于存水

（國(guó)網(wǎng)沈陽(yáng)供電公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

綠色ASON中基于遍歷路徑的動(dòng)態(tài)多播疏導(dǎo)共享保護(hù)研究

于存水

（國(guó)網(wǎng)沈陽(yáng)供電公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

研究了基于自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）的多播專用保護(hù)。ASON作為具有分布式智能的光傳送網(wǎng)，最大特點(diǎn)就是在傳送平面和管理平面的基礎(chǔ)上引入了具有智能的控制平面，結(jié)合ASON優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了輔助圖模型，提出了優(yōu)化模型，并對(duì)所設(shè)計(jì)的算法進(jìn)行仿真和分析。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的基于遍歷路徑的動(dòng)態(tài)多播綠色疏導(dǎo)交叉共享保護(hù)具有更低的業(yè)務(wù)阻塞率，更低的能耗以及較高的工作帶寬比。

ASON；綠色光網(wǎng)絡(luò)；動(dòng)態(tài)多播；交叉共享保護(hù)

數(shù)字化變電站內(nèi)部大多采用光纖直連的方式，其帶寬資源和傳輸速率取決于設(shè)備和光纖，在設(shè)備符合投運(yùn)要求的情況下，可以認(rèn)為100%滿足要求［1］。對(duì)于承載業(yè)務(wù)量越來(lái)越龐大的光纖系統(tǒng)，如何實(shí)現(xiàn)高效的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和恢復(fù)，如何實(shí)現(xiàn)保護(hù)帶寬的智能動(dòng)態(tài)分配，如何使各種保護(hù)結(jié)構(gòu)互通等，都是自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)（Automatic Switched Optical?Network，ASON）需要解決的問(wèn)題［2］。ASON作為具有分布式智能的光傳送網(wǎng)，其最大特點(diǎn)就是在傳送平面和管理平面的基礎(chǔ)上引入了智能的控制平面，并使用信令、路由和自動(dòng)發(fā)現(xiàn)等技術(shù)，因此，ASON能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的光通道分配以及靈活的帶寬管理，給光多播的實(shí)現(xiàn)和部署提供了出路和保障。

在光網(wǎng)絡(luò)中，將點(diǎn)到點(diǎn)的光連接方式擴(kuò)展為點(diǎn)到多點(diǎn)的光連接方式，形成了光網(wǎng)絡(luò)多播傳輸（簡(jiǎn)稱光多播）。通過(guò)把多播技術(shù)推廣到光網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營(yíng)商能夠提高會(huì)議電視、高清晰度電視（HDTV）、視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教學(xué)、存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)（SAN）和多媒體業(yè)務(wù)的傳輸性能［3－4］。在光網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)多播功能，能夠最大程度地節(jié)省鏈路帶寬和端口資源，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化，提高服務(wù)水平?？梢哉f(shuō)，光節(jié)點(diǎn)設(shè)備的發(fā)展為光網(wǎng)絡(luò)組播的實(shí)現(xiàn)提供了機(jī)會(huì)。ASON的出現(xiàn)為光多播的實(shí)施創(chuàng)造了前提條件，解決了光多播的建立和管理難題，給光多播的發(fā)展帶來(lái)了生機(jī)。因此，研究基于ASON的光網(wǎng)絡(luò)多播生存性尤為重要。

1 共享保護(hù)策略

1.1 共享保護(hù)分類

共享策略主要有2種，分別是自共享和交叉共享，自共享中又包含2種方式，分別為保護(hù)路徑間的共享和保護(hù)路徑與工作路徑間的共享。在交叉共享中既可以自共享，又可以在多個(gè)業(yè)務(wù)的保護(hù)路徑之間共享。

1.2 綠色光網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)多播疏導(dǎo)交叉共享保護(hù)

實(shí)現(xiàn)資源共享可以采用容器的思路，根據(jù)這個(gè)思路提出了共享矩陣概念，通過(guò)共享矩陣來(lái)記錄資源預(yù)留情況，統(tǒng)計(jì)最終所需預(yù)留的帶寬資源，從而描述為矩陣的第1行是被保護(hù)物理鏈路的編號(hào)，第1列是組成保護(hù)路徑的鏈路在拓?fù)鋱D中的編號(hào)，最后1列則是作為保護(hù)路徑需要預(yù)留的保護(hù)帶寬。

2 基于遍歷路徑的動(dòng)態(tài)多播疏導(dǎo)交叉共享保護(hù)（SPD－CSPA）算法

2.1 選路圖構(gòu)建

在計(jì)算工作樹(shù)和保護(hù)路徑時(shí)需要根據(jù)疏導(dǎo)輔助圖來(lái)構(gòu)建有效的選路圖，并且根據(jù)鏈路的狀態(tài)修改鏈路代價(jià)。在構(gòu)建計(jì)算工作樹(shù)的選路圖時(shí)，只要輔助圖鏈路的帶寬大于或等于業(yè)務(wù)請(qǐng)求的帶寬就可以加入到選路圖中，但在構(gòu)建計(jì)算保護(hù)路徑的選路圖時(shí)不僅帶寬要滿足要求，并且要與被保護(hù)的工作路徑鏈路分離。計(jì)算工作樹(shù)和保護(hù)路徑時(shí)，目的是使保護(hù)路徑能夠相對(duì)集中在同一條鏈路上，就可以有更多的設(shè)備進(jìn)入睡眠狀態(tài)，促進(jìn)節(jié)能的實(shí)現(xiàn)。

2.2 SPD－CSPA算法步驟

步驟1：根據(jù)物理拓?fù)浜彤?dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)初始化相應(yīng)的選路圖（虛拓?fù)鋱D、聯(lián)合疏導(dǎo)圖）。

步驟2：等待多播業(yè)務(wù)請(qǐng)求。

步驟3：通過(guò)計(jì)算多播樹(shù)和保護(hù)路徑，如果成功，記錄工作樹(shù)和保護(hù)路徑集信息，轉(zhuǎn)至步驟4；如果失敗，該業(yè)務(wù)請(qǐng)求被阻塞，返回步驟2。

步驟4：為多播業(yè)務(wù)請(qǐng)求分配資源，對(duì)于每條保護(hù)路徑，在共享矩陣中記錄被保護(hù)的鏈路需要預(yù)留的資源，并計(jì)算出實(shí)際需要預(yù)留的帶寬，如果所需帶寬增加，則預(yù)留帶寬資源，更新輔助圖。根據(jù)記錄的多播樹(shù)和保護(hù)路徑集信息，更新使用的己建光路剩余波長(zhǎng)帶寬，檢測(cè)這些光路和對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)鏈路的狀態(tài)，如果發(fā)生變化則更新?tīng)顟B(tài)。如果在虛拓?fù)鋱D中新建光路，刪除光路對(duì)應(yīng)的物理鏈路上使用的波長(zhǎng)資源。分配并預(yù)留節(jié)點(diǎn)空閑光收發(fā)器資源、IP路由器端口，如果節(jié)點(diǎn)的光收發(fā)器數(shù)目變?yōu)?，則刪除該點(diǎn)處的虛鏈路。統(tǒng)計(jì)新建光路在IP路由端口、光收發(fā)器、光放大器等器件所消耗的能量。

步驟5：釋放資源，更新虛拓?fù)渖现С衷摌I(yè)務(wù)的光路剩余波長(zhǎng)帶寬。刪除不再承載多播業(yè)務(wù)的光路資源，釋放為保護(hù)路徑集而在光路上預(yù)留的帶寬資源，如果光路不再承載任何業(yè)務(wù)或是預(yù)留任何保護(hù)帶寬，則恢復(fù)它們占用的波長(zhǎng)資源，檢測(cè)這些光路和對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)鏈路的狀態(tài)，如果發(fā)生變化則更新?tīng)顟B(tài)。對(duì)于每條保護(hù)路徑，在共享矩陣中記錄被保護(hù)鏈路需要預(yù)留的資源，并計(jì)算出實(shí)際需要預(yù)留的帶寬，如果所需帶寬減少，則撤銷為保護(hù)多播業(yè)務(wù)而預(yù)留的帶寬資源，更新輔助圖。更新節(jié)點(diǎn)空閑光收發(fā)器資源和IP路由器端口資源，如果某節(jié)點(diǎn)的光收發(fā)器由無(wú)到有，則恢復(fù)這個(gè)節(jié)點(diǎn)的虛鏈路。

3 仿真分析

3.1 仿真設(shè)置

仿真時(shí)使用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ腿鐖D1所示。鏈路上括號(hào)前的數(shù)字為鏈路編號(hào)，括號(hào)中的數(shù)字則代表該鏈路上配置的EDFA數(shù)目（鏈路兩端分別配置1個(gè)，每間隔80 km配置1個(gè)）。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都采用結(jié)構(gòu)和功能相同的GMC－OXC，并且具有完全分光能力，且配備有足夠多的光收發(fā)器。在網(wǎng)絡(luò)中每條物理鏈路可容納的波長(zhǎng)數(shù)同為2，每個(gè)波長(zhǎng)所支持的帶寬為OC－48。仿真過(guò)程中多播連接請(qǐng)求的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)以及目的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)都是隨機(jī)選定。每個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求只是單帶寬粒度，即OC－1。多播業(yè)務(wù)請(qǐng)求隨機(jī)到達(dá)網(wǎng)絡(luò)，并且連接建立請(qǐng)求按照平均速率服從參數(shù)λ的泊松分布到達(dá)。所建連接的持續(xù)時(shí)間服從均值1／μ的指數(shù)分布（假設(shè)μ＝1），因此網(wǎng)絡(luò)負(fù)載為λ（Erlang）。

根據(jù)各種器件或端口的平均耗能，合理設(shè)置可用核心路由器端口數(shù)、可用光收發(fā)器數(shù)、可用OEO端口數(shù)以及光纖上的可用光放大器數(shù)，保證在有限能量供給下完成綠色路由選擇，以促進(jìn)高效節(jié)能的實(shí)現(xiàn)。

仿真結(jié)果所對(duì)比的參數(shù)指標(biāo)如下。

a.業(yè)務(wù)阻塞率（ABR）：被阻塞業(yè)務(wù)請(qǐng)求數(shù)Qf與到達(dá)網(wǎng)絡(luò)的多播業(yè)務(wù)連接請(qǐng)求總數(shù)Q之比；

圖1 仿真拓?fù)鋱D

b.平均能耗（APC）：全網(wǎng)的光收發(fā)器、IP核心路由器端口和光放大器這3種設(shè)備所消耗的總能量與成功建立連接并被保護(hù)的業(yè)務(wù)數(shù)Qs（Q＝Qs＋Qf）之比；

c.工作帶寬比（WBR）：工作路徑占用的總帶寬Wb與業(yè)務(wù)占用總帶寬之比。

3.2 SPD－CSPA算法仿真結(jié)果與分析

SPD－CSPA和SPD－SSPA算法在代價(jià)設(shè)置參數(shù)ε＝1和ε＝2情況下的業(yè)務(wù)阻塞率隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化的關(guān)系曲線如圖2所示。從整體上看，這2種算法在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載上升時(shí)業(yè)務(wù)阻塞率也在不斷增加，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較低時(shí)的業(yè)務(wù)阻塞率非常低，幾乎為零。在相同代價(jià)設(shè)置參數(shù)時(shí)采用交叉共享的SPD－CSPA算法要比采用自共享的SPD－SSPA算法業(yè)務(wù)阻塞率更低，并且都要比采用專用保護(hù)的DMGG－SPDP低。其主要原因是交叉共享的方式不僅可以在1個(gè)業(yè)務(wù)之間的保護(hù)路徑和工作樹(shù)之間共享，不同業(yè)務(wù)之間的帶寬資源也可以共享。所以，即使是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載比較高的情況下也可以疏導(dǎo)更多的多播業(yè)務(wù)。而自共享方式只有在單個(gè)業(yè)務(wù)之間的工作路徑和保護(hù)路徑之間，保護(hù)路徑和保護(hù)路徑之間的共享，并且能夠滿足共享?xiàng)l件的多播業(yè)務(wù)相比較于交叉共享要少很多，所以業(yè)務(wù)阻塞率要稍高一些。即使能夠節(jié)省的帶寬資源比較少，也能夠起到降低業(yè)務(wù)阻塞率的作用，因此要比專用的多播疏導(dǎo)保護(hù)算法業(yè)務(wù)阻塞率低。

在相同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的情況下，由于ε的增加使得選路圖中鏈路代價(jià)增加，ε越大，鏈路的代價(jià)就越不平衡，使得一些多播業(yè)務(wù)由于找不到合適的路徑而被阻塞，導(dǎo)致了ABR的不同。當(dāng)ε＝2時(shí)對(duì)鏈路代價(jià)的影響小，所以ABR的差距并不大，當(dāng)ε越來(lái)越大時(shí)使得ABR在相同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況下明顯變大，但是ε＝4和ε＝8之間的差距卻并不明顯，這是因?yàn)楫?dāng)ε增加到一定程度之后，鏈路代價(jià)的變化對(duì)ABR的影響幾乎保持不變。

圖2 SPD－CSPA算法和SPD－SSPA算法ABR的比較

通過(guò)以上分析可知，ε的增加會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)阻塞率上升，但能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)能耗，所以能耗的降低是以業(yè)務(wù)阻塞率增加為代價(jià)的。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文旨在解決ASON中的多播生存性問(wèn)題，并將該問(wèn)題放置在綠色WDM光網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)景中進(jìn)行研究。首先介紹了共享保護(hù)策略和輔助圖，并將輔助圖和ASON中的多播生存性問(wèn)題抽象成數(shù)學(xué)模型，最后提出了基于路徑保護(hù)的綠色多播共享保護(hù)算法SPD－CSPA。通過(guò)仿真分析，可以證明所提出的算法不但在業(yè)務(wù)平均阻塞率和工作帶寬比方面較對(duì)比算法有所提高，還能提高整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能效率。

［1］王躍東，李振威，呂旭明.數(shù)字化變電站通信信息技術(shù)可行性研究［J］.東北電力技術(shù)，2015，36（9）：1－4.

［2］袁衛(wèi)國(guó).ASON的發(fā)展及在電力通信網(wǎng)中的應(yīng)用策略［J］.電力系統(tǒng)通信，2009，33（11）：5－8.

［3］尚 芳，韓 冰.多通道瞬態(tài)過(guò)程記錄儀的研制與應(yīng)用［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（9）：3－6.

［4］廖露華.WDM網(wǎng)絡(luò)多播業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)和保護(hù)算法研究［D］.成都：電子科技大學(xué)，2007：10－13.

Study on Dynamic－Multicast－Grooming Cross－Sharing Protection Based on Spanning Path in Green ASON

YU Cun?shui
（State Grid Shenyang Power Electric Supply Company，Shenyang，Liaoning 110003，China）

This paper focuses on the multicast cross－shared protection based on automatic switched optical network（ASON）.ASON is an optical transmission network that has distributed intelligence and it introduces the control plane with intelligence based on the transmission plane and the management plane.Thus，with the superiorities of ASON，this paper designs an auxiliary graph and an opti?mization model，the model includes a virtual topology graph and an integrated graph.The simulation results show proposed cross－sha?ring protection algorithm has lower blocking probability，higher working bandwidth ratio and more energy saving in the green optical networks.

ASON；Green optical network；Dynamic multicast；Cross－shared protection

TM773

A

1004－7913（2016）03－0035－03

于存水（1984—），男，碩士，工程師，從事電力調(diào)度、智能變電站關(guān)鍵技術(shù)研究。

2016－01－05）