（电磁场与微波技术专业论文）ason网络生存性相关技术的研究.pdf

北京邮电大学硕士学位论文 摘要 a s o n 网络生存性相关技术的研究 摘要 随着因特网的快速发展，i p 业务呈现爆炸式增长，电信网络从以承 载语音业务为主转向以承载数据业务为主，在传输的业务量上和传输的 业务特性方面给传统的电信网络提出了新的要求。由于数据业务不同于 话音业务，具有自相似性、不对称性、动态性、突发性等特点，对传送 网络提出了动态、实时进行业务提供的要求。智能光网络( i o n ) 的出现 不仅满足了飞速增长的带宽需求，而且契合了数据业务的突发特性。智 能光网络能够灵活自主地建立网络连接、合理有效地调度网络资源，并 能提供快速、多样的业务恢复手段。这些功能的实现，得益于信令、路 由和生存性等智能化网络控制技术的引入。其中，生存性的相关技术是 保证网络性能的重要技术，在网络故障情况下，生存性技术用于实现受 损业务的恢复。 本论文的工作将围绕a s o n 网络的生存性相关技术展开。对智能光 网络的全面的分析介绍后，主要对与生存性相关的一些关键问题进行研 究，完成的主要工作和取得的成果如下： 分析了在i p 网络，s d h 网络和a s o n 中的网络生存性的特点，通 过对比给出了a s o n 在生存性技术方面的优势。随后对a s o n 的生存性 特点进行了量化分析，给出了a s o n 生存性的评价体系。 一研究了针对a s o n 生存性的保护和恢复机制，由于a s o n 的应用 具有更强的灵活性和多样性，因此提出了a s o n 保护与恢复的几种应用 策略。最后对a s o n 保护与恢复策略的进行案例分析，并着重对s n c p 和p r c 两种业务的保护过程进行网络仿真分析，结果表明a s o n 网络保 护与恢复技术能够很好的保证网络的生存性要求。 一提出了一种基于风险约束的最短路由算法( r c s p f ) ，该算法以 共享风险链路组( s r l g ) 为基础，能够根据链路风险矢量的维度调整链 路权值，提出了两种面向应用的路由算法：r c s p f - i 和r c s p f - i i , 并分 别讨论了应用于固定权值的网络和动态权值网络中的算法，在不同的资 源情况下分别对这两个算法应用进行了路由仿真比较，结果显示这两个 算法能够有效的提高网络生存能力。 一针对网络的风险情况提出了部分风险分离算法( p r d r a ) ，传统 北京邮电大学硕士学位论文 摘要 的风险分离算法能够提高网络的生存性，但是会导致连接路由成功率和 链路资源使用率会下降。而部分风险分离算法在增加网络生存性的同时， 又可以避免网络资源利用效率的下降。文中提出了三种部分风险分离的 方案，并且对其分别进行了仿真比较，验证了这三种方案能够从不同的 方面改善网络的资源利用效率。 关键词：智能光网络( i o n ) ，自动交换光网络( a s o n ) ，生存性技术， 保护和恢复，风险约束，风险分离 北京邮电大学硕士学位论文摘要 r e s e a r c ho ns u r v i 、么气b i u t yo fa u t o m 忪t i c a i ，iy s w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k ( a s o n ) a b s t r a c t w i t ht h er a p i d d e v e l o p m e n to fi n t e r a c t ，t h ei p t r a f f i cg r o w t hi s e x p o n e n t i a l t h ep r i m a r ys e r v i c e sc a r r i e db yt h et e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k a r eu p g r a d i n gf r o mt h et r a d i t i o n a lv o i c et r a f f i ct ot h ed a t at r a f f i c ，w h i c h b r i n g sag r e a tc h a l l e n g et ot h et r a n s p o r tt e c h n o l o g y ：o n ei st h ec h a r a c t e r i s t i c o fd a t at r a f f i c ，a n dt h eo t h e ri st h ea m o u n to ft r a f f i c t h es e l f - s i m i l a r , d y n a m i c a l ，a n db u r s tc h a r a c t e r i s t i co fd a t ai sv e r yd i f f e r e n tt ot h ev o i c et r a f f i c n ea p p e a r a n c eo fi n t e l l i g e n to p t i c a l n e t w o r k s ( i o n ) n o to n l ym e e t st h e i n c r e a s i n gn e e d so f b a n d w i d t h b u ta l s oc o p e sw e l lw i t ht h eb u r s td a t at r a m c i n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k s c a na u t o m a t i c a l l ye s t a b l i s h d y n a m i ct r a f f i c c o n n e c t i o n sa n de f f e c t i v e l yc o n f i g u r en e t w o r kr e s o u r c e s a m da l s om u l t i p l e s c h e m e sf o rr a p i dr e s t o r a t i o na r ep r o v i d e di n1 0 n t h e s ei n c r e d i b l en e t w o r k f u n c t i o n sa r er e a l i z e dd u et om a n yi n t e l l i g e n tc o n t r o lm e c h a n i s m s s u c ha s s i g n a l i n g ，r o u t i n ga n ds u r v i v a b i l i t yt e c h n o l o g i e s s u r v i v a b i l i t yi s t h ev i t a l t e c h n o l o g yw h i c hg r e a t l yi m p a c t s t h e p e r f o r m a n c eo fo p t i c a l n e t w o r k s m e a n w h i l ei ti sd i s t i n c ta n dr e l a t i v e i nf a i l u r ec o n d i t i o n ，s u r v i v a b i l i t y t e c h n o l o g yc a ne n s u r et h er e s t o r a t i o n so fa f f e c t e dt r a f f i c s i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，o u rr e s e a r c hw o r kf o c u so ns u r v i v a b i l i t yi na s o n a f t e re x t e n s i v ea n ds y s t e m a t i c a la n a l y s i so f1 0 n ，w em a k ed e e pa n d i n n o v a t i v er e s e a r c ho ns o m ek e ys u r v i v a b i l i t yt e c h n o l o g i e s t h em a i nw o r k s a n di n n o v a t i v er e s u l t sa r el i s t e da sf o l l o w ： 一a f t e ra n a l y z et h es u r v i v a b i l i t yp r o p e r t i e so fi pn e t w o r k ，s d hn e t w o r k a n da s o n ，w eg i v et h e a d v a n t a g e s o fa s o ns u r v i v a b i l i t y t e c h n i q u e s ： c o m p a r e dw i t ht h o s eo fo t h e rn e t w o r k s a n dt h e nw ef o c u so nt h ea s o n s u r v i v a b i l i t ya n dg i v ei t se v a l u a t i o ns y s t e m w ，ea n a l y z et h es c h e m e sf o rp r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o ni na s o n w 色 p r e s e n tt h ea p p l i c a t i o ns c h e m e so fp r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o n a n dt h e nw e u s es o m ec a s e st og i v et h es i m u l a t i o no fp r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o nf o rs n c p a n dp r cs e r v i c ei na s o n t h er e s u l ts h o w st h a tt h es c h e m e sf o rp r o t e c t i o n a n dr e s t o r a t i o no fa s o nc a ne n s u r et h es u r v i v a b i l i t yo fn e t w o r kw e l l 北京邮电大学硕士学位论文 摘要 一w ep r e s e n tr i s k c o n s t r a i n e ds h o r t e s tp a t hf i r s t ( r c s p f ) a r i t h m e t i c t h i sa r i t h m e t i ci sb a s e do ns h a r e dr i s kl i n kg r o u p ( s r l g ) i tc a na d j u s tt h e l i n kw e i g h ta c c o r d i n gt ot h ed i m e n s i o no fl i n kr i s kv e c t o r i nt h i sd i s s e r t a t i o n ， w es e p a r a t et h i sa r i t h m e t i cw i t ht w op a r t s ：r c s p f ia n dr c s p f i i d i s c u s s t h eu s a g eo ft h ea r i t h m e t i ci n s t a t i cw e i g h tn e t w o r ka n dd y n a m i cw e i g h t n e t w o r k w r es i m u l a t et h ea r i t h m e t i cp e r f o r m a n c ei n d i f f e r e n tr e s o u r c e c o n d i t i o n s ，a n dt h e r e s u l t p r o v e s t h a tt h i sa r i t h m e t i cc a ni m p r o v et h e s u r v i v a b i l i t yo ft h en e t w o r k 一一w e p r o p o s e p a r t i a lr i s k d i s j o i n t r o u t i n ga r i t h m e t i c ( p r d r a ) t r a d i t i o n a lr i s kd i s j o i n tr o u t i n ga r i t h m e t i cc a ni m p r o v et h es u r v i v a b i l i t yo f t h en e t w o r k ，b u tt h es u c c e s sr a t i oo fr o u t i n gc o n n e c t i o na n du s a g ee f f i c i e n c y o fl i n kr e s o u r c ew i l ld e c l i n e p r d r ac a ni m p r o v en e t w o r ks u r v i v a b i l i t ya n d ， a tt h es a m et i m e ，c a na v o i dt h ed e c l i n eo fn e t w o r kr e s o u r c ee f f i c i e n c y i nt h i s d i s s e r t a t i o n ，w ep r e s e n tt h r e em e t h o d sf o rp a r t i a lr i s kd i s j o i n t t h es i m u l a t i o n r e s u l t sp r o v et h et h r e em e t h o d sc a ni m p r o v et h eu s a g ee f f i c i e n c yo fn e t w o r k r e s o u r c eo nd i f f e r e n ta s p e c t s k e yw o r d s ：i n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k ( i o n ) ，a u t o m a t i c a l l ys w i t c h e d o p t i c a ln e t w o r k ( a s o n ) ，s u r v i v a b i l i t yt e c h n o l o g y , p r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o n ， r i s k c o n s t r a i n e d ，r i s k d i s j o i n t 北京邮电大学硕士学位论文声明 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知， 除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 堡! 餮! 蘑 日期：垒堑：壹 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容， 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。( 保密的学位论文在解密后遵守 此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 巫监缓 日期 日期 旦剜6 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 1 1引言 第一章绪论 随着用户对网络数据业务需求的快速增长，以i p 为主的i n t e r n e t 数据业务呈爆炸 式增长趋势，飞速增长的业务需求扩大了用户对网络带宽的要求。传统光网络作为各 种网络的基础网络，正面临着各种挑战，传统的光传送网( s d h w d m ) 使用的设备 智能性很低，大都采用固定的光链路连接模式，对高速带宽的指配基本上是静态的， 并因此带来一系列的缺点：缺少实时的业务供给能力，业务配置时间长；缺少智能带 宽，利用率过低，不能满负荷运转；备用容量过大，缺少先进的保护、恢复和路由选 择功能；不能提供个性化的多项服务以供选择等。随着数据服务量的激增，网络规模 的飞速发展，低容量、人工配置的传统光传送网络已经不能适应现实用户对网络的需 要。 为了解决传统光网络中存在的问题，自动交换光网络( a s o n ) 应运而生，它放弃 了传统光网络的管理层和传送层的双层结构，而引入了控制平面，利用控制平面，将 以i p 为核心的智能控制技术直接引入了光层以构建智能化的光网络，这样使光网络 能够动态的进行光路配置和资源管理，有效地支持连接的动态建立与拆除，基于流量 工程按需合理分配网络资源，并能提供良好的网络保护恢复性能，从而为运营商提 供灵活有效的光网络运作方式。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，是现在重点发展的方向之一。 1 2智能网的发展现状 自1 9 9 9 年a s o n 网络概念的提出，在短短几年的发展中，自动交换光网络技术 的研究取得了巨大的进展。在概念上，与底层无关称为自动交换传送网( a s t n ) ， 底层为光传送网o t n 的a s t n 称为自动交换光网络( a s o n ) 。a s o n 不仅可以适 用于当前环形、线性和点到点的网络拓扑结构，而且更适应于m e s h 网络结构，同时 智能化的控制和管理使网络具有很强的灵活性。自动交换光网络在传统的光传送网中 引入了控制平面，使网络具有了动态交换的能力，满足了数据业务发展对网络功能提： 出的要求，对传送网技术和概念的发展是一次重大的、具有革命意义的变化。， ( 1 ) 智能光网络标准化工作 在标准制定方面，目前国际上许多标准化组织、设备制造商、运营商都非常关注 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 a s o n 的标准化，包括i t u t 、互联网工程任务组( t f ) 和光互联网论坛( o i f ) 等组织都在对自动交换光网络的相关技术和标准规范进行研究。 ( 2 )智能光网络研究和建设 目前，各个国际标准化组织都在起草了关于a s o n 的很多标准，并致力于相关 控制协议和接口规范的制定。鉴于这些标准，国内外许多设备制造商正在加紧对 a s o n 智能光网络设备的研发工作。许多国际知名的网络设备制造商，如n o r t e l 、 c i e n a 、l u c e n t 、t e l l i u m 、c i s c o 等公司均制造出支持智能光网络功能的智能设 备，国内的中兴、华为、烽火通信也在进行这方面的研究并有相关产品。 一般而言，a s o n 是一种主要面向企事业用户的、最大可覆盖城市及其郊区范围 “ 的、可提供丰富业务并支持多种通信协议的本地公用网络。多业务特征带来了一系列 有别于其他网络的特点： ( 1 ) 面向公用网应用和多用户环境，具有一定的q o s 保障要求； ( 2 ) 具有向用户提供多业务、多速率、多种服务质量的接入能力，同时具有向运 营商提供可管理、支持多种运营服务方式和网络技术演变的能力； ( 3 ) 支持多种客户层信号，能够快速地提供客户层信号所需的带宽； ( 4 ) 业务范围广，包括数据、语音和图像等，是全业务网络。 a s o n 由于其特有的网络恢复机制，有关专家预言a s o n 最先的应用可能是在城 域网。这是由于城域网中业务结点大、带宽需求高以及城域网有实时变化的业务流向 等特性，a s o n 灵活的保护恢复机制和强大的控制功能适用于城域网的这些特性。 1 3a s o n 网络生存性的研究意义 网络生存性属于网络完整性的一部分。网络完整性包括网络的服务质量、可靠性 和生存性，涉及通信系统多方面的技术。生存性与可靠性是不同的，网络生存性 ( s u r v i v a b i l i t y ) 泛指网络经受各种故障，甚至灾难性大故障后仍能维持可接受的业 务质量的能力【1 1 ，而可靠性是指器件或局部的正常使用寿命，可通过统计预测来确定。 当前，现代社会对通信的依赖性越来越大，因此网络的生存性已经成为了人们日益关 注的问题，高容量的光纤失效，将影响数以千万计的电话业务瘫痪，由于巨大的通信 容量，使得传送网络中任何故障都会带来巨大的社会影响和经济损失。网络的生存性 是对设备失效周期时间函数的量度，对维护成本和服务持续性有着重要的指导作用， 因此，对网络的生存性进行深入研究不仅具有重要的实用价值，而且具有深远的理论 j 意义。 a s o n 网络控制平面的引入为高效快速的网络生存性提供了良好的条件，给网络 生存性研究提出了新的要求。智能光网络的重要特点是能够实现网络资源的动态分 2 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 配，智能化的连接管理，快速高效的网络生存性策略，更重要的是能够承受网络故障 并且提供很强的生存性。因此生存性研究是智能光网络研究的重要组成部分，并且会 涉及到网络的多个方面，符合技术发展的趋势，对不远的将来有重要的应用前景。 1 4论文的结构安排 基于以上对光网络生存性研究的背景和意义分析，本人在硕士学习期间对智能光 网络的生存性的关键技术进行了深入的研究，主要工作包括： a s o n 生存性技术中保护和恢复机制的分析和研究； 提出了基于风险约束的最短路径算法，并针对提出的方案进行了仿真验证； 提出a s o n 网络的风险分离概念，并对完全风险分离算法和部分风险分离算 法进行仿真分析。 围绕以上工作，本论文以光网络生存性关键技术研究为核心展开，对a s o n 网络 中生存性问题的相关问题进行了研究和探索，论文具体的结构安排如下： 第一章介绍了光网络生存性的背景，研究的意义与本论文的内容和结构安排； 第二章首先介绍了a s o n 的基本概念和特点，然后提出了生存性相关知识，包括 网络生存性的基本概念，a s o n 的生存性的概念以及在网络生存性方面的优势； 第三章对a s o n 的保护与恢复机制进行了分析，提出了保护与恢复的应用策略， 通过具体案例分析了网络中保护和恢复机制的过程； ， 第四章提出了一种基于风险约束的最短路径算法( r c s p f ) ，给出了两种解决方 案，并分别在固定权值网络和动态权值网络环境下进行了仿真，最后与o s p f 算法的 仿真结果中的各种性能参数做了比较； 第五章针对单层网络生存性提出了部分风险分离的选路算法( p r d r a ) ，文中对完 全分离的选路算法和部分风险分离的选路算法分别进行了过程描述和分析，并且对这 两种风险分离方法进行了仿真分析和性能比较。 第六章为总结，对全文进行总结，对后续的研究工作进行展望。 3 北京邮电大学硕士学位论文第二章a s o n 的生存性 第二章a s o n 的生存性 2 1a s o n 的基本概念及特点 2 1 1a s o n 的基本概念 a s o n ，即自动交换光网络，是能够智能化的自动完成光网络交换连接功能的新 一代光传送网络。自动交换连接是指在网络资源和拓扑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，建立端到端的按需路由连接，同 时提供可行的，可靠的保护恢复机制，实现在故障情况下连接的自动重构1 2 儿引。 a s o n 系统的体系结构如图2 1 所示，由传送平面，管理平面，控制平面三个平 面组成。图中的d c n ( 数据通信网) 表示用于承载控制信令和管理信息的数据网络。 n m i a ：网络管理a 接口l n x ：层网络 n m i t ：网络管理1 接口 c c i ：连接控制接口 图2 1a s o n 体系结构示意图 a s o n 网络中的三个平面的功能为： 传送平面：为用户提供从端到端双向或单向信息传送，同时，还要传送一些 控制和网络管理信息，a s o n 能够进行实时的流量工程控制，实时、动态地 调整网络的逻辑拓扑结构以避免拥塞，实现资源的最佳配置； 4 北京邮电大学硕士学位论文 第二章a s o n 的生存性 2 1 2 控制平面：主要实现路由控制、信令协议、资源管理以及其他的策略控制功 能。控制平面的控制节点通过信令相互协调，完成呼叫和连接的建立与释放， 实现连接的自动化，并且能在连接出现故障时，进行快速而有效的恢复； 管理平面：完成传送平面、控制平面和整个系统的维护功能，它负责所有平 面间的协调和配合，能够进行配置和管理端到端连接，是控制平面的一个补 充。 a s o n 的网络特点 a s o n 的特点就在于它在网络中引入了控制平面，使用接口、协议以及信令系统， 直接在光纤网络上导入以i p 为核心的智能控制技术。a s o n 可以动态地交换光网络 的拓扑信息、路由信息以及其他控制信息，实现了光通道的动态建立和拆除，以及网 络资源的动态分配。控制平面可以说是整个自动交换光网络的核心部分，a s o n 控制 技术的应用带来了许多新的网络特征，提供了更多的网络功能，其中，最主要的新特 点包括： 呼叫和连接过程的分离 a s o n 中连接的建立是通过信令的交互自动完成的，这也是与传统光网络相比最 为突出的特点之一。在a s o n 中，一条通路的建立需要先后经过两个过程：呼叫和 连接，这类似于电话连接的建立过程。呼叫过程主要进行用户接入权限的认证；连接 过程主要实现资源的预留和分配。也可以认为，连接过程是包含在呼叫过程中的一个 子过程，只有连接建立过程结束，呼叫过程才完成。 。使用自动资源发现机制 自动资源发现技术是a s o n 的一大特色，它是指网络能够通过信令协议实现网 络资源( 包括拓扑资源和服务资源) 的自动识别。这对于网络来说是一项相当重要的 功能，它使得a s o n 网元( n e ) 或者终端系统( 如a s o n 网络的客户) 能确定它们 是否正确的相互连接，并可确定通过这些连接能提供什么样的业务，这就为实现分布 式连接管理中的路由和信令功能迈出了重要的第一步。 网络生存性技术的新特征 由于智能控制功能的引入，使得a s o n 的生存性技术与传统的光网络相比有了 更为突出的特点。高效、灵活、可靠的保护与恢复能力成为了a s o n 所必须具备的 重要特征之一。，： 北京邮电大学硕士学位论文第二章a s o n 的生存性 2 2 a s o n 网络中的生存性 2 2 1 网络生存性的概念 网络生存性是指网络在经受各种故障时能够维持可接受的业务传送质量的能力。 当任何故障发生之后，网络应能够采取措施尽快地恢复受影响业务的可靠传送，以减 少因故障而造成的社会影响和经济损失，使网络维持一个可以接受的业务传送水平。 生存性问题可以从不同的角度进行分类。从单层恢复的角度来说，主要包括基于链路 和路径的故障恢复、预先规划和动态路由计算的故障恢复、基于专用资源和共享资源 的恢复；从相互作用的恢复策略来看，主要包括多层恢复的策略和集成的恢复策略， 其中多层恢复的策略又可分为最底层恢复、最高层恢复和再多层恢复3 个子问题，而 集成的恢复策略又可分为并行触发和顺序触发两个子问题。对多种保护和恢复机制的 支持是a s o n 的一个重要的特点，也是目前a s o n 技术研究的一个重点。 光网络中的生存性技术可以从不同的角度进行分类，主要包括： 根据备用资源的分配在故障发生前后的不同，可分为保护和恢复两种方案； 按照处理层次来分，可分为单层和多层网络生存性问题，而多层网络的生存 性是指在分层网络之间生存性方案的嵌套以及这些方案之间的相互作用： 从保护的策略上来分，有基于链路和通道的保护、共享和专用资源的保护等： 其中，通道保护是指当发生故障时，光网络为受影响的故障通道分配一条完 整的( 通常是链路无关的) 保护恢复通道来恢复故障信道。 从恢复的策略上来分，包括基于链路的和基于通道的故障恢复、预先规划和 动态计算的故障恢复等； 从控制方式的角度来说，有基于集中式控制和分布式控制的故障恢复； 依据适用的故障类型，有针对单链路故障、单节点故障和多点故障的生存性 机制。 2 2 2i p 网络的生存性技术 网络层的i p 协议和传送层的t c p 协议是因特网技术的核心。因特网是由一系列 自治域( a s ) 组成的。每一个自治系统由多个路由器和网络组成，在同一个管理域 内工作。口层主要完成两个重要的功能：路由和数据包的转发。同时，在口层中能 够恢复多种故障类型的业务，对业务的操作粒度也很小，但i p 层恢复的速度较慢， 无法在故障出现时进行快速恢复。目前，在口层中融入了m p l s 技术，使得在口网 络中同样能提供面向连接有q o s 保证的业务。在i p m p l s 层的生存性方案中，通常 考虑的是动态的路由方案和m p l s 的保护倒换方案。 6 北京邮电大学硕士学位论文第二章a s o n 的生存性 ( 1 )动态重路由 在i p 网络中，动态重路由方案是指在故障出现时，动态的计算寻找可到达目的 节点的有效备用路由，以此来替代网络的故障路由，恢复故障业务的生存性方案。这 些工作可以通过使用i p 路由协议，在邻接的路由器间交换用来更新路由器中路由表 的控制信息来完成。这使得i p 包能通过使用备用动态路由绕过故障链路或故障节点， 以恢复业务的传送。 动态重路由方案的优点是可以利用网络的空闲资源，不受网络资源拓扑改变的影 响，可动态更新网络的可达路由的信息。动态重路由的缺点是恢复的速度慢恢复速 度大约为十几秒到几分钟，同时，其操作性也具有不可预测性，这对于高速传送网络 而言是一个重大的缺陷。 ( 2 )m p l s 保护倒换 m p l s 保护倒换方案是在i p 层引入了m p l s 技术后，为了克服动态路由方案缺点 的一种生存性方案。它通过预置一系列不同等级的通道( 标记交换通道( l s p ) ) 来 完成故障情况下的保护倒换。这些标记交换通道在分配工作业务时已经计算完成了， 预先放置在分组包头的标记堆栈中作为备用通道。当故障发生时，它可以从标签堆栈 中获得，数据就可以倒换到相应的备用路径上去。 动态重路由方案和m p l s 保护倒换方案可以基于链路级或通道级。通常动态的路 由方案的恢复时间长，但网络资源的利用率高；而多协议标签交换保护倒换方案的保 护时间短，对于业务的恢复性能有一定的保障。 2 2 3 s d h 网络的生存性技术 s d h 和w d m 光网络有着相似的功能，都是面向连接的复用网络。s d h 是基于 同步数字复用，而w d m 是基于波长复用。s d h 网络中的生存性技术可分为保护倒 换和恢复方案。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 的保护方法。 ( 1 ) a p s a p s 技术典型的被用于链路故障的恢复。它主要包括1 + 1 、1 ：i 和m ：n 三种方式。 这3 种保护方式的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 和保护通道上均传送业务，接收端比较两个信号的质量并接收更好的信号，即所谓的 “并发优收”机制；在1 ：1 的a p s 方式下，信号由工作通道传送，当接收端信号质 量劣化时，信号倒换到保护通道中传送。此时，需要a p s 信令协助工作通道切换到 保护通道；在m ：n 的a p s 中，n 条工作通道共享m 条保护通道。 ( 2 ) s h r 。 s h r 是一种非常成功的网络生存技术，它比a p s 具有更灵活的特点，可以处理 北京邮电大学硕士学位论文第二章a s o n 的生存性 节点故障和链路故障。高速的分插复用( a d m ) 设备和简单的控制机制使得它的应 用具有很大的吸引力。 在自愈环保护方式中，主要分为两纤单向通道倒换环( 2 - f i b e ru p s r ) 、两纤双 向线路倒换环( 2 - f i b e rb l s r ) 和四纤双向线路倒换环( 4 f i b e rb l s r ) 。 ( 3 ) 动态恢复方案 动态恢复是指在网络故障时，动态的发现网络的空闲资源来恢复受影响的业务。 恢复比保护具有更高的资源使用效率，但恢复时间更长，同时不能确保能1 0 0 的恢 复故障业务。在s d h 网络中用数字交叉连接系统( d x c ) 和控制器把多个环网连接 起来形成格状网络，可实现动态的故障恢复功能。 在s d h 网络中，保护和动态恢复方案是否优劣要取决于网络的拓扑。例如，对 于点到点系统，a p s 是最好的解决方案；在环形网中，s h r 是最好的解决方案。目 前，通信网络中大多使用保护方案，而在大规模的格状网络( m e s h ) 中，a p s 和s h r 可能会消耗掉更多的网络资源，所以动态恢复方案是更好的解决办法。 2 2 4a s o n 网络的生存性技术 与其他网络相比，a s o n 引入了新的控制平面，具有了更多的控制智能。a s o n 控制平面智能性的一个重要体现就是具备快速的故障恢复能力，能够提供多种生存性 方式。 a s o n 中的生存性机制具有智能化、多样化的特点。智能化主要体现在控制平面 的引入，在于具有智能控制功能的通用多协议标签交换( g m p l s ) 协议族的引用， 特别是它对于保护、恢复机制在信令、路由和资源管理等方面的支持；而多样化体现 在a s o n 格状网络结构对于多种保护、恢复方式的支持，适合于多种生存性机制的 实现。 a s o n 的体系结构设计了一个基于g m p l s 协议集的控制平面，而g m p l s 协议 通过扩展，增加了与恢复相关的信令和路由等级制来实现a s o n 生存性的要求。同 时，a s o n 的生存性机制也引入了一些特有的约束： 备用路由和主路由必须在物理上相分离，可以是完全不相交的路径或仅仅绕 过了故障链路。更完整的物理分离概念可由g m p l s 中的逻辑属性，如共享 风险链路组( s r l g ) 来进行描述； 在光域中的连接由其通道上各节点的交叉连接倒换来实现，这意味着无法建 立零带宽的备用通道，这对于有限的网络带宽资源的分配将是一个极大的挑 战。格状网拓扑中为了实现恢复资源的共享，选路时必须考虑各链路的空闲 容量、共享相同恢复通道的主通道组以及它们所有可能产生的故障等信息： a s o n 中控制信道和数据信道物理上分离，这样得它的生存性机制必须单独 北京邮电大学硕士学位论文第二章a s o n 的生存性 的考虑控制平面的故障恢复机制和相应的信令支持； g m p l s 控制平面应具有相应的竞争解决策略，以避免在故障恢复时产生的 资源冲突。 其他约束条件还包括节点标签交换路径( l s p ) 的包含排除、传输时延以及波长 连续性限制等。 在a s o n 网络规划阶段，为了缩小故障的影响范围，对网络中能够引起故障的各 种风险进行分析，在路由的过程中，使业务的工作路径和保护路径尽量不经过同一风 险影响的线路。在大多数情况下采用完全风险分离方式进行路由规划，在提高网络的 生存性的同时，不可避免地降低了连接路由成功率和链路资源使用率。在本文第五章 中提出新的算法，改进完全分离的不足( 在5 3 进行详细分析) 。 2 2 5a s o n 的生存性的技术优势 a s o n 的最大特点就是引入了控制平面，将一些原来由网管实现的控制功能从管 理平面上转移到了控制平面上，并从网管的集中控制逐步发展为智能化节点的分布控 制。正是这一点，使得a s o n 中的保护恢复比传统的s d h 保护恢复更加快速灵活。 在传统的s d h 网络中，保护方式主要有m s p 环保护、m s p l + ( 1 ：1 ) 保护和s n c p 保护，m s p 保护只能进行基于复用段的保护，s n c p 保护只能基于双发选收机制，而 a s o n 中引入控制平面和信令后，可以通过软件支持各种颗粒度的专用或共享保护， 增加了保护类型的选择，提供更多的业务等级。 在传统的s d h 网络中，各种保护的配置完全由网管负责下发指令预先设置交叉 连接和各项参数，而在a s o n 中，保护连接的配置由节点负责，当节点接到呼叫建 立工作连接时便可以根据要求同时建立起保护连接，并设置参数而不需要通过网管下 发指令，实现了业务的动态提供。 在传统的s d h 网络中，虽然很早就定义了恢复概念并利用d x c 设备予以实现， 但是由于通过网管进行集中控制而导致恢复速度一直不够理想，所以未能真正体现出 网状网恢复的优势，实用性差；而在a s o n 中，智能化节点上实现了分布式的恢复 机制，备用连接的创建完全可以在控制平面上由源节点发起然后利用信令完成建立过 程，并设置恢复参数，大大提高了恢复速度，增强了实用性。 总的来说a s o n 中的保护恢复是动态建立的，在灵活性上有了较大的提高，特别 是增强了网状网恢复的实用性，使其优势得到体现，在减少冗余资源的同时获得理想 的恢复速度，而且，根据a s o n 中提供的众多保护恢复类型，运营商可以划分更多 的业务等级提供给不同的用户，从而增加运营收入。 ， 9 北京邮电大学硕士学位论文第二章a s o n 的生存性 2 3a s o n 网络的生存性的评价体系 2 3 1 a s o n 网络的生存性分析 通信网络是一个大型且复杂的系统，为了获得更加具有实际操作性的生存性定义 来对智能光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 于通信网络本身考虑，利用网络图论理论可以从网络连通性的角度对网络的生存性进 行定义；二是基于通信网络承载的业务考虑，从网络故障对网络承载的业务造成的影 响这一角度出发，以业务量为基础进行生存性的定义。在以业务为核心的智能光网络 中，后一种考虑将更加重要。 为了实现网络生存性表述的具体化，网络的生存性通常以生存率来表示。智能光 网络的生存率可以表述为：当网络中由于节点和链路故障造成业务损失或中断时，可 从其它备用路径重路由的业务量与原路径所传送的业务量之比。衡量生存性定义标准 如下：一是能够满足不断发展变化的通信网络生存性要求；二是通过其可对网络生存 性进行设计，获得较高的网络生存性能。 ( 1 ) 基于网络连通性的生存性分析 网络的生存性属于网络完整性的一部分，网络的完整性包括通信网络的通信质 量、可靠性、生存性，通信系统设计等多方面技术。从网络完整性的角度出发，可以 从网络图论的角度对网络生存性进行考虑，最直接的方法是基于网络的连通性进行网 络生存性的分析。 基于“网络连通性”的网络生存性被定义为：在网络发生故障时，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故障的网络 节点或链路确定的情况下，这一概率可以确定。则基于网络连通性的生存性定义如式 2 - 1 ： s ，= 故障发生后保持连通的节点对故障发生前连通的节点对( 2 1 ) 一 由上式可知，这样的网络生存性的特性通同节点故障之间的关系，即如果要保证 网络的生存性能，首先就必须保证网络节点之间的连通，这就需要在对网络进行配置 和设计的同时将网络的生存性因素考虑进来。 可以引入“网络冗余度”的概念，从链路冗余的角度对此问题进行考虑。对于一 个网络，若网络处于连接状态的节点数为n ，处于使用状态的链路为b ，则网络的链 路冗余度为： r = 当前链路数一连接所需的最小链路数- - b 一( n 一1 ) = b + 1 一，l( 2 2 ) 为了连接n 个节点需要至少仍1 ) 条链路，当网络中所有节点都与其它节点相连时， 则需要的链路数是： 1 0 北京邮电大学硕士学位论文第二章a s o n 的生存性 b = = n ( n 1 ) 2( 2 3 ) 将式2 3 代入式2 2 ，则得全连通图的冗余度为： r = b + 1 一n = 【n 一1 x n 一2 ) 2( 2 4 ) 当冗余度较小时，网络的生存性能力较差，因为其保护恢复的措施少；随着冗余 度的提高，网络的生存性能力有所增强，因为其增加了保护恢复的措施【4 】；但是，网 络的成本和复杂度也将会迅速增加，所以较理想的解决方法是通过分析选取合适的冗 余度值以兼顾网络的配置成本和生存性。 ( 2 ) 基于业务的网络生存性分析 基于网络连通性的生存性定义存在的不足是难以直接反映网络故障的影响，而如 果基于网络承载的业务进行网络生存性的定义，则可以更好面向网络应用实际表示网 络的生存性性能，因此基于生存率的概念，可定义基于业务的网络生存性定义如式 2 5 所示： 假如从节点的角度去考虑，对于一个传输网络可以用一个有向图去描述，网络节 点可以抽象为图的顶点，用y 表示，网络链路可以抽象为图的边，用e 表示，则该 物理网络抽象成无向图可表示为g ( 杉d ，设顶点集合皓 v 1 ，v 2 ，v 3 ，) ，边的集合 e = e l ，e 2 ，e 3 ，e n ，m 和