數(shù)據(jù)中心間光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的跨層動(dòng)態(tài)保護(hù)策略

熊 余， 李志強(qiáng)， 楊婭婭

(重慶郵電大學(xué) 光通信與網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400065)

在云計(jì)算推動(dòng)下，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)逐漸向以數(shù)據(jù)中心為核心的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)．由于數(shù)據(jù)中心之間數(shù)據(jù)備份及數(shù)據(jù)同步等需求愈發(fā)迫切，亟需通過(guò)高效的傳輸網(wǎng)來(lái)滿足數(shù)據(jù)中心間的互聯(lián)需求．光網(wǎng)絡(luò)憑借大容量、高帶寬、低時(shí)延等優(yōu)勢(shì)成為互聯(lián)數(shù)據(jù)中心的最佳選擇．顯然，互聯(lián)數(shù)據(jù)中心的光網(wǎng)絡(luò)上承載有海量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性提出巨大挑戰(zhàn)．保護(hù)技術(shù)以網(wǎng)絡(luò)冗余為代價(jià)實(shí)現(xiàn)了故障業(yè)務(wù)的快速恢復(fù)，是提高網(wǎng)絡(luò)可靠性的重要手段．但是數(shù)據(jù)中心間光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)屬于典型的跨層系統(tǒng)，其底層是連接數(shù)據(jù)中心的光網(wǎng)絡(luò)，上層是由基于數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)服務(wù)構(gòu)成的IP網(wǎng)絡(luò)[1]．因此，如何結(jié)合數(shù)據(jù)中心間光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和業(yè)務(wù)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)層間信息交互并設(shè)計(jì)高效跨層保護(hù)策略，是需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題．

針對(duì)跨層保護(hù)問(wèn)題，最早基于通用多協(xié)議標(biāo)志交換協(xié)議(Generalized MultiProtocol Label Switching，GMPLS)光控技術(shù)文獻(xiàn)[2]在IP over波分復(fù)用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)中提出跨層保護(hù)算法，通過(guò)GMPLS協(xié)議作為IP層和光層溝通的橋梁，提高了網(wǎng)絡(luò)利用率和傳輸可靠性．近年來(lái)，彈性光網(wǎng)絡(luò)(Elastic Optical Network， EON)的出現(xiàn)打破了WDM光網(wǎng)絡(luò)粗糙的光層資源分配方式，將光層的帶寬分配粒度降低到子載波信道的亞波長(zhǎng)量級(jí)，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率和靈活性[3]．文獻(xiàn)[4]提出了IP over彈性光網(wǎng)絡(luò)中基于業(yè)務(wù)疏導(dǎo)的共享保護(hù)策略，仿真表明，所提策略可以有效提高網(wǎng)絡(luò)的資源利用率．與此同時(shí)，軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network， SDN)作為新一代管控技術(shù)，憑借其集中控制的優(yōu)勢(shì)被引入到光網(wǎng)絡(luò)中[5]．其彈性管道、即時(shí)帶寬和可編程控制等特性，能夠滿足未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要．文獻(xiàn)[6]基于軟件定義光網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Optical Network， SDON)場(chǎng)景，提出一種IP over Optical的多層彈性架構(gòu)和資源整合圖策略，通過(guò)IP層控制器與光層控制器之間的交互，實(shí)現(xiàn)了層間的信息共享和資源的統(tǒng)一調(diào)度，有效提升了網(wǎng)絡(luò)的可靠性．本項(xiàng)目組前期也針對(duì)SDON中的可靠性進(jìn)行過(guò)研究，提出控制器部署算法和跨層生存性算法，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)控制平面的可靠性[7]．以上研究雖然提高了網(wǎng)絡(luò)可靠性，也對(duì)跨層保護(hù)有初步研究，但未考慮業(yè)務(wù)的多樣性問(wèn)題．?dāng)?shù)據(jù)中心間由于業(yè)務(wù)的多樣性，不同業(yè)務(wù)的可靠性需求將各不相同．用戶可根據(jù)自己的需要，向服務(wù)提供商購(gòu)買符合自身需求的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)．一般地，用戶和網(wǎng)絡(luò)提供商之間會(huì)簽訂服務(wù)等級(jí)協(xié)議(Service Level Agreement， SLA)，若出現(xiàn)違背協(xié)議的情況，網(wǎng)絡(luò)提供商將向用戶支付大量的賠償[8]．可見(jiàn)，針對(duì)數(shù)據(jù)中心間光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)這一重要場(chǎng)景，面向業(yè)務(wù)本身提供可靠性的保護(hù)尤為重要．文獻(xiàn)[9]提出一種生存性自適應(yīng)保護(hù)策略，該策略將業(yè)務(wù)分為3個(gè)等級(jí)并提供不同的保護(hù)方案．仿真表明，所提策略有效提升了資源利用率，但是其并不能保證業(yè)務(wù)的可靠性要求．文獻(xiàn)[10]根據(jù)業(yè)務(wù)的重要程度，為業(yè)務(wù)設(shè)置n條保護(hù)光路來(lái)達(dá)到業(yè)務(wù)所需可靠性，其中n的值由業(yè)務(wù)的重要程度決定．以上研究雖然保證了用戶對(duì)可靠性的要求，但在業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)間內(nèi)，保護(hù)光路始終存在且所占資源無(wú)法被其他業(yè)務(wù)利用．而由于數(shù)據(jù)中心間的業(yè)務(wù)具有大帶寬的特性，這將導(dǎo)致大量網(wǎng)絡(luò)資源在整個(gè)業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)間都被占用，過(guò)多的保護(hù)開(kāi)銷嚴(yán)重降低了網(wǎng)絡(luò)資源利用率．

為此，為了在保證業(yè)務(wù)可靠性需求的同時(shí)降低保護(hù)開(kāi)銷，文中提出了帶有可靠性感知的跨層動(dòng)態(tài)保護(hù)策略(Reliability-aware Cross-layer Protection Strategy， RCPS)．首先，建立軟件定義的IP over彈性光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過(guò)控制器間的信息交互實(shí)現(xiàn)跨層的可靠性感知，使光層控制器充分了解業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)可靠性．然后光層控制器根據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)可靠性的變化情況，利用最小資源占用塊釋放方法調(diào)整光層的保護(hù)資源，從而在充分保證業(yè)務(wù)可靠性的前提下達(dá)到降低保護(hù)開(kāi)銷的目的．

1 軟件定義IP over彈性光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

軟件定義IP over彈性光網(wǎng)絡(luò)打破底層光網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單作為IP承載層的局限，將IP層與光層設(shè)備中的控制平面抽離出來(lái)，形成各自獨(dú)立的控制器，然后通過(guò)控制器間的協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)兩層間的流量調(diào)度、路徑計(jì)算、保護(hù)協(xié)作等功能，從而在全網(wǎng)對(duì)兩層進(jìn)行資源優(yōu)化．在此基礎(chǔ)上對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，如圖1所示．該架構(gòu)包括IP層和光層，每一層的資源都由該層控制器集中管控．IP層控制器的功能包括:通過(guò)相應(yīng)的接口與IP層OpenFlow使能的路由器(OF-Router)相連，負(fù)責(zé)收集IP網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?通過(guò)業(yè)務(wù)請(qǐng)求接口來(lái)接收數(shù)據(jù)中心間業(yè)務(wù)請(qǐng)求，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)的狀態(tài)并向光層控制器發(fā)送資源調(diào)度信息．光層控制器的功能包括:與光層OpenFlow使能的帶寬可變光交叉連接器(OF-BVOS)相連，負(fù)責(zé)收集光網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒐鈱淤Y源使用情況等;向上層的IP控制器提供資源調(diào)度接口，接到IP控制器的資源調(diào)度信息后調(diào)用底層的彈性光網(wǎng)絡(luò)資源來(lái)滿足上層業(yè)務(wù)需求．

2 跨層可靠性感知的實(shí)現(xiàn)

定義1 網(wǎng)絡(luò)元件的可靠性r，即在整個(gè)服務(wù)時(shí)間內(nèi)底層物理鏈路正常工作時(shí)間所占的比例，如式(1)所示．

r=tMTBF(tMTBF+tMTTR) ,(1)

其中，tMTBF表示平均無(wú)故障時(shí)間，tMTTR表示平均故障修復(fù)時(shí)間．由此得到一條物理路徑的可靠性如式(2)表示．

(2)

其中，rj表示第j條鏈路的可靠性，G表示該條路徑的鏈路集合．同理，多條路徑的聯(lián)合可靠性可以由式(3)來(lái)計(jì)算．

(3)

其中，Ri表示第i條路徑的可靠性，Q表示n條路徑的集合．

定義2 業(yè)務(wù)的可靠性要求Rd，即在業(yè)務(wù)請(qǐng)求時(shí)間內(nèi)被正常服務(wù)時(shí)間所占的比例．業(yè)務(wù)的可靠性要求是SLA中最重要的服務(wù)質(zhì)量衡量指標(biāo)，如式(4)所示：

Rd=TwTd=Tw(Tw+Tf) ,(4)

其中，Tw表示業(yè)務(wù)請(qǐng)求持續(xù)時(shí)間中正常工作時(shí)間，Td表示業(yè)務(wù)請(qǐng)求持續(xù)時(shí)間，包括Tw和業(yè)務(wù)所能容忍的故障時(shí)間Tf．

圖2 跨層可靠性感知的信息交互流程

在軟件定義IP over彈性光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，IP層控制器和光層控制器通過(guò)擴(kuò)展的OpenFlow協(xié)議分別掌握各層的全局信息．通過(guò)控制器之間的信息交互，實(shí)現(xiàn)光層即時(shí)感知IP層業(yè)務(wù)的可靠性需求，并根據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)可靠性變化動(dòng)態(tài)調(diào)整光層網(wǎng)絡(luò)資源，達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率的目的．其跨層可靠性感知流程如圖2所示．首先，當(dāng)業(yè)務(wù)到來(lái)時(shí)，IP層控制器對(duì)PACKET_IN消息進(jìn)行分析處理，獲知業(yè)務(wù)基本信息．然后將這些信息發(fā)送給光層控制器．光層控制器收到IP層發(fā)送的消息后，在光層為業(yè)務(wù)尋找滿足其可靠性要求的光路(包括工作光路和保護(hù)光路)，并向相關(guān)的光交換機(jī)發(fā)送FLOW_MOD信息，完成建路過(guò)程．為充分滿足業(yè)務(wù)的可靠性需求，這里的保護(hù)光路可能有多條．建路完成后，光層控制器將為業(yè)務(wù)分配的工作光路和保護(hù)光路的信息發(fā)送給IP層控制器．在業(yè)務(wù)正常傳輸期間，IP層控制器監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)狀態(tài)，并判斷是否對(duì)保護(hù)光路進(jìn)行釋放，如果達(dá)到釋放底層光路的條件，則IP層控制器將釋放保護(hù)光路的信息發(fā)送給光層控制器．光層控制器接到信息后，向相應(yīng)的光交換機(jī)發(fā)送拆除冗余保護(hù)光路的信息，釋放的光路資源可以被其他的業(yè)務(wù)利用．

3 保證可靠性的跨層動(dòng)態(tài)保護(hù)

為滿足IP層業(yè)務(wù)對(duì)可靠性的要求，傳統(tǒng)可靠性保護(hù)一般在整個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，保護(hù)光路始終存在且所占的資源無(wú)法被其他業(yè)務(wù)利用．在數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)大帶寬的特點(diǎn)下，這種做法導(dǎo)致大量冗余網(wǎng)絡(luò)資源在業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)間內(nèi)被占用，嚴(yán)重降低網(wǎng)絡(luò)資源利用率．而實(shí)際上這樣是沒(méi)有必要的．為此，這里給定一個(gè)數(shù)據(jù)中心間業(yè)務(wù)請(qǐng)求r(s，d，φ，R，Td)，其中s和d為業(yè)務(wù)的源目節(jié)點(diǎn)，φ代表業(yè)務(wù)的帶寬請(qǐng)求，R表示業(yè)務(wù)的可靠性需求，Td表示業(yè)務(wù)的持續(xù)時(shí)間．如果業(yè)務(wù)已經(jīng)被服務(wù)了一段時(shí)間ξ，而這段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有中斷發(fā)生，那對(duì)于網(wǎng)絡(luò)提供商來(lái)說(shuō)，只需保證在業(yè)務(wù)請(qǐng)求剩余的時(shí)間Td-ξ內(nèi)可以有Tw-ξ的正常工作時(shí)間即可[11]．下面給出實(shí)時(shí)可靠性的定義．

定義3 實(shí)時(shí)可靠性R*，即在業(yè)務(wù)被正常服務(wù)期間，從某一時(shí)刻起到業(yè)務(wù)結(jié)束這段時(shí)間內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)提供商為保證SLA要求而至少需要為業(yè)務(wù)提供的可靠性稱為業(yè)務(wù)在該時(shí)刻的實(shí)時(shí)可靠性，如式(5)所示．

R*=(Tw-ξ)((Tw+Tf)-ξ) ．(5)

圖3 不同釋放順序下的資源占用塊

由式(5)易知，隨著時(shí)間ξ的增加，業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)可靠性是下降的．也就是說(shuō)，隨著業(yè)務(wù)被正常服務(wù)時(shí)間的增加，網(wǎng)絡(luò)提供商可以降低為該業(yè)務(wù)提供的可靠性，而這并不影響服務(wù)的SLA質(zhì)量．這就為利用實(shí)時(shí)可靠性來(lái)降低網(wǎng)絡(luò)保護(hù)開(kāi)銷提供了契機(jī)．根據(jù)上節(jié)所述跨層可靠性的信息交互可知，光層控制器可以時(shí)刻感知業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)可靠性變化．在此基礎(chǔ)上，隨著業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)可靠性下降，如果在一定時(shí)刻，釋放某一條保護(hù)光路后，業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)可靠性仍可以被滿足，則釋放該條保護(hù)光路．但是在釋放保護(hù)光路時(shí)，由于保護(hù)光路的可靠性以及帶寬不相同導(dǎo)致不同的釋放順序下保護(hù)光路的持續(xù)時(shí)間也不一樣，因此，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的消耗是不一樣的．如圖3所示，同一個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求在不同的保護(hù)光路釋放順序下(假設(shè)保護(hù)光路1的可靠性大于保護(hù)光路2，帶寬大小相同)，右邊的釋放順序在業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)間內(nèi)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的占用較少．由此看來(lái)，選擇合適的釋放順序可以進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的資源利用率，為此擬設(shè)計(jì)最小資源占用塊釋放方法來(lái)對(duì)冗余的保護(hù)光路進(jìn)行釋放．

定義4 資源占用塊(Resource Occupation Block， ROB)，即光路在持續(xù)時(shí)間內(nèi)對(duì)資源的占用情況，用頻譜和時(shí)間的乘積來(lái)衡量．

LROB=BT,(6)

其中，B表示光路的帶寬，T表示光路的持續(xù)時(shí)間．因此，一個(gè)業(yè)務(wù)的資源占用塊可以用式(7)表示．

(7)

一個(gè)業(yè)務(wù)的ROB越小，表示該業(yè)務(wù)在其持續(xù)時(shí)間內(nèi)占用網(wǎng)絡(luò)資源越少，網(wǎng)絡(luò)的資源利用率越高．從圖3可以看出，由于保護(hù)光路的釋放順序不同，導(dǎo)致在左邊的釋放順序下業(yè)務(wù)的ROB要大于右邊業(yè)務(wù)的ROB．由此看來(lái)，不同的光路釋放順序影響到業(yè)務(wù)的ROB大小．尤其是在數(shù)據(jù)中心間業(yè)務(wù)的大帶寬特性下，其影響將更大．為了選擇合理的保護(hù)光路釋放順序，達(dá)到更好的資源利用率，最小資源占用塊(MinROB)釋放方法的步驟如下:

步驟2 根據(jù)式(5)及每條保護(hù)光路的可靠性，可以得到不同釋放方案中每條保護(hù)光路何時(shí)可以釋放(即保護(hù)光路的持續(xù)時(shí)間)，然后利用式(7)計(jì)算每一種釋放方案中業(yè)務(wù)的RROB大小．

利用MinROB釋放方法可以最小化業(yè)務(wù)在其持續(xù)時(shí)間內(nèi)對(duì)資源的占用，有效提高網(wǎng)絡(luò)的資源利用率．在此基礎(chǔ)上結(jié)合定義3中業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)可靠性，提出帶有可靠性感知的跨層動(dòng)態(tài)保護(hù)策略，其具體步驟如下:

步驟1 當(dāng)一個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求到來(lái)時(shí)，IP層的控制器首先對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分析處理，掌握業(yè)務(wù)的源目節(jié)點(diǎn)、帶寬大小、業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)間以及可靠性需求等信息．

步驟2 IP層的控制器將業(yè)務(wù)基本信息發(fā)送給底層的光層控制器，光層控制器在接到IP層控制器發(fā)來(lái)的信息之后，首先根據(jù)其源目節(jié)點(diǎn)和帶寬大小，在底層的彈性光網(wǎng)絡(luò)中利用k最短路徑算法找到k條鏈路分離的光路，并按可靠性下降的順序排列．如果不存在可行的光路，則阻塞這個(gè)請(qǐng)求；否則，轉(zhuǎn)步驟3．

步驟3 判斷k條光路中可靠性最大的光路是否可以滿足業(yè)務(wù)的可靠性需求，如果可以滿足可靠性要求，則選擇可靠性最大的光路作為工作光路，且不為其設(shè)置保護(hù)光路，轉(zhuǎn)步驟6；否則，轉(zhuǎn)步驟4．

步驟5 隨著業(yè)務(wù)被正常服務(wù)時(shí)間的增加，按照MinROB釋放方法中的光路釋放順序，根據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)可靠性的下降，IP層控制器告知光層控制器，動(dòng)態(tài)地對(duì)保護(hù)光路進(jìn)行逐一釋放，直至只剩下工作光路．

步驟6 工作光路一直持續(xù)到業(yè)務(wù)結(jié)束，如果在此期間工作光路發(fā)生中斷，則選擇對(duì)業(yè)務(wù)重路由，轉(zhuǎn)步驟1．

4 仿真分析

采用floodlight+mininet作為仿真平臺(tái)，在NSF網(wǎng)絡(luò)(14節(jié)點(diǎn)，21條鏈路)及COST239網(wǎng)絡(luò)(11節(jié)點(diǎn)，26條鏈路)進(jìn)行仿真．在NSF網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)中心部署在節(jié)點(diǎn)0、5和8上[13]; 在COST239網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)中心部署在節(jié)點(diǎn)2、5和8上[13]．假設(shè)每條光纖鏈路上有400個(gè)頻隙，每個(gè)頻隙的帶寬為 12.5 GHz．業(yè)務(wù)帶寬請(qǐng)求在 [12.5 Gb/s，100 Gb/s] 上服從均勻分布，為業(yè)務(wù)進(jìn)行頻譜分配時(shí)使用首次命中算法[10]．業(yè)務(wù)請(qǐng)求到達(dá)的速率服從參數(shù)為β的泊松分布，業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)間服從均值為 1/μ的指數(shù)分布，網(wǎng)絡(luò)中總負(fù)載為 (β/μ) Erlang，仿真時(shí)，μ取值為1．底層彈性光網(wǎng)絡(luò)中鏈路的可靠性均為0.99，業(yè)務(wù)的可靠性需求在[0.980，0.999]上服從均勻分布．

為衡量所提RCPS策略的性能，選擇傳統(tǒng)的專有通道保護(hù)(Dedicated Path Protection， DPP)策略、文獻(xiàn)[9]所提的生存性自適應(yīng)(Adaptive Survivability Approach， ASA)保護(hù)策略及文獻(xiàn)[10]所提的多路徑保護(hù)(MultiPath Protection， MPP)策略作為對(duì)比．其中，DPP策略在工作光路的可靠性無(wú)法滿足業(yè)務(wù)要求時(shí)，最多為其分配一條保護(hù)光路，并不保證業(yè)務(wù)的可靠性．ASA策略將業(yè)務(wù)分為3個(gè)等級(jí)，對(duì)高等級(jí)的業(yè)務(wù)采用專有保護(hù)，中等級(jí)的業(yè)務(wù)采用壓縮帶寬專有保護(hù)，低等級(jí)的業(yè)務(wù)不設(shè)置保護(hù)．而MPP策略充分滿足業(yè)務(wù)的可靠性要求，對(duì)于可靠性要求較高的業(yè)務(wù)，為其分配多條保護(hù)光路，但在業(yè)務(wù)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)保護(hù)光路上的資源始終被占用．圖4是在兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎拢酭CPS策略同兩種對(duì)比策略的可靠性滿足率(Reliability Satisfaction Ratio， RSR)對(duì)比情況，可以看到，RCPS策略和MPP策略的RSR都是100%，而DPP策略和ASA策略的RSR較低且隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增加略有下降．

圖4 可靠性滿足率對(duì)比情況

圖5為兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎拢酭CPS策略同兩種對(duì)比策略在保護(hù)開(kāi)銷(Protection Overbuild， PO)上的對(duì)比情況，其中PO為保護(hù)光路占用資源和工作光路占用資源的比值．MPP策略選擇為業(yè)務(wù)設(shè)置多條保護(hù)路徑來(lái)滿足可靠性要求，對(duì)于優(yōu)先級(jí)較高的業(yè)務(wù)可能存在多條保護(hù)路徑，故MPP的PO最高．而DPP策略最多為業(yè)務(wù)設(shè)置一條保護(hù)路徑，當(dāng)工作光路的可靠性滿足業(yè)務(wù)的需求時(shí)，不為業(yè)務(wù)設(shè)置保護(hù)路徑，故DPP的PO在1附近且略低于1．ASA策略只對(duì)優(yōu)先級(jí)高的業(yè)務(wù)設(shè)置一條保護(hù)路徑，對(duì)于中等優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)采用壓縮專有保護(hù)，不重要的業(yè)務(wù)不設(shè)置保護(hù)，故其PO要小于DPP策略．RCPS策略的PO最低，甚至比MPP節(jié)省了約49%的保護(hù)開(kāi)銷，這是因?yàn)镽CPS策略采用了動(dòng)態(tài)保護(hù)策略，雖然也采取設(shè)置多條保護(hù)光路來(lái)充分滿足業(yè)務(wù)的可靠性需求，但是隨著業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)可靠性下降，可以動(dòng)態(tài)釋放冗余的保護(hù)光路，因此，有效地減少了PO．

圖5 保護(hù)開(kāi)銷對(duì)比情況

圖6為所提RCPS策略同3種對(duì)比策略在帶寬阻塞率(Bandwidth Blocking Ratio， BBR)上的對(duì)比情況．同時(shí)為了說(shuō)明MinROB釋放方法的合理性，這里對(duì)RCPS without和RCPS也進(jìn)行了對(duì)比，其中RCPS without表示保護(hù)光路按隨機(jī)順序進(jìn)行釋放．隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增加，4種策略的BBR都隨負(fù)載的增加而增加．因?yàn)镸PP需要確保業(yè)務(wù)所需的可靠性得到滿足，對(duì)于可靠性要求較高的業(yè)務(wù)，要消耗更多的保護(hù)資源，因此，BBR最高．而DPP策略最多為業(yè)務(wù)設(shè)置一條保護(hù)路徑，所以BBR低于MPP策略．ASA策略的保護(hù)開(kāi)銷小于DPP策略的，所以其阻塞率也要小于DPP策略的．RCPS策略和MPP策略一樣，需要確保業(yè)務(wù)的可靠性得到滿足．但是隨著業(yè)務(wù)的正常傳輸，業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)可靠性需求在下降，此時(shí)可以動(dòng)態(tài)釋放冗余的保護(hù)路徑，因此，網(wǎng)絡(luò)中將會(huì)有更多可用資源用來(lái)成功建立業(yè)務(wù)請(qǐng)求，從而減少被阻塞的業(yè)務(wù)請(qǐng)求數(shù)量．與MPP策略相比，RCPS策略阻塞率降低了約58%．RCPS without和RCPS兩種策略中RCPS的BBR較低，這是因?yàn)镸inROB釋放方法可以進(jìn)一步減少業(yè)務(wù)在持續(xù)時(shí)間內(nèi)占用的網(wǎng)絡(luò)資源，與隨機(jī)順序釋放保護(hù)光路相比，有更多的可用資源來(lái)承載新到來(lái)的業(yè)務(wù)，從而取得更小的網(wǎng)絡(luò)阻塞率．

圖6 阻塞率對(duì)比情況

5 結(jié) 束 語(yǔ)

為了使業(yè)務(wù)所需的可靠性得到充分滿足，同時(shí)最小化保護(hù)開(kāi)銷，文中提出了帶有可靠性感知的跨層動(dòng)態(tài)保護(hù)策略．該策略首先建立IP over彈性光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過(guò)IP層和光層設(shè)置各自的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的全局掌握; 其次，在IP over彈性光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，通過(guò)控制器間的信息交互，實(shí)現(xiàn)跨層可靠性感知，使光層了解業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)可靠性;最后，提出RCPS策略，光層控制器根據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)可靠性的變化，在不違背SLA的前提下，利用MinROB方法動(dòng)態(tài)地釋放冗余的保護(hù)光路．仿真試驗(yàn)表明，在保證業(yè)務(wù)的可靠性得到滿足的前提下，相對(duì)于MPP策略所提RCPS策略的保護(hù)開(kāi)銷降低了49%，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)阻塞率降低了58%．

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