基于改進神經網絡的火車票號識別算法研究

劉嫻 王柯琦

摘 要：為使智能光網絡（ASON）在受災時各等級協(xié)定（SLA）波長業(yè)務重獲局向資源，研究了一種風險規(guī)避算法。首先通過構建動態(tài)損毀數(shù)學模型為不同SLA等級波長業(yè)務的連接分別設定穩(wěn)定度閾值條件。然后借鑒啟發(fā)式算法計算思想為受災的各等級SLA波長業(yè)務分別制定自愈策略。再根據(jù)災后通路資源需求變化設計帶寬重置方案以保證災后SLA業(yè)務的生存性。仿真表明，算法在穩(wěn)健性、失效率、呼損率多指標中均有良好的優(yōu)勢。

關鍵詞：智能光網絡;業(yè)務等級;閾值;局向

中圖分類號：TN929 ? ? ?文獻標識碼：A

隨著大數(shù)據(jù)和云計算技術的實施，傳統(tǒng)光傳送網絡各項性能指標[1]已不足以應對大數(shù)據(jù)業(yè)務對光網絡載荷帶來的挑戰(zhàn)。在這樣的背景下，具有高速傳輸能力和充足帶寬資源的ASON順勢而生，一躍成為部署云計算和大數(shù)據(jù)技術的首選骨干網絡架構?？上攵暨@樣的骨干網絡一旦遭遇因不可預估的自然災害[2]引發(fā)局部網絡故障，勢必面臨不同SLA波長業(yè)務失效的風險。因此在面對自然災害的情形下，如何高效地規(guī)避SLA波長業(yè)務失效的風險便成為業(yè)界討論的焦點。

目前，針對該領域的研究已有一定的進展。諸如：多徑路由機制，主張通過計算出基于鏈路分離的多個通路資源來共同承載某個波長業(yè)務連接請求，并允許這些多個通路將其閑置帶寬資源向其他波長業(yè)務開放。以此改善全網對波長業(yè)務請求連接的成功率，降低波長業(yè)務失效的風險概率?；赟LA的動態(tài)自愈算法，根據(jù)網絡狀態(tài)參量實時變化情況為SLA波長業(yè)務連接請求制定多個路由轉發(fā)方案的同時，對通路的帶寬資源實施降級以提高波長業(yè)務連接請求的概率，將業(yè)務出現(xiàn)中斷風險的概率降至最低。ASON生存算法，則通過引入風險的數(shù)學概率模型來實施波長通路資源的保護，并在網絡出現(xiàn)局部故障后通過為中斷的SLA波長業(yè)務規(guī)劃出風險系數(shù)較低的路由局向，以提升全網的生存性。對于基于SRLG[3]的自愈技術，其核心思想是為SRLG建立一個風險概率數(shù)學模型，優(yōu)化所選的通路對資源來為波長業(yè)務的連接請求配置科學的局向，進而最小化鏈路擁塞度，提高業(yè)務連接的可靠程度。經過梳理可知，上述關于SLA波長業(yè)務失效風險的研究均是通過建立風險可預測的數(shù)學概率模型來描述ASON[4]的全局狀態(tài)及其受災程度。顯然這樣的靜態(tài)數(shù)學模型不足以客觀反映ASON中風險蔓延的趨勢，于是針對該風險所開展的相關研究也就難以奏效。尤其在風險重災區(qū)出現(xiàn)偏離的情形下，這種靜態(tài)算法數(shù)學模型在化解災后SLA業(yè)務連接失效風險上更加束手無策。針對目前研究的局限性，本次構思一種通過為ASON中風險事件建立動態(tài)概率模型，為不同SLA的波長業(yè)務連接請求提供基于局向資源個性化需求的自愈算法，用于規(guī)避全網因自然災害事件造成的SLA波長業(yè)務連接失效的風險。

1 不同SLA波長業(yè)務的個性化需求模型分析

3 算法成效

3.1 評估模型

本次選用NSFNET網絡作為對ASON風險規(guī)避算法的評估模型。該網絡拓撲如圖1所示，由21個鏈路和14個具有全波長變換功能的網元組成。假設ASON全網任意鏈路局向的容量都是200個波長[12]，每個鏈路局向的穩(wěn)定度均遵循[0.97，0.99]隨機分布。并定義話務需求的增長率遵循[0，0.3，0.6，0.9，1.2，1.5]。在ASON部分區(qū)域遭遇自然災害后，該區(qū)域附近鏈路局向的穩(wěn)定度降至[0.65，0.75]隨機分布。網中任意兩個網元之間的業(yè)務連接請求所需帶寬遵循[8，12]個波長間的任意分布，SLA業(yè)務等級在遵循e：a：c=20%：30%：50%分布下任意設置。評估擬定的權值系數(shù)σ=13，將不同SLA等級的波長業(yè)務的穩(wěn)定度閾值[13]定義為：Pth-Se=0.97，Pth-Sa=0.92，Pth-Sc=0.83。評估主要測試圖1中陰影的受災[14]部分，并統(tǒng)計受災區(qū)域中40組隨機業(yè)務模型的均值。

為了考察風險規(guī)避算法在保護SLA業(yè)務連接請求方面的優(yōu)勢，本次評估選用災后自適應自愈機制（DASH）[15]作為參照。該機制核心思想是參照所排序波長業(yè)務的SLA等級，為最高等級的受損業(yè)務連接請求配置出一個穩(wěn)定度最高的通路作為該等級SLA業(yè)務的自愈通路，且所配置的帶寬資源采用自適應降級分配。算法對風險規(guī)避的成效通過穩(wěn)健性、失效率、呼損率來衡量[16]。穩(wěn)健性表示SLA業(yè)務連接未受到損壞的幾率，該值越大表明該業(yè)務連接越穩(wěn)健;失效率表示因災后可用局向資源萎縮導致無法自愈的業(yè)務規(guī)模與災后業(yè)務連接總規(guī)模的比值，該值越大表明災后失效的業(yè)務連接規(guī)模也越大;呼損率表示業(yè)務連接過程中損壞的話務規(guī)模與需求話務總規(guī)模的比值，該值越大表明業(yè)務連接損失的話務規(guī)模也越大。

3.2 數(shù)據(jù)考察

圖2所示，描述了兩種算法機制下不同SLA等級的業(yè)務連接穩(wěn)健性對比情況。不難看出，無論何種等級的SLA波長業(yè)務，DASH機制下的穩(wěn)健性普遍較低，均低于算法評估模型中預設的三個閾值。相比之下，本文設計的風險規(guī)避算法表現(xiàn)出的穩(wěn)健性普遍較好。無論何種等級的SLA，其波長業(yè)務的穩(wěn)健性不僅都超過DASH機制下指標，同時也顯著地突破了各個SLA等級的閾值。這是緣于風險規(guī)避算法為那些穩(wěn)健性低于各自SLA等級閾值的受災業(yè)務規(guī)劃了次選局向作為該受災SLA業(yè)務連接的工作通路，因此顯著改善了業(yè)務承載的穩(wěn)健性。

圖3所示柱狀圖展示了各等級SLA在兩種算法機制下表現(xiàn)出的失效率。圖中可見，兩種算法機制在應對e等級和a等級的SLA業(yè)務時，失效率相差無幾，風險規(guī)避算法并未凸顯該有的優(yōu)勢。這是由于兩種算法機制具有共同的核心思想，即都是根據(jù)波長業(yè)務SLA等級高低為受災的SLA業(yè)務搜索合適的帶寬資源配置局向。于是SLA相對較高的e等級和a等級的波長業(yè)務很快獲得通路資源重新配置的機會，失效率都極其低。然而兩種算法機制在應對a等級波長業(yè)務時的策略卻有所不同。DASH機制下的通路帶寬資源絕大部分規(guī)劃給了e等級和a等級的波長業(yè)務，有限的可用局向資源無法滿足a等級波長業(yè)務需求，使其失效率居高不下。相反，風險規(guī)避算法通過引入局向權值參量，在計算局向資源時將鏈路的穩(wěn)定度和剩余可用帶寬容量均考慮在內，運用帶寬（重）配置數(shù)學模型對鏈路帶寬資源實施優(yōu)化計算，有效規(guī)避了大規(guī)模SLA業(yè)務在一個鏈路局向上發(fā)生沖突的風險?；诖藘?yōu)化計算模型下規(guī)劃出的通路資源可顯著降低失效率指標。

圖4所示曲線走勢統(tǒng)計了兩種算法機制下各等級SLA業(yè)務的平均呼損率。統(tǒng)計結果顯示風險規(guī)避算法具有良好的相對優(yōu)勢，且這種差異化優(yōu)勢隨著話務量增長率的遞增顯得越加明顯。究其原因，風險規(guī)避算法在為受災SLA業(yè)務規(guī)劃局向路由前首先重置了鏈路的權值，然后以此展開路由局向的優(yōu)化計算。兼顧了鏈路局向的穩(wěn)定度和閑置帶寬，最大程度地提高了每個鏈路局向中閑置帶寬的平均利用率。對于那些同時存在首選通路和次選通路的SLA波長業(yè)務而言，在實施話務配置時，當其工作需求帶寬超出WC中的帶寬，此時可將次選通路中的所有帶寬資源或者一部分帶寬資源支配給該SLA波長業(yè)務的工作帶寬來使用。也就是同時利用次選通路和首選通路上配置的帶寬共同實施該話務。然而，DASH機制主張通過自適應下調業(yè)務SLA等級來尋找一個帶寬資源穩(wěn)定度最高的通路用于自愈受災的波長業(yè)務連接請求，且缺乏對局向鏈路權值的動態(tài)評估，這樣容易出現(xiàn)多個受災SLA波長業(yè)務擁堵在該條通路的情形。并且隨著災后全網可用局向鏈路資源進一步萎縮，持續(xù)增加的受災SLA業(yè)務規(guī)模將進一步惡化業(yè)務在該條通路上的連通率，致使全網話務平均呼損率持續(xù)升高。隨著受災SLA業(yè)務規(guī)模的持續(xù)增加，風險規(guī)避算法的差異性優(yōu)勢將變得更加明顯。

4 結 論

通過梳理傳統(tǒng)研究應用在ASON上用于受理受災SLA業(yè)務連接請求方面缺乏客觀性的問題，提出一種能夠用于高效規(guī)避災后受損SLA波長業(yè)務面臨連接失效風險的算法。算法實施過程結合了啟發(fā)式算法思想和帶寬優(yōu)化配置思想共同為災后SLA波長業(yè)務的自愈提供科學的計算方法。所計算的自愈策略經多個指標考察均驗證了其具備良好的可行性。

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