（电磁场与微波技术专业论文）下一代光网络中的保护和路由技术的研究.pdf

北京邮电大学硕士学位论文 摘要 下一代光网络中的保护和路由技术的研究 摘要 随着光网络和光技术的不断发展，出现了以自动交换光网络( a s o n ) 为代表的下一代光网络。它通过引入智能化的网络控制技术，动态调配网 络资源，可以更好地满足用户和网络运营商的需求。保护技术和路由技术 是保证网络性能的两项支撑性技术，两者既有区别又有联系。在网络正常 情况下，路由技术用于完成业务路径的优化选取；在网络故障情况下，保 护恢复技术用于实现受损业务的恢复。 本论文的工作紧密围绕下一代光网络中的保护技术和路由技术展开。 本文分别介绍了现有的保护技术和多粒度路由技术，着重分析两类目前备 受关注的保护技术共享风险链路组( s i u g ) 通道保护和p 圈保护， 以及多粒度光网络中的路由和波带资源分配问题，并针对研究问题分别提 出了一些改进思路和算法。 s r l g 已成为网络故障管理的基本概念，基于s r l g 限制的通道保护 技术可以大幅度降低工作路由和保护路由同时失效的可能性，从而提高整 个网络的抗故障能力。本文第二章阐述了s r l g 的概念和s r l g 保护的 技术原理，分析了s r l g 保护中的关键问题，对现有的s r l g 保护方案 进行了比较，最后提出了两种改进的启发式算法：基于波长平面的动态 k s p 算法和动态双链路权重算法。前者特点在于通过引入k 条备选路由 集合，尽可能地挖掘出拓扑中潜在的路由信息，获得整个网络环境中的最 优的保护资源配置。后者特点在于为每条链路设置动态权重以综合考虑 s r l g 限制和动态负载均衡，并且通过排除s r l g 冲突链路和迭代计算来 避免s r l g 陷阱。大量的仿真结果说明，论文中提出的两种s r l g 保护 算法可适用于多种拓扑结构的网络，并可有效提高网络性能。 p 圈保护是下一代光网络保护机制中的又一研究热点。本文第三章介 绍了p 圈保护的基本概念，分析了a s o n 网络中的p 圈保护方案，基于 北京邮电大学硕士学位论文摘要 前人的基础圈生成算法，提出两种p 圈的扩张策略，即分别以链路与相 交环为基础对基础环进行扩张，从而得到更多性能更好的p 圈。仿真和 数据分析说明扩张算法具有性能优势。 本文第四章介绍了多粒度光网络的技术背景，从多粒度光网络中构核 心设备光交叉节点的结构入手，抽象出了一种多粒度光交叉节点设备 的费用函数模型，并提出了一种多粒度网络中的静态波带通道分配算法： 平衡路由双向首次命中( f f ) 算法。该算法在路由选择阶段尽量保证全 网负载平衡；在波长分配阶段采用改进了的f f 算法，减少了因配置零散 波长通道而无法建立波带通道的可能。仿真结果表明，算法可以减少全网 多粒度全光域光交叉连接器端口数，降低网络成本和控制复杂度。 关键词 下一代光网络，共享风险链路组( s r l g ) ，p 圈，保护技术，路由技 术，多粒度交换 北京邮电大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e s e a r c ho nk e yp r o b l e m so f s u r v i v a b i l i t ya n dr o u t i n gt e c h n o l o g i e s i ni n t e l l i g e n to p t i c a ln e t w o r k s a b s t r a c t w i mt h ei n c r e a s i n gd e v e l o p m e n to fo p t i c a ln e t w o r ka n do p t i c a l t e c h n o l o g y , n e x t g e n e r a t i o no p t i c a ln e t w o r ka p p e a r e dw h i c hi sr e p r e s e n t e db ya u t o m a t i cs w i t c ho p t i c a l n e t w o r k ( a s o n ) t h r o u g ht h ei n t r o d u c t i o no fi n t e l l i g e n tn e t w o r kc o n t r o lt e c h n o l o g y , i t c a na l l o c a t en e t w o r kr e s o u r c ed y n a m i c a l l y , a n dt h e nm e e tt h en e e d so fu s e r sa n do p e r a t o r s b e t t e r p r o d u c t i o na n dr o u t i n ga r et w ov i t a l t e c h n o l o g i e sw h i c hg r e a t l yi m p a c tt h e p e r f o r m a n c eo fo p t i c a ln e t w o r k s m e a n w h i l et h e ya r ed i s t i n c ta n dr e l a t i v e r o u t i n g t e c h n o l o g yc o m p l e t e so p t i m a ll i g h t p a t h ss e l e c t i o n si nn o r m a lc o n d i t i o n ，a n dp r o d u c t i o n t e c h n o l o g ye n s u r e st 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 si nf a i l u r ec o n d i t i o n 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 s e so np r o d u c t i o na n dr o u t i n gt e c h n o l o g i e s i nn e x tg e n e r a t i o no p t i c a ln e t w o r k i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ep r o t e c t i o nt e c h n o l o t ya n dt h e r o u t i n go fm u l t i g r a n u l i t yt e c h n o l o g ya r ei n t r o d u c e d a sf o rt h ep r o t e c t i o nt e c h n o l o g y , t w o p r o t e c t i o nt e c h n o l o g i e s ，s r l gp a t hp r o t e c t i o na l g o r i t h ma n dp - c y c l ep r o t e c t i o na l g o r i t h m ， w h i c ha r ep a y e dm u c ha t t e n t i o na t p r e s e n t ，a r e d e s c r i b e di nd e t a i l t h er o u t i n ga n d w a v e b a n dr e s o u r c ea l l o c a t i o np r o b l e m sa r ei n t r o d u c e da l s oi nt h i sp a p e r s e v e r a ln e wi d e a s a n da l g o r i t h m sf o rs o l v i n gt h e s ep r o b l e m sa r ep u tf o r w a r db ya u t h o ri nt h i sd i s s e r t a t i o n s r l gh a sb e c o m eac o m m o ns e n s ei nn e t w o r kf a i l u r em a n a g e m e n t s r l g b a s e d p a t hp r o t e c t i o nc a nl a r g e l yr e d u c et h ep o s s i b i l i t yo fw o r k i n gp a t ha n dp r o t e c t i o np a t h f a i l i n gc o n t e m p o r a r i l ya n di m p r o v et h es u r v i v a l b i l i t yo fw h o l en e t w o r k c h a p t e ri io ft h i s d i s s e r t a t i o ne x p l a i n st h ec o n c e p to fs r l ga n dt h eb a s i ct h e o r yo fs r l gp r o t e c t i o n ，a n d a n a l y z e st h ek e yi s s u e si ns r l gp r o t e c t i o n c o m p a r a t i o na m o n gs e v e r a ls r l gp r o t e c t i o n s c h e m e si sm a d e ，a n dt w oi m p r o v e dh e u r i s t i ca l g o r i t h m sa r ep u tf o r w a r di nt h i s c h a p t e r t h ef i r s ta l g o r i t h mi sd y n a m i ck s h o a e s tp a t h so nw a v e l e n g t hp l a n e ( d k w ) a l g o r i t h m ， i n t ow h i c hkb a c k u pr o u t e sa lei n t r o d u c t e dt od i go u tp o t e n t i a lr o u t i n gi n f o r m a t i o ni nt h et o p o l o g ya s m u c ha sp o s s i b l e ，s oa st oo b t a i nt h eo p t i m a lp r o t e c t i o nr e s o u r c em l o c a t i o ni nt h ew h o l en e t w o r k t h e 北京邮电大学硕士学位论文 a b s 仃a c t s e c o n da l g o r i t h mi sd y n a m i cd o u b l el i n kw e i g h t ( d d l w ) a l g o r i t h m ，i nw h i c hd y n a m i c a ll i n kw e i g h t i ss e tf o re a c hl i n kt ot a k es r l gc o n s t r a i n ta n dd y n a m i c a ll o a db a l a n c ei n t oa c c o u n ts y n t h e t i c a l l ya n d s r l g t r a pi sa v o i d e dt h r o u g he l i m i n a t i n gs r l gc o n f l i c tl i n ka n di t e r a t i v ec o m p u t i n g t oe v a l u a t et h e p e r f o r m a n c eo ft h ep r o p o s e dp r o t e c t i o na l g o r i t h m s ，s i m u l a t i o nh a sb e e np e r f o r m e di n s e v e r a lk i n d so ft o p o l o g y t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tc o m p a r e dw i t hp r e v i o u s l y p r o p o s e da l g o r i t h m s ，t h ed k w a n dd d l w a l g o r i t h mc a na c h i e v eb e t t e rp e r f o r m a n c e p r e - c o n f i g u r a t e dc y c l ep - c y c l e ) p r o t e c t i o ni sa n o t h e rr e s e a r c hh o to fp r o t e c t i o n m e c h a n i s mi nn e x tg e n e r a t i o no p t i c a ln e t w o r k t h eb a s i cc o n c e p to fp - c y c l ea n dp - c y c l e p r o t e c t i o ns c h e m ei na s o n a r ei n t r d u c t e di nc h a p t e ri i i b a s e do ne x i s t e da l g o r i t h m sf o r g e n e r a t i n gb a s i cc y c l e ，t w op - c y c l ee x p a n d i n gs c h e m e s a r ep r o p o s e d w i t ht h et w o s c h e m e sb a s i cc y c l ec a nb ee x p a n d e dt og e n e r a t em o r ep - c y c l e sw i t hb e t t e rp e r f o r m a n c e b a s e do nl i n ka n di n t e r s e c t c y c l e t h es i m u l a t i o n sd e m o n s t r a t et h a tt h ee x p a n d e d a l g o r i t h m sc a na c h i e v eb e t t e rp e r f o r m a n c e c h a p t e ri vs t u d i e sr o u t i n gt e c h n o l o g yi nm u l t i g r a n u l a ro p t i c a ln e t w o r k f r o mt h e a n a l y s i so ft h ea r c h i t e c t u r eo fo p t i c a lc r o s s c o n n e c tn o d ew h i c hi st h ec o r ed e v i c ei nt h e j n e t w o r k ，c o s tf u n c t i o nm o d e lf o rm u l t i - g r a n u l a ro p t i c a lc r o s s c o n n e c tn o d ei sa b s t r a c t e d ，# a n dt h e nan e ws t a t i c r o u t i n ga n dw a v e b a n dt u n n e la l l o c a t i o na l g o r i t h ms u i t a b l ef o r m u l t i g r a n u l a r n e t w o r ki s p r o p o s e d ， w h i c hi sc a l l e dt h e b a l a n c e d - r o u t i n g a n d b i d i r e c t i o n - f i r s t - f i t ( b b f f ) a l g o r i t h m i nt h es t a g eo fs e l e c t i n gar o u t e ，t h i sa l g o r i t h m m a n a g e st ok e e pt h eb a l a n c eo fl i n kl o a do ft h ew h o l en e t w o r k i nt h es t a g eo fw a v e b a n d t u n n e la l l o c a t i o n ，i ti m p r o v e st h ef i r s t - f i t ( f f ) a l g o r i t h mt oe s t a b l i s ha sm a n yw a v e b a n d p a s s a g e sa sp o s s i b l e t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a ti tr e d u c e st h en u m b e ro fw a v e l e n g t h p o r t sn e e d e dg r e a t l ya n df u r t h e r l yr e d u c e st h ec o s ta n dc o n t r o lc o m p l e x i t yf o r m u l t i g r a n u l a ro p t i c a ln e t w o r k k e yw o r d s ： n e x tg e n e r a t i o n o p t i c a l n e t w o r k ， s h a r e dr i s kl i n k g r o u p( s r l g ) ， p r e - c o n f i g u r a t e dc y c l ep - c y c l e ) ，p r o t e c t i o nt e c h n o l o g y ,r o u t i n gt e c h n o l o g y , m u l t i g r a n u l a r i t ys w i t c h i n g i v 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：也五勉 日期： 型型：兰 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，可阻允许采用影印、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一年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位 论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 纽面亟 碑匦丛一 日期：型：i ：i 日期：型兰：! ：! 北京邮电大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 下一代光网络概述 第一章绪论 从历史上来看，电信传输网络的发展经历了三代，而光网络的发展经历了两代： 第一代传输网：2 0 世纪6 0 年代以前的传输网使用铜缆作为传输媒质，传输容量 在m b s 级别，复用机制采用时分复用( t d m ) 方式，完全采用电处理，即接收、处 理和发送电信号。7 0 年代，传输媒质中引入了光纤。 第二代传输网，即第一代光网络：以s d h 技术为代表。光网络铺设之初，各国 大多采用p d h 技术，有很多弊端。为了建立世晃性的统一标准，i t u t 于1 9 8 8 年至 1 9 9 8 年间制定了有关s d h 的3 1 个标准，全世界就s d h 的基本软硬件问题达成一致， 从而使光网络能够延伸到国界以外，建立全球统一的光纤网络。 w d m 技术也是第一代光网络的一个亮点。w d m 技术充分利用单模光纤低损耗 区带来的巨大资源，根据每一信道光波的频率( 波长) 不同将光纤的低损耗窗口划分 成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器( 合波器) ；在接 收端再由波分复用器( 分波器) 将这些承载不同信号的不同波长分开。这样一根光纤 中可以传输多个波长，充分利用光纤的带宽资源，提高了传输容量。 第三代传输网，即第二代光网络：以o t n 为代表。2 0 世纪9 0 年代初，人们提 出了“全光网”的概念，即信号以光的形式穿过整个网络，直接在光域内进行信号的 传输、再生和交换选路，中间不经过任何光电转换。这样可以达到全光透明性，实 现在任意时间、任意地点、传输任意格式信号的理想目标。1 9 9 8 年i t u t 正式提出 了o t n 的概念。o t n 在光域内可以实现业务信号的传送、复用、路由选择、监控， 并保证其性能要求和生存性。o t n 将光层划分为光通道层( o c h ) 、光复用段层( o m s ) 和光传输段层( o t s ) ，如图1 1 所示。 js d h ：- p d ha t me t h e r n e ti p - 其他 光通道段层( o c h ) i 黎鬻蒸i 薹鬻：滋糕舔鬻黪纂鏊鬻鍪辏蒸瓣 图1 1o t n 的分层结构 北京邮电大学硕士学位论文 第一章绪论 o t s 在不同类型的光媒质( 各种类型的光纤等) 上提供传输功能，o t s 段开销 用于确保光传输段适配信息的完整性，同时实现光放大器或中继器的检测和控制功 能。o m s 保证相邻两个波长复用传输设备之间多波长复用光信号的完整传输，为多 波长信号提供网络功能，它为波长选路安排光复用功能，处理光复用段开销，为段层争 维护进行光复用段的检测和管理，并提供o m s 的生存性。o c h 为不同格式的客户层 信号选择路由、分配波长和安排连接，提供端到端的光通道互联。该层的处理包括产 生和插入有关光通道配置的开销，如波长标签、端口连接性、载荷标志( 速率、格式、 线路编码) 以及波长保护能力等。客户层( 各种层1 、层2 、层3 业务) 不是光网络 的组成部分，但o t n 作为多业务的综合传送平台，可以为多种客户业务提供服务。 o t n 网络如图1 2 所示。 光层嘲络 图1 - 2o t n 网络示意图 伴随着传输技术的巨大进步，光节点技术的进步也大大推动了光网络技术前进的 步伐。随着可重复配置的o a d m ( o p t i c a la d d d r o pm u l t i p l e x e r ) 以及o x c ( o p t i c a l c r o s sc o n n e c t o r ) 的使用，推动着当前光网络由环状网向格状网转变，推动着点到点 的w d m 系统向波长路由网络w r n ( w a v e l e n g t hr o u t e dn e t w o r k ) 转变。上述技术 的发展使得光通信不再仅仅意味着信息的传送，光传输技术与节点技术的进步使得光 层交换与组网成为可能。 目前，传送平面技术的发展虽然降低了运营商在基础网络建设方面的投入，但这 种成本的降低还不足以充分保证运营商收入的提高。更重要的是，传输网络规模的不 断扩大，电路数量的不断增加以及数据业务对传输需求的突发性要求都造成基础骨干 网络管理维护上的极大困难。尽管电信网络管理技术一直是深受运营商关注的问题， 但由于网络结构本身的限制，单纯依靠管理平面的技术进步难以从根本上消除传统光 网络带宽配置固定、资源利用率不高、管理维护复杂等缺点。因此，运营商需要构建 一个能够支持动态带宽调配的光传送网，一个易于管理维护并具有高度灵活性的光传 送网，一个具有统一传送核心并支持多功能适配层的光传送网。 为了满足上述要求，以“智能”为特点的下一代光网络应运而生，其主要特点是 北京邮电大学硕士学位论文 第一章绪论 除传送平面和管理平面以外，在光网络中引入控制平面，从而实现光层的交换、路由 和其它智能功能。随着控制平面技术的发展成熟，网络的智能化和自动化的程度越来 越高，同时q o s 保证和流量工程的特征也日益明显，这些都预示了光网络的演进趋 势：以自动交换光网络( a s o n ) 为代表的下一代光网络代表了电信骨干传送网的未 来【1 1 】【1 - 2 】【1 _ 3 】。 与传统光网络相比，下一代光网络的突出优点表现在： 可实现流量工程要求，允许将网络资源动态、合理地分配给网络中的连接； 支持灵活多样的生存性策略，能够实现分布式的快速故障恢复，使网络在出现 故障时仍然能够确保业务的服务质量； 能够有效地利用光层资源，满足数据业务动态、灵活的带宽需求，提供一个响 应速度快、成本低廉的智能化光传输网络； 可提供多种新型的光层业务，如按需带宽分配( b o d ) 和光虚拟专用网( o v p n ) 业务等14 1 。 这些技术上的优势将使得下一代光网络可以从光层提供多种高速率的增强型业 务，而且具有良好的可扩展性，能够支持各种现有的和将来以数据业务为中心的应用， 例如：波长批发，波长出租，带宽运营、光虚拟专网( o v p n ) 等。对于电信运营商 而言，智能光网络的这些技术优势将转化为运营商成本的下降和利润的增加，传统光 网络走向智能光网络，是市场与技术两种力量综合作用的必然结果。 正是由于下一代光网络在降低成本、创造价值方面的巨大优势，全球运营商正在 开始计划大规模建设a s o n 网络。r h k 的分析报告显示，全球光网络市场2 0 0 3 年触 底，2 0 0 4 年增长率达到8 ，而在2 0 0 5 到2 0 0 9 的5 年中，市场年增长率的乐观估计 为9 ，保守估计为一1 ，预期的复合年增长率c a g r ( c o m p o u n da n n u a lg r o w t h r a t e ) 为4 。而在对光网络的投资中，从2 0 0 2 年第4 季度到2 0 0 4 年第3 季度，对 传统光网络的投资平均每季度下降8 ，而对下一代光网络设备的投资平均每季度则 增长了7 。 1 2 下一代光网络中生存性技术的研究 网络生存性技术是确保运营商向用户提供高质量通信服务的关键。美国f c c 的 统计数据显示，每两天就有一次影响3 0 ，0 0 0 客户的网络故障发生，而故障修复的平均 时间是5 1 0 个小时。此外，传输容量达t b s 的单根光纤的失效，至少将影响1 2 0 0 万 对电话业务。在体系架构上，下一代光网络与传统光网络存在巨大的差别，在新的网 络架构中，生存性问题必将表现出新的特征，因此，对生存性技术进行深入研究将有 力地推动下一代光网络技术的发展。 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 当前，对于下一代光网络中生存性技术的研究，各个标准化组织主要从功能和框 架方面进行了规定，例如i t u t 的8 0 8 0 协议的增补版【l 5 】中主要对a s o n 网络中保护 恢复的实现过程、功能模块以及域内、域间故障类型和恢复方式进行了概述，具体 的实现技术并没有涉及，而i e t f 针对g m p l s 协议实现的光网络生存性也只是提供 了三个框架性的建议【l _ 6 】【l - 7 】【l - 8 1 ，对保护恢复的术语、主要功能和实现方式进行了简 要的说明。而具体的算法和协议实现方法，以及在下一代光网络中引入的新问题( 例 如关于控制平面生存性等) 都没有给出具体的解决方法。 生存性对于光网络的重要性现在已经得到业界的广泛重视，在光网络快速发展的 今天，研究光网络的生存性技术，提出实用化的解决方法，已经成为发展和建设光网 络必须解决的一个关键问题。 1 3 下一代光网络中路由技术的研究 随着下一代光网络的发展，通常应用于i p 网络的许多信令、路由协议经过扩展? 开始在光网络中得到应用，例如g m p l s 协议族中的域内路由协议o s p f t e 和i s i s o 路由协议帮助路由控制器获得网络拓扑和链路状态信息，以便用于路由的计算，而信 令协议则用于建立通道时各节点之间的协调工作，保证所需要的通道能够快速、合理 地建立。 另一方面，原来的路由计算方式在下一代光网络中也发生了许多变化，例如由于 节点智能的实现，路由计算由集中方式逐渐趋向于分布式，对使用的路由波长分配算 法提出了新的更高的要求。而且由于多粒度节点技术的实现，对于多粒度光交换网络 中的路由技术也是一个新的研究方向】【l - 10 1 。 1 4 本论文的主要工作 本人在攻读硕士学位期间，参加了以下项目： 国家自然科学基金重大项目“下一代光网络中联合路由与生存性机制的研究” 国家8 6 3 计划“多粒度光交换技术与系统应用”，研究多粒度路由算法 贝尔实验室一北邮光通信中心联合实验室合作项目“a s o n 网络生存性方案分 析比较” 信息产业部电信规划院横向合作项目“w d m 网络规划和优化软件” 依托以上项目的资助，本论文以下一代光网络中的保护和路由技术为研究对象， 对目前保护和路由技术的几个研究热点，如基于s r l g 限制的共享通道保护、p 圈保 护和多粒度路由技术，进行了重点研究和较为全面的探讨。结合不同应用领域的特点， 北京邮电大学硕士学位论文第一章绪论 笔者与课题组的同学一起提出了几种性能良好的新的保护算法和路由算法。 参考文献 【1 - 1 】 i t u tr e c g 8 0 7 y 13 01 ，“r e q u i r e m e n t sf o rt h ea u t o m a t i c a l l ys w i t c h e d t r a n s p o r tn e t w o r k ( a s t n ) ，”2 0 01 【l - 2 】 i t u tr e c g 8 0 8 0 y 130 4 ，“a r c h i t e c t u r eo ft h e 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 ) ，”2 0 01 【l 一3 】a k j a i n ，“i n t e l l i g e n c e i n o p t i c a ln e t w o r k s ”，i e e ec o m m u n i c a t i o n s m a g a z i n e ，v 0 1 3 9 ，p p 6 9 7 0 ，s e p 2 0 0 1 【1 - 4 】 张成良， “a s o n 网络业务及要求”， 电信科学，2 0 0 3 年8 月，p 2 6 2 8 。 【1 - 5 j i t u - tg 8 0 8 0 y 1 0 3 4 a m e n d m e n t l ，“a r c h i t e c t u r ef o rt h ea u t o m a t i c a l l y s w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k ( a s o n ) ”，0 3 2 0 0 3 【1 - 6 】 i e t fd r a f t ，“r e c o v e r y ( p r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o n ) t e r m i n o l o g yf o rg m p l s ”， w o r ki n p r o g r e s s ，d r a f t i e t f - c c a m p g m p l s - r e c o v e r y t e r m i n o l o g y - 0 2 t x t ，m a y 2 0 0 3 【1 7 1l a n g ，j ，r a j a g o p a l a n ，b ，e ta l “g e n e r a l i z e dm p l sr e c o v e r yf u n c t i o n a l s p e c i f i c a t i o nd r a f t i e t f - c c a m p - g m p l s r e c o v e r y f u n c t i o n a l - 0 0 t x tj a n u a r y2 0 0 3 【l 一8 1d p a p a d i m i t r i o u ( e d i t o r s ) e ta 1 “a n a l y s i s o fg e n e r a l i z e dm p l s b a s e d r e c o v e r ym e c h a n i s m s ( i n c l u d i n gp r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o n ) ”d r a f t - i e t f - ： c c a m p g m p l s r e c o v e r y a n a l y s i s 一01 t x tm a y2 0 0 3 【1 - 9 】李培源，谢懿，顾畹仪，“多粒度光网络中的多层联合路由”，现代有线传 输，2 0 0 4 年4 月。 【1 - 1 0 】 s y a oa n db m u k h e r j e e ，“d e s i g no fh y b r i dw a v e b a n ds w i t c h e dn e t w o r k sw i t h o e ot r a f f i cg r o o m i n g ，”o f c2 0 0 3 ，m a r 2 0 0 3 ，p p 3 5 7 3 5 8 5 北京邮电大学硕士学位论文第二章光网络中的s r l g 共享通道保护策略 第二章下一代光网络中的s r l g 共享通道保护 共享风险链路组( s r l g ) 已成为网络故障管理的基本概念，基于s r l g 限制的 通道保护技术可以大幅度降低工作路由和保护路由同时失效的可能性，从而提高整个 网络的抗故障能力。本章阐述了s r l g 的概念以及s r l g 保护的技术原理，分析了 s r l g 保护中的关键问题s i u g 陷阱问题，并对现有的几种典型的s r l g 保护方 案进行了分析比较，最后提出了两种改进的启发式s r l g 共享通道保护算法：基于波 长平面的动态k s p 算法和动态双链路权重算法。 2 1 背景介绍 2 1 1 光网络中的通道保护机制 1 保护机制与恢复机制 在光网络中，由于每条光路承载聚合了若干业务，当网络中出现故障时，业务传 送能否保持其连续性就成为至关重要的问题。网络生存性是网络能够恢复受到失效 ( 如链路、节点等失效) 影响的业务的能力。光网络采用的基本生存性机制有：基于 专用资源的保护机制和实时寻找可用资源的动态恢复机制。 1 ) 保护机制 保护机制采用预先规划的方法分配网络资源，防止未来预期可能出现的网络失 效。其优点是由于保护通路的路由和需要的资源已预留，失效恢复时间很短，可以控 制在毫秒级；缺点是灵活性不足，不能保证对预期外的失效作出良好反应。例如，保 护机制通常针对的是防止单链路失效，如果网络出现多处失效，很难保证所有业务都 不受到影响。另外保护机制所需的冗余网络资源很多，网络资源的利用率很低。 2 ) 恢复机制 在网络出现失效后，动态寻找可用资源并采用重选路由的方法绕过失效部件。恢 复机制能比保护机制更有效地利用网络资源，但失效恢复时间较长。恢复机制的灵活 性强于保护机制，可用于网络出现预期范围以外失效时的业务恢复。由于恢复机制 的恢复时间长，常常不能满足网络用户对服务质量的要求，所以在光网络中，采用的 普遍是保护机制。 2 链路保护方案和通路保护方案 北京邮电大学硕士学位论文 第二章光网络中的s r l g 共享通道保护策略 目前大多数保护机制方面的研究是针对单链路失效的保护，主要有基于通道的保 护和基于链路的保护两种方案。 1 ) 通道保护 在通道保护中，每条光路在建立时就已经预设了一条端到端的备用光路并预留了 波长资源。该方案缺点是业务倒换涉及整条工作通道和保护通道上的所有节点，需要 多种信令消息的传递确认，步骤较复杂，时间长于链路保护；优点主要在于可以全局 优化资源配置，提高网络资源的利用率，且工作光路失效时不需要对失效位置精确定 位，因为工作通道和保护通道是完全分离的。 2 ) 链路保护 链路保护是在工作光路经过的链路附近设置备用路由并同时预留相应的备用波 长。此方案的主要优点是链路失效时的重路由只限于局部范围内，无需通知光路的源 节点和目的节点并导致整条光路上的业务倒换。当网络较大时，业务恢复速度比通路 保护方案更快。缺点是多数情况下需要预留更多的冗余资源。 下表对链路保护和通道保护进行了简要比较。 表2 1 链路保护和通道保护的特点 属性链路保护通道保护 所需冗余资源多少 网络资源的利用率低问 恢复速度快慢 系统复杂程度简单复杂 使用网络规模 小大 网络可靠性同低 3 专用通道保护策略与共享通道保护策略 本章重点讨论的是通道保护方案，通道保护方案又分为两种策略：专用通道保护 和共享通道保护。 1 ) 专用通道保护： 为每条工作通道分配一条专用的保护通道，预留的波长资源为其独享。专用通道 保护具有最高的可靠性，还可以应付在一条工作通道上发生多段链路失效的情况。 2 1 共享通道保护： 备用通道在各条链路上预留的备用波长可以在多条备用通道间共享，只要这些备 用通道不会同时启用。共享通道保护可以保证保护倒换的时间，同时能够比专用通道 保护更充分地利用波长资源。尤其是在大型网络中，这种方法的实施可以减低网络的 阻塞率，如果辅之以合理的工作通路和保护通路的选路算法，可使网络的性能最优化。 对于通道保护策略，在配置光通道时一个重要原则是：工作光通道与保护光通道 北京邮电大学硕士学位论文 第二章光网络中的s r l g 共享通道保护策略 物理分离，如果是共享通路保护，共享保护波长资源的工作通道之间也要保证物理分 离。物理分离根据防止的失效程度不同具有多种含义，如节点分离、链路分离和范围 分离等。 2 1 2 光网络中的s r l g 1 s r l g 概念的引入 i e t f 工作组在2 0 0 1 年的草案文本中提出了共享风险链路组( s h a r e dr i s kl i n k g r o u p ，s r l g ) 的概念1 2 一j 。通常，在w d m 光网络中，光纤链路在铺设过程中要通过 多个管道和路径。同一段路径中可能有多条管道，同一管道中又包含多条光纤链路。 因此，一段路径或管道发生故障时，通过这个路径或管道的所有光纤链路将同时失效。 这些在相同的管道路径中的光纤链路构成了一个s r l g 。简而言之，s r l g 是指共享 物理资源( 即具有共享失效风险) 的一组链路口一2 1 。 s r l g 已成为网络故障管理的基本概念。通常情况下，在光网络中，一条光纤链 路可能属于几个s r l g ，同时，一个s r l g 常常包含多个光纤链路。这些光纤链路可 能是由于连着同一个节点从而属于同一个s r l g ，也有可能是由网络管理者根据运营“ 需要，强制指定构成一个s r l g 。 3 2 比特长资源地址 t y p e s r l gi d e n t i f i e r 圆i b 泌) ( 2 4 - bi 缸) 3 2 比特长s r i b 资塬标识 图2 1g m p l s 中的s r l g 标识属性信息格式 s r l g 是一种新型链路属性。支持g m p l s 的o s p f 路由扩展协议针对链路的 s r l g 属性信息，为t el s a 定义了新的嵌套子t l v ( s u b t l v ) ，其格式如图2 1 所 示。每一个s r l g 都对应着一个唯一的标识，也就是s r l g 标识。s r l g 信息是链路 所属的所有s r l g 的一个列表。一个s r l g 用一个3 2b i t 的数字来标识，这个标识在 一个i g p 域内是唯一的。s r l g 信息是链路所属的所有s r l g 的一个无序列表。s r l g 信息可以通过物理链路的路由信息自动地导出，也可以由网络管理者手工配置。网络 管理者通过指定不同的物理链路属于不同的s r l g 来满足不同可靠性的要求。 北京邮电大学硕士学位论文 第二章光网络中的s r l g 共享通道保护策略 图2 - 2 ( a ) 网络拓扑示意图【2 - 3 】 图2 - 2 (