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在基于波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)技术的光网络中,单根光纤上承载着巨大的业务量,因此只要一个链路发生故障就会导致大量的数据业务丢失。在波分复用光网络中,网络的生存性和健壮性的重要性已经得到了广泛共识,并已经被公认为是最重要的研究热点之一。光网络的生存性分为保护机制和恢复机制。保护是指工作业务还没有发生故障之前,就已经专门为其预先留有保护通道,即在工作通道按照一定的优化算法确定的同时,保护通道也同时由优化算法确定,一旦发生故障立刻就倒换到保护通道。而恢复在为业务建立工作通路时,并不预留额外的网络资源,只是通过重路由机制建立新的连接以代替失效连接的机制。与恢复机制相比,由于保护通道都是预先建立的而不需要重新寻找路由,因此保护机制具有恢复速度快、执行简单、100％恢复等优点。当然保护机制需要更多的网络资源。由于光层位于网络层次的底层,这在客观上要求光层须具有可靠的恢复机制和较短的恢复时间,因此保护技术更适合于光层的恢复。
目前绝大多数保护机制的研究文献只是考虑单链路或单SRLG(Shared RiskLink Group)故障,但是由于网络规模的扩大以及网络结构的日益复杂,多链路故障的可能性都大大增加。另外,由于链路故障之间的相关性导致同时发生多种故障的情况已经不能被忽略。因此,本文主要研究WDM光网络中的提供双链路失效和多链路失效的共享通道＼链路保护技术。既研究双链路故障模型下的共享链路保护技术,又研究了三链路故障模型下的共享通道保护技术。另外,还将链路失效之间的相关性和用户需求的多样性结合起来,研究了具有区分可靠性的双链路及多链路保护技术。
本文在双链路失效的保护中,采用相关链路失效概率(Correlated LinkFailure Probability,CLFP)的计算方法,提出了一种新的支持用户区分可靠性(Differentiated Reliability,DiR)的共享链路保护算法:DSLP(DifferentiatedShared-Link Protection)。而在多链路失效保护中,本文基于相关链路失效概率(Correlated Link Failure Probability,CLFP)建立了贝叶斯网络可靠性分析模型,提出了一种新的支持用户区分可靠性(Differentiated Reliability,DiR)的多链路失效共享通道保护算法:SPPMLF-DiR(Shared-Path Protection for Multiple LinkFailures with DiR)。对于以上两种新算法设计了相关技术的仿真平台,并基于仿真平台对算法进行了仿真测试和改进。本文的主要成果如下:
1)分析和归纳了WDM光网络的联网设备、路由功能、生存性机制。阐述了传统通信网与WDM光网的生存机制之间的差异,对WDM环网、网状网的保护机制等问题进行了阐述,分析了WDM网状网络中区分尺度的保护机制问题。
2)在双链路失效的情况下,我们发现传统共享链路保护策略的共享规则可能导致潜在的波长竞争。采用基于相关失效概率的可靠性计算方法,分析了三种关于双链路失效导致业务阻塞的情况。另外,通过归纳三种业务阻塞的可靠性计算过程,提出了针对双链路失效的业务通道可靠性计算的一般方法。最后,结合用户的不同可靠性需求,本文提出了一种新的支持用户区分可靠性(Differentiated Reliability,DiR)的共享链路保护算法DSLP。
3)针对多链路失效保护问题,建立了多链路失效的可靠性分析模型.贝叶斯网络可靠性分析模型,并基于贝叶斯网络可靠性分析模型,分析了两种共享通道保护算法的通道可靠性。最后,为满足用户对可靠性的不同要求,提出了一种支持区分可靠性的多链路失效共享通路保护算法SPPMLF—DiR。该算法不仅支持区分可靠性,还能有效地提供多链路失效保护,充分地利用网络资源,为日益复杂的网络提高了生存性。
4)编程实现了上述两种保护算法,仿真测试了新算法与已有算法的实际性能,并根据测试结果,比较和分析了新算法与已有算法的性能优劣。通过实验仿真表明,在双链路故障模型下,与传统的共享链路保护SLP算法相比,虽然新算法DSLP在资源利用率和阻塞率方面略差一点,但在业务中断率方面的优势比较明显,说明DSLP算法不仅区分用户可靠性要求,合理的利用资源,而且具有更好的抗双链路故障的能力。在多链路故障模型下,与目前已有的CPSP(Complete Path-Shared Protection)和SPP(Shared Path Protection)共享通道算法相比,本文提出的SPPMLF-DiR算法在资源利用率方面的性能介于CPSP和SPP之间。由于SPP算法只能提供单链路故障保护,所以资源利用率最高,而CPSP算法提供100％双链路故障保护,导致资源利用率最低。另外,SPPMLF-DiR算法在双链路故障模型下,虽然不像CPSP算法能提供100％保护,但在三链路故障模型下,SPPMLF-DiR算法的中断率明显低于CPSP算法,充分说明SPPMLF-DiR算法不仅考虑不同用户的可靠性要求,合理的分配资源,而且具有抗多链路故障的能力。