未来传送网的生存性技术研究

论文摘要

随着光网络在弹性带宽分配技术上的发展进步以及光互连技术在数据中心网络中的广泛应用,光网络自身呈现大容量、结构复杂化以及地理位置分散化等特点。随着地震,飓风,海啸,龙卷风等自然灾害的频繁发生,以及大规模破坏性武器在地区冲突中的使用,具有应对多重故障能力的管控机制成为目前光网络生存性研究的重点。多重故障下光网络生存性研究主要涉及多故障快速发现、甄别与定位、多故障容错、多故障保护和高效快速恢复等方面。针对多重故障下光网络生存性需求,本文在国家973项目“P比特光网络关键技术研究”子课题“多重故障下超大容量光网络生存性”的支撑下,主要研究针对大容量光网络的多故障定位协议、基于模糊故障集的恢复机制、立体化保护机制和多故障容错技术,取得了若干具有创新性的研究成果。本论文创新性地提出了模糊故障集概念和k-正则且k-连通结构,并将模糊故障集应用到多故障定位和恢复,将k-正则且k-连通结构应用到多故障保护。具体内容包括以下三个方面：第一,在多故障定位方面,分析传统故障定位算法的工作机理,建立多故障定位的数学模型,提出基于模糊故障集的多故障定位机制。针对多故障定位的NP-complete属性,修改多故障定位的目标为获得全网的模糊故障集,为模糊故障集中的元素分配隶属度。模糊故障集包含了网络中所有可能出现故障的元素,模糊隶属度表征每个元素发生故障的风险程度。设计应用于大容量光网络的多故障定位协议,模糊故障集构建算法,仿真结果表明基于模糊故障集的多故障定位机制大大降低多故障定位的复杂度。第二,在多故障保护方面,将Menger定理应用到光网络的保护结构上,提出了基于k-正则且k-连通结构的立体化保护方法。k-连通的结构满足任意两点之间至少存在k条内部不相交的路,为了使得保护结构上占用的备份资源最少,要求保护结构上每个节点的度都是相同的,即k-正则且k-连通的结构。理论上证明了k-正则且k-连通结构是多故障情况下链路可恢复格状光网络中最优的保护结构,同时提出了k-正则且k-连通结构的节点模型、线性规划模型和构建算法。仿真结果表明k-正则且k-连通保护结构在静态网络中可以达到资源冗余度的下界,在动态业务下k-正则且k-连通保护结构在资源效率和恢复成功率方面优于基于预置圈的保护结构。第三,在多故障恢复方面,基于模糊隶属度和模糊故障集的运算法则,为每条恢复路径建立可靠性度量标准,提出二阶段恢复策略。二阶段恢复策略包括恢复阶段和重恢复阶段。恢复阶段设定每条恢复路径的可靠性标准,利用模糊故障集中的风险资源进行最大可能的路径恢复。重恢复阶段更新模糊故障集,通过重建某些已经建立的光路,为剩余的故障光路进行恢复。仿真结果表明二阶段恢复机制有效地提高恢复稳定性和恢复成功率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 光网络生存性需求
• 1.1.1 自然环境恶化需求
• 1.1.2 网络大容量发展需求
• 1.1.3 生存性技术发展需求
• 1.2 光网络生存性关键技术问题
• 1.2.1 Pbit/s级可控管光网络生存性体系
• 1.2.2 多故障推断和甄别过程的机理分析与建模
• 1.2.3 立体化保护机制
• 1.2.4 基于模糊故障集的多故障恢复机制
• 1.3 国内外研究进展
• 1.4 本论文的组成和主要工作
• 1.4.1 论文组成
• 1.4.2 主要工作
• 参考文献
• 第2章 基于模糊故障集的多故障定位机制
• 2.1 多故障定位算法与模糊集理论
• 2.1.1 已有的多故障定位机制
• 2.1.2 多故障定位问题描述
• 2.2 基于模糊故障集合的多故障定位
• 2.2.1 光网络中多故障定位问题
• 2.2.2 模糊故障集
• 2.2.3 模糊故障集构建算法
• 2.2.4 基于PCE的多故障定位机制
• 2.3 基于ANTNET的光网络多故障容错方法
• 2.3.1 AntNet多故障容错原理
• 2.3.2 AntNet解的构建
• 2.4 仿真结果
• 2.5 小结
• 参考文献
• 第3章 光网络保护机制和效率分析
• 3.1 线保护模型
• 3.1.1 1+1/1:1 保护
• 3.1.2 多线段保护
• 3.1.3 支撑树保护
• 3.1.4 预置圈保护
• 3.1.5 树上圈保护
• 3.2 MIN-MAX分析方法
• 3.2.1 多线段保护Min-Max效率分析
• 3.2.2 预置圈保护Min-Max效率分析
• 3.3 多故障保护需求分析
• 3.3.1 预置圈实现多故障保护
• 3.3.2 多故障保护需求和立体化保护思想
• 3.4 光纤接入网保护模型
• 3.4.1 光纤接入网结构特点
• 3.4.2 接入网保护方案与效率
• 3.4.3 long-reach光纤接入网多粒度节点模型
• 3.4.4 汉密顿结构在光纤接入网中应用
• 3.4.5 立体化结构在光纤接入网中多故障情况下的应用
• 3.5 小结
• 参考文献
• 第4章 立体化保护在光网络中的应用
• 4.1 网络冗余度分析
• 4.1.1 网络冗余度下界
• 4.2 立体化保护
• 4.2.1 MENGER理论
• 4.2.2 立方体保护结构以及保护效率
• 4.2.3 K-连通结构的保护效率
• 4.2.4 K-正则K-连通结构的节点模型
• 4.2.5 K-正则且K-连通结构的保护效率
• 4.2.6 K-正则且K-连通结构线性规划模型
• 4.2.7 K-正则且K-连通结构构建算法
• 4.2.8 立体化保护结构实现
• 4.3 仿真数据结果
• 4.3.1 静态情况下分析
• 4.3.2 动态情况下分析
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第5章 基于模糊故障集合的恢复理论
• 5.1 基本PCE的光网络路由架构
• 5.1.1 PCE的提出
• 5.1.2 基于PCE的链路时效性冲突解决方案
• 5.1.3 大容量光网络仿真平台
• 5.2 二阶段恢复策略
• 5.2.1 基于风险资源的恢复原则
• 5.2.2 第一次恢复阶段
• 5.2.3 第二次恢复阶段
• 5.3 仿真实验结果
• 5.4 小结
• 参考文献
• 论文总结与展望
• 致谢
• 攻读博士期间的学术成果