[发明专利]一种光数据中心中光交换结构开关和光链路故障同时定位的方法

说明书

本发明公开了一种光数据中心中光交换结构开关和光链路故障同时定位的方法，它包括如下步骤：利用电缓存和光交换原理对光数据中心结构进行设计，并采用空间加速比设计具有QoS保障的包调度模型，且在单配置矩阵中基于多跳调度设计包调度算法，然后将光链路和流量矩阵分解形成的光交换器配置都映射为虚拟网络拓扑的边，再基于拓扑设计检测轨迹来形成报警码并放置报警器。本发明具有以下优点：采用基于空间加速比的光数据中心包调度算法和故障定位方法相结合的思路，将光链路和当前配置所需的光交换结构开关映射为虚拟网络拓扑的边，并基于此拓扑设计最优的检测轨迹，因此，这种基于包调度算法形成交换器配置来进行故障定位的方案，在实现故障精准定位的同时，可以大大减少故障定位所需成本和时间，仅在光链路上放置数量最少的报警器而对光交换结构开关和光链路同时实施精准且快速的故障定位，实现了网络监测资源的最优化配置。

技术领域

本发明涉及一种光数据中心中光交换结构开关和光链路故障同时定位的方法。

背景技术

随着互连网、云计算、大数据和虚拟化等服务的快速发展，数据中心的流量和带宽呈指数增长。目前电交换和电连接技术在大规模网络中不能很好地进行数据包传输。为实现数据中心的高性能、大容量和绿色节能，光数据中心是未来网络的发展方向。在光数据中心中，需用光纤来代替传统的电缆，用光交换器来代替传统的电交换器。由于波分复用(WDM:Wavelength Division Multiplexing) 技术的成熟，单根光纤的传输容量已经高达Tbps，这使得网络中任何形式的故障(如光纤链路断裂等)都会导致业务数据的大量丢失。根据美国明尼苏达大学的研究，通信仅中断一小时就会给保险公司、航空公司和投资银行分别带来2万、 250万和600万美元的损失。如果这种状况持续2天以上，所造成的损失足以使银行倒闭。新兴的自动驾驶网络要求未来网络永不中断，但硬件总会失效，这就要求网络自身具有感知能力，能够实时检测故障的发生，所以对光数据中心故障定位的研究具有重大意义。

目前，对广域网中光链路和电数据中心的故障定位研究已取得大量成果，但对光数据中心的故障定位研究却很少。对光数据中心的故障定位研究大多停留在对光链路断裂范围内，忽略了对光交换器内部光交换结构开关的故障定位。而且光数据中心核心层的光交换结构不间断地执行大量的包调度工作，其故障发生的机率和导致后果的严重性比光链路的高很多。另外，由于光交换结构开关封装在光交换器内部，其光口的污染或损伤所导致的故障难以被发现。因此，这对位于核心层的高速且大容量光交换器的光交换结构开关的故障定位带来严峻挑战，而光交换器外部硬件故障(如光交换器端口的故障等)可以通过观察报警器来定位。

近年来，基于硬件检测进行光链路故障定位的方法得到大量研究。在光网络单链路的故障定位中，研究人员提出了用检测环(m-cycle)的设计方法来减少所需报警器的数量。检测环的设计是在物理层实现的，其被分为简单类检测环和复杂类检测环。简单类检测环的设计比较简单，其运用在每个节点只经过一次的简单环路来进行检测，但此方法所需报警器的数量很大，接近O(|E|)。复杂类检测环将光链路故障定位问题转化为在一定约束条件下对光链路进行二进制编码的问题，这将报警器的数量极大地减少为O(log2|E|)。这两种方法都受到环形检测结构的限制。检测轨迹(m-trail)的概念随后被Wu Bin提出，其跳出了环形检测结构的限制，可使检测信道自由地在网络中选择路由。因为不受环形结构的限制而受到的约束最小，可使更加灵活。通过考虑报警器成本、检测光波成本、系统故障管理开销之间的有效折中，检测轨迹可在检测成本最小化的基础上对故障光链路进行快速定位。但此故障定位方法只适用于光链路的故障定位，无法定位光数据中心光交换结构开关的故障。故此，本发明提出了基于包调度算法的故障定位方法，使得光交换结构开关和光链路故障可同时被定位，解决了当前技术的不足。

与传统方案相比，此方法从包调度的模型和算法出发，基于业务流量矩阵的分解生成交换器配置，再基于此配置形成检测轨迹覆盖策略来生成报警码并放置相应的报警器，以对光数据中心的光交换结构开关和光链路同时进行故障定位。从而实现在监测资源的最小化的基础上对故障链路的快速准确定位。

发明内容