【摘要】 這篇文章我們研究了彈性光網(wǎng)絡(luò)中生存性問題?；诠蚕砺窂奖Ｗo(hù)和p-圈保護(hù)我們分別設(shè)計(jì)了兩種保護(hù)算法，仿真結(jié)果表明基于共享路徑保護(hù)能提供更高的資源利用率和較慢的恢復(fù)速率。而基于p-圈的保護(hù)可以提供更高的恢復(fù)速率，但是其資源利用率低于共享路徑保護(hù)。

【關(guān)鍵詞】 彈性光網(wǎng)絡(luò) 生存性問題 共享路徑保護(hù) p-圈保護(hù)

一、引言

如今，基于光正交頻分復(fù)用的彈性光網(wǎng)絡(luò)由于其高效的頻譜利用率已經(jīng)受到廣泛的關(guān)注[1]。不同于傳統(tǒng)的將信號(hào)調(diào)制在單個(gè)50或100GHz波長信道上的波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)，彈性光網(wǎng)絡(luò)可以使用連續(xù)的子載波信道（12.5GHz或者更?。?，從而實(shí)現(xiàn)彈性的帶寬分配和更高的數(shù)據(jù)傳輸。

在此之前，彈性光網(wǎng)絡(luò)中的路由和頻譜分配問題已得到廣泛研究[2-7]。然后，這些工作都沒考慮到網(wǎng)絡(luò)的生存性問題。正如我們所知，由于光網(wǎng)絡(luò)中（尤其是彈性光網(wǎng)絡(luò)）的超高數(shù)據(jù)速率，任何一根光纖的折斷都將造成極大的數(shù)據(jù)和資金損失。因此，在彈性光網(wǎng)絡(luò)中研究生存性問題迫在眉睫[8，9]。

二、彈性光網(wǎng)絡(luò)中生存性問題

首先我們將給出彈性光網(wǎng)絡(luò)中生存性問題的定義。我們用G（V，E）表示一個(gè)彈性光網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌渲蠽表示節(jié)點(diǎn)集，E表示鏈路集。

一個(gè)連接請(qǐng)求表示為LR（s， d， n），s和d分別為源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)，n表示請(qǐng)求所需要的帶寬（n個(gè)子載波）。我們假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中沒有配備光/電/光轉(zhuǎn)換器，因此，為每一個(gè)請(qǐng)求分配的子載波必須連續(xù)且在整條路徑上保持一致[3]。彈性光網(wǎng)絡(luò)中提供生存性保障要求我們?cè)趩捂溌肥У那疤嵯?，能提供百分之百的恢?fù)能力，并且消耗最少的冗余資源。這個(gè)部分中我們將分別設(shè)計(jì)兩種基于路徑保護(hù)和基于鏈路保護(hù)的生存性方案。

1、共享路徑保護(hù)

在共享路徑保護(hù)方案中，運(yùn)營商為每一個(gè)連接請(qǐng)求計(jì)算兩條不共邊的路徑分別作為工作路徑和保護(hù)路徑，并在兩條路徑上分配相同的頻譜資源，其中工作路徑用于傳輸數(shù)據(jù)，保護(hù)路徑用于當(dāng)發(fā)生鏈路失效時(shí)恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)工作路徑失效時(shí)，保護(hù)路徑被啟用，使得連接不會(huì)被打斷。

為了提高資源利用率，該方案允許請(qǐng)求之間共享保護(hù)資源。若有兩條不共邊的工作路徑1和2，在單鏈路失效的前提下兩個(gè)請(qǐng)求不可能同時(shí)被打斷，在同一時(shí)刻，最多只有一個(gè)請(qǐng)求需要被恢復(fù)。

因此，當(dāng)兩個(gè)連接的備用路徑經(jīng)過相同的邊，我們?cè)试S它們可以共享一份的備用資源。雖然這種方案具有較高的資源利用率，但是它卻擁有較長的錯(cuò)誤恢復(fù)時(shí)間。由于允許資源共享，所有的備用路徑上的資源僅僅是預(yù)留而未進(jìn)行交換結(jié)構(gòu)的配置，當(dāng)發(fā)生鏈路失效時(shí)，失效鏈路端節(jié)點(diǎn)首先檢測(cè)到失效并通過信號(hào)通知源目的節(jié)點(diǎn)，隨后再進(jìn)行中間節(jié)點(diǎn)的交換結(jié)構(gòu)配置和傳輸恢復(fù)。這些過程使得恢復(fù)過程復(fù)雜而緩慢。

2、預(yù)配置圈保護(hù)

由于共享路徑保護(hù)恢復(fù)時(shí)延大，我們又提出了一種基于鏈路的預(yù)配置圈保護(hù)（p-圈）方案。在使用p-圈的彈性光網(wǎng)絡(luò)中，運(yùn)營商為每個(gè)請(qǐng)求的工作路徑上的每條鏈路配置p-圈，以實(shí)現(xiàn)完全保護(hù)。

如圖1所示，給出了一個(gè)使用p-圈保護(hù)的例子。工作路徑1-2-5上的鏈路1-2和2-5都由p-圈1-6-5-4-3-2-1保護(hù)。1-2成為圈上邊，當(dāng)其發(fā)生失效時(shí)，圈上的1-6-5-4-3-2被啟用。

邊2-5雖然不在圈上，但其兩個(gè)端節(jié)點(diǎn)都在圈上，被稱為跨邊，當(dāng)其發(fā)生失效時(shí)，圈上的2-1-6-5段被啟用。p-圈既能保護(hù)圈上邊，又能保護(hù)跨邊，因此其同樣具有很高的資源利用率。

同時(shí)需要注意到，由于p-圈具有局部保護(hù)的特性，我們不僅在p-圈預(yù)留帶寬資源，而且可以在所有p-圈上的交換節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)交換結(jié)構(gòu)的預(yù)配置。

當(dāng)發(fā)生鏈路失效時(shí)，失效鏈路的兩個(gè)端節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到失效并做局部流量切換即可，而不需要復(fù)雜的信號(hào)通知和中間交換節(jié)點(diǎn)的重新配置。因此，基于p-圈的保護(hù)方案具有快速恢復(fù)能力。

在彈性光網(wǎng)絡(luò)中，由于p-圈的保護(hù)特點(diǎn)以及我們假設(shè)網(wǎng)絡(luò)不具備頻譜轉(zhuǎn)換能力，p-圈上預(yù)留的資源必須與其所保護(hù)的鏈路上的資源完全一致。

在我們的算法中，我們動(dòng)態(tài)的為每一個(gè)連接選擇保護(hù)效率最高的圈，直到該連接的所有鏈路都受到保護(hù)。這里，保護(hù)效率被定為被保護(hù)的工作資源量與預(yù)留的冗余資源量的比值。

三、仿真結(jié)果

這一段我們將給出并分析仿真結(jié)果，進(jìn)而驗(yàn)證我們算法的有效性。我們使用14節(jié)點(diǎn)NSFNET拓?fù)渥鳛榉抡嫱負(fù)?。我們假設(shè)子載波的帶寬為12.5GHz，使用BPSK調(diào)制方式，每根光纖可以容納358個(gè)子信道。我們考慮均勻流量模型，請(qǐng)求的到達(dá)速率服從泊松分布，請(qǐng)求的持續(xù)時(shí)間服從負(fù)指數(shù)分布，每個(gè)連接請(qǐng)求所需的子信道數(shù)量在區(qū)間[3，10]上服從均勻分布。

圖2給出了兩種算法在不同的負(fù)載條件下的請(qǐng)求阻塞率?？梢钥闯?，共享路徑保護(hù)始終具有較低的阻塞率，說明其具有更好的帶寬利用率，在相同的資源下可以服務(wù)更多的請(qǐng)求。p-圈保護(hù)阻塞率較高，這是因?yàn)閺椥怨饩W(wǎng)絡(luò)中要求圈所用譜必須與工作路徑保持一致，這就加大了圈被復(fù)用的難度。

另外一方面，由于動(dòng)態(tài)的配置和撤銷圈，導(dǎo)致頻譜碎片化成都加劇，這也是導(dǎo)致p-圈帶寬利用率低的一個(gè)主要原因。

然而，我們同樣需要知道，p-圈保護(hù)相對(duì)于共享路徑保護(hù)擁有更快的恢復(fù)速度。除了共享路徑保護(hù)需要復(fù)雜的信號(hào)過程，恢復(fù)時(shí)間很大程度上取決與發(fā)生失效時(shí)有多少個(gè)交換節(jié)點(diǎn)需要重新配置（一般情況下，每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置通常需要50ms）。由于只需要端節(jié)點(diǎn)參與恢復(fù)，p-圈保護(hù)重配置節(jié)點(diǎn)數(shù)始終為2，而通過仿真我們得到共享路徑保護(hù)平局需要重新配置節(jié)點(diǎn)數(shù)為3.75?？梢钥闯?，p-圈擁有更快的恢復(fù)速度。

四、結(jié)論

本文研究了彈性光網(wǎng)絡(luò)中的保護(hù)機(jī)制，并分別基于共享路徑保護(hù)和p-保護(hù)設(shè)計(jì)兩種有效的保護(hù)算法。仿真結(jié)果表明共享路徑保護(hù)具有更高的資源利用率但是操作復(fù)雜、恢復(fù)速率慢。

p-保護(hù)資源利用率低于共享路徑保護(hù)，但是其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，具有很快的恢復(fù)速率。結(jié)果同樣顯示了在保護(hù)算法設(shè)計(jì)中資源利用率和恢復(fù)速率的一種折中。

參 考 文 獻(xiàn)

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