全光网中基于监测迹的链路失效定位技术的研究

Monitoring trail (m-trail) is a novel channel-based scheme for localizing link-failure in all-optical networks. It localizes link failure by the on-off status of a set of supervisory wavelength which can be routed arbitrarily in the networks. Compared with traditional link-based monitoring schemes, the number of required monitors is greatly reduced and the network management system can be substantially simplified in m-trail scheme. It also removes the loop-back structure constraint in previous channel-based monitoring schemes such as monitoring cycle, and hence it enlarges optimization space to minimize monitoring resource required. Another advantage of m-trail scheme is that the trading-off between the number of monitors and supervisory wavelength can be easily realized, which is a significant property in practical. However, there still remain a lot of theoretical problems, such as how to design m-trail in large size networks, whether m-trail structure is subject to some geometric properties and how the network topology affects m-trail (both in quantity and structure). Motivated by the significance of m-trail but the imperfection in current theoretic analysis, we plan to work on the following four aspects: 1) find efficient m-trail heuristics to localize single link failure unambiguously, 2) design m-trail for SRLG-failure and multi-failure, 3) study how the network topologies affect m-trail design and 4) modify m-trail structure to further reduce the required monitoring resource to localize link failure.

监测迹是全光网络生存性研究中用于光纤链路失效定位的一个较新方法。该方法利用一组可任意路由的监测波长来定位网络中的失效链路。它不仅解决了网络传统基于链路的监测方案需要大量监测器的问题，极大地减少故障管理系统的管理开销，而且去掉了监测环等基于通道监测方案中的光通道闭环约束，扩大了监测资源的优化空间，还能简便地实现监测器和监测波长之间的折中，因此该方法具有很好的应用前景。但是该方法尚处于研究初期，有大量的理论问题没有解决，包括如何为大型网络设计监测迹；监测迹在网络中是否具有一定的几何规律；监测迹如何受拓扑变化的影响等。基于此，本课题将探索监测迹设计的理论问题，并研究其在实践中的应用。拟研究内容包括四个方面:1)针对单链路故障定位的启发式算法; 2)在共享风险链路组失效和多链路失效的定位场景下的监测迹设计;3) 监测迹设计对网络拓扑结构多样性变化的适应能力及所需资源的变化;4) 监测迹结构的拓展。

如何快速定位光网络故障是网络管理的关键问题之一。监测迹是一种设计部署波长信道资源和监测器资源实现物理层链路故障快速定位的有效方法。本项目是针对不同类型的故障，不同类型的资源约束和不同的优化目标，设计相应的监测方案以及资源优化算法，主要在以下方面取得进展：1)针对单链路失效，改进前期工作提出的优化模型，提出了纳入波长分配降低波长资源消耗的监测迹设计快速启发式算法；2)扩展监测迹可监测故障类型，针对节点失效引起的多链路失效定位问题，给出了能够优化监测资源的启发式算法；3)针对监测资源不足，提出了联合优化监测迹和业务路由方案和算法，利用受限的资源，尽可能多地监控承载业务较多的链路；4)考虑到拓扑的动态变化性，选择部分业务光路作为特殊的监测迹，纳入整体的监测方案，提出了基于增量调整虚拓扑的联合优化算法来降低监测资源的使用。.近年来，学术界和工业界的关注点发生转移，导致在监测迹研究方面取得的成果很难以论文形式发表。在将主要研究结果转化为专利的同时，将项目组在研究监测迹问题中积累的研究思路、方法和经验，拓展应用于当前网络的热点领域中与监测迹在本质上具有一致性的问题。拓展研究主要包括: 1)将监测迹技术中故障定位精度与投入资源的折中优化方法用于软件定义网络中的网络测量问题，提出了能准确测量网络流量和性能指标的方法；2)将监测迹设计中多目标优化方法归纳得到了通用的基于博弈论的多目标优化求解框架，基于该框架提出了业务量工程中负载均衡和能量有效性之间的公平折中方案，以及域间路由中路由和能耗之间的公平折中方案；3)将监测迹设计中的增量虚拓扑设计思路应用于数据中心网络中动态虚拓扑设计，满足了多变的业务需求；4)将监测迹设计中多层信息融合的解决方法应用于数据中心网络的应用协作流的调度中，实现了最优调度以及路由和调度的联合优化；5)将监测迹设计用到的多协议间协作应用到信息中心网络的互通和缓存管理问题中，提出了通用互通架构。.