重慶郵電大學碩士論文摘要 摘要 隨著業務多樣性的發展 光網絡向著動態特性 可擴展性等方向迅速發展 然 而人們對網絡業務的需求遠遠超過了保障網絡生存性技術的更新速度 由于光網絡 數據傳輸的高速性 當網絡發生故障時 會引起巨大的數據丟失 甚至可能給整個 網絡帶來災難性后果 因此網絡故障的保護和恢復方法需要解決這種由波長容量上 升所帶來的業務可用性下降問題 在透明光網絡中 故障定位是故障保護和恢復的 前提條件 當網絡故障出現之后 需要根據相應的定位機制來確定故障發生的位置 進而執行保護和恢復操作 因此 準確 快速的鏈路故障探測與定位方法能夠有效 降低網絡故障所帶來的損失 針對光網絡中的單鏈路故障和多鏈路故障 文中分別 給出了一種故障定位的方法 文中給出了一種基于騎士巡游的單鏈路故障定位策略 由于網絡拓撲 無向圖 棋盤三者之間存在一定的聯系 根據騎士巡游理論 提出使用棋盤對網絡建立故障 定位模型 然后提出一種網絡節點度數感知的分裂方法 將網絡中的所有節點 鏈 路一一映射到相應大小的棋盤上 并且能夠反映網絡中的節點與鏈路之間的連接關 系 同時構造網絡與棋盤的靜態映射表 最后依據騎士巡游理論的思想 利用探測 信號返回網絡中的故障鏈路信息 通過查找靜態映射表定位出故障鏈路的準確位置 在保證單鏈路故障完全定位的情況下 對故障定位時間和鏈路覆蓋長度進行了仿真 和分析 仿真結果表明在使用較少的網絡資源情況下 該策略也能夠有效的 快速 的定位網絡中出現的單個鏈路故障 針對網絡中的多鏈路故障 文中給出了一種基于騎士巡游理論的故障定位機制 該機制將網絡中的多故障定位過程分為初始化 網元抽象 探測 鏈路匹配四個階 段 首先根據騎士巡游理論 建立多故障鏈路定位的網絡模型 并利用帶有約束條 件的網元抽象方法將網絡中的所有節點和鏈路映射到一個帶有漏洞的棋盤上 然后 在備選探測信號節點周期性發送探測信號 目的節點將收到的有效光路存儲在鏈表 中 最后通過鏈路匹配計算網絡中的故障鏈路 文中分析了多故障定位機制的算法 復雜度以及故障定位概率 仿真結果表明在保證業務請求率的情況下可以對網絡中 并發的多條鏈路故障進行完全定位 同時能夠相對降低故障定位的時間復雜度 從 而為解決光網絡中的多故障定位技術提供了一種有效的方法 關鍵詞 光網絡 騎士巡游 故障定位 性能監測 重慶郵電大學碩士論文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h eb u s i n e s sd i v e r s i t y t h em a i nc h a r a c t e ro ft h eo p t i c a l n e t w o r ki nt h ef u t u r ei sd y n a m i ca n ds c a l a b i l i t y h o w e v e r t h ed e m a n df o rt h en e t w o r k b u s i n e s si sf a rm o r et h a nt h er a t eo ft h en e t w o r ks u r v i v a b l et e c h n o l o g yu p d a t e s a n e t w o r kf a i l u r ew i l lc a u s eah u g el o s so fd a t a o re v e nc o u l dh a v ed i s a s t r o u s c o n s e q u e n c e sf o rt h ee n t i r en e t w o r kf o rt h eh i 曲s p e e dd a t at r a n s m i s s i o ni nt h eo p t i c a l n e t w o r k c o n s e q u e n t l y u s i n gn e t w o r kf a u l tp r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o nm e t h o d s t h e p r o b l e ms h o u l db es o l v e d w h i c ht h eb u s i n e s sa v a i l a b i l i t y i s d e c r e a s i n gw i t ht h e w a v e l e n g t hc a p a c i t yi n c r e a s i n gr a p i d l y i nt h et r a n s p a r e n to p t i c a ln e t w o r kt h ef a u l t l o c a l i z a t i o ni st h ep r e r e q u i s i t ef o rt h ef a u l tp r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o n w h e nan e t w o r k f a i l u r eo c c u r s t h ef a u l t sl o c a t i o nn e e dt ob ef o u n du s i n gt h ea p p r o p r i a t em e c h a n i s m a n d t h e nt h eo p e r a t i o n so ff a u l tp r o t e c t i o na n dr e s t o r a t i o ni sa p p l i e d i no r d e rt or e d u c i n gt h e l o s s e se f f e c t i v e l yc a u s e db yt h en e t w o r kf a i l u r e s t h ef a u l tl o c a l i z a t i o nm e t h o d ss h o u l db e a c c u r a t ea n dr a p i d t h e r e f o r e t h em e t h o d sf o rl i n kf a i l u r el o c a l i z a t i o ni nt h eo p t i c a l n e t w o r ka r ep r o p o s e di nt h ep a p e r i nt h ep a p e r b a s e do nt h eh a i g h t st o u rt h e o r y an o v e ls t r a t e g yf o rt h es i n g l e l i n k f a i l u r el o c a l i z a t i o ni sp r o p o s e d d u et ot h e r ea r es o m en a t u r eo fr e l a t i o n sb e t w e e nt h e n e t w o r kt o p o l o g ya n dc h e s s b o a r d af a u l tl o c a l i z a t i o nm o d e li se s t a b l i s h e db yt h e c h e s s b o a r db a s e do nk n i g h t st o u rt h e o r y ad e g r e e sa w a r en o d es p l i t t i n gm e t h o di s p r o p o s e di nt h el o c a l i z a t i o ns t r a t e g y t h e n t h en o d e s a n dl i n k so f t h en e t w o r ka l em a p p e d o nt h es q u a r e sa n ds t e p so ft h ec o r r e s p o n d i n gc h e s s b o a r d a n dt h ec o n n e c t i v i t yb e t w e e n t h en o d e sa n dl i n k si sr e f l e c t e do nt h ec h e s s b o a r d m e a n w h i l e t h es t a t i cm a p p i n gt a b l ei s e s t a b l i s h e db e t w e e nt h en e t w o r ka n dc h e s s b o a r d s u b s e q u e n t l y b a s e do nt h ek n i g h t st o u r t h e o r y t h ep r o b i n gs i g n a l sa r es e n tp e r i o d i c a l l yt od e t e c tt h en e t w o r ks t a t u si nr e a l t i m e m a n n e r b ys e a r c h i n gt h es t a t i cm a p p i n gt a b l e t h es i n g l e l i n kf a i l u r ei sl o c a t e da c c o r d i n g t or e t u r n e df a u l ti n f o r m a t i o no n c et h el i n kf a i l u r ei sd e t e c t e d i nt h ec a s eo fa c h i e v i n g u n a m b i g u o u sf a i l u r el o c a l i z a t i o no fa n ys i n 酉el i n kf a i l u r ei nt h en e t w o r k t h el o c a l i z a t i o n t i m ea n dc o v e rl e n g t ho fl i n k sa r ea n a l y s i s n u m e r i c a lr e s u l t ss h o wt h a tt h es i n g l e l i n k f a i l u r ec a nb el o c a t e de f f e c t i v e l ya n dr a p i d l yb yt h ep r o p o s e ds t r a t e g y w h i c hu s e sl e s s n e t w o r kr e s o u r c e s f o rt h em u l t i 1 i n k sf a i l u r el o c a l i z a t i o ni nt h eo p t i c a ln e t w o r k am e c h a n i s mb a s e do n 重慶郵電大學碩士論文 k n i g h t st o u rt h e o r yi sp r e s e n t e d a n dt h el o c a l i z a t i o nm e c h a n i s mc o n s i s t so f f o u rp h a s e s i n i t i a l i z i n g n e t w o r ke l e m e n ta b s t r a c t i n g d e t e c t i n ga n dm a t c h i n gp h a s e s f i r s t l y b a s e do n 妊班 st o u rt h e o r y am u l t i f a u l tl o c a l i z a t i o nm o d e li se s t a b l i s h e d b yu s i n gt h em e t h o d o fn e t w o r ke l e m e n ta b s t r a c t i n gw i t hc o n s t r a i n t s t h en o d e so ft h en e t w o r ka r em a p p e do n t h es q u a r e so ft h ec o r r e s p o n d i n gc h e s s b o a r dw i t ht h eh o l e s w h o s es i z ei sl a r g ee n o u g h s e c o n d l y t h ep r o b i n gs i g n a l sa r es e n tp e r i o d i c a l l ya tt h es p a r en o d e s i nt h en e t w o r k a f t e r ap e r i o do ft i m e t h ee f f e c t i v el i g h t p a t h sw h i c ha r er e c e i v e da tt h ed e s t i n a t i o na r es t o r e d i nt h el i s t t h e r e f o r e t h ef a u l tl i n k sa l ec o m p u t e db ym a t c h i n gt h el i n k si nt h el i s t i nt h e t e r m so ft i m ea n ds p a c ec o m p l e x i t i e sa r ee v a l u a t e df o rt h ep r o p o s e dm e c h a n i s mi nt h e p a p e r m e a n w h i l e t h e f a u l tl o c a l i z a t i o np r o b a b i l i t yi ss i m u l a t e d a n dt h es i m u l a t i o n r e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e df a u l tl o c a l i z a t i o nm e c h a n i s m c a l lb e a c h i e v i n g u n a m b i g u o u sf a i l u r el o c a l i z a t i o n u n d e rt h ec o n d i t i o n so fg u a r a n t e e i n gr a t eo fs e r v i c e r e q u e s ti nt h en e t w o r k a n dt h et i m ec o m p l e x i t yi sr e l a t i v e l yl o w e r h e n c e a ne f f e c t i v e t e c h n o l o g yi sp r o p o s e df o rs o l v i n gt h el i n kf a i l u r el o c a l i z a t i o ni n t h en e t w o r k k e y w o r d s o p t i c a ln e t w o r k k n i g h t st o u r f a u l tl o c a l i z a t i o n p e r f o r m a n c em o n i t o r i n g i i i 重慶郵電大學碩士論文第一章緒論 第一章緒論 光網絡作為信息社會主要的通信網絡 其承載的業務已由傳統的語音業務擴展 到數據業務以及多媒體為代表的寬帶業務 成為所有通信系統所依賴的主干通信系 統 而且為了滿足人們對多種類型業務的動態需求 光網絡結構已經從點到點的方 式向網狀組網 智能控制等體現網絡動態特性 可擴展性的方向迅速發展 以適應 多種業務的突發性和靈活性 從而經濟有效地完成多種業務的混合傳輸 與此同時 也為網絡管理帶來了巨大的挑戰 例如網絡中若發生光纖斷裂 節點失效等故障后 會造成大量的數據丟失 甚至可能給整個網絡帶來災難性后果 因此在保障網絡的 通信質量 可靠性 生存性等網絡性能方面 光網絡技術需要持續不斷地進行更新 1 1 光網絡發展過程 隨著人們對新業務的不斷需求 通信技術得到迅速發展 特別是疋業務的迅猛 崛起 導致全球信息量呈級數增長 通信業務也由傳統單一的電話業務轉向高速 數據和以多媒體為代表的寬帶業務 對通信網絡的帶寬和容量提出了越來越高的要 求 光纖的巨大潛在帶寬和波分復用 w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g w d m 技術 日益廣泛的應用 使光纖通信技術逐漸成為支撐通信傳輸網絡的主流技術 而目前 單波長傳輸速率已經達到4 0 g b i t s 進一步提高單波長傳輸速率的技術仍在不斷地 更新 w d m 技術 2 是在一根光纖中同時傳輸多波長光信號的一項技術 其特點主要 有以下幾個方面 1 充分利用光纖的巨大帶寬資源 在很大程度上解決了傳輸的帶寬問題 2 實現了單根光纖的雙向傳輸 同時w d m 技術可以將多個波長復用起來在 單根光纖中傳輸 從而節省大量的線路投資 3 w d m 技術中的各個波長相互獨立 可以同時傳輸多種不同類型的信號 完 成各種業務信號的復用和分離 從而實現多媒體信號的混合傳輸 4 降低器件的超高速要求 在原有的許多光電器件的響應速度已明顯不足的 情況下仍可實現大容量傳輸 5 口的傳送通道 w d m 信道對數據格式是透明的 即與信號的速率和電調制 方式無關 在網絡擴充和發展中是理想的擴容手段 為引入帶寬新業務提供了方便 6 高度的組網靈活性 可靠性 經濟性以及多種應用形式 如長途干線的傳 重慶郵電大學碩士論文第一章緒論 輸網絡 局域網等 由于w d m 網絡具有高容量 波長路由 透明性 可重構性 兼容性等優越特 性 使得w d m 光傳送網為通信傳輸網絡提供了一個大容量 經濟 高生存性和靈 活性的傳輸基礎設施 w d m 光傳送網中的每個波長速率可達4 0 g b i t s 單根光纖 可傳送1 6 0 個以上波長 極大地提高了網絡帶寬容量 另外 通過光交叉連接和光 分叉復用技術的綜合使用 w d m 光傳送網可以實現光波長信道的動態重構功能 即根據傳送網中業務量的變化和需要 動態地調整光路層中的波長資源和光纖路徑 資源的分配 極大地提高了網絡資源的利用率 同時在器件發生失效 線路中斷以 及節點故障時 為了不影響網絡上層業務的傳輸 可以通過波長信道的重新配置或 保護倒換的方式 為發生故障的信道重新尋找路由 使網絡迅速實現自愈或恢復 1 1 隨著人們對網絡容量 質量 業務種類等方面提出了更高的要求 通信網絡向高速 率 高帶寬 高服務質量等方向發展 用以滿足不斷增長的業務需求和對服務質量 的要求 而w d m 光傳送網具有的優越特性 使其逐漸成為備受青睞的研究對象 隨著w d m 技術的日趨成熟 t b i t s 量級甚至更高傳輸速率的網絡已初步形成 從而對通信網絡的容量安排 業務量設計 組網方式等都產生巨大影響 其中為了 提高光傳送網的交換能力 逐漸提出了i po v e ra t m i po v e rs o n e t s d h i po v e r w d m 等光網絡結構 如圖1 1 所示為三種網絡結構示意圖 1 1 o v e rw d m 是指直接 在光層上運行的因特網 綜合利用了m 技術和w d m 的光網絡技術 合理的在p 層與光學層之間實現網絡管理 保護恢復 流量工程等優化配置 形成一種簡單高 效的網絡體系結構 采用i po v e rw d m 技術 同時省去了a t m 層和s d h 層 可以 減少網絡各層之間的中間冗余部分 從而簡化了網絡管理 提高了傳輸效率 降低 了額外開銷 并且可以與口的非對稱業務量特性相匹配 能夠充分利用帶寬資源 節省網絡運營商的成本 從而間接地降低了用戶獲得通信業務的費用 是一種最直 接 最簡單 最有效的口網絡體系結構 非常適用于大型的p 骨干網p l a i p o v e r a t mc o i p o v e r s d h c i p o v e r w d m 圖1 1 三種光網絡結構 目前整個通信網絡正朝著數字化 m 化 寬帶化 智能化和個人化方向飛速發 展 而未來網絡可能會以軟交換為核心 光聯網為基礎 兼容所有三網技術的開放 2 重慶郵電大學碩士論文 第一章緒論 體系架構方向發展 而w d m 技術在實現產業化的同時 將向著更多波長 更高速 率 更大容量和更長距離的方向發展 1 2 光網絡故障監測技術 網絡故障監測技術的目標是通過監控網絡的工作狀態來實時發現網絡中的失效 事件和故障情況 為故障定位 故障排除 故障通告和業務恢復提供指示和參考信 息 因此 快速 準確的故障監測和定位技術是網絡故障保護和恢復機制的前提條 件 將直接決定網絡生存性 w d m 技術的迅速發展 單根光纖承載著巨大的數據業務 由于網絡傳輸的高 速性 即使一個簡單的業務中斷 也可能導致社會各個部門發生災難性問題 因此 光性能監測是動態w d m 網絡發展中的一個至關重要的問題 光性能監測技術 4 是 利用網絡中的監測設備對網絡中的關鍵參數進行實時監測 并及時報告網絡的工作 狀態 其最大目標是最小化監測時間和最大化網絡可用性 提高網絡資源的利用率 光性能監測 4 是一種對光信號質量和光信道的物理層監測技術 可以將光性能 監測參數分為光信道監測參數和信號質量參數 光性能監測存在于網絡中的物理層 到網絡高層 并且為每一層的數據完整性提供保證 如表1 1 所示 光信道監測參 數提供信道工作狀態信息 而信號質量參數被用于評估每條信道上的信號質量 表1 1 光性能監測參數分類 光信道監測參數信號質量參數 總功率帶內光信噪比 o s n r 信道功率 q 因子 b e r e s n r 信道波長色散 光譜o s n r 比特速率 文獻 4 7 中指出了當前的光性能監測技術不足以支撐未來光交換網絡的發展 需求 并提出將其中的某些性能監測操作必須向下轉移到物理層 由于在光傳輸網 絡中各層的物理光網絡層和光層監測任務和方法各不相同 雖然將光傳輸網絡分為 m 以虹m s d h d m 等多層 可以提高網絡的透明性和數據傳輸效率 降低網絡監 測成本 但也使高層更不容易發現物理層上的故障 同時不利于故障的檢測和恢復 若可以快速檢測和恢復物理層的網絡故障 而且高層次的網絡能夠及時獲得更多地 物理層信息 就能同時避免數據的丟失和高層錯誤操作的發生 那么網絡的管理將 會更加有效1 7 j 網絡監測 8 可以分為被動監測和主動監測 主動監測包含發送業務到網絡中去 重慶郵電大學碩士論文第一章緒論 抽查網絡屬性 而被動監測不產生額外的業務量 只是監測通過網絡中的某些特定 節點的業務 例如統計網絡中的分組包 比較復雜的應用是分析 檢查分組包的分 組頭 因此被動監測主要應用于測量網絡中的一些特定元件的性能等 例如鏈路吞 吐量 統計包的大小等 但是從應用觀點來看 被動監測機制不能保證兩個業務傳 送端點之間的可靠性 使其不能滿足端到端的服務質量 而主動監測通常能夠獲得 端到端的數據統計 比如數據吞吐量 損耗和路由可用性等網絡特性 另外可以在 被選擇的節點之間形成業務 使得主動探測在設計探測流時能夠提供更好的靈活性 其中探測流包含需要測量的網絡屬性參數 例如發送探針測量一個路由上的平均延 時和損耗 較好的探針測量技術能夠識別網絡瓶頸和可用帶寬或者評估交叉業務量 它的主要缺點是擴散性 有時探針可能會修改路由條件等 主動監測技術能夠有效地解決網絡監測應用問題 使用主動探測可以實時監測 網絡的工作狀態 識別產生網絡屬性紊亂的原因 并診斷網絡中故障發生的根本原 因 因此主動監測技術的一個有效應用是進行網絡故障的定位 其中主動探測機制 執行故障定位時包含探針位置的選擇 問題探測和問題確定三個步驟 主動探測主 要是利用探針策略進行實時觀察網絡狀態 首先發送最小數目的探針進行初始化 然后選擇合適的網絡位置放置探針 并從選定的探針位置發送探測信號來獲取網絡 信息 這種方式可以減少管理業務 提高精確度和及時診斷 隨著業務需求的迅速發展 使得人們對數據傳輸質量的要求遠遠超出網絡技術 的更新速度 對保證網絡的可靠性 安全性 服務質量等方面提出了更高的要求 為了保障網絡的穩定性 需要實時監測網絡狀態 并對潛在的網絡危害及時采取保 護措施 譬如如何有效進行光信道的性能監測等關鍵技術還需要進一步的研究 1 3 光網絡故障分類 光網絡故障監測機制是網絡故障定位 恢復能夠有效實現的前提條件 監測技 術的優劣將直接影響網絡性能的穩定性 通過實時監測可為網絡的傳輸質量提供可 靠保障 并將相關的網絡性能參數發送到網絡管理系統 因此當網絡發生故障時 能夠有效的根據告警信息進行故障定位并及時恢復 從而保證網絡傳輸的有效性 1 3 1 網絡故障的分類 網絡通信的目的 9 1 是將信號準確無誤的從信源傳輸到信宿 而信號在傳遞過程 中需要經過多個網絡設備 可以通過將監控點放在網絡中的不同位置來實時監測網 4 重慶郵電大學碩士論文 第一章緒論 絡的工作狀態 如果網絡的正常屬性發生偏移 監控點就產生告警 那么網絡中的 某個監控點產生告警必然是前面一個或多個資源發生故障引起的 如圖1 2 所示為 網絡在雙向傳輸過程中一條割邊產生的故障傳播模型 l o 其中m 表示網絡中的監測 設備 當網絡發生故障時 所有經過故障位置的下行監測設備將產生告警信號 由 于在透明光網絡中缺少光 電 光再生設備 故障可以通過網絡中的不同部分進行傳 播 從而導致大量的冗余告警 增加了處理開銷 定位時間和延遲服務恢復 因此 為了更加迅速 有效地進行故障探測和定位 必須最小化告警信息數量 圖1 2 故障傳播模型 光網絡產生故障的原因很多 包括光纖斷裂 能量干擾 色度色散等 根據故 障表現形式的不同 可以分為硬故障和軟故障1 1 1 1 硬故障是指由于光纖斷裂 掉電 設備損壞 人為攻擊等引起的突然中斷通信的事件 雖然硬故障對網絡業務的影響 非常大 但其出現的形式簡單 處理比較方便 軟故障是指由于光纖損耗增大 激 光器溫度漂移 器件老化 波長中心漂移等逐步降低傳輸質量的事件 說明軟故障 的發生是故障累積效應 當故障發生時不易被發現 為了防止網絡性能的進一步惡 化 在意識到網絡存在軟故障時 必須及時采取有效地保護措施 維持網絡性能的 穩定性和安全性 若按照故障發生位置的不同可以分為節點故障和鏈路故障 1 2 1 節點故障是發生在光網絡的節點內 光發射機 光接收機或相關設備等由 于器件本身的老化以及人為因素的影響所導致的故障 光網絡節點中一般包含有源 器件和無源器件 其中固定封裝的無源器件 如光隔離器 環形器 耦合器 光纖 光柵 性能比較穩定 發生故障的概率很小 因此 節點故障主要是由各種有源器 件所產生的故障 各種有源器件所引起的故障主要包括發射機故障 激光器或驅動 電路損壞 接收機故障 光檢測器或接收電路損壞 光放大器故障 泵浦激光器 損壞等 o x c o p t i c a lc r o s s c o n n e c t i o n o x c 故障 波長轉換器故障 半導體光放 大器s o a 或基于飽和吸收的分布b r a g g 反射激光器損壞 2 鏈路故障是指由于自然因素和人為因素的影響 導致光纖斷裂或性能劣化 造成通信質量的下降或網絡業務的中斷 一般的網絡故障是指鏈路故障 基于告警的故障探測和定位機制被廣泛用于解決光網絡中的網絡監測和故障定 位問題 由于網絡故障和告警相互依存 告警是網絡故障產生的必然結果 因此光 網絡發生故障時 監測設備就向網絡管理系統發送一些告警信息 由此可見 告警 是故障的外在表現形式 在光網絡中 由于不同類型的監測設備對網絡中的同一故 重慶郵電大學碩士論文第一章緒論 障產生不同的告警信息 使得網絡管理系統接收到大量的冗余告警信息 因此為了 更加有效地控制告警產生的范圍和減少告警數量 提高網絡服務恢復的速度 需要 高效地識別和處理網絡中產生的告警信息 從而找出故障發生的根本原因 1 3 2 故障定位技術的研究現狀 光性能監測的目的是為了找出網絡運行過程中存在的性能紊亂 并將告警信息 發送到網絡管理系統 從而為故障定位提供可靠的依據 目前 基于監測設備提出 的光網絡故障監測和定位技術的研究相對較多 為了降低網絡監測成本 最小化監 測器數目 降低監測周期和帶寬開銷等網絡監測和定位技術被不斷地優化 關于故障監測和定位技術的文獻中均對網絡故障產生的原因進行了分析 并且 根據相應的算法或協議機制進行故障探測和定位 同時也闡述了故障定位機制在網 絡管理中的重要作用 即故障恢復和保護的前提 并提出為了更好的利用網絡資源 保障網絡性能 必須找出關于定位網絡故障的有效方法 文獻 1 3 1 分析了透明光網絡中故障發生的類型 如何探測故障和故障影響其它 光路的方式等一般的故障管理問題 并提出在選擇合適的監測位置后 只需對功率 波長偏移 帶內干擾 帶外干擾進行分析的故障定位算法 利用波分復用技術 文獻 1 4 提出故障探測和定位方案來管理光網絡中的多故 障 該方案首先使用監測設備進行故障或攻擊探測 然后通過發送和接收探測信號 來分析網絡故障或攻擊的潛在位置 并運行定位算法對網絡故障或攻擊進行定位 文獻 1 5 提出了有限周邊矢量匹配 l i m i t e d p e r i m e t e rv e c t o rm a t c h i n g l v m 協 議來定位全光網絡中出現的單鏈路故障 l v m 協議是在分布式控制和管理機制的基 礎上進行構造的一種新穎的故障定位協議 在建立光路的中間節點跳過任何光功率 監測器或頻譜分析等監測設備 并將故障定位區域限制在一個很小的范圍內進行 從而提高了網絡的透明性和降低故障定位時間 在文獻 1 6 1 8 中通過增加優化業 務分布等限制條件 利用整數線性規劃問題對l v m 協議性能進行優化 盡量達到 故障定位概率最大化和定位時間最小化 文獻 1 9 2 0 1 提出了一種預配置監測波長回環連接的圈覆蓋算法 在全光網絡中 使用波長作為監測信道進行網絡故障的探測和路徑性能監測 通過圈覆蓋發現算法 將網絡拓撲分解成圈的集合 并進行圈上故障鏈路的定位 通過移除圈約束條件 文獻 2 1 提出了將光發送設備和光接收設備放置在不同 的節點位置的監測跡算法 解決了圈內故障定位問題 并且能夠對網絡中的單個鏈 路故障實現完全定位 文獻 2 2 提出避免告警洪泛和移除電信號機制的監測跡算法 沿著每條監測跡的多個監測節點 通過竊聽光監測信號來監測每條監測跡的工作狀 6 重慶郵電大學碩士論文第一章緒論 態 同時共享這些狀態信息 并根據局部有效的告警比特定位光網絡中的單個鏈路 故障 是一種利用監測跡方法進行網絡故障定位的優化算法 文獻 2 3 提出采用監測樹算法定位二維格狀網絡中的單鏈路故障 并以巧克力 棒圖為模型 利用經典糾錯碼構造告警代碼的方式定位網絡中的單個鏈路故障 針對網絡中任何單鏈路引起的故障情況 文獻 2 4 提出了基于監測圈和監測路 徑的故障定位方法 通過分析網絡拓撲狀態 選定網絡中的某些特定節點作為監測 節點 利用監測圈和監測路徑的組合對網絡中的各條鏈路進行性能監測 然后利用 告警信息對存在的故障鏈路進行完全定位 文獻 1 0 首先對現存的基于建立監測圈和路徑的監測技術進行了分析 并指出 現存網絡監測技術的不足之處 同時給出一種集中控制和分等級分布式監測模型的 主動激活監測器的故障定位算法 文獻 2 5 1 指出大部分故障推理算法可用二部圖來描述故障特征和故障原因之 間的關系 在此基礎上 文中利用故障癥狀行為模型將主動調查行為融合到被動故 障原因進程中 提出了一種新穎的主動整合故障原因的故障定位技術 文獻 2 6 提出基于多路供應的故障定位方案 文中使用狀態轉移模型識別多層 的網絡故障 然后根據不同的算法定位網絡故障 包括單鏈路故障 多鏈路故障和 災難性故障 文獻 2 7 提出將高層故障識別轉化成較低層故障產生的根本原因進行定位 并 給出了一種風險模型進行網絡故障的識別和定位 文獻 2 8 考慮不同網絡場景的共享風險鏈路組 使用監測跡和監測樹算法對網 絡中的單個鏈路故障進行完全定位 文獻 2 9 4 0 等其它文獻中也提出了解決網絡故障定位的方法 部分文獻對現 有的一些故障定位算法進行了性能優化 從而進一步降低網絡故障監測和定位成本 1 4 本文的主要工作和內容安排 隨著光纖通信技術的迅速發展 光傳輸網絡向著遠距離傳輸 大容量通信的方 向發展 使得多媒體等寬帶數據業務也日益興起 然而人們對網絡業務的需求遠遠 超出了網絡技術的更新速度 因而保障網絡數據傳輸的可靠性和服務質量的技術也 在廣泛的研究當中 由于光網絡數據傳輸的高速性 當網絡發生故障時 將會造成 巨大的數據丟失 并可能對社會某些部門產生災難性影響 因此提高網絡的生存性 盡可能降低因網絡故障而造成的業務損失和社會影響仍是一個很嚴峻的問題 網絡生存性 4 1 1 是指網絡發生故障時 恢復受損的業務 使網絡維持在一個可以 7 重慶郵電大學碩士論文第一章緒論 接受的業務水平的能力 網絡生存性的實現可以分為故障監測 故障定位 故障通 知和故障恢復 網絡的故障恢復分為保護和恢復兩種 而所有的故障恢復機制都需 要依次完成故障監測 故障定位 故障通告和故障恢復操作 因而故障監測和定位 是網絡各項生存性技術的基礎 如果網絡發生了故障 只有快速的監測到故障 才 能進行后續的故障定位 故障通知等恢復動作 本文主要研究了光網絡中的鏈路故障定位問題 為了降低網絡的故障定位時間 減少網絡資源的開銷 并達到對故障的完全定位 提出了基于騎士巡游理論定位網 絡中的鏈路故障的方法 本文內容安排如下 第一章 緒論 主要介紹光網絡的發展 隨著w d m 技術的日益成熟 未來光 網絡逐漸成為網絡業務傳輸的載體 為了保證網絡傳輸的有效性和服務質量 相關 技術被廣泛的研究 因此對光性能監測和網絡故障等方面的內容進行了簡單的介紹 第二章 故障定位機制 網絡故障監測和定位是故障保護和恢復的前提 是網 絡生存性技術的基礎 因此通過閱讀大量的參考文獻 闡述了光性能監測技術面臨 的挑戰 并介紹了幾種故障監測和定位技術 為了降低網絡成本 在快速 準確定 位故障鏈路的同時應最小化監測代價 在所閱讀的參考文獻中也對文中提到的幾種 故障監測和定位技術進行了性能優化 從而進一步減少故障定位時間和降低網絡資 源的開銷 而其它較多的故障監測和定位技術并沒有一一列舉 第三章 基于騎士巡游的單鏈路故障定位策略 準確 快速的鏈路故障探測與 定位方法能夠有效降低網絡故障所帶來的數據丟失和經濟損失 全光交換網絡的鏈 路故障定位方法更需要具有快速性 同時能夠有效降低資源開銷 在本章中提出了 一種基于騎士巡游理論的光網絡中單鏈路故障定位策略 并介紹了該策略定位網絡 鏈路故障的過程 通過對不同的網絡拓撲進行驗證 仿真結果表明騎士巡游理論能 夠解決網絡中的鏈路故障定位問題 并對故障定位時間和鏈路覆蓋長度進行了分析 第四章 基于騎士巡游的多鏈路故障定位機制 針對光網絡中的單故障定位技 術 現有文獻中均對網絡中的故障進行了分析 并根據相應的算法機制進行故障探 測和定位 同時也闡述了故障定位機制在網絡管理中的重要作用 然而現有文獻中 對網絡多故障問題沒有較多的研究 并且單故障定位方法并不能為網絡中的多故障 給出快速 有效地判斷 因此在本章中 根據騎士巡游理論提出了一種多鏈路故障 定位機制 仿真結果表明該定位機制能夠有效地定位網絡中并發的多條故障鏈路 同時計算了該定位機制的時間和空間復雜度 第五章 總結 對論文的研究工作以及取得的成果進行了總結 并分析了騎士 巡游理論在光網絡故障管理中可能的應用 同時對未來的研究工作進行了計劃 8 重慶郵電大學碩士論文第二章故障定位機制 第二章故障定位機制 隨著人們對網絡的依賴性越來越大 對網絡性能以及服務質量的要求也越來越 高 使得網絡生存性的地位日益提高 因此關于網絡生存性的研究一直備受重視 網絡的生存性 4 i 是指網絡發生故障時 恢復受損的業務 使網絡維持在一個可以接 受的業務水平的能力 以降低因故障而造成的業務損失和社會影響 它是網絡完整 性的一部分 網絡生存性的實現可以分為故障監測 故障定位 故障通知和故障恢 復 而故障監測和定位是網絡保護和恢復的前提條件 因此快速有效的故障定位技 術是保障網絡性能穩定的關鍵技術之一 2 1 光性能監測技術面臨的挑戰 光網絡的快速發展 使得其具有大容量和高速的傳輸速率 逐漸成為多媒體等 寬帶業務的主要傳輸載體 與此同時對光網絡管理提出了新的挑戰 網絡業務在高 速的傳輸前提下 一個短時間的服務中斷就可能會造成大量的數據丟失 因此高速 透明傳輸網絡的生存性管理是相當重要的 另外隨著光網絡的交換方式由靜態可重 構向動態可重構的方向發展 光網絡的快速動態化 可擴展性等特性 使得整個傳 輸網絡更容易受到網絡故障 錯誤配置 信號質量惡化等因素的影響 有效地光網 絡性能監測技術和故障定位技術才能使光網絡的生存性得到保障 因此 網絡的性 能監測技術是保障網絡性能穩定的關鍵技術之一 光性能監測技術 4 5 的最大目標是最小化監測時間和最大化網絡的可用性 通 過減少系統不必要的操作來提高網絡資源的利用率 其中光性能監測的潛在應用包 括網絡元件控制 鏈路的配置 控制和優化 基于物理特性約束的鏈路選擇 故障 和損傷發現 故障探測和定位 針對信號質量下降激活告警等光網絡參數特性的應 用 隨著光網絡的發展 透明化 智能化 高速長距離化逐漸成為其發展趨勢 為 了保證光網絡管理的可靠性 光性能監測已經發展成為一個重要的研究課題 面對 新的網絡發展趨勢 光性能監測技術也面臨著新的挑戰例 1 光性能監測技術被廣泛的提出 但是沒有足夠完美的技術來解決光網絡中 眾多參數的監測問題 在未來光網絡中 多重數據速率和調制方式將同時存在 而 光性能監測必須對它們進行透明監測 同時還應該在低損耗 高精確度 快速響應 廣泛的參數覆蓋等參數性能監測方面進行深入的技術研究 2 在電域中的性能監測 所有參數特性可以在一個單一的設備中進行計算 9 重慶郵電大學碩士論文 第二章故障定位機制 相比之下 光性能監測技術中 一種監測技術只能被用于監測一個特定的參數特性 如果有較多的參數需要被監測 則增加了光性能的監測成本 3 如何有效的利用光性能監測參數 例如如何利用光性能監測參數來探測網 絡故障 并分析故障產生的根本原因 然后準確地判斷網絡故障發生的位置 因此 網絡的高速化趨勢要求光網絡必須具有高可靠性和生存性 這樣才能保 證在光網絡中出現故障的時候 能夠盡量減少數據的丟失 高質量的光網絡監測技 術是光網絡可靠性得以保障的前提條件 從而要求更先進的光網絡監測技術必須具 備準確性以及實時性 2 2 光網絡的故障定位技術 在光網絡中 雖然故障發生的概率不是很大 但是一旦網絡發生故障將會造成 巨大的數據丟失和經濟損失 甚至對整個網絡產生災難性影響 例如單個網絡故障 比如光纖斷裂 節點失效等故障 就會造成業務數據的丟失 極大地降低了網絡的 服務質量 甚至造成網絡服務中斷 因此為了確保網絡的服務質量 網絡必須包含 有效的故障保護和恢復機制 以提供針對各種網絡故障的高水平的服務生存性 網絡的故障恢復分為保護和恢復兩種 保護是利用節點之間預先分配的帶寬資 源迅速恢復受損業務的傳輸 而恢復則是在故障發生以后 故障路由利用節點之間 的可用資源動態地進行重路由來代替 而不需要預先進行帶寬資源的預留 所有的 故障恢復機制都需要依次完成故障監測 故障定位 故障通告和故障恢復操作 因 而故障監測和故障定位是網絡各項生存性技術的基礎 如果網絡發生了故障 只有 快速的監測到故障狀態 才能進行后續的故障定位 故障通知等恢復操作 網絡故 障發生后 故障的具體位置是由光網絡中的節點進行確定 因此要求故障定位機制 必須準確且快速的確定故障位置 從而進行故障鏈路的恢復或保護 盡可能減少由 于網絡故障而造成的網絡資源的浪費 業務的大量丟失以及經濟上的損失 目前 針對光網絡故障定位機制的研究相對較多 在所閱讀的文獻中 大部分 提出的故障定位技術是基于監測設備來探測網絡性能的變化 通過使用有效的控制 手段或核心算法來實時監測網絡性能并進行故障的判斷和定位 下面將針對目前比 較經典的幾種故障定位算法或機制進行了簡單介紹 2 2 1 圈覆蓋定位算法 圈覆蓋定位算法f 1 9 刪是由硒g 丑b n g 啦培等人提出的比較經典的故障定位算法 l o 重慶郵電大學碩士論文 第二章故障定位機制 之一 該算法的主要思想是把網絡分解為圈的集合 使得網絡上的每個節點和每條 鏈路至少被集合中的一個圈所覆蓋 并分配一個監測器模塊到每個圈中 一個網絡 監測器被分給每個圈中的一個節點 并通過收發器發送和接收監測波長 則在該圈 中形成一個回環監測信道 因此 這個帶有監測器和監測信道的圈被稱為監測圈 m o n i t o r i n gc y c l e m c y c l e 如圖2 1 所示 在帶有監測器的節點m 處發送一個監測 波長 通過網絡中的某些鏈路后返回到該節點 圖2 1 b 為使用監測圈來定位故障 鏈路的網絡拓撲圖 該網絡被分解成的監測圈的集合c c 0 c l e 2 其中每個監測 圈的路徑分別為 c 0 0 一1 2 0 e l 0 1 3 0 e 2 1 2 4 3 1 由于監測圈上的網絡 故障引發的告警 可以通過監測圈的告警集合來確定網絡中的哪一條鏈路發生故障 如果一個網絡告警只在某些監測圈中發生 則說明故障鏈路為這些監測圈的共享鏈 路 表2 1 為該網絡拓撲使用圈覆蓋算法對網絡中每條可能發生故障的鏈路的告警 代碼 由于鏈路 2 4 和 3 4 擁有相同的告警代碼 故當只有監測圈c 2 發生故障告警 時 不能夠確定這兩條中的哪一條鏈路發生故障 a 監測圈 監測圈定位鏈路故障 圖2 1 監測圈故障定位模型 表2 1