發(fā)布時間：2019-09-16 10:00

【摘要】：彈性光網(wǎng)絡(Elastic Optical Networks, EON)被普遍認為是下一代光網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢。與傳統(tǒng)的基于50或100 GHz固定波長分配的波分復用(Wavelength Division Multiplexing, WDM)網(wǎng)絡相比,通過采用光正交頻分復用(Optical Or-thogonal Frequency Division Multiplexing, O-OFDM)等新型技術,EON可以實現(xiàn)更靈活的光層頻譜分配。另一方面,由于EON具有極高的傳輸速率,單個光器件的失效就會導致巨大的數(shù)據(jù)丟失,為其提供可生存性保障非常必要。本文首先針對現(xiàn)有EON中可生存性方案設計中存在的恢復速度慢或部署代價高的缺點,考慮光網(wǎng)絡中最普遍存在的單光纖失效情景,利用故障獨立路徑保護預置圈(Failure-Independent Path-Protecting preconfigured-cycle, FIPP-p-cycle)為EON設計頻譜高效的快速保護算法。本文研究了基于FIPP-p-cycle保護的靜態(tài)網(wǎng)絡規(guī)劃問題,構造了求解問題最優(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-難問題。為了降低問題的求解復雜度,本文設計三種時間高效的啟發(fā)式算法,即保護效率優(yōu)先的FIPP-p-cycle配置算法(Protection-Efficiency-based FIPP-p-cycle design, PE-FIPP),聚合FIPP-p-cycle配置算法(Integrated FIPP-p-cycle design, Inte-FIPP)和基于最大獨立集的FIPP-p-cycle配置算法(Maximum-Independent-Set based FIPP-p-cycle design, MIS-FIPP),以獲得問題的近似最優(yōu)求解。本文還研究了動態(tài)的FIPP-p-cycle配置算法,設計了一種基于MIS-FIPP算法的保護結構重配置機制以解決動態(tài)網(wǎng)絡運行中出現(xiàn)的FIPP-p-cycle保護效率降低的問題。仿真結果表明,與現(xiàn)有工作相比,本文所設計的FIPP-p-cycle保護算法可以獲得更高的頻譜使用效率和更低的請求阻塞率。針對單光纖失效情景的保護算法設計未考慮現(xiàn)實網(wǎng)絡中業(yè)務多樣化的服務可靠性需求,例如,實時的視頻電話會議要求數(shù)據(jù)傳輸完全不能被打斷,而文件傳輸業(yè)務則只關心所獲得的平均帶寬,允許一定時間的數(shù)據(jù)中斷。因此,為所有請求提供相同的保護機制無法實現(xiàn)最高效的頻譜使用。本文結合EON靈活的頻譜分配原則和恢復帶寬可擠壓原理,為EON設計完全新型的可靠性保證的服務提供模型。本文提出使用不同路徑保護方案,即無保護、專屬路徑保護(Dedicated-Path Protection, DPP)和共享路徑保護(Shared-Path Protection, SPP),以滿足請求的不同服務可靠性需求,并構建了不同保護機制下請求服務可靠性的理論分析方法。根據(jù)所獲得的可靠性計算方法,本文為EON設計了可靠性保證的差分保護算法(Availability-aware Differentiated Protection, ADP)和可靠性保證的保護結構重配置策略(Availability-aware Backup Reprovisioning, ABR)。其中,ABR策略可以根據(jù)請求瞬時可靠性需求的變化動態(tài)的調整請求的保護頻譜分配以提高頻譜效率。另一方面,針對現(xiàn)有工作中p-cycle保護服務可靠性分析方法中存在的缺陷,本文考慮多鏈路同時失效的情形和保護域之間的內在聯(lián)系,提出一種更為精確的p-cycle保護下請求服務可靠性的理論分析模型,并據(jù)此為EON設計了一種可靠性為導向的動態(tài)p-cycle配置算法。仿真結果表明,本文所提出的可靠性分析模型可以獲得比現(xiàn)有工作更精確的結果,同時,所設計的可靠性保證的保護算法可以有效地提高頻譜效率和請求服務可靠性�；跀�(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(Software-Defined Networking, SDN)可以提高網(wǎng)絡的可編程性和可管理性。通過將SDN與EON結合,軟件定義彈性光網(wǎng)絡(Software-Defined Elastic Optical Network, SD-EON)為EON的靈活光層頻譜分配提供了強大的支持。然而,SD-EON的控制平面同樣面臨著町生存性問題。例如,控制器的失效會導致整個控制平面的癱瘓,進而造成數(shù)據(jù)傳輸平面服務提供的中斷。本文針對SD-EON控制平面存在的可生存性問題,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制平面服務質量保證的可生存的SD-EON控制平面建立(Survivable Control Plane Establishment, SCPE)問題。具體地,SCPE確保SD-EON中每個光節(jié)點至少有兩個控制器(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、控制器與控制器之間通信路徑長度低于一定閩值。本文構造了用于求解SCPE問題最優(yōu)解的ILP方程,設計了一種基于相關集的啟發(fā)式算法用于大型拓撲的SCPE求解,并探討了支持SCPE的SD-EON系統(tǒng)框架和相關協(xié)議設計。本文基于OpenFlow搭建了支持SCPE的SD-EON系統(tǒng)實驗演示平臺,實驗結果表明本文所設計方案可以有效地抵御控制平面和數(shù)據(jù)平面的各種失效情景,并且具有較好的可擴展性。
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圖１．５邋ＥＯＮ中ＭＰＰ保護不例逡逑

Ｔ巧ｆｆｉｃ邋ＬｏａｃＭＥｔｌａｎｇｓ）邐Ｔ巧ｆｆｉｃ邋Ｌｏａｄ邋（Ｅｒｌａｎｇｓ）逡逑圖２．１２邋ＣＯＳＴ２３９拓撲下請求帶寬阻塞率仿寅結�。保保卞义希桑蹋心Ｐ停⒃O計ＴＨ種高巧的后發(fā)式算法，即ＰＥ－ＦＩＰＰ，Ｉｎｔｅ－ＦＩＰＰ和ＭＩＳ－ＦＩＰＰ。逡逑接著，在２．２節(jié)中．本章探討了動態(tài)的ＦＩＰＰ－ｐ－ｃｙｃｌｅ配置算法。靜態(tài)網(wǎng)絡規(guī)劃和動逡逑態(tài)網(wǎng)絡服務提供仿真結巧同時表明本章所設計算法可Ｗ獲得比對比算法更高的逡逑，

本文編號：2536125