An optimal design of multi-protocol label switching networks achieving reliability requirements

实现可靠性要求的多协议标号交换网络优化设计

A B S T R A C T

多协议标签交换(MPLS)网络以其较高的服务质量(QoS)在骨干网中得到了广泛的应用。
MPLS网络的可靠性是非常重要的。在本文中,我们考虑MPLS网络的最优设计,在可靠性约束下,工作路径和备份路径的最优选择使网络的构造成本最小化。由于网络的构造代价和网络的可靠性都与所选路径的长度有关,因此网络优化设计问题被解耦为两个子问题:费用相关问题和可靠性相关问题,其中费用相关问题已由Sohn等人解决。
考虑到可靠性相关问题,提出了一种可靠性相关算法,通过极大地减小搜索空间,优化搜索工作路径和备份路径。
由于成本相关问题和可靠性相关问题的搜索准则相同,因此通过比较成本相关问题和可靠性相关问题的搜索结果,可以得到所提问题的工作路径和备份路径的最优集合。通过数值算例验证了可靠性相关算法和整个多路径传输设计方法。

Introduction

随着互联网的迅速发展和广泛应用,服务质量(QoS)变得越来越重要。
多协议标签交换(MPLS)网络是一种基于标签交换路径(LSPs)提供面向连接的数据传输服务的网络,近年来受到广泛关注
MPLS网络被认为是一个解决日益增长的Internet不可靠性问题和对更好的连通性和质量要求的解决方案。与典型网络相比,MPLS网络提供了更大的安全性,能够以更快的速度恢复中断的连接,从而实现更好的QoS。MPLS网络已广泛应用于骨干网络中
网络可靠性是反映QoS的主要措施,高的网络可靠性可以保证[7]用户满意的服务。MPLS网络的可靠性研究已经引起了广泛的关注。由于计算机网络中的路径可能出现故障,因此采取一些措施来避免由于故障路径可能导致的传输延迟和数据包丢失是非常重要的。容错技术可以使网络在系统或组件受到故障影响的情况下仍然工作[12-22]。在存在路径失效的情况下,使网络保持运行的容错技术主要有两种:[16]重路由技术和备份路径保护方法,基于备份路径的保护方案被证明是有效的,并在MPLS网络中得到了广泛的应用
与网络可靠性相关的备份路径优化问题主要是在路由或网络可靠性的基础上寻找最优的备份路径,在网络可靠性约束下,寻找最佳的备份(或工作和备份)路径,以最小化网络资源,并找到最佳的备份(或同时工作和备份)路径,以最大限度地提高各种约束条件下的网络可靠性。

Song等人[19]提出了一种基于路由可靠性建立备份路由的备份源路由协议。
Sohn等[36]提出了一种基于网络可靠性的空闲带宽共享方案,以减少网络中所需的空闲带宽量。
Chakrabarti[37]提出了在网络可靠性和带宽量约束下,以最小代价选择最优路径的部分保护方法。其中,如果有路径满足网络可靠性和带宽量的要求,则不需要选择备份路径。
Lin[38]使用了两条链路不相交的路径作为备份路径,使数据传输任务在工作路径发生故障时能够存活。
Lin[39]在[38]结果的基础上进行了扩展工作,使用p, p≥2条链路不相交路径作为备份路径。[38,39]中寻找最优备份路径的基本策略是隐式枚举法,工作路径是预先确定的
通过调查发现,研究备份路径优化问题的学者们对网络建设总成本、带宽分配和网络可靠性等因素的关注较少,尽管这些因素对资源管理和服务质量都很重要

本文以MPLS网络在网络可靠性约束条件下的网络建设总成本最小为目标,研究了工作和备用lsp的最优选择问题。我们采用Sohn等[29]提出的分布式标签交换路径(Distributed Label Switched Path, DLSP)方案,将流量划分为多个不连接的lsp。在本工作中,将采用另一个不连接的LSP作为备份路径,备份可能失败的工作LSP。
本文所考虑的问题称为成本-可靠性- dlsp (CR-DLSP)问题,因为该问题包含了成本和可靠性。优化问题的求解具有挑战性,因为它在本质上是np困难的。
我们发现,由于网络构造总代价和网络可靠性都与所选路径的长度有关,我们可以根据所有不相交路径的排序向量来解耦这两个度量。因此,CR-DLSP问题可分为成本- dlsp问题和可靠性- dlsp问题两个子问题。Sohn等人已经解决了成本- dlsp问题。针对可靠性- dlsp问题,我们将提出一种可靠性- dlsp算法来建立工作和备份的LSPs。通过比较这两个子问题的结果,可以得到CR-DLSP问题的工作和备份LSPs的最优集。

main contributions
1.研究了一个工作和备份的优化选择问题
在满足网络可靠性要求的同时,使网络总成本最小化
2.为了解决这样的NP-hard问题,我们将CR-DLSP问题等价地分解为两个子问题:成本- dlsp问题和可靠性- dlsp问题。提出了一种可靠度- dlsp算法,用于搜索最大数量的工作lsp。
3.成本- dlsp问题和可靠性- dlsp问题的解基于相同的搜索条件,通过比较成本- dlsp问题和可靠性- dlsp问题的解,可以确定CR-DLSP问题中工作和备份lsp的最优选择。

本文的其余部分组织如下。第2节介绍了CR-DLSP问题的提法。第3节提出可靠性- dlsp算法和CR-DLSP方法。第4节对可靠性- dlsp算法进行了验证,并通过算例说明了CR-DLSP方法。最后,在第5节中给出结论。

你可能感兴趣的:(论文阅读)