Ochrana P-cyklu - P-cycle protection

The ochrana p-cyklu schéma je technika na ochranu a síťová síť ze selhání spojení s výhodami prstence, jako je rychlost obnovy a efektivita kapacity podobné síti, podobně jako u ochrany sdílené zálohovací cesty (SBPP). Ochrana p-cyklu byla vynalezena koncem 90. let 20. století, přičemž výzkum a vývoj prováděli hlavně Wayne D. Grover a D. Stamatelakis.[1][2]

Přehled p-cyklu

V dopravě komunikační sítě byly vyvinuty a zavedeny dvě metody pro obnovu a obnovu, jedna byla prstencová ochrana a druhá byla síťová obnova.[3] Ochrana založená na prstencích nabídla rychlou dobu zotavení na úkor vyšší redundance kapacity, zatímco obnovení sítě nabídlo lepší účinnost kapacity na úkor pomalejších dob obnovy. V roce 1998 p-cyklus se stala slibnou technikou obnovy v sítích typu mesh díky kombinovaným výhodám rychlosti obnovení kruhové sítě a efektivity kapacity typu mesh.[3] V síťové síti se volná kapacita používá k vytvoření struktur podobných prstencům, jak je znázorněno na obrázku 1. Vzhledem k povaze prstenů za předpokladu obousměrného přepínání prstenců (BLSR) jsou v případě selhání spojení k přepnutí provozu na předem naplánovaný cyklus (cestu) a obnovení, jak je znázorněno na obrázku 2.

Obr. 1. p-Cyklus v síťové síti vytvářející prstencovou strukturu.
Obr. 2. Selhání p-cyklu ukazující 2 uzly zapojené do obnovy.
Obr. 3. Selhání rozkročeného rozpětí a zotavení tohoto spoje p-cyklem.
Obr. 4. Hamiltonovský p-cyklus, ochranná cesta prochází všemi uzly v síti pouze jednou
Obr. 5. Nejjednodušší p-cyklus, cesta ochrany prochází modrým uzlem více než jednou.

Jeden z klíčových rozdílů mezi kruhovým schématem a p-cyklus Schéma je schopnost p-cyklus k ochraně odkazů, které nejsou na webu p-cyklus prsten, jak je znázorněno na obrázku 3. Schopnost chránit dva kanály pro každý náhradní kanál, který je přiřazen p-cyklu, umožňuje dosáhnout efektivity kapacity podobné mřížce. Tato funkce dává p-cyklus další účinnost oproti prstencovým schématům.[4] "Další přehlížená funkce p-cyklus je, že pracovní cesty mohou být volně směrovány přes síťový graf a nejsou omezeny na sledování prstencově omezených směrů “.[1]

Typy P-cyklu

P-cykly přicházejí v několika variantách v závislosti na tom, jak chrání danou síť a jejich základní architekturu. Dostupné typy p-cyklů jsou: Hamiltonian, Jednoduchý, Není to jednoduché, Rozpětí, Uzel obklopující, Cesta, a Tok. The Hamiltonian „Simple“ a „Non-Simple“ jsou pojmenovány po své základní architektuře (ve vztahu k síti). P-cykly Span, Node, Path a Flow jsou pojmenovány podle typu ochrany nabízené síti.

  • Hamiltonian - p-cyklus, ve kterém cesta ochrany prochází všemi uzly v síti pouze jednou. Tento p-cyklus je znázorněn na obrázku 4.
  • Jednoduchý - p-cyklus, ve kterém není nutné, aby cesta ochrany procházela všemi uzly v síti. P-cyklus může procházet kterýmkoli uzlem pouze jednou, jak je znázorněno na obrázku 1.
  • Není to jednoduché - p-cyklus, ve kterém může ochranná cesta procházet kterýmkoli daným uzlem více než jednou. To je znázorněno na obrázku 5.
  • Rozpětí p-cyklu - p-cyklus, jehož primárním úkolem je chránit rozpětí nebo odkazy, které nejsou na samotném p-cyklu. Tento typ p-cyklu je znázorněn na obrázku 3.
  • Uzel obklopující - p-cyklus, který chrání v případě selhání uzlu. V tomto typu je provoz, který prošel tímto uzlem před selháním, přesměrován na sousední uzel obklopující neúspěšný uzel, ale ne přes neúspěšný uzel.
  • Cesta chránící p-cyklus - p-cyklus, který chrání úplnou cestu od zdroje k cíli, pokud jsou všechny uzly v p-cyklu.
  • Průtokový p-cyklus - p-cyklus, který nabízí ochranu pro odkazy, které jsou na p-cyklu, opak schématu ochrany p-cyklu Span.

Designy a tvorba p-cyklů

K návrhu p-cyklu lze použít několik metod. Dvě hlavní kategorie, ve kterých se tvoří p-cykly, jsou: Centralizované nebo Distribuováno. Další kategorizace je založena na řadě faktorů, včetně pořadí p-cyklu a pracovních požadavků na základě směrování. P-cykly mohou být vytvořeny po směrování pracovních požadavků v síti nebo současně v závislosti na potřebách a požadavcích. Existuje řada článků zabývajících se designem p-cyklu a zdá se, že kolem něj koluje myšlenka, že sítě p-cyklu jsou mnohokrát založeny na jediném hamiltonovském cyklu. I když tato myšlenka může být dobrá z důvodu jednoduchosti správy, neznamená to, že jde o nejlepší možné řešení.[5]

Centralizované

V centralizované Tato metoda umožňuje stanovit a vybrat p-cykly na základě možných kandidátských cyklů z velké vhodné sady pro návrh, aby byly chráněny všechny možné pracovní kanály a odkazy. Další způsob, jakým se používá centralizovaná metoda, je založen na síťových grafech. Tímto způsobem jsou p-cykly vybrány ze sady síťového grafu.[1] Pro centralizovanou metodu existuje mnoho technik k provedení výše uvedených výpočtů. Některé z hlavních jsou uvedeny níže:

Modely celočíselného lineárního programování

V tomto modelu existuje několik technik, které se používají k vytváření přijatelných p-cyklů za účelem ochrany sítě, mezi ně patří:

  • Optimalizace rezervní kapacity - Cílem této techniky je optimalizovat kapacitu použitou pro vytvoření p-cyklů (minimalizovat) a současně zajistit ochranu všech pracovních kanálů. Tato metoda vytváří p-cykly, které chrání mimocyklové cesty nebo rozpětí.[1] Tento model je schopen poskytnout přijatelnou sadu p-cyklů, která zaručuje 100% ochranu v případě jediné poruchy. Je možné mít více omezení k dalšímu upřesnění a splnění požadovaných konstrukčních specifikací.
  • Optimalizace společné kapacity - V této technice je optimalizace rozšířena nejen na volnou kapacitu sítě, ale na celkovou kapacitu sítě. To zahrnuje volnou kapacitu a pracovní kapacitu sítě. Dalším rozdílem je, že směrování pracovní kapacity se neprovádí před vytvořením p-cyklu. Nejprve se pro každý pár zdroj / cíl vypočítá možnost pracovní trasy, než se ze všech nalezených možných řešení vybere pár spolu s přidáním volné kapacity, která se zohlední pro optimalizaci celkové kapacity sítě.[1] Model této techniky lze nalézt v [1].
  • Optimalizace obálky chráněné pracovní kapacity - Tento model se liší od ostatních 2 modelů, protože v tomto modelu jsou nejprve nalezeny p-cykly. Při vytváření p-cyklů existuje několik úvah založených na myšlence optimalizace obecného objemu pracovních kanálů, které musí být chráněny. Po nalezení p-cyklů je pracovní požadavek směrován v síti v doméně ochrany p-cyklu. Tento koncept je známý jako chráněná pracovní kapacita obálky (PWCE).[1]

Heuristická metoda

První metoda vytváření p-cyklů je výpočetně náročná, když je počet uzlů velký.[6] The Heuristický prezentovaná metoda nazvaná ER-based unity-p-cycle, ukazuje atraktivní řešení k řešení problému s vytvořením p-cyklů bez použití ILP. Tato metoda má také řešení, které je blízké řešení optimálního řešení, ale bez dodatečného požadovaného výpočetního času. Obecná myšlenka algoritmu je identifikovat jednotné p-cykly, které jsou schopné chránit co nejvíce pracovních odkazů, což v podstatě snižuje počet náhradních jednotek potřebných pro ochranu. A „jednotka p-cyklus je schopna chránit jeden pracovní článek v opačném směru pro každé rozpětí cyklu a dvě pracovní jednotky pro každé rozkročené rozpětí. Počet náhradních jednotek unity-p-cyle se rovná počtu rozpětí na cyklus. “[6] Poměr zvaný ER je definován jako počet pracovních odkazů, které jsou chráněny jednotkovým p-cyklem, k počtu náhradních jednotek. Čím vyšší je poměr, tím lepší je účinnost ochranných p-cyklů, a proto je cílem tohoto algoritmu.

Metodu lze vysvětlit následovně, jak je uvedeno v [6] zde:

  1. Na základě algoritmu v [7][7] Najděte možné cykly a určete pracovní kapacitu pro každý na základě jednoho z nejkratší cesta algoritmy.
  2. Vypočítejte poměr ER jednotkových cyklů pro cykly vypočítané v kroku 1.
  3. Na základě výpočtu ER vyberte cyklus s nejvyšší ER.
  4. Odeberte pracovní odkazy, které lze chránit vybraným cyklem shora, a aktualizujte pracovní kapacitu.
  5. Výše uvedené kroky opakujte, dokud není pracovní kapacita na každém rozpětí 0.

Rozkročit se nad algoritmem odkazu

Metoda Integer Linear Programming (ILP) pro vytváření p-cyklů vyžaduje, aby byly nejprve nalezeny všechny možné sady cyklů až do určité velikosti nebo obvodu sítě. Výsledkem je, že tato metoda je vhodná pro malé nebo střední sítě.[8] Protože se zvyšuje počet uzlů, síťový graf exponenciálně komplikuje problém s ILP a podstatně zvyšuje čas potřebný k výpočtu sad. Proto tato metoda není vhodná pro velké sítě a musí být použita jiná metoda. Jedním z řešení je a Rozkročit se nad algoritmem odkazu (SLA) metoda. Tato metoda je rychlá a jednoduchá k vytvoření sady cyklů, ale trpí neefektivností pro celkový návrh sítě.[8] Je to proto, že algoritmus generuje p-cykly, které mají pouze jedno rozkročené rozpětí.

Klíčovým rysem SLA je schopnost rychle najít p-cyly. Algoritmus funguje tak, že najde nejkratší cesta mezi uzly rozpětí a než najít jinou nejkratší cestu mezi stejnou sadou uzlů, která je disjunktní od první trasy. P-cyklus je pak vytvořen spojením dříve nalezených dvou tras do jedné.[8] Rozpětí je možné použít druhou trasu jako zálohu pro případ selhání. Tato tvorba p-cyklu se nazývá primární p-cyklus. Problém této metody spočívá v tom, že většina primárních p-cyklů obsahuje pouze jedno rozkročené rozpětí, a proto jsou neúčinné ve srovnání s jinými typy vytvořených p-cyklů.

Distribuováno

Distribuovaná metoda pro vytváření p-cyklů se liší od centralizovaného přístupu mnoha způsoby. Hlavní rozdíl spočívá v předpokladech učiněných v centralizovaných metodách. Tento předpoklad je založen na skutečnosti, že p-cykly vždy zaručují ochranu 100% pracovní kapacity. Jinými slovy se předpokládá, že je vždy možné vytvořit p-cykly, které jsou schopné plně chránit pracovní kapacitu. Distribuovaná metoda se zabývá logickou konfigurací a přiřazením fyzických kapacit již na místě.[1] to znamená, že distribuovaná metoda je zaměřena na operace v reálném životě, kde jsou fyzické vazby pevné, ale lze logicky rozlišovat, jak lze volnou a pracovní kapacitu využít nebo rozhodnout. Tato metoda ne vždy umožňuje chránit 100% pracovních kapacit, protože nemusí být dostatek volné kapacity k vytvoření požadovaných p-cyklů, aby byly chráněny všechny pracovní odkazy v síti. metodu lze provést jedním ze dvou způsobů:

Předkonfigurace distribuovaného cyklu

Tato metoda je založena na pravidlech a koncepcích přijatých z protokolu Selfhealing Network.[9] Myšlenka za (DCPC) je následující: každý náhradní odkaz má přidružený stav s názvem a statelet s řadou států. Uzel vidí každý logický odkaz s příchozím a odchozím stavem. Příchozí stav z odkazu na uzel pochází ze sousedního uzlu, který je spojen tímto odkazem. Také každý odchozí stav z odkazu má příchozí stav, který tvoří jeho předchůdce. Na základě této myšlenky je do sítě vysíláno několik stateletů (broadcast) a tvoří strom stavů. "Každý uzel ve stromu má kořeny na portu prekurzoru, ze kterého se šíří odchozí statelety."[9] Tomu se říká státní cesta. V algoritmu jsou konkrétně dvě možnosti uzlu Cycler a Tandem, z nichž každý má svou specifickou roli. The Cycler je role odesílatele / výběrce, v tomto režimu Cycler odesílá a přijímá části stavu, který inicioval. Všechny uzly přijímají toto chování a to je dosaženo v a každý s každým systém. Druhou rolí je Tandem, která funguje tak, že zprostředkovává státní vysílací soutěž s novými pravidly a kritérii, která se v sítích Selfhealing nenacházejí.[9] Jednoduše řečeno, každý uzel má povoleno prozkoumat síť a objevit možné p-cykly. The Tandem role také určuje povolený objev p-cyklů Cycler typ uzlu. Na základě DCPC se p-cykly samy organizují ve volné kapacitě sítě a nacházejí se distribuovaným způsobem. Algoritmus lze znovu spustit pokaždé, když dojde ke změně sítě, aby se optimálně využila volná kapacita.[1] Pro více informací doporučujeme čtenáři číst [9].

Swarm Intelligence System

Tato metoda je založena na inteligentním systému, který se nachází v přírodě. Jedná se o distribuovanou metodu, která se spoléhá na to, že agenti pracují samostatně, ale přesto vzájemně komunikují prostřednictvím zpráv, které jsou ponechány nebo shromážděny v každém uzlu, který daný agent navštívil. Toto chování je podobné chování mravenců, takzvaný mravenčí systém p-cyklu. Agregace zpráv zanechaných nebo generovaných těmito mravenci je základem formování p-cyklů v systému.[1] Tato technika má vysokou adaptabilitu a redundanci v síti a ve výsledku jsou možná optimální řešení.

Účinnost p-cyklů

Účinnost p-cyklu je založena na typu použitého p-cyklu. Hamiltoniánský p-cyklus, kde p-cyklus prochází všemi uzly pouze jednou, může být velmi efektivní, když je nechráněná pracovní kapacita schopna mít všechny vztahy vyžadované úplnou Hamiltonovskou implementací.[10] I když se zdá, že Hamiltonián pluje kolem jako volba tvorby p-cyklu, není to jediný povolený typ. V některých konfiguracích sítě je pro dosažení optimální účinnosti v návrhu sítě vyžadována kombinace Hamiltonovského p-cyklu s jinými typy.[1] Studie provedená v minulých letech[když? ] ukázal, že efektivního způsobu vytváření p-cyklů lze dosáhnout v síťových sítích, které jsou ploché. To znamená, že počet odkazů, které nejsou na p-cyklu nebo rozpětí, je stejný.

Typ sítě nazývaný homogenní síť, kde všechna rozpětí mají stejnou pracovní kapacitu, vykazoval účinnost, která nebyla zcela optimální z hlediska poměru volné a pracovní kapacity. To je způsobeno ztrátou schopnosti p-cyklu chránit více než jeden rozkročený rozpětí.[1] Jako alternativa byla vyvinuta koncepce polohomogenních mesh sítí. V tomto typu sítě schopnost p-cyklu chránit více než jedno rozkročené rozpětí umožnila dosáhnout účinnosti

což je spodní hranice. Bylo tedy prokázáno, že s využitím hamiltonovských p-cyklů v semi-homogenních sítích lze dosáhnout teoretické účinnosti, ale s některými výjimkami, protože skutečná síť se liší a pro dosažení optimálních řešení je nutná kombinace různých p-cyklů pro danou topologii a design sítě.[1]

Aplikace

Myšlenka v pozadí ochrana p-cyklů byla schopnost nabídnout ochranu v síťových optických sítích kombinací výhod kruhové rychlosti obnovy a účinnosti síťové sítě, koncept se však neomezuje pouze na přenos optických sítí a lze jej rozšířit na vyšší úrovně a další typy sítí:

Reference

  1. ^ A b C d E F G h i j k l Asthana, R .; Singh, Y.N .; Grover, W.D .; „„ p-Cycles: An overview, “IEEE Communications Surveys and Tutorials, sv. 12, č. 1, str. 97-111, první čtvrtletí 2010
  2. ^ Grover, Wayne. "Oznámení". John Wiley & Sons. Citováno 3. prosince 2012.
  3. ^ A b Claus G. Gruber a Dominic A. Schupke .; „Kapacitní plánování odolných sítí s p-cykly,“. 2002.
  4. ^ Kodian, A .; Sack, A .; Grover, W.D .; „Návrh sítě p-cyklu s omezeními chmele a omezeními obvodu,“ Broadband Networks, 2004. BroadNets 2004. Sborník. První mezinárodní konference, sv. Č., S. 244–253, 25. – 29. Října 2004
  5. ^ Onguetou, D.P .; Grover, W.D .; „„ P-cycle network design: From fewest in number to smaller in size, “Design and Reliable Communication Networks, 2007. DRCN 2007. 6. International Workshop on, vol., no., pp. 1-8, 7-10 Oct 2007
  6. ^ A b Zhenrong Zhang; Wen-De Zhong; Mukherjee, B .; „Heuristická metoda pro návrh přežívatelných sítí WDM s p-cykly,“ IEEE Communications Letters, sv. 8, č. 7, str. 467–469, červenec 2004
  7. ^ H. Hwang, S. Y. Ahn, Y. H. Yoo a S. K. Chong, „Několik sdílených cyklů zálohování pro optické sítě, které lze přežít,“ v Proc. ICCCN’01, Scottsdale, AZ, říjen 2001, s. 284–289.
  8. ^ A b C Doucette, J .; On, D .; Grover, W.D .; Yang, O .; „Algoritmické přístupy k efektivnímu výčtu kandidátních p-cyklů a kapacitního p-cyklu návrhu sítě,“ Design of Reliable Communication Networks, 2003. (DRCN 2003). Řízení. Čtvrtý mezinárodní seminář, sv. Č., S. 212–220, 19. – 22. Října 2003
  9. ^ A b C Grover, W.D .; Stamatelakis, D .; „„ Cyklicky orientovaná distribuovaná předkonfigurace: rychlost jako prsten s kapacitou podobnou mřížce pro samonapájení obnovy sítě, “Communications, 1998. ICC 98. Záznam konference. 1998 Mezinárodní konference IEEE, sv. 1, č., S. 537-543 sv. 1, 7. – 11. Června 1998
  10. ^ W.D. Grover, Mesh-based Survivable Networks: Options for Optical, MPLS, SONET and ATM Networking, Prentice-Hall, srpen 2003.