1、異步傳輸模式網絡設計自愈研究摘 要：在ATM網絡設計中，自愈是指網絡發生故障時，在不需要人工干預的情況下，就能很快恢復維持效勞連貫性。這包括兩個方面：網絡方案和運作，其中網絡方案包括最正確/接近最正確網絡設計，網絡運作利用分配冗余信道來處理恢復機制。網絡的自愈能力可以用存儲率restorationratio來反映，這里采用聚集存儲率aggregaterestorationratio，研究的目的是為了比較基于通路和鏈接恢復網絡自愈能力的不同，以及不同設計因素對自愈能力的影響。關鍵詞：ATMAsynchronousTransferMode ATM網絡恢復 恢復率

2、60;聚集恢復率中圖分類號：TP393.15              文獻標識碼：A           文章編號：1674-098X202102c-0126-02ATMAsynchronousTransferMode異步傳輸模式，收發雙方的時鐘可以不同，是以信元為根底的一種分組交換和復用技術。選擇固定長度的短信元作為信息傳輸的單位，有利于寬帶高

3、速交換。通信網絡是一個按功能區分并且相互關聯的層次化結構，ATM層屬于鏈路層，IP協議位于網絡層，現代網絡正在按照IP/ATM/SONET/DWDM開展，各層相互關聯，下層為上層提供效勞。一旦某層發生故障，將造成大量信息喪失，由此應有對應的恢復機制，但是如果各層單獨處理恢復，勢必造成資源浪費。現在隨著ATM/MPLS、IPoverATM等寬帶網絡的快速開展，原有的ATM骨干網絡繼續被利用，當面臨網絡故障，ATM網絡的快速恢復是保證效勞質量的重要方面。可以通過概率統計的方法，比對了ATM網絡中誤碼率對ATM網絡傳輸可靠性的影響。ATM網絡傳輸中每幀信元的前5個字節對可靠性的影響更大。而傳統糾錯編

4、碼方案并沒針對這一點做出改善。參考文獻【3】已經提供了網絡冗余分配，我的研究是基于文獻【3】的根底上，用聚集存儲率aggregaterestorationratio來探討ATM網絡的自愈性，尋找相對優化的自愈方案。1 AMT網絡自愈設計方案1.1ATM網絡ATM網絡集虛電路CircuitSwitch和包交換packetSwitch網絡的優點，不像IP包，ATM傳輸單位信元cell固定長度為53octets前5單位為信息頭，后48為信息體。信息在最低層以面向連接的方式傳送，ATM網絡中，通信雙方必須在通信之前建立虛連接，虛連接分為兩級：虛通道VP和虛信道VC，分別以虛通道標識符VPI和

5、虛信道標識符VCI來識別，一個VP里面包含一定數量的VC。在ATM網絡中，可以將一個VP/VC，作為一個保護對象，或者將一個區域內的多個節點的VP/VC進行保護。ATM網絡有很多的優點：交叉連接設備可以連接任意容量的VP，VP/VC連接通路的建立與容量分配獨立，具有豐富靈活快速的操作維護管理信元。能支持不同速率的各種業務。1.2ATM網絡設計方案兩種根本的ATM網絡自愈技術是：基于通路path-based和基于鏈接link-based【2】，在基于通路的方式中，當傳輸鏈路中斷時，建立一條虛通路VP從發送者到接收者，VP的帶寬是動態的，備份用的VP，其初始的帶寬可以為0。相比于物理上冗余的自愈方

6、法，VP方式提高了網絡資源的利用率。而基于鏈接自愈，當兩個端點檢測到失效時，兩個端點之間尋找通路。兩種存儲機制【1】：反應存儲reactive和預先方案preplanned存儲機制。兩種重新配置方法：面向故障failure-oriented和全局global重配，其中全局重配會將沒有故障的節點也進行重新配置，這種方法實現簡單但是浪費很多資源。這里我采用預先方案存儲和面向故障重配方式。考慮虛通道端到端VirtualPathEnd-to-EndVPee方案以及兩層網絡模式：物理網絡工作網絡和邏輯網絡冗余網絡。冗余容量sparecapacity是指安裝在冗余網絡上用于減少工作網絡面臨故障時信息的喪失

7、。網絡拓撲用GN，L表示，其中N表示節點數，L表示連接數，如后面用到的N20，30。在【3】中SpareCapacityRequirementSCR定義為：SCR=從上式可以得出對于一個已經存在的網絡，工作容量已經是一個常量，那么SCR的值實際上就取決于分配的冗余容量。2 網絡自愈問題量化描述網絡自愈問題數學公式化已經在參考文獻【3】中提供，【3】用到了平均存儲率averagerestorationratio探討網絡的自愈，也提到了可以用聚集存儲率aggregaterestorationratio來衡量，我的研究是在文獻【3】的根底上以及利用相同的冗余容量設計SCDsparecapa

8、citydesign，采用聚集存儲率研究網絡的自愈力。不同的冗余設計方法SCD定義如下：SCD-1：每個鏈接冗余容量相同sparecapacity;SCD-2：每個鏈接冗余容量代價相同sparecapacitycost;SCD-3：冗余容量和工作容量成比例proportional。SCD-4：冗余容量和工作容量成反比inverselyproportional。RestorationRatio定義為：其中表示最大數量的存儲信息restoredtraffic， 表示最大數量的存儲影響信息restoredaffectedtraffic。s表示網絡不正常狀態Ss0。AggregateRest

9、orationRatio表示為：網絡的自愈能力可以表現為，在比較低的SCR值上到達一個比較高的聚集存儲率。3 實驗環境UNIX平臺上用C語言編程，底層利用MINOSFORTRAN軟件包【4】共同實現復雜的計算。通過不同方法很屢次長時間運行C語言軟件，得到不同冗余設計方法的大量數據，并且分析結果數據。4 實驗結果分析4.1不同SCD方案影響實驗說明了不同的SCD方案所得到的值，假定通路恢復，單鏈接故障，N20，30。不管是哪種SCD方案，aggregaterestorationratio都會隨著SCR從0%快速增加到一特定值后再隨SCR值增加緩慢升高。其中，SCD-1，SCD

10、-2在單鏈接故障情況下能夠滿足100%恢復率，而SCD-3，SCD-4不能。在相同的SCR值下，SCD-1到達最高的存儲率，SCD-2其次。4.2路由策略影響路由策略影響LDPversusAPP，N20，30網絡提供了所有可能路徑AllPossiblePathAPPvs鏈接不相交路徑linkDisjointPathLDP的聚集存儲率。APP的在相同SCR條件下存儲率比LDP要高，這是因為在優化計算中，路由的選擇已經由APP/LDP決定，APP允許更多更靈活的路由選擇。4.3存儲策略影響存儲策略影響，APP N20，30網絡結果說明了PathRestorationPRvslinkRes

11、torationLR的聚集存儲率。在相同的SCR條件下，PR的存儲率比LR要高，這是因為在優化計算中，PR能夠更靈活地選擇從起點到終點的路由，而LR不能像PR那樣可以更好地共享路由。4.4網絡連接影響不同網絡連接對聚集存儲率的影響，兩種網絡的節點數相同，鏈接數差異很大。Aggregaterestorationratio很快增加到分別是60%對于稀疏網絡N20，30和50%對于稠密網絡N20，42，之后隨SCR的增長而緩慢增加。當網絡出現故障時，稠密網絡具有較高的存儲量，比較容易恢復，這是因為相比稀疏網絡，在稠密網絡中，比較容易找到存儲路由。參考文獻【1】IsaacWoungang，Guangy

12、anMa馬光艷，“SurvivableATMMeshNetworks：TechniquesandPerformanceevaluation，JournalofSystemsandSoftware，Elsevier，Oct.2021.【2】IsaacWoungang，GuangyanMa馬光艷，“SurvivabilityinExistingATM-basedMeshNetworks，InProc.ofthe23rdIEEEInternationalConferenceonAdvancedInformationNetworkingandApplicationsAINA-09，Bradford，U.K英國，May，2021.【3】Xiong，Y.，Mason，L.，“RestorationS