異步傳輸模式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)自愈研究

1、異步傳輸模式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)自愈研究摘 要：在ATM網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，自愈是指網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，在不需要人工干預(yù)的情況下，就能很快恢復(fù)維持效勞連貫性。這包括兩個(gè)方面：網(wǎng)絡(luò)方案和運(yùn)作，其中網(wǎng)絡(luò)方案包括最正確/接近最正確網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作利用分配冗余信道來(lái)處理恢復(fù)機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)的自愈能力可以用存儲(chǔ)率restorationratio來(lái)反映，這里采用聚集存儲(chǔ)率aggregaterestorationratio，研究的目的是為了比較基于通路和鏈接恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)自愈能力的不同，以及不同設(shè)計(jì)因素對(duì)自愈能力的影響。關(guān)鍵詞：ATMAsynchronousTransferMode ATM網(wǎng)絡(luò)恢復(fù) 恢復(fù)率

2、60;聚集恢復(fù)率中圖分類號(hào)：TP393.15              文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A           文章編號(hào)：1674-098X202102c-0126-02ATMAsynchronousTransferMode異步傳輸模式，收發(fā)雙方的時(shí)鐘可以不同，是以信元為根底的一種分組交換和復(fù)用技術(shù)。選擇固定長(zhǎng)度的短信元作為信息傳輸?shù)膯挝?，有利于寬帶?/p>

3、速交換。通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)按功能區(qū)分并且相互關(guān)聯(lián)的層次化結(jié)構(gòu)，ATM層屬于鏈路層，IP協(xié)議位于網(wǎng)絡(luò)層，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)正在按照IP/ATM/SONET/DWDM開(kāi)展，各層相互關(guān)聯(lián)，下層為上層提供效勞。一旦某層發(fā)生故障，將造成大量信息喪失，由此應(yīng)有對(duì)應(yīng)的恢復(fù)機(jī)制，但是如果各層單獨(dú)處理恢復(fù)，勢(shì)必造成資源浪費(fèi)?，F(xiàn)在隨著ATM/MPLS、IPoverATM等寬帶網(wǎng)絡(luò)的快速開(kāi)展，原有的ATM骨干網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)被利用，當(dāng)面臨網(wǎng)絡(luò)故障，ATM網(wǎng)絡(luò)的快速恢復(fù)是保證效勞質(zhì)量的重要方面?？梢酝ㄟ^(guò)概率統(tǒng)計(jì)的方法，比對(duì)了ATM網(wǎng)絡(luò)中誤碼率對(duì)ATM網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的影響。ATM網(wǎng)絡(luò)傳輸中每幀信元的前5個(gè)字節(jié)對(duì)可靠性的影響更大。而傳統(tǒng)糾錯(cuò)編

4、碼方案并沒(méi)針對(duì)這一點(diǎn)做出改善。參考文獻(xiàn)【3】已經(jīng)提供了網(wǎng)絡(luò)冗余分配，我的研究是基于文獻(xiàn)【3】的根底上，用聚集存儲(chǔ)率aggregaterestorationratio來(lái)探討ATM網(wǎng)絡(luò)的自愈性，尋找相對(duì)優(yōu)化的自愈方案。1 AMT網(wǎng)絡(luò)自愈設(shè)計(jì)方案1.1ATM網(wǎng)絡(luò)ATM網(wǎng)絡(luò)集虛電路CircuitSwitch和包交換packetSwitch網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，不像IP包，ATM傳輸單位信元cell固定長(zhǎng)度為53octets前5單位為信息頭，后48為信息體。信息在最低層以面向連接的方式傳送，ATM網(wǎng)絡(luò)中，通信雙方必須在通信之前建立虛連接，虛連接分為兩級(jí)：虛通道VP和虛信道VC，分別以虛通道標(biāo)識(shí)符VPI和

5、虛信道標(biāo)識(shí)符VCI來(lái)識(shí)別，一個(gè)VP里面包含一定數(shù)量的VC。在ATM網(wǎng)絡(luò)中，可以將一個(gè)VP/VC，作為一個(gè)保護(hù)對(duì)象，或者將一個(gè)區(qū)域內(nèi)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)的VP/VC進(jìn)行保護(hù)。ATM網(wǎng)絡(luò)有很多的優(yōu)點(diǎn)：交叉連接設(shè)備可以連接任意容量的VP，VP/VC連接通路的建立與容量分配獨(dú)立，具有豐富靈活快速的操作維護(hù)管理信元。能支持不同速率的各種業(yè)務(wù)。1.2ATM網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案兩種根本的ATM網(wǎng)絡(luò)自愈技術(shù)是：基于通路path-based和基于鏈接link-based【2】，在基于通路的方式中，當(dāng)傳輸鏈路中斷時(shí)，建立一條虛通路VP從發(fā)送者到接收者，VP的帶寬是動(dòng)態(tài)的，備份用的VP，其初始的帶寬可以為0。相比于物理上冗余的自愈方

6、法，VP方式提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。而基于鏈接自愈，當(dāng)兩個(gè)端點(diǎn)檢測(cè)到失效時(shí)，兩個(gè)端點(diǎn)之間尋找通路。兩種存儲(chǔ)機(jī)制【1】：反應(yīng)存儲(chǔ)reactive和預(yù)先方案preplanned存儲(chǔ)機(jī)制。兩種重新配置方法：面向故障failure-oriented和全局global重配，其中全局重配會(huì)將沒(méi)有故障的節(jié)點(diǎn)也進(jìn)行重新配置，這種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單但是浪費(fèi)很多資源。這里我采用預(yù)先方案存儲(chǔ)和面向故障重配方式?？紤]虛通道端到端VirtualPathEnd-to-EndVPee方案以及兩層網(wǎng)絡(luò)模式：物理網(wǎng)絡(luò)工作網(wǎng)絡(luò)和邏輯網(wǎng)絡(luò)冗余網(wǎng)絡(luò)。冗余容量sparecapacity是指安裝在冗余網(wǎng)絡(luò)上用于減少工作網(wǎng)絡(luò)面臨故障時(shí)信息的喪失

7、。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆肎N，L表示，其中N表示節(jié)點(diǎn)數(shù)，L表示連接數(shù)，如后面用到的N20，30。在【3】中SpareCapacityRequirementSCR定義為：SCR=從上式可以得出對(duì)于一個(gè)已經(jīng)存在的網(wǎng)絡(luò)，工作容量已經(jīng)是一個(gè)常量，那么SCR的值實(shí)際上就取決于分配的冗余容量。2 網(wǎng)絡(luò)自愈問(wèn)題量化描述網(wǎng)絡(luò)自愈問(wèn)題數(shù)學(xué)公式化已經(jīng)在參考文獻(xiàn)【3】中提供，【3】用到了平均存儲(chǔ)率averagerestorationratio探討網(wǎng)絡(luò)的自愈，也提到了可以用聚集存儲(chǔ)率aggregaterestorationratio來(lái)衡量，我的研究是在文獻(xiàn)【3】的根底上以及利用相同的冗余容量設(shè)計(jì)SCDsparecapa

8、citydesign，采用聚集存儲(chǔ)率研究網(wǎng)絡(luò)的自愈力。不同的冗余設(shè)計(jì)方法SCD定義如下：SCD-1：每個(gè)鏈接冗余容量相同sparecapacity;SCD-2：每個(gè)鏈接冗余容量代價(jià)相同sparecapacitycost;SCD-3：冗余容量和工作容量成比例proportional。SCD-4：冗余容量和工作容量成反比inverselyproportional。RestorationRatio定義為：其中表示最大數(shù)量的存儲(chǔ)信息restoredtraffic， 表示最大數(shù)量的存儲(chǔ)影響信息restoredaffectedtraffic。s表示網(wǎng)絡(luò)不正常狀態(tài)Ss0。AggregateRest

9、orationRatio表示為：網(wǎng)絡(luò)的自愈能力可以表現(xiàn)為，在比較低的SCR值上到達(dá)一個(gè)比較高的聚集存儲(chǔ)率。3 實(shí)驗(yàn)環(huán)境UNIX平臺(tái)上用C語(yǔ)言編程，底層利用MINOSFORTRAN軟件包【4】共同實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算。通過(guò)不同方法很屢次長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行C語(yǔ)言軟件，得到不同冗余設(shè)計(jì)方法的大量數(shù)據(jù)，并且分析結(jié)果數(shù)據(jù)。4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析4.1不同SCD方案影響實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了不同的SCD方案所得到的值，假定通路恢復(fù)，單鏈接故障，N20，30。不管是哪種SCD方案，aggregaterestorationratio都會(huì)隨著SCR從0%快速增加到一特定值后再隨SCR值增加緩慢升高。其中，SCD-1，SCD

10、-2在單鏈接故障情況下能夠滿足100%恢復(fù)率，而SCD-3，SCD-4不能。在相同的SCR值下，SCD-1到達(dá)最高的存儲(chǔ)率，SCD-2其次。4.2路由策略影響路由策略影響LDPversusAPP，N20，30網(wǎng)絡(luò)提供了所有可能路徑AllPossiblePathAPPvs鏈接不相交路徑linkDisjointPathLDP的聚集存儲(chǔ)率。APP的在相同SCR條件下存儲(chǔ)率比LDP要高，這是因?yàn)樵趦?yōu)化計(jì)算中，路由的選擇已經(jīng)由APP/LDP決定，APP允許更多更靈活的路由選擇。4.3存儲(chǔ)策略影響存儲(chǔ)策略影響，APP N20，30網(wǎng)絡(luò)結(jié)果說(shuō)明了PathRestorationPRvslinkRes

11、torationLR的聚集存儲(chǔ)率。在相同的SCR條件下，PR的存儲(chǔ)率比LR要高，這是因?yàn)樵趦?yōu)化計(jì)算中，PR能夠更靈活地選擇從起點(diǎn)到終點(diǎn)的路由，而LR不能像PR那樣可以更好地共享路由。4.4網(wǎng)絡(luò)連接影響不同網(wǎng)絡(luò)連接對(duì)聚集存儲(chǔ)率的影響，兩種網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)相同，鏈接數(shù)差異很大。Aggregaterestorationratio很快增加到分別是60%對(duì)于稀疏網(wǎng)絡(luò)N20，30和50%對(duì)于稠密網(wǎng)絡(luò)N20，42，之后隨SCR的增長(zhǎng)而緩慢增加。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，稠密網(wǎng)絡(luò)具有較高的存儲(chǔ)量，比較容易恢復(fù)，這是因?yàn)橄啾认∈杈W(wǎng)絡(luò)，在稠密網(wǎng)絡(luò)中，比較容易找到存儲(chǔ)路由。參考文獻(xiàn)【1】IsaacWoungang，Guangy

12、anMa馬光艷，“SurvivableATMMeshNetworks：TechniquesandPerformanceevaluation，JournalofSystemsandSoftware，Elsevier，Oct.2021.【2】IsaacWoungang，GuangyanMa馬光艷，“SurvivabilityinExistingATM-basedMeshNetworks，InProc.ofthe23rdIEEEInternationalConferenceonAdvancedInformationNetworkingandApplicationsAINA-09，Bradford，U.K英國(guó)，May，2021.【3】Xiong，Y.，Mason，L.，“RestorationS