縱向部署下的SD-EON控制平面穩(wěn)健性研究

呂守向 湯紫雄

(福州理工學(xué)院 福建 福州 350506)

0 引 言

SD-EON繼承了軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)轉(zhuǎn)發(fā)與控制[1]解耦的優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)對(duì)云計(jì)算環(huán)境下隨機(jī)突發(fā)數(shù)據(jù)流承載方面發(fā)揮出了顯著的服務(wù)質(zhì)量(QoS)成效。尤其在大數(shù)據(jù)等眾多新型業(yè)務(wù)快速發(fā)展的背景下SD-EON上的多波長業(yè)務(wù)流類型和數(shù)量都將呈現(xiàn)多元化，此時(shí)不可避免地出現(xiàn)大象流和老鼠流[2]并存的局面。為了提供優(yōu)質(zhì)QoS保障，SD-EON架構(gòu)中的控制層必須實(shí)施全網(wǎng)狀態(tài)偵測(cè)、基于流特征區(qū)分的節(jié)能局向方案制定、基于業(yè)務(wù)等級(jí)(CoS)波長通道動(dòng)態(tài)配置等一系列關(guān)于QoS的管控策略。然而在高效調(diào)度多媒體流期間一旦遭遇控制信道故障勢(shì)必引發(fā)部分交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)失效的局面。若該控制信道肩負(fù)著全網(wǎng)控制單元和全網(wǎng)交換機(jī)之間調(diào)度指令重任，那么無疑將會(huì)使整個(gè)SD-EON陷入癱瘓[3]。可想而知，在云計(jì)算和大數(shù)據(jù)背景[4]下SD-EON架構(gòu)在發(fā)揮QoS優(yōu)勢(shì)時(shí)，其控制平面的穩(wěn)健性也同樣面臨潛在的危機(jī)。因此在當(dāng)前云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等新型技術(shù)廣泛部署的背景下研究一個(gè)穩(wěn)健性較高的SD-EON與之協(xié)作很有必要。

雖然此前也曾有過不少關(guān)于SD-EON穩(wěn)健性問題的相關(guān)探討，但是受限于這些研究的瓶頸而總是未能被高效地推廣實(shí)施。以文獻(xiàn)[5]為代表的研究就曾提出一個(gè)多維度管控策略來增強(qiáng)SD-EON應(yīng)對(duì)海量流媒體業(yè)務(wù)的控制能力。該策略原理是在以太網(wǎng)絡(luò)中定義一個(gè)保護(hù)機(jī)制并交由專用的主機(jī)來控制，然后將該保護(hù)機(jī)制嵌入到因特網(wǎng)協(xié)議層和數(shù)據(jù)鏈路層中用于實(shí)施控制信令的轉(zhuǎn)發(fā)配置。此舉雖在一定程度上良好地保障了控制平面在調(diào)度流媒體業(yè)務(wù)期間的可靠性，卻不足以應(yīng)對(duì)云計(jì)算環(huán)境下海量大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載。可見該策略下的SD-EON控制平面僅在有限規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中才具備可靠的保障性，因此并不具備普適性。

為彌補(bǔ)上述策略的不足，文獻(xiàn)[6]在SD-EON上規(guī)劃了重路由高速自愈和1∶1備份保護(hù)自愈兩種抗毀技術(shù)來應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)背景下重載網(wǎng)絡(luò)的集中式管控問題。然而實(shí)際部署過程卻發(fā)現(xiàn)兩種抗毀技術(shù)均存在預(yù)置資源過度冗余的弊端。為了克服該弊端，文獻(xiàn)[7]試圖通過對(duì)多種拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的控制層展開大量分析，求證控制單元的放置對(duì)全網(wǎng)管控的效力。實(shí)驗(yàn)表明在SD-EON中科學(xué)放置控制單元的前提下全網(wǎng)僅需部署唯一的控制單元即可最小化網(wǎng)絡(luò)資源的冗余度并且具有良好的控制時(shí)效性。受限于控制單元數(shù)量的唯一性，該情形下的全網(wǎng)業(yè)務(wù)調(diào)度對(duì)該控制單元產(chǎn)生很高的依賴性。尤其在調(diào)度大規(guī)模波長業(yè)務(wù)時(shí)，全網(wǎng)對(duì)控制資源偏好度更為凸顯。為了避免該控制單元超負(fù)荷開銷導(dǎo)致計(jì)算精度失效的潛在風(fēng)險(xiǎn)，文獻(xiàn)[8]提出SD-EON多控制器放置和交叉保護(hù)算法。該算法雖良好地取得了雙效卻忽略了交換轉(zhuǎn)發(fā)單元在某一個(gè)時(shí)隙同時(shí)執(zhí)行來自不同控制單元下發(fā)的控制信令時(shí)可能存在沖突的情形。究其原因在于缺乏對(duì)控制單元優(yōu)先權(quán)的定義。為了避免控制單元在下發(fā)控制信令時(shí)對(duì)交換轉(zhuǎn)發(fā)單元造成指令沖突，文獻(xiàn)[9]提議將權(quán)威交換轉(zhuǎn)發(fā)單元設(shè)置為優(yōu)先權(quán)較低的控制單元，通過這種方式弱化SD-EON對(duì)那些優(yōu)先權(quán)較高的單控制器的好感度。然而該提議始終只討論權(quán)威交換轉(zhuǎn)發(fā)單元在固定網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下的部署情況。同時(shí)文獻(xiàn)[10]在研討SD-EON控制單元安置的科學(xué)性與控制平面可靠性的關(guān)聯(lián)度基礎(chǔ)上構(gòu)思了一種基于圖切理論的分區(qū)安置方案。實(shí)踐表明在該分區(qū)安置方案下控制單元僅在域內(nèi)才表現(xiàn)出良好的可靠性，不足以在域間可靠地實(shí)施控制作業(yè)。文獻(xiàn)[11]所建立的基于整數(shù)線性模型的可靠性算法旨在探索SD-EON中控制單元和交換轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)元間符合局向分離的最大光通道規(guī)模以便優(yōu)化控制單元部署的科學(xué)性。但該模型應(yīng)用在云計(jì)算環(huán)境下開展大規(guī)模數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)所求的解缺乏全局性。甚至在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中較為突出的由網(wǎng)元和控制單元之間物理間距引發(fā)的控制時(shí)效性問題，在所規(guī)劃的算法模型中并未被提及。文獻(xiàn)[12]結(jié)合帕累托理論為SD-EON設(shè)計(jì)的控制單元邊緣部署算法在一定程度上解決了前述文獻(xiàn)研究中無法兼顧控制平面可靠性、時(shí)效性和全局性等問題，然而對(duì)于交換轉(zhuǎn)發(fā)單元執(zhí)行多控制指令的沖突問題依舊束手無策。

綜上所述，目前圍繞SD-EON控制層面的主流研究仍有較大的可持續(xù)改進(jìn)空間。可通過設(shè)計(jì)分布式提升方案來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健性目標(biāo)。具體思路為：(1) 在基于一定的約束前提下從邏輯上將整個(gè)SD-EON網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行縱向切割，割離出多個(gè)分區(qū)。(2) 在每個(gè)分區(qū)子網(wǎng)內(nèi)引入分區(qū)控制單元(SCU)和低優(yōu)先權(quán)交換轉(zhuǎn)發(fā)單元(LPT)。SCU負(fù)責(zé)對(duì)分區(qū)子網(wǎng)內(nèi)的多波長顆粒和跨層調(diào)度作業(yè)的局部性管控，以及將控制平面對(duì)攜帶大數(shù)據(jù)的多波長業(yè)務(wù)實(shí)施集中式管控期間潛在的可靠性風(fēng)險(xiǎn)分派[13]到各分區(qū)子網(wǎng)，從而使控制平面的故障風(fēng)險(xiǎn)在可化解范圍內(nèi)。同時(shí)在每一個(gè)分區(qū)子網(wǎng)內(nèi)配置若干個(gè)LPT用于應(yīng)對(duì)控制平面因遭遇故障引發(fā)可靠性風(fēng)險(xiǎn)問題時(shí)，能夠?qū)嵤┹^小范圍內(nèi)的波長顆粒管控，從而使控制平面的可靠性風(fēng)險(xiǎn)問題在最短時(shí)間內(nèi)被排除。(3) 在全網(wǎng)范圍內(nèi)配置一個(gè)統(tǒng)籌控制單元(OCU)用于實(shí)施全局網(wǎng)絡(luò)中多波長顆粒和跨層調(diào)度作業(yè)的全局性管控。(4) 結(jié)合跨層調(diào)度模型為控制平面的信令設(shè)計(jì)出具有良好生存能力的局向信道并將其嵌入到SD-EON中為云計(jì)算環(huán)境下攜帶了大數(shù)據(jù)的多波長業(yè)務(wù)調(diào)度提供可持續(xù)性部署方案。根據(jù)所述的分布式立體化設(shè)計(jì)思路，本文構(gòu)思了一種縱向管控部署下的嵌入式SD-EON穩(wěn)健性算法，旨在從全局角度出發(fā)規(guī)劃一種既能突破資源偏好度約束又能克服傳統(tǒng)研究方案所不能兼顧的多指標(biāo)問題的方法。

1 縱向切割模型

部署控制單元必須在符合SD-EON集中管控的情形下進(jìn)行。在此約束下通過在控制平面上放置一定數(shù)量的控制單元，并對(duì)全網(wǎng)執(zhí)行縱向切割將SD-EON分割出具有不同優(yōu)先權(quán)[14]的控制平面。自低向高依次為低優(yōu)先權(quán)控制平面、中優(yōu)先權(quán)控制平面、高優(yōu)先權(quán)控制平面。其中：將LPT定義為低優(yōu)先權(quán)控制單元，用于管控多波長業(yè)務(wù)顆粒和控制指令的配置并確保控制平面在遭遇故障后實(shí)施自愈的時(shí)間周期最小化；將SCU定義為中優(yōu)先權(quán)控制單元以降低整個(gè)控制平面對(duì)OCU資源的偏好度，并確保分區(qū)內(nèi)的故障修復(fù)能力；將OCU定義為高優(yōu)先權(quán)控制單元，用于提取跨分區(qū)、跨層等多波長顆粒調(diào)度期間的全網(wǎng)實(shí)時(shí)參量狀態(tài)。所設(shè)計(jì)的縱向管控部署模型如圖1所示。通過建立基于不同管控優(yōu)先級(jí)縱向模型為控制平面選取合適的位置植入相應(yīng)數(shù)量控制單元的優(yōu)勢(shì)不僅在于可規(guī)避SD-EON在調(diào)度多波長業(yè)務(wù)時(shí)出現(xiàn)多個(gè)控制單元指令沖突的風(fēng)險(xiǎn)，并可緩解在此期間對(duì)某一特定控制單元產(chǎn)生過度的資源偏好現(xiàn)象。具體而言，其風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避思想為若存在多個(gè)控制單元同時(shí)向某一個(gè)交換轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)元下發(fā)控制信令，則優(yōu)先級(jí)較低的控制單元信令首先被該交換轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)元丟棄。顯然該縱向切割模型不僅解決了控制指令沖突問題也能降低海量求解運(yùn)算對(duì)單一控制單元的計(jì)算資源偏好。為了避免SD-EON中OpenFlow交換設(shè)備和控制平面鏈接出現(xiàn)失效，要求OpenFlow交換設(shè)備在和一個(gè)主用LPT建立鏈接的同時(shí)也要和至少一個(gè)以上的備用LPT建立鏈接。同時(shí)定義一個(gè)可獲取分區(qū)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)參量和拓?fù)湫畔⒌母兄粨Q節(jié)點(diǎn)(SE)用于配合SCU收集分區(qū)子網(wǎng)的狀態(tài)。由于多個(gè)LPT和SE所放置的位置均不同，確保了網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)提取通道和控制單元下發(fā)流表項(xiàng)通道具備無相關(guān)性。也就是說控制平面在雙向路由期間遭遇同時(shí)失效風(fēng)險(xiǎn)的概率極其低，這樣的設(shè)計(jì)思想在一定程度上提高了控制平面的穩(wěn)健性，同時(shí)也有別于傳統(tǒng)研究設(shè)計(jì)。

圖1 縱向管控模型設(shè)計(jì)

2 縱向管控思想

由縱向管控模型設(shè)計(jì)所述可知，控制平面的穩(wěn)健性與控制單元的方位和規(guī)模息息相關(guān)。為更好地提升縱向管控效力，在制定縱向管控目標(biāo)之前首先對(duì)該模型的相關(guān)參數(shù)做如下定義：令SD-EON中的網(wǎng)元vLPT、網(wǎng)元vSE、網(wǎng)元vSCU、網(wǎng)元vOCU形成的網(wǎng)元集合為V；令全網(wǎng)各網(wǎng)元之間的鏈路集合為E，則整個(gè)SD-EON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可表征為G=(V,E)；同時(shí)，定義分區(qū)子網(wǎng)x內(nèi)的節(jié)點(diǎn)集合為Nx，其中網(wǎng)元SE的節(jié)點(diǎn)集合為vx→SE，于是有vx→SE∈Nx。將Nx內(nèi)的vx→SE之外的網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)集合記作Nx -(vx→SE)，并假設(shè)網(wǎng)元vx -(vx→SE)∈Nx-(vx→SE)。要提高全網(wǎng)波長業(yè)務(wù)調(diào)度期間的管控效率，要求SE在最短時(shí)間內(nèi)偵測(cè)到網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)參量并令LPT迅速將流表項(xiàng)下發(fā)給交換轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)元，同時(shí)讓SCU以最小的時(shí)間成本在分區(qū)子網(wǎng)內(nèi)形成低優(yōu)先權(quán)的管控。若要實(shí)現(xiàn)這樣的部署目標(biāo)，則需同時(shí)滿足以下四個(gè)目標(biāo)函數(shù)。

相比較文獻(xiàn)[15]所提支配極小化機(jī)制，縱向管控方案采用極小化覆蓋方式為控制單元規(guī)劃數(shù)量和方位，對(duì)于SD-EON控制平面穩(wěn)健性而言更符合全網(wǎng)集中管控的要求，更具優(yōu)勢(shì)。其原因可通過下列證明過程獲悉。

首先，假設(shè)網(wǎng)元子集I為網(wǎng)元子集V的一個(gè)子集，且I定義為全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)規(guī)模最小化覆蓋。對(duì)于那些不屬于I的隨機(jī)網(wǎng)元m而言，將和其建立鏈接狀態(tài)的鏈路集合記作K=(m,n),且m∈E,n∈E。將集合K內(nèi)除m以外的網(wǎng)元集合記作L=(n),且m∈K,n∈K。則|K|=|L|。若集合K和集合L規(guī)模均在兩個(gè)以上，且隨機(jī)網(wǎng)元m不屬于全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)規(guī)模最小化覆蓋I，那么n∈I，于是有L?I。據(jù)此可知對(duì)于網(wǎng)元子集I而言，將存在超過兩個(gè)以上的網(wǎng)元和I集合以外的隨機(jī)網(wǎng)元m建立鏈接。因此在以無向圖G=(V,E)為代表的SD-EON拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，若I為全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)規(guī)模最小化覆蓋且所有網(wǎng)元均存在兩個(gè)以上連接度，則對(duì)隨機(jī)的I之外的網(wǎng)元m而言，最少存在兩個(gè)來自于I的網(wǎng)元和m鄰接。據(jù)此論證，縱向管控部署方案也就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)以上的控制網(wǎng)元和單個(gè)交換轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)建立鏈接的情況。這在很大程度上保證了SD-EON控制層面的穩(wěn)健性。此優(yōu)勢(shì)是支配極小化機(jī)制[15]所不具備的。以網(wǎng)元A-F構(gòu)建的兩個(gè)拓?fù)錇槔鋈缦卤容^。假設(shè)每個(gè)拓?fù)渲械牧鶄€(gè)網(wǎng)元所建立的光鏈路集均有l(wèi)A-B、lB-C、lD-C、lD-F、lF-A、lB-F、lF-C、lE-C、lE-F、lE-B。支配極小化機(jī)制下的拓?fù)鋱D中的網(wǎng)元F以vLPT形式存在并執(zhí)行流表轉(zhuǎn)發(fā)操作，同時(shí)將該網(wǎng)元定義為極小支配集合。其他五個(gè)網(wǎng)元均以O(shè)penFlow交換機(jī)[16]的形式存在。縱向管控方案下的拓?fù)渚哂邢嗤逆溌芳Ｍ瑯蛹僭O(shè)網(wǎng)元B、網(wǎng)元C、網(wǎng)元F以vLPT形式存在并執(zhí)行流表轉(zhuǎn)發(fā)操作，同時(shí)將這三個(gè)網(wǎng)元視為極小化覆蓋。其他三個(gè)網(wǎng)元均以O(shè)penFlow交換機(jī)的形式存在。在這樣的拓?fù)淝疤嵯录俣ňW(wǎng)元D和網(wǎng)元F間的光鏈路遭遇失效，那么對(duì)于縱向管控方案下的拓?fù)涠裕蚱淙我庖粋€(gè)網(wǎng)元均存在與超過兩個(gè)以上的vLPT保持鏈接狀態(tài)使得網(wǎng)元D可經(jīng)由另外的vLPT接收到控制層面向其轉(zhuǎn)發(fā)的流表指令。相比而言，支配極小化機(jī)制下的拓?fù)湟虿痪邆浯吮Ｕ咸匦远咕W(wǎng)元D未能接收到控制層面向其轉(zhuǎn)發(fā)的流表指令。為讓分區(qū)網(wǎng)絡(luò)中的SCU以最低時(shí)間成本偵聽到分區(qū)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參量進(jìn)而實(shí)施高度統(tǒng)籌管控，那么在規(guī)劃部署方案時(shí)將網(wǎng)元LPT和網(wǎng)元SE進(jìn)行融合考慮是有必要的。

其次，既然I被定義為圖G全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)規(guī)模最小化覆蓋，意味著網(wǎng)元子集I和圖G整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的邊具備關(guān)聯(lián)性。且圖G內(nèi)所有網(wǎng)元可受網(wǎng)元子集I來支配，因此網(wǎng)元子集I可以是圖G的支配集合。據(jù)此可知多個(gè)圖G中的最小支配集合可以視為網(wǎng)元集合I內(nèi)的子集。因此在以無向圖G=(V,E)為代表的SD-EON拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，若I為全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)規(guī)模最小化覆蓋，那么I可視為圖G的支配集合，同時(shí)多個(gè)圖G的極小支配集合都將作為I的子集來存在。據(jù)此論證，要使控制層面在最短時(shí)間內(nèi)偵測(cè)到故障風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)將可能遭遇到的故障風(fēng)險(xiǎn)降到極限，控制單元的部署過程應(yīng)先參照第一論證中最小化覆蓋I的準(zhǔn)則來規(guī)劃網(wǎng)元LPT，再參照第二論證I中的支配集合規(guī)劃出網(wǎng)元SE并將網(wǎng)元SCU部署在網(wǎng)元SE上。然后再將網(wǎng)元OCU放置在所有網(wǎng)元SCU的中心地帶。

3 縱向管控方案

根據(jù)所述的縱向管控思想設(shè)計(jì)出如圖2所示的縱向管控方案。

圖2 縱向管控方案實(shí)施過程

使SD-EON具備良好的穩(wěn)健性不僅需要為控制單元統(tǒng)籌規(guī)劃出一個(gè)如前文所述的方位配置方案，同時(shí)也要考慮為那些向上提供網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)偵聽傳輸、向下提供流表項(xiàng)更新的控制信道設(shè)計(jì)一個(gè)科學(xué)的資源路由規(guī)劃機(jī)制才能夠在保證控制單元穩(wěn)健性的同時(shí)也兼顧到整個(gè)控制平面的穩(wěn)健性。對(duì)于控制信道而言，其承擔(dān)著網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)數(shù)據(jù)的收集和流表項(xiàng)資源的下發(fā)任務(wù)，該信道內(nèi)的交互式信令規(guī)模雖小但生存等級(jí)卻是最高的。基于此對(duì)控制平面展開資源冗余規(guī)劃也是必要的。假設(shè)將SD-EON全網(wǎng)從資源的角度分為五個(gè)層，自頂向下依次為轉(zhuǎn)發(fā)層、接入層、光口層、時(shí)隙層、頻隙層。在此分層級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，網(wǎng)絡(luò)資源因顆粒規(guī)模漸大而使其使用率逐漸降低，同時(shí)規(guī)劃配置資源的時(shí)間開銷也相應(yīng)降低。為最大程度降低因?qū)嵤┛刂浦噶顐鬏數(shù)墓饴酚赏ǖ酪?guī)模問題引發(fā)的控制層面故障風(fēng)險(xiǎn)，資源冗余規(guī)劃機(jī)制將那些在頻隙層中執(zhí)行路由計(jì)算的控制指令統(tǒng)一調(diào)度到光口層后再送至頻隙層。此舉旨在縮小實(shí)施信令承載調(diào)度的介質(zhì)規(guī)模以降低控制平面遭遇故障的可能性。整個(gè)資源冗余規(guī)劃機(jī)制的步驟為：首先根據(jù)前文所述的全局縱向配置方案思想自底向上依次配置出網(wǎng)元LPT、網(wǎng)元SCU、網(wǎng)元OCU并設(shè)立分區(qū)子網(wǎng)，初始化鏈路集B(B為空)和OCU集λ′。為集合λ′范圍外的每一個(gè)SCU和LPT統(tǒng)計(jì)出到達(dá)集合λ′范圍內(nèi)網(wǎng)元間距最小的個(gè)體，并將這些SCU或LPT個(gè)體納入λ′，隨即把SCU / LPT與相應(yīng)網(wǎng)元間的路由局向存入鏈路集B內(nèi)同時(shí)置其權(quán)重為零。如果得到的集合λ′和λ等同，那么保存該鏈路集B；如果不等同，那么重復(fù)執(zhí)行上一步驟。其次，從所保存的鏈路集B內(nèi)尋找某一個(gè)分區(qū)子網(wǎng)內(nèi)所有LPT與該分區(qū)子網(wǎng)的SCU最短路由局向，以及每一個(gè)分區(qū)子網(wǎng)中SCU和OCU的最短路由局向。根據(jù)多徑廣播防護(hù)策略[18]從全網(wǎng)中搜索出一個(gè)圈[19]中的路由用于為那些承載了OCU流表資源的鏈路集B內(nèi)的鏈路提供保護(hù)用途的防護(hù)局向。如果光口層在調(diào)度資源時(shí)出現(xiàn)緊缺情形，那么先從時(shí)隙層再從頻隙層調(diào)度更多的資源為前兩個(gè)步驟計(jì)算出的鏈路集B中的主用局向和防護(hù)局向分別調(diào)配充足的工作和防護(hù)資源。一旦控制層面遭遇失效風(fēng)險(xiǎn)，在局部分區(qū)子網(wǎng)內(nèi)開啟恢復(fù)策略。依次由次選分區(qū)子網(wǎng)、第三分區(qū)子網(wǎng)對(duì)應(yīng)的LPT立即給受災(zāi)網(wǎng)元vb轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)的流表資源；同時(shí)受災(zāi)網(wǎng)元vb通過該流表轉(zhuǎn)發(fā)路由向其上層網(wǎng)元SCU提交所偵測(cè)到的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參量。要是控制層面并未出現(xiàn)險(xiǎn)情則默認(rèn)由首選分區(qū)子網(wǎng)對(duì)應(yīng)的LPT向vb傳輸相應(yīng)的流表資源，同時(shí)該vb將所偵測(cè)到的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參量提交至該分區(qū)子網(wǎng)所對(duì)應(yīng)的SCU。不難看出，整個(gè)資源冗余規(guī)劃機(jī)制的目標(biāo)有兩個(gè):(1) 為交換機(jī)到SCU之間的上行單工控制路由、LPT到交換機(jī)之間的下行單工控制路由提供低時(shí)延的恢復(fù)自愈保障；(2) SCU到LPT之間的下行單工路由、SCU到OCU之間的雙工通信提供低時(shí)延的保護(hù)自愈保障。此雙自愈策略旨在為控制信道提供穩(wěn)健的生存能力和科學(xué)的資源調(diào)配方案。

4 方案考察

圖3 平均恢復(fù)率1

圖4 平均恢復(fù)率2

圖5 平均失效風(fēng)險(xiǎn)率1

圖6 平均失效風(fēng)險(xiǎn)率2

此外，控制時(shí)延也是衡量SD-EON穩(wěn)健與否的重要標(biāo)準(zhǔn)。不同的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)控制時(shí)延的要求有所差異。理想情況下，方案的部署需控制在相應(yīng)的時(shí)延門限范圍內(nèi)，盡可能以最低的控制成本把時(shí)延代價(jià)降至最小。圖7所示的時(shí)延代價(jià)示意圖內(nèi)縱坐標(biāo)三個(gè)時(shí)延參量從小到大分別表示控制平面生存性時(shí)延代價(jià)要求[20]、環(huán)形網(wǎng)自愈技術(shù)門限、網(wǎng)狀網(wǎng)自愈技術(shù)門限，其中H、AVE、L分別指部署穩(wěn)健性策略時(shí)付出的最高、平均、最小自愈時(shí)延值。顯而易見，穩(wěn)健性策略下的控制時(shí)延總體比可靠性算法、分區(qū)安置方案都要低。不僅如此，穩(wěn)健性策略下的時(shí)延代價(jià)在滿足生存性指標(biāo)要求的同時(shí)，其峰值參量和均值也明顯地遠(yuǎn)低于臨界指標(biāo)10 ms。這表明穩(wěn)健性策略能夠以絕對(duì)性優(yōu)勢(shì)嵌入到SD-EON實(shí)施更可靠的服務(wù)。相比之下，奉行控制單元和交換轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)元間符合局向分離的最大光通道規(guī)模的可靠性算法所安置的節(jié)點(diǎn)處具有較大的連接規(guī)模，且基本上位居全網(wǎng)的中心地帶。因這樣的區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)密度較大且距離交換設(shè)備遙遠(yuǎn)，控制指令在路由過程中產(chǎn)生的時(shí)間成本也就最高，故在本項(xiàng)考察中表現(xiàn)出了最弱的穩(wěn)健性。

圖7 時(shí)延代價(jià)

5 結(jié) 語

通過對(duì)比傳統(tǒng)研究在SD-EON可靠性設(shè)計(jì)方面存在的可持續(xù)改進(jìn)空間，提出一種普適性較強(qiáng)穩(wěn)健性策略。該策略兼顧了控制單元在局部網(wǎng)絡(luò)中和全局網(wǎng)絡(luò)中的集中管控作用。主要通過多元化部署網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)來區(qū)分控制單元的權(quán)限，避免底層交換機(jī)出現(xiàn)執(zhí)行指令沖突的同時(shí)也為控制信道提供穩(wěn)妥的資源配置方案和故障防護(hù)方案。測(cè)試結(jié)果顯示所研究的縱向管控部署下的嵌入式SD-EON穩(wěn)健性策略具備良好的科學(xué)性。