system: [SYSTEM]

user: 5. 仿真实验与结果分析 5.1. 仿真实验设计 在问题(P)中， 是IP/MPLS层链路的模块一个单元的开销，在本研究中用IP-cost代表。相同的， 是OTN链路g的模块类型 一个性能单元的开销，用 -cost代表，其中，k = 0，1，2，3，4。在DWDM层中， 是DWDM层链路f的模块T的一个性能单元的开销，用W-cost的表示。 根据文献 [ 9 ] ，其中一种未来网络元素开销比例是8，0.5和1，分别代表DWDM转发器，IP/光接口卡，以及OXC光交叉接口。根据章节5.2中的开销模型，IP/MPLS层开销为2 × (0.5 + 1) = 3，而DWDM层的开销，只考虑转发器和OXC接口的开销2 × (8 + 1) = 18，再根据章节5.2的叙述，将DWDM层剩余的开销设为固定开销66。这就意味着当IP/MPLS层的开销是3时，DWDM的开销就是18 + 66 = 84。同理可知，当IP-cost为5时候，W-cost为140。 在整个研究过程中，将W-cost的值固定在140，然后调整其他单元开销，以了解因为开销比例发生改变所造成的影响，例如保持W-cost不变，对IP-cost，从IP-cost = 5开始研究，接着将它的值依次改变为IP-cost = 10，20和40然后研究在不同IP-cost下的影响。 对于OTN层参数值，即 有三种可能的开销场景。 - UK-c1： - UK-c2： - UK-c3： 为了表述上述三种情况，可以分别用2/4/8/16.32，2/5/13/20/50，2/6/18/54/16代表UK-c1，UK-c2，UK-c3。这三种情况的区别在于不同阶的 产生开销的不同，且此处它们真实的值并没有其比例关系重要。同时也要注意避免不真实的开销比例关系，如 或者 。 在本实验中设置多参数能够探寻其对每一层的影响，以及IP/MPLS的变化对其他层的影响，最终得出对整个网络的影响。通过研究，可以得到若干问题的答案，如IP-cost和Q的大小是如何影响每层中所需的保护容量以及整个网络的开销；不同场景下的 开销比例是怎样影响最终所用的 种类以及满足网络需求所需的数目。 在本次论文工作中，选取一个14个结点具有三层结构的小型网络拓扑，见图2。因为篇幅原因，暂时不考虑其他结构的拓扑。在该三层结构网络拓扑中，每层有14个结点，所以总共有42个结点，且光纤条数为21，此处假设IP/MPLS和OTN层的虚拟拓扑遵循其物理层的连接，因此可知一共有63条连接。总需求为91个双向需求，假设每个需求在一对LSR之间实现，需求平均速率为5 Gbps。因此考虑三种速率的Q：2.5，5，10Gbps，用以代表三种情况：低于平均需求，等于平均需求，高于平均需求。LSR之间的需求由文献 [ 10 ] 中的需求模型产生。对于每一个需求，每层中有5个主要路径和5个保护路径可用。 通过使用CPLEX 12.2优化包，解决分为三个阶段的问题(P)，得出的所有结果都是接近最优解的。 5.2. 结果分析 5.2.1. 总网络开销 为了更方便的阅读，表1将列出容量符号的简明缩写以及其含义。 经过实验模拟，发现了以下的现象。 当IP-cost不变时，在Q = 2.5的情况下，其网络总体开销比Q = 5和Q = 10时更大，这是因为当保持IP-cost不变，Q越大，在没有额外的开销情况下有更多的需求可以得到满足。同时也能够发现当将IP-cost从5提升到40，网络开销在增大。通过以上两个现象，可以得出IP-cost和Q值都是影响网络开销的重要因素，需要同时考虑。例如，在IP = 20、Q = 2.5时的开销比IP = 40、Q = 10时候的开销大，通过这些便可以比较每Gbps下的开销。然而，不应当单单只考虑每Gbps的开销，还要考虑Q的大小对网络下层的影响。当Q和IP-cost不变，UK-c3情况下的开销是最大的，接下来是UK-c2，开销最小的是 图2. 每层14个结点的网络拓扑图 Table 1 Notation， abbreviation and meaning mapping of network cos 符号 缩写 解释 N-IP 常规IP容量 P-IP 保护IP容量 N-OTN 常规OTN容量 P-OTN 保护OTN容量 P-IP-OTN P-IP的OTN容量 N-W 常规光纤容量 P-W 保护光纤容量 P-OTN-W P-OTN的光纤容量 P-IP-OTN-W P-IP-OTN的光纤容量 表1. 网络开销相关符号及其缩写和解释 UK-c1，这是因为不同 之间的花销比例在UK-c3时最大，其中的原因将在章节5.2.4中解释。 5.2.2. 不同器件的容量 接下来设IP-cost = 5，选择方案UK-c1，进行实验。通过观察实验结果，发现保护容量比常规容量要大。进一步来说，保护容量与常规容量的差距随着层的降低而变大，即N-IP和P-IP之间的容量差比N-OTN与P-OTN之间的容量差更小，同样也小于N-W与P-OTN之间的容量差。这是因为低层网络的粒度较高层更大，而且保护通道也比主要通道更长。例如，容量差在DWDM层中达到最大，该层每个波长比特率T = 100 Gbps，远远大于IP/MPLS层的粒度Q = 2.5，5，10 Gbps，当然其保护通道也通常比其主要通道更加长。这种现象出现在不同的IP-cost和UK-cost组合中，在此不再一一举例。 5.2.3. 保护容量 在本小节中，将展示每层所需要的保护容量。通过实验可以发现，Q = 10时比Q = 2.5和5时需要更多的保护容量，Q = 2.5时P-IP可以取得最小值。一个有趣的现象是，当Q = 2.5时，IP-cost的变动并不会对需求容量产生很大影响，如当增大IP-cost，需求容量并未产生较大变化，而当Q = 10的时候，IP-cost的影响却比较明显。 在容量器件中，对保护容量需求最少的情况通常是UK-c1的情况下，而最大需求一般在UK-c2情况下，其中当Q = 2.5时，通常P-OTN取得最小值，这说明当Q值低于平均需求值时，OTN层中所需的保护容量通常取得最小值。 同时也可以发现，当Q = 2.5以及在UK-c3情况下，容量需求最小。而容量需求最大的情况是在Q = 10同时选择UK-c1时。 5.2.4. P-OTN中的不同 需求 通过实验可以发现，在UK-c3情况时，只需要使用 和 ，这是因为2 的开销比一个 小，并且当2 承载80 Gbps的波长时，剩余的波长用 承载。同理可得，在UK-c2情况下将使用 ，但使用的量比 的量更少。只有在UK-c1情况时， 的使用量才比 的使用量更多，原因是在该情况下，它们的花销差距并不大。同时可发现，在所有情况中 和 的使用量都不大。最终得出如下结论：IP/MPLS需求在UK-c3下大部分被 和 所承载，或是在UK-c1和UK-c2情况下，使用 和 以及很小数量的 、 和 。 在不同的IP-cost或不同的OTN容量器件下也可以观察到与上文相同的趋势。然而，P-OTN中所使用的 数比N-OTN里使用的 数量多，这同样可以说明P-OTN中需要更大的容量。章节5.2.1中层提到，UK-c3和UK-c2之间的开销差比UK-c2和UK-c1之间的容量差更大，这是因为不同 在不同的开销比例情况下开销不同造成的。试想以下情况，若想要在UK-c1情况下，使用一个OTN链路（100Gbps）的所有容量，那么最优解决方案应该是使用1个 ，其开销是32。当在UK-c2的情况下，一个 的开销是50。在UK-c3下，使用 不再是最优解，因为 ，其中162是 的开销。通过计算可知，UK-c1和UK-c2在该例中的容量差为18，高出56%，而UK-c2和UK-c3之间的容量差为90，近似高出90%。 5.2.5. 开销与保护容量的比较 在章节5.2.1中，当IP-cost不变，Q = 10时，整个网络开销最小，这似乎与章节5.2.3中所说的Q = 10时候需要的保护容量更大，而更大的保护容量会有更多的额外开销这种情况相矛盾，原因是整个网络的开销不仅是取决于保护器件而是取决于整个网络的容量器件。需要注意的是，单位Gbps的开销在IP/MPLS层也扮演着重要的角色。例如当IP-cost = 40，Q = 2.5时，其单位Gbps开销为16，Q = 10时，其单位Gbps开销为4，若在链路中需传送10 Gbps的需求，Q = 2.5时，需要4Q，Q = 10时，需要1Q，开销明显是前者更大。从开销的角度来看，Q越大，开销越小。然而如果从容量的角度看，更大的Q意味着每层中需要更多的容量。