫际电驳2 0 0 0 冬3 月褒墨本寰都召舞黪会议上，盘i t u t 的q 1 9 1 3 研究组正式提出，并将其形成g a s o f l 建议草案。随后在荚国，荚国 的支持下，t t u t 不叛的对该草案斡内容邀纾修改，於充，予2 0 0 1 攀发毒g 。8 0 7 ( 自动交换传送网络功能需求) 和g 8 0 8 0 ( 自动交换光嗣络体系结构) 两个标 准，随后i t u - t 还隧续推出其他一系罗哇a s o n 相关鲍标准建议，为a s o n 的研究 指明了方向。这表明a s o n 技术实现豹迫切傲和重要性，另一方面也反映了西方 国家对a s o n 的研究投入了匮大的人力物力以抢占来来智能光网络市场的狭心。 同时，一些新老设备制造商也纷纷将注意力集中到智能光网上，并推出稻关产 品。国际工、业界，科学界对a s o n 热裟还有一个原因，就是如果对a s o n 的概念加 以攘广，就可戬便之遥丽子不丽豹传送潮技术，戮姥a s o n 具有普遍适簿意义。 a s o n 实质上可以看作自动交换传送网( a s t n ) 技术在光网络中的一种废用 实例。后者是一种驻通用的网络概念，与疑体技术无关，并能提供一系列支持 在传送网上建立和释放连接熬控翩功能。慕用a s o n 技术以嚣，原来复杂歇多层 网络结构可以变的简单和扁平化，从光网络层开始虞接承载业务，避免了传统 羁络中、监务舞级露受到斡多重羧铡。这秘蟋终结橡孛核心麴特点裁是支掺嚷予 北京邮电大学硕士论文 第二章鑫动交换光弼络a s 铡及箕生存性梳铆 交换设蘩( 例妇i p 黢由交换嚣) 动态淘光鼷路孛潦带宽涤源。电予交换设备可 隧校锯黼络监务分布模式动态交纯的需求，通过信令系统或管理平面资助的建 立和拆除光通道，不需要人工干预。a g o n 方案直接在光纤网络上引入以i p 为 核心憋絮能控劁技术，可以鸯效戆支持连接的动态建立和拆除，哥基于流量= 程技需合理分配潮络资源，并能提供蘸好的黼络傈护恢复性能。因此，可以说， a s o n 代表了光通信网络技术新的发展阶段和未来的演进方向“。 2 。2a s o n 的体系结梅及其控制平嚣 a s o n 在t t u t 文献中豹定义是：通过能够提供自动能够发现和动态连接建 立功能的分布式( 或部分分布筑) 控铺l 平面，在o t n 藏s d h 网络上，可实现劝 态，基于信令和策略驱动控制的种网络“。因此a s o n 基本设想是在光传送网 中引入控制平砸，以实现网络资源的按需分配从而实现光网络的智能化。使岽 来的光传送网能发展为向任何地点积任何月户提供连接的网，成为一个由成千 上万个变换接点瓤子万个终端构成数霹终，劳疑是够智能传逖毫动宠残光圈 络交换连接功能的光传输列。 按照i t u tg 8 0 8 0 ( g a s o n ) 建议，a s o n 觚功能平面上分为传送平面、控 制平面、管理平面三个独立的层面。其中，与底层无关的标准锗能光嗣络成为 自动交换传送网( a s t n ) ，底层为光传送网( o t n ) 的a s t n 称为a s o n 。 传送平面负资数据业务的传输，还可以提供控制平磷和管理平面地通信售 邋，实现交叉，多网络，予拓扑以及多业务等功能。管理平嚣突成传送平台， 控制平套秘整个系统涎维护功能，主要甏囱网络管理爨，着藿对网络遥雩子情况 能掌握茅鞋鼷络资源的优纯配置，受责所有平面澜的协调和配合，对于整个网络 稍有比控制平面甏高的权限，在荣些情况下，管瑾平面可以强制拆除控制平面 的连接。控制平面主要完成对连接的建立和拆除以及其他操作的控制功能，包 括一系列实现路由和信令等特定功能组件，用于连接的建立和释放等。以上操 份可以在管理平面的控制下实现，也可以独立宪成基动交换连接功能。凰2 一l 曼示了a s o n 体系结构。 为实现这秸舞动交换连接凌链，a s o n 控制平程必矮买备一些鏊本功能，包 括发现功能( 妊邻闰发现，拓扑发现，盈务发现) ；路豳功麓( 鲡器种条件下的路 幽计算，更新和优化) ；信令功能( 如完全信令模式下的谶接管理，并结合流量 工程) ：保护和恢复功能( 如网络故障时实现快速业务恢复) ；策略功能( 如链路 管理，连接接纳控制和业务优先级管理) ；业务提供功能( 如波长批发，波长出 租，带宽贸易以及光虚拟专用耀等裁型业务等) ，从覆实现在网终资源积拓扑 6 兰垦壁电天堂篓主鲨塞第二露鑫动交换竞网络a s o n 及其生存梭糖铡 结构的自动发现的基础上，调用动态智能选路算法，通过分布式信令处理和交 互，建立瑞剽端的按需连接，同时褥供可行可靠的绦护恢复机制，襄现故障情 况下连接的自动重构。 练上所遴，a s o n 的最大特点怒从传统的传输节点设备和管理系统中擞象 分离出控制平面，自幼控制取代管理成为a s o n 最主要的工作方式，其优点是 薤瑾遽菠浃，实时纯，与数箍韭务确适应g ”。该平衡负责完成网络遽接的动态 建立以及网络资源的动态分黼。其中包含一系列网络生存机制，从而极大掇离 了a s o n 霹络弱全瓣可靠瞧。 图2 - 1a s o n 豹体系结构 2 3a s o n 孛静堂存懂撬澍 扶、监务的角度，阏终豹生存毪( s u r v i v a b l i t i t y ) 是攒耀终援键兹簿渡务 中断成干扰的能力，自网络发生故障时能尽快将受影响的业务重新选路到空闲 资滚上。毯减少嚣赦凛瑟造藏熬柱衾影虢耱经济援炎，笈瓣络维护在一个霹骧 接受的业务水平的能力。网络的生存性技术保证嘲络在发生故障时对受损姚务 遂 亍浚复，与其德网络裙毙，a s o n 瓣控铡乎瑟餐麓蠖吴备快遮教障恢复怒力， 能够提供多种生存性方式，因此其生存性技术更有其自身的特点。 夔先是餐戆位。a s o s 鳃霪要标惑是实现7 题终瓣分布絮缝绝，矮薄体瑷在 依靠网元实现网络辆扑发现，路由计算，链路自动配置，路径的管理和控制， 选务酶保护葶蟊恢复嚣功熊，从蠢在阙络故障露，够快速技褥保护恢复。 其次是多样性。a s o n 是基于格状拓扑结构的，支持多种保护，恢复方式， 困她瑷畜! p 鄹络，s o h 网络以及w 勰鄹络的多辞像护积恢复等生存性技零都可 7 些塑! 达堂堂_ 主笙堑第二章自动交换光网络a s o n 及其生存性机制 在a s o n 中实现。 s d h 露终中款生存型鼓本与轷粼必网络凌l 稳铋，娃分为镶护倒羧帮恢 复方案两种。其中自动保护倒换( a p s ) 和自愈环( s h r ) 是s d h 网络中最常用 款保护方法，在现在黪a s 酬网络中基本上慕用以上蹰种生存极制，下蘧分别佧 一下滴介： 2 3 1 自动保护倒换a p s a p s 援零是典整魏瘸子镳潞馥簿滚菱懿生存援零，圭要包括1 + 1 ，l ：i 鞫 m ：n 3 种方式，其不同在于分配不同的保护资源。在1 + 1 的a p s 方式下，工作通 道羁绦护逶邀均抟埝蝗务，接受蓑魄较嚣个绩号熬蒺塞著接受更野戆信号，黎 所谓的“并发优收”机制；l ：1 的a p s 方式下，信号由工作通道传送，当工作 遂遥实效对，痿号爱挨到缳妒逶遂巾襞送；m ：n 与l ：l 耀钕，只是n 条王佟逶 道共事m 条保护通邋。下面以最常用的1 + 1 和1 ：n ( n i ) 两种保护机制为例进 嚣波明： 1 + 1 光路保护魑指节点阆采用专用的点到点链路来实现光路保护。在这种 模式下l ，工作路径秘保护路经均传邀业务，接受端比较两个信号矮爨共接爱夏 好的信号。当工作路径发生敬障时，日的带点切换别保护路径上接受数据。图 2 2 楚1 + t 光路保护敕示意辫。 圈2 - 21 + 1 光路保护工作机制 l ：n ( n i ) 毙鼹绦护爨籀k 条工终链鼹_ 共享l 条器妒链踌，n 个不弱黪连 接沿着n 祭分离路径传输，预先建立一条分离路径为n 条生路径提供共享保护 铡换。墨2 - 3 是1 ：n ( n 1 ) 光踌保护王撵爨割豹暴意嚣。 8 索瓣毽太学醭士论文 第二肇鑫裁交换先隧绣a s o n 殷其生存瞧辊铡 2 , 3 2 自愈环s h r 图2 - 31 ：n ( n i ) 光路保护工作机制 s h r 是一种非常成功的网络生存技术，比a p s 更具灵活性，可以处理节点 故障和链路故障，殿用方厦不局限予s d h ，s o n e t ，也可甩手d w d m 环网。鸯 愈环保护方式中，主要分为单向通道倒换环和双商线路倒换环。其中运嗣鼹广 泛的是后者。双向线路倒换环( b l s r ) 采用一对绒多对光纤来连接帽邻帮点。 每对光纤中，一根糟于工作路径，另一禳阁作保护鼹径；躐者一对光纤嗣作工 作路径，男一对用作保护路径。这种网络飘置提供了一种具有自愈能力的闭环 结构，可以在光缆和节点失效的情况下恢燮监务，可靠往稿当高。图2 - 4 帮图 2 5 分别是2 f b l s r ( 2 纤双向光线路共享保护倒换) 和4 f * b l s r ( 4 纤双向光 线潞共享保护翻换) 鹃工作筏翻示慧圈。 9 j e 京邮电大学颈士论文第二章自动交换光嘲络a s o n 及其生存性机制 信号入口， 图2 - 42 纤双向光线路共享豫扩倒敞 图2 - 54 纤赦向光线路共享保护弼羧 本文鸯分摄方便，选择疆零孛a s o n 中避用最广泛豹僳护戡割，分裂是i + i 光路保护，l ：n ( n 1 ) 光路保护。2 f - b l s r ( 2 纾双向光线路共事保护倒换) 和4 f b l s r ( 4 纤双向光线路共事保护倒换) 谶行分析。 京鄄邂天学联圭论文 簧兰章抟瓣瓣路霹嚣性 第三章传输网络可靠性 阏络可靠淫豹诗辩缓丈稳凄上婊赖于霹终可靠浚酌定义，对于馋输网络， 网络可靠性的定义就怒在规定条件下，规定时间内，全网保持连通的能力“。 实际上，羲是遇信飘终中辑鸯节点能够互籀逡接靛凝率。由予传辕瓣络可以糖 象为流量转接的节点和流量传输的链路两部分，通信网络的可靠性酋先与通佰 设备，链臻的可嘉牲蠢盏接熬关系，溺蓝诗箕传稳溺络露霉l 羧蓄先定义移计 算网络单元的可靠性。此外，网络的结构决定了网络憋体的特性，冀可靠性能 邀不铡夕 ，瑟琵还更黧要。爨蓝在定义露终鼙元可靠性载弱瓣，谤算不网豹瓣 络结构的可靠性就是计算网络可靠性必需进行的步骤。这其中就涉及到网络拓 羚的分解帮缀合，网络树图泌转换良及霹络司囊憔懿簿法选撵等淫多闻题。 本章就媳通过对网络单元，系统可靠性的总结，来整理和分析针对性的网 络可纛性指括豹制定耱诗算模型和步骠。3 。l 节主要余绍传输网络斡蛰捧性， 照 就是网络的德壮性的定义和分类等；3 2 节是对网络鲁棒性中最重要的生存性和 可靠，陂豹定义鞠分辑；网络攀元以及全网可纛性是本文的重点，分以下三章节 讨论，即3 3 是对网络单元和系统的可靠性进行分丰斥和讨论，着重予其指标的 表达和计算，3 , 4 主要是对网络拓扑缎梅的可熊性计舞和分柝，3 。5 节提出可舷 性计算的方法论以及本文采掰的思路，3 6 节时目前可靠性研究的现状作了综合 阐述。 3 1 传输网络的鲁棒性( 健壮性) 电_ 信网可靠性是电信网遂行中最露要的指标之，其定义为：襁规定的时 褥离荸拜凝定静条箨下，宅信两能宠裁箕功瑟，并把箕蝗务震燕参数缳待在麓定 值以内的能力。也可以理解为在规定时间内和规定的条件下，能完成所要求功 链翡毂率。瓣络翡可靠瞧反软了潮终静生存缝鹃大夺。其锌窍敷下含义： 0 网络的节点对之间至少存在一条路径： 阚终中一指定节点畿与一缀节熹稳嚣通菇； 网络可以互相通信的节点大予某一阀值： 蹰终中任意疆节点瘸健辕翡廷小手浆一瘸袋； 网络吞吐量超过某一阀值。 荬中l 至3 羞跤予网络逸运蛙，4 察s 蒙蔽予溺终哥矮瞧实载上。 网络可靠性的研究大致可以分为三个内容；一怒抗毁性，即不涉及到网络 承载镌监务，仅从籀拎缝握上考虑蹦鼹茨连犊性，一般为糖蒙度帮逐遵度；二 l e 京邮电大学硕士论文 第三章传输网路可靠性 是生存性，即考虑网络部件的随机失效性，测度为连通檄率；三是有效性即考 虑满足网络业务性能条件下的网络可靠性，其测度随考察的业务的不同而不同。 因此进行网络可靠桎分析可戳l 胄纳如下： ( 1 ) 选撵个合逶的赠络业务性能撂标，在悲綦磁上壤立j 霹l 户霹接受，艇 映网络可靠性的性能阀值： ( 2 ) 通过可靠性建模和模型求解计算网络可靠憔，即定义网络部件的工作 模式，确定丽络的工作状态，计算每个阏络状态出现的概率，并将所有满足条 馋的状态能嘏率送行综合，褥枣弼络的可靠性量疫 以下为光网络的生存性指标体系，采用嫩化凳析方法， 并按抗毁性，生存性， 有效性等排列： 1 ) 抗毁性指标：韬聚度和i 童通度 连遴度是霆数量黪节点缀成兹逶信鼹静节点连逶度戆要求撂撂，定至少 需要去掉的节点数( 最小节点数) 稳必连邋度，表示使图不连遁至少要去掉躲 点数。因此图的连通度越大，相窳的电信网的可靠性越高。 粘聚度是个网络解体至少需要去掉的链路数( 最小链路数) ，表示使该图 不逡逶，至少癸去簿静边数。西藏强懿粘聚度越大，糖应拖铬两憝督靠橼越离。 对于同个国，逡通度不大予糙聚度，当圈为蠢则髫时，二者相等。因此 可用粘聚度来表示网络的抗毁性。对于不同的蒯络掇扑，用粘聚度与图链路总 数的比值作为抗毁性的指标，该值越大，刚所规划网络的可靠性越商。 2 ) 鬟三存往指标：线段，圭存髓与礴络生存惶 生卷性 鼗系绞的保护和恢复挺力，绘搬了逶售鼷在髓虮破坏纷瘸下熬网络 可靠性，描述了随机破坏以及网络拓扑结构对通讯网可靠性的影响，包括破坏 剩余的网络所具有的通信能力是否在规定的范嘲内，与以前通信能力相比较受 到多大的损炎。监务恢蔑的时间和监务滚簸的范围怒度量生存性的最重器的指 标。 业务恢复时间对不同的业务类别真不间的要求，总的要求是5 0 m s 到3 0 r a i n 之间，对于话音呼叫，臻求恢复时间必须在1 5 0 m s 2 s 的范围之内；对于数据业 务，要求恢复时间必须在2 s 3 0 0 s 的范围之内：根据不同的恢复时间，可以对业 务分成不同的等级，分缀的指标要求如下： 1 级5 0 m s 2 0 0 m s ：2 缀2 0 0 m s 2 s ；3 级2 s l o s ；4 级l o s s t a i n 。 网络生存性，又称网络的生存率，是指网络在磁常使用环境下一旦出现故 障时，熊溪鬣冗余翡传送实体，宠成矮定的绦护秘恢复珐麓懿转力。鑫藩提赢 网络生存性最有效的方法是在踺络中s l 入努自动交换能力的节点。以下是网络 生存性和线段生存性的计算公式： ! ! 室塑皇茎堂篓圭望茎 篓三兰鲎墼塑堕要塞堡 线段静生存褴ix 线羧渡务量i 网络的生存性= 点l i _ 一 式( 3 - 1 ) y 线段渡务量i 嚣 线段懿生存牲= 薹鎏壁笔雾姜塞譬釜黔 式e s + 2 ， 光网络本身的安全性要用冗余艨来评玲。冗余发是系缝提供部分冗余的容 量，供旦出现故障情况下调动使稍。具体由以下两个概念即网络冗余度和线 段冗余度来衡量。以此体现系统的誊棒性。 网络姻冗余度 线段的冗佘度i 线段允许的容量i t l a 线段允许的容量i t 1 1 式( 3 3 ) 线段的冗余性= 塑璧垒堇曩震等基斋篱掣式c 。一。， 在3 3 鼙节，我们将对引入自动交换能力节点酌a s o n 网络，旅据其潮络 单元的可靠憔以及由于采用器种生存性机制下的网络结构的生存性性能作出详 细的分析。 3 ) 有效性指标：网络设备可靠性与网络有效性。 网络有效往是一种基予网络惶熊豹可靠性搔标，表示黼络系绫在阏络部件 失效条件下满足通信业务性能要求的程度，主要量度：网络中特定节点在规定 辞阊离寝妥巢一苇点发送信患翡概率；两络中心节赢翻英穗节点豹传输簿巯不 超过给定阀德的概率；网络业务吞吐量超过给定阀假的概率。 3 2 网络可靠性与网络生存性 生存性鼹网络可靠性的标志之一。它与可靠性既有联系又有迸剐。主燹区 裂在于可靠技是霹以摄据缝成鼹终瓣元嚣铎戆健能统诗篷擞毽该溅，瑟生存性 则是与统计值无关的，它关注的是嗣络怎样在意外情况下完成正常功能的能力。 光蹦络戏本麴傻势农子其强大靛生裙能走，蠢越拳文将生谨性终戈一个单猿熬 小节来讨论分析。 生存性阉题是瑷 弋煌送网络戏剡设诗秘运幸亍懿笑键考感因素之一，冀陡能 的优劣主要取决于物理拓扑结构、网络恢复算法以及备用容量的大小和分布， 其中恢复箕法是否键能和赢效是关键癀在。随着传送啜络浆发展，网络的生存 北京邮电大学硕士论文第三章传输网路可爨性 性已成为当前网络关注的重要内容，离效灵滔的保护与恢复手段已成为新一代 网络必须具冬躲重要髓征。 为了下步研究的方便，首先对网络生存性涉及的几个容易混淆的概念进 行分据： ( 1 ) 网络生存性：网络的生存憾( s u r v i v a b i l i t y ) 是措网络抵制故障业务 中断或受干扰的能力，在网络发生任何故障薅能尽快将受影响的业务倒换到空 闲资源，以减少困故障而造成的社会影响和经济损失，使网络维护一个可以接 受的业务水平的能力。 ( 2 ) 业务弹性( r e s i l i e n c e ) ：业务弹性怒指当喇络发生敞障对邋过相应的 故障恢复机制去减少域最小化业务受影响的能力，其中包括密户的业务管理和 控割。 ( 3 ) 网络的可靠性( r e l i a b i l i t y ) ：网络的可靠性是指在网络设备及原件难 常使瓣寿命之内，不发生鼓簿，维持潮络正常运行静能力。 其中，网络的生存性和弹性没有本质的区别，柱些具体的环境下可以通 臻，它稻主要觚网终整务不受馥漳影豌静角发来送行分李厅；鼹疆终生存瞧彝霹 靠性却有着明驻的区别，网络的可靠性和网络器件戡局部设备的正常使用寿命 镬关，霹以邋遘统计疆测来确定，毽生存淫粼萋本上爱与绞诗寿会蠢美，臻述 的是慧样在意外的情况下完成生存功能的能力。可靠性性能鼹多是在设备网络 魏设诗之镑确定懿，建影响隧络麴生窿蛙熬一令重要嚣素；嚣生存经受多夔是 通过网络的生存性机制的配鬣来完成的，关浪的是故障发生肠的业务恢复能力。 囊予遂傣鼹终是一令较大戆系缓，失了获褥更熬其有实骣操终4 羧懿生意瞧 定义来对网络的生存性进行分析，网络的生存性可以从两个方面进行考虑。一 是基予通信鄹络本身考虑，到翔网络薅论理谂可戬从圈终逢逐性戆强度对嬲络 的生存性进行定义；二是基于通信网络承载的妲务考虑，从网络故障对网络承 载蛉业务造成豹影响这一是发出发，以业务爨为基秣进行生存性的定义。磁趺 业务为核心的网络中，后种考虑将更加重瓣。网络的生存性通常以生存率来 表示。当网络中由予节点弱链路故障造成业务损失戏中叛聪，可从其它备用路 径重路由的渡务量与原路径所传送的业务量之比。衡墓生存性定义楠准如下： 一是能够满慰不龋发展变化的通信网络生存性要求；= 是邋过其可对网络生存 性迸行设计，获得较商的网络生存性能。 ( 1 ) 基于网络连通性的生存髓分拆 基于“网络连通往”的网络生存性被定义为：径网络教生故障时，在网络 业务节点对之间至少还有一条路径连通的概率。在发生故障的网络拓扑以及发 生敝障的丽络节点或链路确定的情蕊下，这一概率研班确寇。剐基于网络逐通 悲哀# 电夫学磺圭论文 第三章抟输秘路霹靠往 性的生存性定义如下式： 。故障发生后保持连通的节点对 沁2 面蓖爱爵两蕊琵西磊矮丙 如要保证网络的生存性能，就必须保证网络节点之间的连通，这就需骚 在对嬲络遴稽配置霸设诗豹嬲融将嬲络豹生存蛙因繁考虑进来，爱戴孳f 入“霹 络冗余度”的概念。对于一个网络，若网络处于连接状态的节点数为n ，处于 使用状态的镳鼹为b ，则网络的链路冗余度必： r = ( 当前的链路数一连接所需的最小链路数) = b f n 1 ) = b + l n式( 3 - 6 ) 为了连接1 1 个节点需要惩少( n - 1 ) 条链路，当网络中所有节点都与其它节 点相连时，则蔼要的链路数照：b = n ( n 1 ) 2 刚全连邋凿的冗余度为： r = b 十l 一1 2 = ( n 1 1 ( n 一2 ) 2式( 3 - 7 ) 强冗余魔较小时，网络的生存性能力较箍，因为其傈护猿复静措篪少；随 着冗佘度的掇离，网络的生存性能力商所增强，曝为其增加了保护恢复的措施； 瞧是，网络的成本帮复杂疫穗将会迅速增魏，所殴较理想豹解决方法是通j 建分 析选取合适的冗余度值以兼顾网络的配置成本和生存性。 i ) 巍鼹保护，2 f 。b l s r ( 2 纾双肉光线路共享僳护翻换) 秘4 f - b l s r ( 4 纾双寅光 线路共享傈护倒换) 6 1 。著霸结构和串行络构是网络分解中常爝丽又有效的转 换方式【5 1 。以上飚种保护机制可按照这两种结构近似计算其可靠性，从而可以 将备个保护机制下的网络元繁抽象为一个“节点”。 溺络懿状态壅萤赢状态鞠链爨妖态缀成，舞采二畿熬工俸模式攘萎独立， 则在求解全网可靠性的计算中，将若干节点和链路的煞含抽象成可纛性等效的 “节点”和“锻蹒”，与网络刹余元素保持原有连接的觳件下，组成的新拓扑的 可靠缝与原菝扑西靠蛙是一致弱。这辫等效转键就是璇瓣端可靠瞧计算豹誊雳 恩鼹，也是本文实际拓 等效转佬为虚拟拓扑的前提。 对于通过转换而形成的虚拟网络，念网可靠性的斑义就显得十分关键。显 然在新的虚拟网络中，任何个节点，冤论是实际节点还