余 庚, 陳宏意

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院,福建 福州350007)

0 引 言

ASON通過(guò)引入多元化的控制網(wǎng)元促使其在應(yīng)對(duì)SLA的數(shù)據(jù)時(shí)能夠有效控制波長(zhǎng)業(yè)務(wù)發(fā)起請(qǐng)求的失效率,但不可避免地面臨波長(zhǎng)通道局向資源枯竭或失效的客觀問(wèn)題。此問(wèn)題主要描述為當(dāng)用于部署基于SLA波長(zhǎng)業(yè)務(wù)的主用波長(zhǎng)通道(S)和備用波長(zhǎng)通道(P)在某個(gè)時(shí)隙同時(shí)失效的情形下,此SLA業(yè)務(wù)也將同步失效。這引發(fā)了業(yè)界的關(guān)注并展開了一系列與SRLG相關(guān)的研究。

以文獻(xiàn)[1]為代表的啟發(fā)式算法為例,其思想是根據(jù)SRLG的數(shù)量多少給其內(nèi)部的每一條波長(zhǎng)通道設(shè)計(jì)一個(gè)科學(xué)的權(quán)重度。這樣的設(shè)計(jì)理念有助于降低時(shí)間成本更重要的是能夠使波長(zhǎng)業(yè)務(wù)所在的主用通道靈活地脫離多個(gè)SRLG管理下的波長(zhǎng)通道。但是該算法對(duì)于陷阱問(wèn)題的解決思路并未提及。以文獻(xiàn)[2]為代表的最短路徑算法,其思路是通過(guò)對(duì)所計(jì)算出的K個(gè)最短的S通道按照權(quán)重輕重給予排列,然后確定滿足SRLG分離的SLA的S通道以及SLA的P通道。但是該計(jì)算機(jī)制在應(yīng)對(duì)基于海量云數(shù)據(jù)的波長(zhǎng)業(yè)務(wù)時(shí)k值規(guī)模的線性增加無(wú)疑加劇算法在時(shí)間上的復(fù)雜度。文獻(xiàn)[3]所倡導(dǎo)的基于CoS的自適應(yīng)局向機(jī)制,雖然考慮到了波長(zhǎng)通道資源共享陷阱問(wèn)題卻依舊忽略了SLA的差異性對(duì)波長(zhǎng)通道資源的個(gè)性化需求?；诋?dāng)前主流研究在SLA波長(zhǎng)業(yè)務(wù)通道資源問(wèn)題和陷阱問(wèn)題上的片面性,通過(guò)設(shè)計(jì)一種兼顧基于差異化SLA業(yè)務(wù)可靠性需求和算法復(fù)雜度的自愈技術(shù)以改善ASON的穩(wěn)定性。

1 可行性分析

針對(duì)上述提及的SRLG[4]做如下定義。首先定義一個(gè)由五個(gè)網(wǎng)元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)元1和網(wǎng)元2之間的鏈路記作L1;網(wǎng)元2和網(wǎng)元3之間的鏈路記作L2;網(wǎng)元1和網(wǎng)元3之間的鏈路記作L3;網(wǎng)元3和網(wǎng)元4之間的鏈路記作L4;網(wǎng)元1和網(wǎng)元4之間的鏈路記作L5;網(wǎng)元1和網(wǎng)元5之間的鏈路記作L6;網(wǎng)元4和網(wǎng)元5之間的鏈路記作L7。根據(jù)文獻(xiàn)[2]思想,網(wǎng)元1和網(wǎng)元3之間物理間距最短的L3將被定義為兩個(gè)網(wǎng)元之間用于實(shí)施波長(zhǎng)業(yè)務(wù)的S通道。但是L3和其他的鏈路組合L1&L2,L4&L5等均屬于同一個(gè)SRLG。一旦這些鏈路因自然災(zāi)害等原因出現(xiàn)物理故障那么將無(wú)法找到一個(gè)可行的P通道來(lái)替代這些失效的物理S通道。有別于文獻(xiàn)[2]思想,自愈技術(shù)思路則將網(wǎng)元1和網(wǎng)元3間的鏈路組合L1&L2視為兩個(gè)網(wǎng)元之間的S通道,鏈路組合L7&L6&L4視為兩個(gè)網(wǎng)元之間的P通道。顯而易見,這樣的設(shè)計(jì)思路為SLA波長(zhǎng)業(yè)務(wù)的承載提供了資源保障。同時(shí)通過(guò)在特定周期內(nèi)計(jì)算出波長(zhǎng)業(yè)務(wù)承載的穩(wěn)定性來(lái)確定此不同波長(zhǎng)業(yè)務(wù)SLA的可靠性參數(shù)。綜上所述,采用不共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)理念為ASON實(shí)施基于差異化SLA波長(zhǎng)業(yè)務(wù)的承載與保護(hù)具有科學(xué)的意義。

2 自愈資源模型

假設(shè)現(xiàn)有四個(gè)等級(jí)的物理資源光纜、光纖、通道、通路位于某一個(gè)特定的SRLG。倘若此資源遭遇故障,則兩個(gè)光節(jié)點(diǎn)間物理資源上的所有SLA業(yè)務(wù)都將無(wú)法正常提供QoS[5]服務(wù)。反之這些物理資源并未同時(shí)共享此特定的SRLG,那就意味這次物理資源上的部分SLA業(yè)務(wù)有可能獲得自愈的機(jī)會(huì)。據(jù)此思路,假定此特定的SRLG內(nèi)存在k條鏈路資源,k=1,2,3...l...k,則此SRLG局向資源存在失效的機(jī)會(huì)記作B(srlg)=O(k失效|l失效)。

ASON在部署SLA業(yè)務(wù)時(shí)并不總是要求ASON必須在遵循SRLG分離的前提下為所有SLA搜索S通道和P通道。研究的自愈技術(shù)主要考慮S和P通道只要能夠?yàn)椴町惢疭LA業(yè)務(wù)提供最低的帶寬資源保障即可。故,要保證SLA波長(zhǎng)業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性就一定要使S通道和P通道同時(shí)遭遇故障而失效的幾率小于SLA波長(zhǎng)對(duì)鏈路資源的穩(wěn)定性T的要求,可記作B(S,P)≤1-T。將鏈路l的故障幾率和k的故障幾率定義為B(k失效l失效),所提供鏈路l的穩(wěn)定性為T l,于是有由上述方案可行性分析可知,當(dāng)鏈路對(duì)隸屬于不同編號(hào)的SRLG時(shí)鏈路對(duì)同時(shí)遭遇故障的幾率幾乎為零,然而事實(shí)上在ASON部署SLA業(yè)務(wù)時(shí)這些鏈路經(jīng)常都途經(jīng)同一個(gè)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)。一旦該網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障勢(shì)必使同一個(gè)SRLG中的鏈路資源完全不可用。如果這里將鏈路資源k和l的SRLG集合設(shè)為S k和S l,那么]}。于是可知,B(P S)應(yīng)小于(1-T)/(1-現(xiàn)把某一個(gè)特定編號(hào)的SRLG中的一個(gè)子集定義為srlg-m,如果每個(gè)鏈路所在的SRLG編號(hào)是惟一的,當(dāng)只存在兩個(gè)(含)以上風(fēng)險(xiǎn)鏈路時(shí),那么小于如果每個(gè)鏈路所在的SRLG編號(hào)是惟一的,當(dāng)只存在一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)鏈路時(shí),那么(1-T l)·B(srlg-m),(S l)∩(S k)=srlg-m小于顯然,當(dāng)ASON中出現(xiàn)了兩個(gè)以上的風(fēng)險(xiǎn)鏈路時(shí),只要在符合分離原則的條件下使其遵循該表達(dá)式就能說(shuō)明此鏈路完全能夠?yàn)椴町惢痆6]的SLA波長(zhǎng)業(yè)務(wù)提供具有保障能力的帶寬資源。

為進(jìn)一步測(cè)算鏈路對(duì)作為自愈SLA業(yè)務(wù)的適用性,自愈技術(shù)首先為鏈路對(duì)定義相應(yīng)的權(quán)重度,以此來(lái)獲取差異化SLA對(duì)自愈資源的可靠性要求。具體實(shí)施過(guò)程是在節(jié)點(diǎn)生成SLA波長(zhǎng)業(yè)務(wù)時(shí)為鏈路對(duì)分配權(quán)重評(píng)估函數(shù)。假設(shè)鏈路的所有調(diào)度資源為R1,未用調(diào)度資源R2,同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)常量值α。則對(duì)于S通道而言,當(dāng)R2為空時(shí),該鏈路權(quán)重趨于無(wú)窮大;反之,該鏈路權(quán)重為R1/2R2。對(duì)于P通道而言,當(dāng)R2為空且r∈W時(shí),該鏈路權(quán)重趨于無(wú)窮大;當(dāng)(S r)∩(S l)∩(l∈W)為空時(shí),該賦常量值α;對(duì)于其他情形,則使該為R1/2R2。但是,當(dāng)某個(gè)特定編號(hào)的SRLG同時(shí)包含了鏈路r和途徑S的其他鏈路,就要重新計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)鏈路是否還可以為差異化SLA業(yè)務(wù)提供保障級(jí)的自愈資源要求。

3 自愈過(guò)程

自愈差異化SLA業(yè)務(wù)的核心思想是在遵循SRLG分離原則情形下通過(guò)評(píng)估用于自愈業(yè)務(wù)的鏈路資源對(duì)S和P通道的權(quán)重,來(lái)實(shí)施差異化SLA業(yè)務(wù)的可靠性估算以及克服SRLG陷阱問(wèn)題帶來(lái)的自愈瓶頸。整個(gè)自愈技術(shù)的過(guò)程如下:

首先,定義一個(gè)循環(huán)迭代參數(shù)并賦零值。參照ASON整個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)下的既有參數(shù)為全網(wǎng)鏈路分配權(quán)重值,直到網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)發(fā)起SLA業(yè)務(wù)請(qǐng)求再轉(zhuǎn)入執(zhí)行下一步。其次,當(dāng)循環(huán)迭代參數(shù)為零時(shí),重新計(jì)算鏈路的權(quán)重然后根據(jù)迪杰斯特拉思想搜索出W,若搜不到W跳轉(zhuǎn)到前一個(gè)步驟。當(dāng)循環(huán)迭代參數(shù)不為零時(shí),則結(jié)合循環(huán)迭代算出來(lái)的W通道權(quán)重值再根據(jù)迪杰斯特拉思想搜索出可用的W。然后轉(zhuǎn)入執(zhí)行下一步。如果未能搜索出可用的W,則表示SLA業(yè)務(wù)請(qǐng)求失效,此時(shí)要返回執(zhí)行第一個(gè)步驟。第三,確定參數(shù)和SLA波長(zhǎng)對(duì)鏈路資源穩(wěn)定性參數(shù)之間的關(guān)系。如果前者大于后者,返回執(zhí)行第一個(gè)步驟;如果前者小于后者,需對(duì)W實(shí)施自愈。第四,運(yùn)用P的權(quán)重計(jì)算方式計(jì)算出鏈路的權(quán)重然后根據(jù)迪杰斯特拉思想搜索出P。并確定和α之間的關(guān)系。如果后者較大即可為P配置自愈資源然后回道第一步初始化;如果后者較小轉(zhuǎn)入執(zhí)行下一個(gè)步驟。第五,從P中篩選出權(quán)重為α的沖突鏈路資源。第六,確定參數(shù)和參數(shù)之間的大小關(guān)系。當(dāng)前者較大時(shí),說(shuō)明鏈路對(duì)W和P無(wú)法為差異化SLA業(yè)務(wù)提供保障級(jí)鏈路資源。此時(shí)為任意一個(gè)鏈路的工作權(quán)重賦無(wú)窮大的值并使得循環(huán)迭代參數(shù)自增一次再返回第二個(gè)步驟。當(dāng)前者較小時(shí),說(shuō)明鏈路對(duì)W和P能夠?yàn)椴町惢疭LA業(yè)務(wù)提供保障級(jí)鏈路資源,可實(shí)施自愈資源的調(diào)度并返回執(zhí)行第一個(gè)步驟。

4 方案測(cè)試

考慮在經(jīng)典的NSFNET網(wǎng)絡(luò)上開展基于差異化SLA業(yè)務(wù)自愈方案(DSS)的測(cè)評(píng)。假設(shè)每一個(gè)差異化SLA業(yè)務(wù)請(qǐng)求均對(duì)應(yīng)于一個(gè)波,這些波長(zhǎng)業(yè)務(wù)均由具備波長(zhǎng)變換能力的14個(gè)光節(jié)點(diǎn)對(duì)發(fā)起。節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的每個(gè)鏈路峰值容量均為16波,鏈路的穩(wěn)定性遵循0.96≤T≤0.98分布。測(cè)試中定義該網(wǎng)絡(luò)中的鏈路均只有一個(gè)唯一編號(hào)的SRLG,且SRLG故障幾率保持在20%,40%,60%。同時(shí)設(shè)計(jì)了自愈資源使用程度、SLA請(qǐng)求失效率、自愈段數(shù)三個(gè)指標(biāo)來(lái)考察自愈技術(shù)在應(yīng)對(duì)差異化SLA業(yè)務(wù)故障中的貢獻(xiàn)能力。作為對(duì)比,選用獨(dú)享保護(hù)策略(SPS)。該策略要求全網(wǎng)W通道均需有其獨(dú)享的唯一的P通道,其他W通道中的SLA波長(zhǎng)業(yè)務(wù)無(wú)法使用當(dāng)前鏈路對(duì)W和P局向資源。兩種算法下的測(cè)試數(shù)據(jù)均在執(zhí)行五次循環(huán)迭代計(jì)算后統(tǒng)計(jì)出平均值而獲取。

圖1 所示曲線走勢(shì)表明了DSS方案在處理差異化SLA業(yè)務(wù)連接請(qǐng)求中的優(yōu)勢(shì)。之所以呈現(xiàn)這樣走勢(shì),首先出于帶寬資源利用率的考慮,DSS在部署差異化SLA業(yè)務(wù)時(shí)并不總是為每一個(gè)W通道提供獨(dú)享的P資源。DSS方案的思想是首先為這些SLA業(yè)務(wù)提供差異化帶寬需求計(jì)算,然后為其尋找一個(gè)鏈路對(duì)用于保障該差異化SLA業(yè)務(wù)的正常傳輸和故障自愈,進(jìn)而降低差異化SLA業(yè)務(wù)請(qǐng)求的失效率。即便該鏈路對(duì)中的W和P并未保持絕對(duì)獨(dú)立,DSS方案也可能搜索出適宜的W和P用于響應(yīng)差異化SLA業(yè)務(wù)請(qǐng)求,甚至通過(guò)引入循環(huán)計(jì)算方法來(lái)反復(fù)篩選風(fēng)險(xiǎn)鏈路以突破SRLG陷阱的困擾。相對(duì)而言,SPS策略采用固化的方式一味地為差異化SLA配置1:1的鏈路資源,這不僅顯著降低帶寬資源利用率同時(shí)在重載情形下一旦遭遇SLA業(yè)務(wù)連接中斷,很難從中搜索出與W保持SRLG分離的P資源。因此在此項(xiàng)比較中DSS方案表現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢(shì)。

圖1 差異化SLA請(qǐng)求失效率

圖2 的曲線走勢(shì)表明了兩種方案在自愈差異化SLA業(yè)務(wù)請(qǐng)求失效時(shí)所涉及的自愈鏈路數(shù)量。由于DSS方案在計(jì)算自愈資源P時(shí)統(tǒng)籌考慮了那些具有一樣編號(hào)的SRLG中的W資源。與此相反,SPS策略則完全不考慮那些具有一樣編號(hào)的SRLG中的可用鏈路資源作為自愈選項(xiàng)。毫無(wú)疑問(wèn)前者方案可選擇的資源選項(xiàng)更為豐富。尤其在全網(wǎng)重載的情形下后者可用自愈資源極其有限,需要通過(guò)跨越更多的鏈路段繞行更遠(yuǎn)的物理距離方可找到適宜的自愈資源P。因此從時(shí)間角度來(lái)看,DSS方案下較少的自愈段數(shù)決定了該方案的時(shí)延代價(jià)小得多。

圖2 自愈段數(shù)

圖3 曲線描述的是自愈資源P在兩種機(jī)制下的使用情況統(tǒng)計(jì)。該指標(biāo)的意義在于測(cè)算算法能夠?yàn)閃資源提供多大數(shù)量的備用P資源,其值由W的段數(shù)和P的段數(shù)相除得來(lái)。對(duì)于DSS方案而言,其主張?jiān)谧裱璖RLG相對(duì)分離的情形下W資源若能符合差異化SLA的承載要求則不啟用自愈資源P。故在響應(yīng)差異化SLA業(yè)務(wù)請(qǐng)求時(shí)能夠最小化全網(wǎng)資源的使用程度。DSS方案的這個(gè)優(yōu)勢(shì)在本項(xiàng)測(cè)試中也得到了相應(yīng)的體現(xiàn)。從圖3中曲線走勢(shì)不難看出,兩種機(jī)制在應(yīng)對(duì)相同業(yè)務(wù)量的波長(zhǎng)業(yè)務(wù)時(shí)SPS策略使用了更多的自愈資源。

圖3 自愈資源使用程度

5 總 結(jié)

圍繞著基于區(qū)分SLA波長(zhǎng)業(yè)務(wù)帶寬需求提出一種自愈技術(shù)。該技術(shù)方案兼顧風(fēng)險(xiǎn)鏈路陷阱問(wèn)題和自愈資源代價(jià)問(wèn)題為波長(zhǎng)業(yè)務(wù)連接請(qǐng)求提供了科學(xué)的選路機(jī)制。數(shù)據(jù)考察表明,所研究的自愈技術(shù)不僅增強(qiáng)了全網(wǎng)的生存性同時(shí)降低了全網(wǎng)資源開銷。其動(dòng)態(tài)自愈能力具有良好的普適性。