基于智能P圈的多播业务光保护方案

刘 非，褚兵兵，沈建华

（南京邮电大学通信与信息工程学院，南京 210003）

基于智能P圈的多播业务光保护方案

刘 非，褚兵兵，沈建华

（南京邮电大学通信与信息工程学院，南京 210003）

生存性是WDM（波分复用）光网络的核心技术之一，对多播业务而言，IpC（智能P圈保护）是一种具有快速、高效等特点的保护算法。文章提出一种EIpC（增强型智能P圈）保护方案，包括分段和路径IpC算法，分段和路径IpC算法分别为每个分段和路径寻找新的P圈。理论分析和仿真结果表明，路径IpC在资源利用率、P圈构造个数以及圈平均覆盖度等方面最优，分段IpC次之，传统（链路）IpC最低。在先验效率方面，链路IpC最优，分段IpC次之，路径IpC最低。

波分复用；生存性；多播；P圈

0 引 言

在WDM（波分复用）网络中研究支持多播业务的生存性机制已成为业界高度关注的重点［1］。光网络中的多播连接需要将信息从源节点通过全光通路传送到多个目的节点，利用分光器可以构建树状路由来传送多播连接。因此可将多播保护技术分为链路保护、自共享保护、分段保护以及路径保护等［2-5］。大量文献证明，光网络中单链路故障是各类业务失效的主要原因，因此本文主要关注支持多播业务的光网络中单链路故障及其对策。

P圈是一种高效的光网络保护策略，具有快速的环网恢复速度和有效的网状恢复容量等特点［6］。DpC（动态P圈）方案是从候选P圈中选择P圈来保护多播树［7］，其缺点是候选P圈为预先计算，无法满足动态恢复的要求。IpC（智能P圈）方案是在多播树建立后，为多播树上每条链路动态计算P圈［8］，其缺点是基于链路保护的特征需占用较多的网络资源。本文提出了一种EIpC（增强型智能P圈）保护方案，包含分段和路径IpC，能提供基于分段和路径的保护。

1 EIpC工作原理

1.1分段IpC算法

假定WDM网状网的物理拓扑为G=（V，E），其中V为节点集，E为链路集。给定一个多播请求r（s，D），其中s是该多播请求的源节点，D=｛d1，d2，…，dk｝表示该多播请求的目的节点集合，k表示该多播请求的目的节点个数。当多播请求r到达时，建立多播树T，T上的链路集合表示为ET，分段集合表示为ED。分段IpC算法的主要目标为：建立P圈集合PC以使ED中每个分段都可以被集合中的P圈保护。

当有向分段u→v是P圈的跨接分段或分段v→u在P圈上时，该分段可以被该P圈保护，即若节点u和节点v均在P圈上，则该P圈可以保护该分段。假设多播树T建立后，P圈c可以保护T上的某些分段。定义先验效率ERD为

式中，PS（c）表示ED中可以被c保护的元素集合，|c|表示c中的链路数目。ERD值越大，c的效率越高。该方案具体流程如下：

（1）对于ED中的每个分段，有两种方法对其进行保护：即为其找一条新的P圈或者扩展集合PC中已有的P圈；

（2）找到步骤（1）所有P圈中ERD值最大的P 圈p，将p加入集合PC并移除ED中所有被P圈保护的元素；

（3）将p与PC中的其他P圈混合以减少P圈使用的波长；

（4）当集合ED为空时，PC即为所求；否则，重复上述步骤。

1.2路径IpC算法

当多播请求到达时，多播树T被建立，T上的路径集合表示为EP。定义先验效率ERP为

式中，PP（c）表示EP中可以被c保护的元素集合。ERP值越大，c的效率越高。

对于多播树T，路径IpC算法主要目标为：建立P圈集合PC，以使EP中每条路径都可以被集合中的P圈保护。该方案的具体流程与分段IpC算法相似，不同点为需要保护的是EP中的每条路径。

2 仿真和结果分析

仿真拓扑为14个节点、20条链路的NSFNET（美国国家科学基金网）。每条链路的权重设为1，对于每个多播请求，随机选择源节点和目的节点。当多播请求到达时，使用Prim（普里姆）算法建立多播树。分别对链路IpC、分段IpC和路径IpC寻找P圈集合。仿真中每次实验重复1 000次，并计算在每个目的节点数目下每种方案所使用的波长总数、构造P圈个数总和、圈平均覆盖度以及平均P圈先验效率。

图1　三种算法的仿真结果

图1所示为三种算法所对应的仿真结果。由图可以看出：当目的节点数变化时，三种算法使用的波长数、构造P圈个数总和及平均P圈先验效率总体呈上升趋势。而在目的节点数目相同的情况下，路径IpC具有最佳的资源利用性能和最少的P圈构造个数，分段IpC次之，链路IpC最低；而链路IpC的平均先验效率最大以及具有最佳的圈平均覆盖度，分段IpC次之，路径IpC最小。

3 结束语

本文研究了基于智能P圈的保护方案，提出了包括分段IpC和路径IpC的EIpC方案，以保护动态多播业务。分段和路径IpC的主要特点分别是寻找保护分段或保护路径集合中元素的P圈集合。仿真结果表明，在资源利用率、P圈构造个数以及圈平均覆盖度等方面，路径IpC具有最佳性能；在先验效率方面，链路IpC最优，分段IpC性能居于路径和链路IpC之间。

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［3]Lu Cai，Sheng Wang，Li Lemin.A Novel Shared Segment Protection Algorithm for Multicast Sessions in Mesh WDM Networks［J］.ETRI Journal，2006，28 （3）：329-336.

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［5]Singhal Narendra K，Caihui Ou.MukherieeCross-sharing vs.self-sharing trees for protecting multicast sessions in mesh networks［J］.Computer Networks，2006，50（2）：200-206.

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Efficiency-Score Based Intelligent P-cycle Protection of Multicast Sessions in WDM Networks

LIU Fei，CHU Bin-bin，SHEN Jian-hua
（School of Communications and Information Engineering，NJUPT，Nanjing 210003，China）

Survivability is one of the most important promising technologies in Wavelength Division Multiplexing（WDM）networks.The P-cycle based dynamic multicast protection scheme（IpC）is widely accepted as a good solution due to its fast restoration time and high capacity efficiency.This paper presents an improved IpC mechanism named EIpC including both the segment IpC and the path IpC algorithm simultaneously.The main feature of EIpC is to use segment IpC algorithm to find a new P-cycle for a segment and path IpC algorithm to find a new P-cycle for a path，respectively.Theoretical analysis and simulation results show that the path IpC has better performance in resource utilization，the number of P-cycle（s）and the P-cycle＇s average coverage，than the segment IpC and the classical（link）IpC.However，the link IpC has a higher average AE than the segment IpC and the path IpC.

WDM；Survivability；Multicast；P-cycle

TN915.01

A

1005-8788（2016）02-0022-02

10.13756/j.gtxyj.2016.02.007

2015-11-01

刘非（1990-），男，安徽宣城人。硕士研究生，主要研究方向为光通信与光网络。

沈建华，教授。E-mail：shenjh@njupt.edu.cn。