智能光网络自适应生存算法①

2021-11-02陈宏意

佳木斯大学学报（自然科学版） 2021年5期

余庚, 陈宏意

(福建船政交通职业学院,福建福州350007)

0 引言

ASON通过引入多元化的控制网元促使其在应对SLA的数据时能够有效控制波长业务发起请求的失效率,但不可避免地面临波长通道局向资源枯竭或失效的客观问题。此问题主要描述为当用于部署基于SLA波长业务的主用波长通道(S)和备用波长通道(P)在某个时隙同时失效的情形下,此SLA业务也将同步失效。这引发了业界的关注并展开了一系列与SRLG相关的研究。

以文献[1]为代表的启发式算法为例,其思想是根据SRLG的数量多少给其内部的每一条波长通道设计一个科学的权重度。这样的设计理念有助于降低时间成本更重要的是能够使波长业务所在的主用通道灵活地脱离多个SRLG管理下的波长通道。但是该算法对于陷阱问题的解决思路并未提及。以文献[2]为代表的最短路径算法,其思路是通过对所计算出的K个最短的S通道按照权重轻重给予排列,然后确定满足SRLG分离的SLA的S通道以及SLA的P通道。但是该计算机制在应对基于海量云数据的波长业务时k值规模的线性增加无疑加剧算法在时间上的复杂度。文献[3]所倡导的基于CoS的自适应局向机制,虽然考虑到了波长通道资源共享陷阱问题却依旧忽略了SLA的差异性对波长通道资源的个性化需求。基于当前主流研究在SLA波长业务通道资源问题和陷阱问题上的片面性,通过设计一种兼顾基于差异化SLA业务可靠性需求和算法复杂度的自愈技术以改善ASON的稳定性。

1 可行性分析

针对上述提及的SRLG[4]做如下定义。首先定义一个由五个网元构成的网络。网元1和网元2之间的链路记作L1;网元2和网元3之间的链路记作L2;网元1和网元3之间的链路记作L3;网元3和网元4之间的链路记作L4;网元1和网元4之间的链路记作L5;网元1和网元5之间的链路记作L6;网元4和网元5之间的链路记作L7。根据文献[2]思想,网元1和网元3之间物理间距最短的L3将被定义为两个网元之间用于实施波长业务的S通道。但是L3和其他的链路组合L1&L2,L4&L5等均属于同一个SRLG。一旦这些链路因自然灾害等原因出现物理故障那么将无法找到一个可行的P通道来替代这些失效的物理S通道。有别于文献[2]思想,自愈技术思路则将网元1和网元3间的链路组合L1&L2视为两个网元之间的S通道,链路组合L7&L6&L4视为两个网元之间的P通道。显而易见,这样的设计思路为SLA波长业务的承载提供了资源保障。同时通过在特定周期内计算出波长业务承载的稳定性来确定此不同波长业务SLA的可靠性参数。综上所述,采用不共担风险理念为ASON实施基于差异化SLA波长业务的承载与保护具有科学的意义。

2 自愈资源模型

假设现有四个等级的物理资源光缆、光纤、通道、通路位于某一个特定的SRLG。倘若此资源遭遇故障,则两个光节点间物理资源上的所有SLA业务都将无法正常提供QoS[5]服务。反之这些物理资源并未同时共享此特定的SRLG,那就意味这次物理资源上的部分SLA业务有可能获得自愈的机会。据此思路,假定此特定的SRLG内存在k条链路资源,k=1,2,3...l...k,则此SRLG局向资源存在失效的机会记作B(srlg)=O(k失效|l失效)。

ASON在部署SLA业务时并不总是要求ASON必须在遵循SRLG分离的前提下为所有SLA搜索S通道和P通道。研究的自愈技术主要考虑S和P通道只要能够为差异化SLA业务提供最低的带宽资源保障即可。故,要保证SLA波长业务的稳定性就一定要使S通道和P通道同时遭遇故障而失效的几率小于SLA波长对链路资源的稳定性T的要求,可记作B(S,P)≤1-T。将链路l的故障几率和k的故障几率定义为B(k失效l失效),所提供链路l的稳定性为T l,于是有由上述方案可行性分析可知,当链路对隶属于不同编号的SRLG时链路对同时遭遇故障的几率几乎为零,然而事实上在ASON部署SLA业务时这些链路经常都途经同一个网元节点。一旦该网元节点出现故障势必使同一个SRLG中的链路资源完全不可用。如果这里将链路资源k和l的SRLG集合设为S k和S l,那么]}。于是可知,B(P S)应小于(1-T)/(1-现把某一个特定编号的SRLG中的一个子集定义为srlg-m,如果每个链路所在的SRLG编号是惟一的,当只存在两个(含)以上风险链路时,那么小于如果每个链路所在的SRLG编号是惟一的,当只存在一个风险链路时,那么(1-T l)·B(srlg-m),(S l)∩(S k)=srlg-m小于显然,当ASON中出现了两个以上的风险链路时,只要在符合分离原则的条件下使其遵循该表达式就能说明此链路完全能够为差异化[6]的SLA波长业务提供具有保障能力的带宽资源。

为进一步测算链路对作为自愈SLA业务的适用性,自愈技术首先为链路对定义相应的权重度,以此来获取差异化SLA对自愈资源的可靠性要求。具体实施过程是在节点生成SLA波长业务时为链路对分配权重评估函数。假设链路的所有调度资源为R1,未用调度资源R2,同时设计一个常量值α。则对于S通道而言,当R2为空时,该链路权重趋于无穷大;反之,该链路权重为R1/2R2。对于P通道而言,当R2为空且r∈W时,该链路权重趋于无穷大;当(S r)∩(S l)∩(l∈W)为空时,该赋常量值α;对于其他情形,则使该为R1/2R2。但是,当某个特定编号的SRLG同时包含了链路r和途径S的其他链路,就要重新计算风险链路是否还可以为差异化SLA业务提供保障级的自愈资源要求。

3 自愈过程

自愈差异化SLA业务的核心思想是在遵循SRLG分离原则情形下通过评估用于自愈业务的链路资源对S和P通道的权重,来实施差异化SLA业务的可靠性估算以及克服SRLG陷阱问题带来的自愈瓶颈。整个自愈技术的过程如下:

首先,定义一个循环迭代参数并赋零值。参照ASON整个网络链路状态下的既有参数为全网链路分配权重值,直到网中节点发起SLA业务请求再转入执行下一步。其次,当循环迭代参数为零时,重新计算链路的权重然后根据迪杰斯特拉思想搜索出W,若搜不到W跳转到前一个步骤。当循环迭代参数不为零时,则结合循环迭代算出来的W通道权重值再根据迪杰斯特拉思想搜索出可用的W。然后转入执行下一步。如果未能搜索出可用的W,则表示SLA业务请求失效,此时要返回执行第一个步骤。第三,确定参数和SLA波长对链路资源稳定性参数之间的关系。如果前者大于后者,返回执行第一个步骤;如果前者小于后者,需对W实施自愈。第四,运用P的权重计算方式计算出链路的权重然后根据迪杰斯特拉思想搜索出P。并确定和α之间的关系。如果后者较大即可为P配置自愈资源然后回道第一步初始化;如果后者较小转入执行下一个步骤。第五,从P中筛选出权重为α的冲突链路资源。第六,确定参数和参数之间的大小关系。当前者较大时,说明链路对W和P无法为差异化SLA业务提供保障级链路资源。此时为任意一个链路的工作权重赋无穷大的值并使得循环迭代参数自增一次再返回第二个步骤。当前者较小时,说明链路对W和P能够为差异化SLA业务提供保障级链路资源,可实施自愈资源的调度并返回执行第一个步骤。

4 方案测试

考虑在经典的NSFNET网络上开展基于差异化SLA业务自愈方案(DSS)的测评。假设每一个差异化SLA业务请求均对应于一个波,这些波长业务均由具备波长变换能力的14个光节点对发起。节点对之间的每个链路峰值容量均为16波,链路的稳定性遵循0.96≤T≤0.98分布。测试中定义该网络中的链路均只有一个唯一编号的SRLG,且SRLG故障几率保持在20%,40%,60%。同时设计了自愈资源使用程度、SLA请求失效率、自愈段数三个指标来考察自愈技术在应对差异化SLA业务故障中的贡献能力。作为对比,选用独享保护策略(SPS)。该策略要求全网W通道均需有其独享的唯一的P通道,其他W通道中的SLA波长业务无法使用当前链路对W和P局向资源。两种算法下的测试数据均在执行五次循环迭代计算后统计出平均值而获取。

图1 所示曲线走势表明了DSS方案在处理差异化SLA业务连接请求中的优势。之所以呈现这样走势,首先出于带宽资源利用率的考虑,DSS在部署差异化SLA业务时并不总是为每一个W通道提供独享的P资源。DSS方案的思想是首先为这些SLA业务提供差异化带宽需求计算,然后为其寻找一个链路对用于保障该差异化SLA业务的正常传输和故障自愈,进而降低差异化SLA业务请求的失效率。即便该链路对中的W和P并未保持绝对独立,DSS方案也可能搜索出适宜的W和P用于响应差异化SLA业务请求,甚至通过引入循环计算方法来反复筛选风险链路以突破SRLG陷阱的困扰。相对而言,SPS策略采用固化的方式一味地为差异化SLA配置1:1的链路资源,这不仅显著降低带宽资源利用率同时在重载情形下一旦遭遇SLA业务连接中断,很难从中搜索出与W保持SRLG分离的P资源。因此在此项比较中DSS方案表现出了一定的优势。

图1 差异化SLA请求失效率

图2 的曲线走势表明了两种方案在自愈差异化SLA业务请求失效时所涉及的自愈链路数量。由于DSS方案在计算自愈资源P时统筹考虑了那些具有一样编号的SRLG中的W资源。与此相反,SPS策略则完全不考虑那些具有一样编号的SRLG中的可用链路资源作为自愈选项。毫无疑问前者方案可选择的资源选项更为丰富。尤其在全网重载的情形下后者可用自愈资源极其有限,需要通过跨越更多的链路段绕行更远的物理距离方可找到适宜的自愈资源P。因此从时间角度来看,DSS方案下较少的自愈段数决定了该方案的时延代价小得多。

图2 自愈段数

图3 曲线描述的是自愈资源P在两种机制下的使用情况统计。该指标的意义在于测算算法能够为W资源提供多大数量的备用P资源,其值由W的段数和P的段数相除得来。对于DSS方案而言,其主张在遵循SRLG相对分离的情形下W资源若能符合差异化SLA的承载要求则不启用自愈资源P。故在响应差异化SLA业务请求时能够最小化全网资源的使用程度。DSS方案的这个优势在本项测试中也得到了相应的体现。从图3中曲线走势不难看出,两种机制在应对相同业务量的波长业务时SPS策略使用了更多的自愈资源。