彈性光網(wǎng)絡(luò)中可生存性問(wèn)題研究.pdf

1、彈性光網(wǎng)絡(luò)（Elastic Optical Networks，EON）被普遍認(rèn)為是下一代光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。與傳統(tǒng)的基于50或100 GHz固定波長(zhǎng)分配的波分復(fù)用(WavelengthDivision Multiplexing，WDM)網(wǎng)絡(luò)相比，通過(guò)采用光正交頻分復(fù)用(Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing，O-OFDM)等新型技術(shù)，EON可以實(shí)現(xiàn)更靈活的光層頻譜分配。另一方面

2、，由于EON具有極高的傳輸速率，單個(gè)光器件的失效就會(huì)導(dǎo)致巨大的數(shù)據(jù)丟失，為其提供可生存性保障非常必要。
　　本文首先針對(duì)現(xiàn)有EON中可生存性方案設(shè)計(jì)中存在的恢復(fù)速度慢或部署代價(jià)高的缺點(diǎn)，考慮光網(wǎng)絡(luò)中最普遍存在的單光纖失效情景，利用故障獨(dú)立路徑保護(hù)預(yù)置圈（Failure-Independent Path-Protecting precon fi gured-cycle，F(xiàn)IPP-p-cycle）為EON設(shè)計(jì)頻譜高效的快速保護(hù)算法。本

3、文研究了基于FIPP-p-cycle保護(hù)的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問(wèn)題，構(gòu)造了求解問(wèn)題最優(yōu)解的整數(shù)線性規(guī)劃(Integer Linear Programming，ILP)方程并證明ILP的求解為NP-難問(wèn)題。為了降低問(wèn)題的求解復(fù)雜度，本文設(shè)計(jì)三種時(shí)間高效的啟發(fā)式算法，即保護(hù)效率優(yōu)先的FIPP-p-cycle配置算法(Protection-Efficiency-based FIPP-p-cycle design,PE-FIPP)，聚合FIPP-p-c

4、ycle配置算法（Integrated FIPP-p-cycle design，Inte-FIPP）和基于最大獨(dú)立集的FIPP-p-cycle配置算法（Maximum-Independent-Set based FIPP-p-cycle design，MIS-FIPP），以獲得問(wèn)題的近似最優(yōu)求解。本文還研究了動(dòng)態(tài)的FIPP-p-cycle配置算法，設(shè)計(jì)了一種基于MIS-FIPP算法的保護(hù)結(jié)構(gòu)重配置機(jī)制以解決動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中出現(xiàn)的FIPP-

5、p-cycle保護(hù)效率降低的問(wèn)題。仿真結(jié)果表明，與現(xiàn)有工作相比，本文所設(shè)計(jì)的FIPP-p-cycle保護(hù)算法可以獲得更高的頻譜使用效率和更低的請(qǐng)求阻塞率。
　　針對(duì)單光纖失效情景的保護(hù)算法設(shè)計(jì)未考慮現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)多樣化的服務(wù)可靠性需求，例如，實(shí)時(shí)的視頻電話會(huì)議要求數(shù)據(jù)傳輸完全不能被打斷，而文件傳輸業(yè)務(wù)則只關(guān)心所獲得的平均帶寬，允許一定時(shí)間的數(shù)據(jù)中斷。因此，為所有請(qǐng)求提供相同的保護(hù)機(jī)制無(wú)法實(shí)現(xiàn)最高效的頻譜使用。
　　本文結(jié)合E

6、ON靈活的頻譜分配原則和恢復(fù)帶寬可擠壓原理，為EON設(shè)計(jì)完全新型的可靠性保證的服務(wù)提供模型。本文提出使用不同路徑保護(hù)方案，即無(wú)保護(hù)、專屬路徑保護(hù)(Dedicated-Path Protection，DPP)和共享路徑保護(hù)(Shared-PathProtection, SPP)，以滿足請(qǐng)求的不同服務(wù)可靠性需求，并構(gòu)建了不同保護(hù)機(jī)制下請(qǐng)求服務(wù)可靠性的理論分析方法。根據(jù)所獲得的可靠性計(jì)算方法，本文為EON設(shè)計(jì)了可靠性保證的差分保護(hù)算法(Ava

7、ilability-aware Differentiated Protection，ADP)和可靠性保證的保護(hù)結(jié)構(gòu)重配置策略(Availability-aware Backup Reprovisioning，ABR)。其中，ABR策略可以根據(jù)請(qǐng)求瞬時(shí)可靠性需求的變化動(dòng)態(tài)的調(diào)整請(qǐng)求的保護(hù)頻譜分配以提高頻譜效率。另一方面，針對(duì)現(xiàn)有工作中p-cycle保護(hù)服務(wù)可靠性分析方法中存在的缺陷，本文考慮多鏈路同時(shí)失效的情形和保護(hù)域之間的內(nèi)在聯(lián)系，提出

8、一種更為精確的p-cycle保護(hù)下請(qǐng)求服務(wù)可靠性的理論分析模型，并據(jù)此為EON設(shè)計(jì)了一種可靠性為導(dǎo)向的動(dòng)態(tài)p-cycle配置算法。仿真結(jié)果表明，本文所提出的可靠性分析模型可以獲得比現(xiàn)有工作更精確的結(jié)果，同時(shí)，所設(shè)計(jì)的可靠性保證的保護(hù)算法可以有效地提高頻譜效率和請(qǐng)求服務(wù)可靠性。
　　基于數(shù)據(jù)傳輸平面和控制平面分離的集中控制式軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software-Defined Networking，SDN）可以提高網(wǎng)絡(luò)的可編程性和可管理性

9、。通過(guò)將SDN與EON結(jié)合，軟件定義彈性光網(wǎng)絡(luò)(Software-Defined Elastic Optical Network，SD-EON)為EON的靈活光層頻譜分配提供了強(qiáng)大的支持。然而，SD-EON的控制平面同樣面臨著可生存性問(wèn)題。例如，控制器的失效會(huì)導(dǎo)致整個(gè)控制平面的癱瘓，進(jìn)而造成數(shù)據(jù)傳輸平面服務(wù)提供的中斷。
　　本文針對(duì)SD-EON控制平面存在的可生存性問(wèn)題，考慮控制器和控制平面通信路徑失效的情景，研究基于多控制器和控

10、制平面服務(wù)質(zhì)量保證的可生存的SD-EON控制平面建立(Survivable Control Plane Establishment，SCPE)問(wèn)題。具體地，SCPE確保SD-EON中每個(gè)光節(jié)點(diǎn)至少有兩個(gè)控制器（分別作為主、備控制器），控制器之間相互備份，且控制器與節(jié)點(diǎn)、控制器與控制器之間通信路徑長(zhǎng)度低于一定閾值。本文構(gòu)造了用于求解SCPE問(wèn)題最優(yōu)解的ILP方程，設(shè)計(jì)了一種基于相關(guān)集的啟發(fā)式算法用于大型拓?fù)涞腟CPE求解，并探討了支持SC