绿色ASON中基于遍历路径的动态多播疏导共享保护研究

于存水

（国网沈阳供电公司，辽宁 沈阳 110003）

绿色ASON中基于遍历路径的动态多播疏导共享保护研究

于存水

（国网沈阳供电公司，辽宁 沈阳 110003）

研究了基于自动交换光网络（ASON）的多播专用保护。ASON作为具有分布式智能的光传送网，最大特点就是在传送平面和管理平面的基础上引入了具有智能的控制平面，结合ASON优势，设计了辅助图模型，提出了优化模型，并对所设计的算法进行仿真和分析。仿真结果表明，所设计的基于遍历路径的动态多播绿色疏导交叉共享保护具有更低的业务阻塞率，更低的能耗以及较高的工作带宽比。

ASON；绿色光网络；动态多播；交叉共享保护

数字化变电站内部大多采用光纤直连的方式，其带宽资源和传输速率取决于设备和光纤，在设备符合投运要求的情况下，可以认为100%满足要求［1］。对于承载业务量越来越庞大的光纤系统，如何实现高效的网络保护和恢复，如何实现保护带宽的智能动态分配，如何使各种保护结构互通等，都是自动交换光网络（Automatic Switched Optical⁃Network，ASON）需要解决的问题［2］。ASON作为具有分布式智能的光传送网，其最大特点就是在传送平面和管理平面的基础上引入了智能的控制平面，并使用信令、路由和自动发现等技术，因此，ASON能够实现实时的光通道分配以及灵活的带宽管理，给光多播的实现和部署提供了出路和保障。

在光网络中，将点到点的光连接方式扩展为点到多点的光连接方式，形成了光网络多播传输（简称光多播）。通过把多播技术推广到光网络，运营商能够提高会议电视、高清晰度电视（HDTV）、视频点播、远程教学、存储区域网（SAN）和多媒体业务的传输性能［3－4］。在光网络中实现多播功能，能够最大程度地节省链路带宽和端口资源，实现网络性能的优化，提高服务水平。可以说，光节点设备的发展为光网络组播的实现提供了机会。ASON的出现为光多播的实施创造了前提条件，解决了光多播的建立和管理难题，给光多播的发展带来了生机。因此，研究基于ASON的光网络多播生存性尤为重要。

1 共享保护策略

1.1 共享保护分类

共享策略主要有2种，分别是自共享和交叉共享，自共享中又包含2种方式，分别为保护路径间的共享和保护路径与工作路径间的共享。在交叉共享中既可以自共享，又可以在多个业务的保护路径之间共享。

1.2 绿色光网络中的动态多播疏导交叉共享保护

实现资源共享可以采用容器的思路，根据这个思路提出了共享矩阵概念，通过共享矩阵来记录资源预留情况，统计最终所需预留的带宽资源，从而描述为矩阵的第1行是被保护物理链路的编号，第1列是组成保护路径的链路在拓扑图中的编号，最后1列则是作为保护路径需要预留的保护带宽。

2 基于遍历路径的动态多播疏导交叉共享保护（SPD－CSPA）算法

2.1 选路图构建

在计算工作树和保护路径时需要根据疏导辅助图来构建有效的选路图，并且根据链路的状态修改链路代价。在构建计算工作树的选路图时，只要辅助图链路的带宽大于或等于业务请求的带宽就可以加入到选路图中，但在构建计算保护路径的选路图时不仅带宽要满足要求，并且要与被保护的工作路径链路分离。计算工作树和保护路径时，目的是使保护路径能够相对集中在同一条链路上，就可以有更多的设备进入睡眠状态，促进节能的实现。

2.2 SPD－CSPA算法步骤

步骤1：根据物理拓扑和当前的网络状态初始化相应的选路图（虚拓扑图、联合疏导图）。

步骤2：等待多播业务请求。

步骤3：通过计算多播树和保护路径，如果成功，记录工作树和保护路径集信息，转至步骤4；如果失败，该业务请求被阻塞，返回步骤2。

步骤4：为多播业务请求分配资源，对于每条保护路径，在共享矩阵中记录被保护的链路需要预留的资源，并计算出实际需要预留的带宽，如果所需带宽增加，则预留带宽资源，更新辅助图。根据记录的多播树和保护路径集信息，更新使用的己建光路剩余波长带宽，检测这些光路和对应波长链路的状态，如果发生变化则更新状态。如果在虚拓扑图中新建光路，删除光路对应的物理链路上使用的波长资源。分配并预留节点空闲光收发器资源、IP路由器端口，如果节点的光收发器数目变为0，则删除该点处的虚链路。统计新建光路在IP路由端口、光收发器、光放大器等器件所消耗的能量。

步骤5：释放资源，更新虚拓扑上支持该业务的光路剩余波长带宽。删除不再承载多播业务的光路资源，释放为保护路径集而在光路上预留的带宽资源，如果光路不再承载任何业务或是预留任何保护带宽，则恢复它们占用的波长资源，检测这些光路和对应波长链路的状态，如果发生变化则更新状态。对于每条保护路径，在共享矩阵中记录被保护链路需要预留的资源，并计算出实际需要预留的带宽，如果所需带宽减少，则撤销为保护多播业务而预留的带宽资源，更新辅助图。更新节点空闲光收发器资源和IP路由器端口资源，如果某节点的光收发器由无到有，则恢复这个节点的虚链路。

3 仿真分析

3.1 仿真设置

仿真时使用的网络拓扑模型如图1所示。链路上括号前的数字为链路编号，括号中的数字则代表该链路上配置的EDFA数目（链路两端分别配置1个，每间隔80 km配置1个）。每个节点都采用结构和功能相同的GMC－OXC，并且具有完全分光能力，且配备有足够多的光收发器。在网络中每条物理链路可容纳的波长数同为2，每个波长所支持的带宽为OC－48。仿真过程中多播连接请求的源节点和目的节点以及目的节点个数都是随机选定。每个业务请求只是单带宽粒度，即OC－1。多播业务请求随机到达网络，并且连接建立请求按照平均速率服从参数λ的泊松分布到达。所建连接的持续时间服从均值1／μ的指数分布（假设μ＝1），因此网络负载为λ（Erlang）。

根据各种器件或端口的平均耗能，合理设置可用核心路由器端口数、可用光收发器数、可用OEO端口数以及光纤上的可用光放大器数，保证在有限能量供给下完成绿色路由选择，以促进高效节能的实现。

仿真结果所对比的参数指标如下。

a.业务阻塞率（ABR）：被阻塞业务请求数Qf与到达网络的多播业务连接请求总数Q之比；

图1 仿真拓扑图

b.平均能耗（APC）：全网的光收发器、IP核心路由器端口和光放大器这3种设备所消耗的总能量与成功建立连接并被保护的业务数Qs（Q＝Qs＋Qf）之比；

c.工作带宽比（WBR）：工作路径占用的总带宽Wb与业务占用总带宽之比。

3.2 SPD－CSPA算法仿真结果与分析

SPD－CSPA和SPD－SSPA算法在代价设置参数ε＝1和ε＝2情况下的业务阻塞率随网络负载变化的关系曲线如图2所示。从整体上看，这2种算法在网络负载上升时业务阻塞率也在不断增加，在网络负载较低时的业务阻塞率非常低，几乎为零。在相同代价设置参数时采用交叉共享的SPD－CSPA算法要比采用自共享的SPD－SSPA算法业务阻塞率更低，并且都要比采用专用保护的DMGG－SPDP低。其主要原因是交叉共享的方式不仅可以在1个业务之间的保护路径和工作树之间共享，不同业务之间的带宽资源也可以共享。所以，即使是在网络负载比较高的情况下也可以疏导更多的多播业务。而自共享方式只有在单个业务之间的工作路径和保护路径之间，保护路径和保护路径之间的共享，并且能够满足共享条件的多播业务相比较于交叉共享要少很多，所以业务阻塞率要稍高一些。即使能够节省的带宽资源比较少，也能够起到降低业务阻塞率的作用，因此要比专用的多播疏导保护算法业务阻塞率低。

在相同网络负载的情况下，由于ε的增加使得选路图中链路代价增加，ε越大，链路的代价就越不平衡，使得一些多播业务由于找不到合适的路径而被阻塞，导致了ABR的不同。当ε＝2时对链路代价的影响小，所以ABR的差距并不大，当ε越来越大时使得ABR在相同网络负载情况下明显变大，但是ε＝4和ε＝8之间的差距却并不明显，这是因为当ε增加到一定程度之后，链路代价的变化对ABR的影响几乎保持不变。

图2 SPD－CSPA算法和SPD－SSPA算法ABR的比较

通过以上分析可知，ε的增加会导致业务阻塞率上升，但能够有效降低网络能耗，所以能耗的降低是以业务阻塞率增加为代价的。

4 结束语

本文旨在解决ASON中的多播生存性问题，并将该问题放置在绿色WDM光网络的场景中进行研究。首先介绍了共享保护策略和辅助图，并将辅助图和ASON中的多播生存性问题抽象成数学模型，最后提出了基于路径保护的绿色多播共享保护算法SPD－CSPA。通过仿真分析，可以证明所提出的算法不但在业务平均阻塞率和工作带宽比方面较对比算法有所提高，还能提高整个系统的节能效率。

［1］王跃东，李振威，吕旭明.数字化变电站通信信息技术可行性研究［J］.东北电力技术，2015，36（9）：1－4.

［2］袁卫国.ASON的发展及在电力通信网中的应用策略［J］.电力系统通信，2009，33（11）：5－8.

［3］尚 芳，韩 冰.多通道瞬态过程记录仪的研制与应用［J］.东北电力技术，2014，35（9）：3－6.

［4］廖露华.WDM网络多播业务量疏导和保护算法研究［D］.成都：电子科技大学，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，硕士，工程师，从事电力调度、智能变电站关键技术研究。

2016－01－05）