异步传输模式网络设计自愈研究

1、异步传输模式网络设计自愈研究摘 要：在ATM网络设计中，自愈是指网络发生故障时，在不需要人工干预的情况下，就能很快恢复维持效劳连贯性。这包括两个方面：网络方案和运作，其中网络方案包括最正确/接近最正确网络设计，网络运作利用分配冗余信道来处理恢复机制。网络的自愈能力可以用存储率restorationratio来反映，这里采用聚集存储率aggregaterestorationratio，研究的目的是为了比较基于通路和链接恢复网络自愈能力的不同，以及不同设计因素对自愈能力的影响。关键词：ATMAsynchronousTransferMode ATM网络恢复 恢复率

2、60;聚集恢复率中图分类号：TP393.15              文献标识码：A           文章编号：1674-098X202102c-0126-02ATMAsynchronousTransferMode异步传输模式，收发双方的时钟可以不同，是以信元为根底的一种分组交换和复用技术。选择固定长度的短信元作为信息传输的单位，有利于宽带高

3、速交换。通信网络是一个按功能区分并且相互关联的层次化结构，ATM层属于链路层，IP协议位于网络层，现代网络正在按照IP/ATM/SONET/DWDM开展，各层相互关联，下层为上层提供效劳。一旦某层发生故障，将造成大量信息丧失，由此应有对应的恢复机制，但是如果各层单独处理恢复，势必造成资源浪费。现在随着ATM/MPLS、IPoverATM等宽带网络的快速开展，原有的ATM骨干网络继续被利用，当面临网络故障，ATM网络的快速恢复是保证效劳质量的重要方面。可以通过概率统计的方法，比对了ATM网络中误码率对ATM网络传输可靠性的影响。ATM网络传输中每帧信元的前5个字节对可靠性的影响更大。而传统纠错编

4、码方案并没针对这一点做出改善。参考文献【3】已经提供了网络冗余分配，我的研究是基于文献【3】的根底上，用聚集存储率aggregaterestorationratio来探讨ATM网络的自愈性，寻找相对优化的自愈方案。1 AMT网络自愈设计方案1.1ATM网络ATM网络集虚电路CircuitSwitch和包交换packetSwitch网络的优点，不像IP包，ATM传输单位信元cell固定长度为53octets前5单位为信息头，后48为信息体。信息在最低层以面向连接的方式传送，ATM网络中，通信双方必须在通信之前建立虚连接，虚连接分为两级：虚通道VP和虚信道VC，分别以虚通道标识符VPI和

5、虚信道标识符VCI来识别，一个VP里面包含一定数量的VC。在ATM网络中，可以将一个VP/VC，作为一个保护对象，或者将一个区域内的多个节点的VP/VC进行保护。ATM网络有很多的优点：交叉连接设备可以连接任意容量的VP，VP/VC连接通路的建立与容量分配独立，具有丰富灵活快速的操作维护管理信元。能支持不同速率的各种业务。1.2ATM网络设计方案两种根本的ATM网络自愈技术是：基于通路path-based和基于链接link-based【2】，在基于通路的方式中，当传输链路中断时，建立一条虚通路VP从发送者到接收者，VP的带宽是动态的，备份用的VP，其初始的带宽可以为0。相比于物理上冗余的自愈方

6、法，VP方式提高了网络资源的利用率。而基于链接自愈，当两个端点检测到失效时，两个端点之间寻找通路。两种存储机制【1】：反应存储reactive和预先方案preplanned存储机制。两种重新配置方法：面向故障failure-oriented和全局global重配，其中全局重配会将没有故障的节点也进行重新配置，这种方法实现简单但是浪费很多资源。这里我采用预先方案存储和面向故障重配方式。考虑虚通道端到端VirtualPathEnd-to-EndVPee方案以及两层网络模式：物理网络工作网络和逻辑网络冗余网络。冗余容量sparecapacity是指安装在冗余网络上用于减少工作网络面临故障时信息的丧失

7、。网络拓扑用GN，L表示，其中N表示节点数，L表示連接数，如后面用到的N20，30。在【3】中SpareCapacityRequirementSCR定义为：SCR=从上式可以得出对于一个已经存在的网络，工作容量已经是一个常量，那么SCR的值实际上就取决于分配的冗余容量。2 网络自愈问题量化描述网络自愈问题数学公式化已经在参考文献【3】中提供，【3】用到了平均存储率averagerestorationratio探讨网络的自愈，也提到了可以用聚集存储率aggregaterestorationratio来衡量，我的研究是在文献【3】的根底上以及利用相同的冗余容量设计SCDsparecapa

8、citydesign，采用聚集存储率研究网络的自愈力。不同的冗余设计方法SCD定义如下：SCD-1：每个链接冗余容量相同sparecapacity;SCD-2：每个链接冗余容量代价相同sparecapacitycost;SCD-3：冗余容量和工作容量成比例proportional。SCD-4：冗余容量和工作容量成反比inverselyproportional。RestorationRatio定义为：其中表示最大数量的存储信息restoredtraffic， 表示最大数量的存储影响信息restoredaffectedtraffic。s表示网络不正常状态Ss0。AggregateRest

9、orationRatio表示为：网络的自愈能力可以表现为，在比较低的SCR值上到达一个比较高的聚集存储率。3 实验环境UNIX平台上用C语言编程，底层利用MINOSFORTRAN软件包【4】共同实现复杂的计算。通过不同方法很屡次长时间运行C语言软件，得到不同冗余设计方法的大量数据，并且分析结果数据。4 实验结果分析4.1不同SCD方案影响实验说明了不同的SCD方案所得到的值，假定通路恢复，单链接故障，N20，30。不管是哪种SCD方案，aggregaterestorationratio都会随着SCR从0%快速增加到一特定值后再随SCR值增加缓慢升高。其中，SCD-1，SCD

10、-2在单链接故障情况下能够满足100%恢复率，而SCD-3，SCD-4不能。在相同的SCR值下，SCD-1到达最高的存储率，SCD-2其次。4.2路由策略影响路由策略影响LDPversusAPP，N20，30网络提供了所有可能路径AllPossiblePathAPPvs链接不相交路径linkDisjointPathLDP的聚集存储率。APP的在相同SCR条件下存储率比LDP要高，这是因为在优化计算中，路由的选择已经由APP/LDP决定，APP允许更多更灵活的路由选择。4.3存储策略影响存储策略影响，APP N20，30网络结果说明了PathRestorationPRvslinkRes

11、torationLR的聚集存储率。在相同的SCR条件下，PR的存储率比LR要高，这是因为在优化计算中，PR能够更灵活地选择从起点到终点的路由，而LR不能像PR那样可以更好地共享路由。4.4网络连接影响不同网络连接对聚集存储率的影响，两种网络的节点数相同，链接数差异很大。Aggregaterestorationratio很快增加到分别是60%对于稀疏网络N20，30和50%对于稠密网络N20，42，之后随SCR的增长而緩慢增加。当网络出现故障时，稠密网络具有较高的存储量，比较容易恢复，这是因为相比稀疏网络，在稠密网络中，比较容易找到存储路由。参考文献【1】IsaacWoungang，Guangy

12、anMa马光艳，“SurvivableATMMeshNetworks：TechniquesandPerformanceevaluation，JournalofSystemsandSoftware，Elsevier，Oct.2021.【2】IsaacWoungang，GuangyanMa马光艳，“SurvivabilityinExistingATM-basedMeshNetworks，InProc.ofthe23rdIEEEInternationalConferenceonAdvancedInformationNetworkingandApplicationsAINA-09，Bradford，U.K英国，May，2021.【3】Xiong，Y.，Mason，L.，“RestorationS