基于 GMPLS的 ASON网络故障恢复研究

张磊, 王辉

(南京工业大学 信息科学与工程学院,江苏 南京 210006)

0 引言

GMPLS几乎继承了多协议标签交换(MPLS)所有特性和和协议,并支持多种新结构的交换类型,如对波长级和光纤级的交换等。GMPLS的出现很好的解决了 IP与光层融合的问题。

GMPLS网络是基于IP的,GMPLS将时隙波长和光纤端口作为标签进行数据转发,并通过采用扩展信令、路由协议和新的链路管理机制进行动态控制和管理。自动交换光网络 ASON被划分为管理、控制和传送三个平面[1];ASON中引入了控制平面,以 GMPLS为控制平面的 ASON,其控制平面可处理较复杂的功能[2],达到了对智能光网络进行动态控制和传送信令的要求,可动态提供网络资源并增加了网络的存活性[3]。

1 故障恢复/保护机制

GMPLS提供了完善的故障保护/恢复管理机制。故障恢复流程是：故障检测发现、故障定位、故障通知和故障恢复。

保护恢复都是网络中很重要的一部分。“保护”指用一个预先分配的备用资源来代替一个失效资源,“恢复”指通过空闲容量重新选路代替一个失效资源。通常保护动作在几十毫秒内完成,而恢复动作一般在几百毫秒到几秒内完成[4]。一般情况下通用恢复笼统概括保护和恢复。一般来说,保护机理都是针对单一故障而设计的。保护恢复时间主要依赖于具体应用和所传送数据类型[5]。

2 恢复时间的性能比较

恢复时间是指从发生网络故障到故障恢复通道建立的时间。恢复时间是衡量网络性能的重要指标。为方便进行描述,定义变量和说明为表 1所示,时间恢复模型如图 1所示。

表1 定义时间变量

图 1 时间恢复模型

总恢复时间定义为为T=Td+Tl+Tn+Tr。

2.1 1+1端到端保护

1+1保护是单端的保护方式,不需信令支持;检测到故障后直接进行倒换,保护完成[6]。恢复时间为故障发现时间Td和交叉连接倒换时间 Tx之和。总恢复时间为 T=Td+Tx。

2.2 1∶1(M∶N)保护

1∶1(M∶N)是一种共享保护模式,源节点和目的节点间先预留好一条或 M条路径作为工作路径(1或 N)的保护路径。一旦发生故障,N条保护路径进行倒换保护。具体流程为：发现故障后通知到源节点,在源节点处决定切换到 N条备用路径的某一条上,并进行双端的倒换操作。恢复时间包括故障发现时间 Td,故障定位时间 Tl,信令协议传输时延,处理时间以及交叉连接时间TX。总恢复时间可以表述为：

2.3 重路由恢复

动态路由恢复是指在故障出现时,动态计算寻找可到达目的节点的有效备用路由,来替代故障路由。具体过程为：首先进行故障定位,定位到故障节点后通知源节点,在源节点处计算出一条备用LSP,并发送路径消息到宿节点,宿节点回发送 Resv消息到源节点,建立一条备用 LSP[7]。故障恢复时间包括故障发现时间 Td,故障定位时间Tl,消息的传输处理时间以及信令过程和交叉连接时间。总时间为：

2.4 改进的保护和恢复方案

以上 1+1保护、1∶1(M∶N)保护和动态重路由恢复基本构成了基于GMPLS控制平面的故障恢复机制,但随着路由算法和应用的发展,出现了较多更实用和改进的动态保护和路由恢复方案,以下取较典型的双重恢复(P＆R)方案和链路回溯动态重路由恢复来进行时间的比较。

2.4 .1混合保护方案——双重 P＆R恢复

该方案是基于 GMPLS的双重保护机制的,方案中既有一般的 1：1端到端保护又有动态的分段式 1：1保护。LSP P＆R是第一级的恢复,LSP的分段 P＆R是第二级的恢复[8]。

在第一级保护中,保护对象是一条端到端的 LSP路径。工作路径发生故障后,流量就被倒换到备用 LSP工作路径。其恢复时间和 1：1端到端保护是一样的。

如果无法找到备用 LSP保护路径或是系统没有预留第一级保护时,进行第二级的保护,这里的恢复其实是一种优化的 1：1保护方案。即：先将总路径被分成若干 LSP段,为每LSP分段建立保护路径;故障发生时,故障定位,流量就从发生故障的LSP分段倒向各 LSP分段保护路径上,并不会对未发生故障分段产生影响。设任一分段LSP处出现故障节点到该分段源节点的节点数为c,恢复时间是：

2.4 .2改进的动态重路由恢复——链路回溯恢复

该恢复方式区别于传统重路由恢复的是故障节点不必返回信息到源节点再进行源节点到故障路由的路由计算进行恢复。只需通过动态的回溯进一步节省了恢复时间。其流程是：先进行故障定位,将告警信息前传至故障节点的上游节点。告警信息进行回溯到其上游某一节点发现新路径,且该新路径可以绕过故障节点恢复,从而完成业务的恢复[9]。

设该恢复倒换节点到故障节点的节点数目为 d。从极端情况分析此类恢复机制的恢复时间。第一种情况下,故障节点的第一个紧邻的前驱节点就可以寻找到一条新的路径能绕过故障节点到达故障节点的下游节点(此时的d=1),恢复时间：

第二种极端情况是直到将告警信息回溯至源节点才找到一条新路径绕过故障节点进行恢复(此时的 d=m),恢复时间和恢复机制等同于一般的重路由恢复。

一般情况,告警信息回溯到上游某一节点发现新路径进行恢复。这里假设该节点距离故障节点的节点数为d(1＜d＜m),恢复时间为：

3 仿真结果和分析

这里采用了文献[10]SRSO路由器的部分实验数据(TX=2ms,TM=3 ms,TP=0.003 ms),同时为了对应统一比较,简化了变量,使用 MATLAB进行仿真,得到仿真结果如图2所示。

图 2 节点恢复时间比较

由仿真结果可见,在网络资源富余即不需要考虑冗余率的情况下,仅仅从恢复时间角度来评估,1+1,1∶1的保护方案的恢复时间要比重路由的恢复方式快得多。但是实际使用情况下其网络资源利用率要比路由恢复方案来的低,并会造成资源的浪费。同时也可以看到,改进后的分段保护方案和改进的重路由链路回溯虽然在恢复时间上还是不如保护方案,但是相对动态重路由恢复时间上已缩短了很多,且并没有造成像 1+1和 1∶1那样大的的带宽浪费。

因此在有限的带宽条件下,如何选用合理的路由算法优化恢复现有的方案并更加合理的分配带宽和恢复时间的关系是以后基于GMPLS的ASON网络生存性的研究方向。

[1]毛东峰,文静,顾畹仪.ASON控制平面功能元件及管理技术[J].通信技术,2003(01)：41-43.

[2]黄铁瑛,王辉.智能光网络的路由技术[J].通信技术,2008,41(12)：195-196.

[3]钱景骅.GMPLS技术及其路由算法[J].电子科技,2005(11)：43-46.

[4]黄骥,侯韶华.基于 GMPLS的光网络保护恢复的研究[J].通信技术,2007,40(11)：280-281.

[5]王云,曾庆济,罗萱,等.光网络的管理[J].通信技术,2002(04)：47-48.

[6]钱敬,沈梁,毛培法.通用多协议标签交换 GMPLS协议[J].通信技术,2002(06)：60-61.

[7]ADRIAN FARREL,LGOR BRYSKIN.GMPLS Architecture and Applications[M].USA：Morgan Kaufmann Publishers,2001：89-149.

[8]杨丰,李维民,张淳民.一种基于 GMPLS的双重恢复(P＆R)方案[J].智能光网络,2005(10)：32-33.

[9]钟梓诚,沈建华,糜正琨.基于 GMPLS的智能光网络生存性研究[J].光网络,2008(06)：796-798.

[10]郑滟雷,顾畹仪,黄善国,等.一种基于 GMPLS协议快速实现ASON网络恢复的策略[J].光学学报,2008,(12)：227-231.