CN101312464A

CN101312464A - 一种在自动交换光网络中实现负载均衡的方法

Info

Publication number: CN101312464A
Application number: CNA2008101165203A
Authority: CN
Inventors: 陈晓辉; 朱冰
Original assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Current assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2028-07-11
Also published as: CN101312464B

Abstract

本发明涉及一种在基于同步数字系列的自动交换光网络中实现负载均衡的方法，首先，利用多重Dijkstra算法计算源节点到目的节点的多条不相交路径，然后，利用路由计算模块获取每条不相交的路径所包括的所有链路的可用带宽，将每条不相交的路径所包括的所有链路的可用带宽的最小值，作为该不相交的路径所能提供的最大可用带宽，将每条不相交的路径的最大可用带宽除以该路径的路径指数，得到每条不相交的路径的负载指数，根据负载指数从多条不相交的路径选择最优路径。本发明提供的负载均衡方法一方面可减少网络资源发生故障时所影响的业务数量，另一方面可使网络中的所有资源都留有一定的冗余以对已存在的业务提供保护和恢复，减少业务保护和恢复失败几率。

Description

一种在自动交换光网络中实现负载均衡的方法

技术领域

本发明涉及一种在自动交换光网络中实现负载均衡的方法，尤其涉及在基于同步数字系列SDH的自动交换光网络ASON中实现负载均衡的方法，可应用于SDH的ASON网络以及其它各种类型的流量工程网络。

背景技术

随着各种网络，特别是传统IP网络，对业务质量要求的不断提高，流量工程TE技术开始越来越多地进入实用。从IP网络到MPLS网络再到GMPLS网络，流量工程都开始大量应用。

特别在传输网方面，以GMPLS-TE协议族作为控制平面的基于SDH传输设备的自动交换光网络ASON的快速发展，给光网络带来了很多自动化的控制手段，例如：自动邻居发现，自动拓扑发现等等，同时在光网络可靠性方面带来的变革也是巨大的。

ASON为用户提供了灵活的业务指配方式，用户只需要指定业务类型和业务的入口/出口以及相应的约束条件及可由控制平面自动实现业务的建立。

业务的自动建立依赖于控制平面根据网络流量工程信息进行的路由计算，计算出的路由即为业务最终的实际路由。

ASON网络还为业务提供了强大的保护恢复功能，为了最大限度地对业务提供保护和恢复，要求网络各处有足够的冗余资源提供保护和恢复，这就要求在自动建立业务是考虑将业务尽可能地分散到网络各处，实现网络的负载均衡。

为了实现负载均衡，控制平面在进行路由计算时必须充分考虑网络中各种资源的流量工程信息，并依据一定的算法将负载均匀地分布到网络上。

本发明描述的正是这样一种在基于SDH的ASON网络中实现网络各处负载尽可能均衡的方法。

本发明中所描述方法是基于G.707(同步数字系列网络节点接口)、IETF G-MPLS协议族以及IETF OSPF-TE路由协议。

现有技术中基于负载均衡的自组网并发多径路由的方法主要应用于无线自组网络、传感器网络、无线局域网、无线接入等网络，而本发明适用于所有基于SDH的ASON网络。

现有技术中解决负载均衡的主要方法是用网络层数据缓冲区的待转发分组数量来衡量负载程度，这种方法不适用于基于流量工程的网络，特别是无法在非分组交换的网络上应用，例如，基于SDH的ASON网络。而本发明可以适用于基于SDH的ASON网络，其负载均衡的方法适用于分组交换和非分组交换的网络。

本发明不对路由协议和路由算法进行大的改动，无须对路由协议携带的数据进行改变，易于实现。

发明内容

本发明对现有技术的负载均衡方法进行改进，实现在分组交换网络和非分组交换网络进行负载均衡的控制。

本发明提供了一种在基于SDH的ASON网络中实现负载均衡的方法。

具体技术方案如下：

一种在基于SDH的ASON网络中实现负载均衡的方法，利用多重Dijkstra算法计算源节点到目的节点的多条不相交的路径，每条不相交的路径都由网络节点和连接网络节点的链路组成，其特征在于，

利用ASON网络的路由计算模块获取每条不相交的路径所包括的所有链路的可用带宽，将每条不相交的路径所包括的所有链路的可用带宽的最小值，作为该不相交的路径所能提供的最大可用带宽，将每条不相交的路径的最大可用带宽除以该路径的路径指数，得到每条不相交的路径的负载指数，根据负载指数从多条不相交的路径选择最优路径，

其中，路径指数为Nⁱ，N为不相交的路径的跳数，i为负载调节指数。

在时分网络中，网络节点的可用带宽由已被占用时隙数量和网络节点能提供总时隙数量所决定。

在时分网络中，链路的可用带宽的数值为空闲时隙数。

在基于SDH的网络中，可用带宽的数值等于链路上空闲VC-4、VC-4-4c或VC-4-16c的数量。

在分组交换网络中，网络节点的可用带宽由已被占用的分组转发能力和网络节点能提供的总的分组转发能力所决定。

在分组交换网络中，链路的可用带宽的数值为链路单位时间能通过数据的字节比特数。

当网络承载的业务对可靠性要求较高时，当网络的稳定性较差容易出现节点或链路失效时，当网络节点设备和链路的运行成本较高时或当网络的延时较大时，负载调节指数i取较大的数值。

当网络承载的业务对可靠性要求较低时，当网络的稳定性较好不容易出现节点或链路失效时，当网络节点设备和链路的运行成本较低时或当网络的延时较小时，负载调节指数i取较小的数值。

每条不相交的路径的具有相同的负载调节指数i。

每条不相交的路径的具有不同的负载调节指数i。

通过在网络中实施负载均衡的方法，可以在占用网络资源尽量少的前提下，将各种业务分散到网络各处。一方面可以减少网络资源发生故障时所影响的业务数量，另一方面可以使网络中的所有资源都留有一定的冗余以对以存在的业务提供保护和恢复，减少业务保护和恢复失败的几率。

附图说明

图1为本发明实现负载均衡的第一实施例的示意图；

图2为本发明实现负载均衡的第二实施例的示意图。

具体实施方式

本发明要解决的技术问题是在路由计算的过程中以路径的负载作为选择实际路径的指标。基于SDH的ASON网络中包括多个网络节点，其中，任意两个网络节点之间可以存在一条链路，也可以不存在链路。本发明以基于SDH的ASON网络为例进行说明，所属技术领域的技术人员可以了解，本发明的技术方案并不限于在基于SDH的ASON网络中。

在最短路径Dijkstra算法中，路由计算实体将会对所有的可能路径的某些指标(例如跳数、链路代价)进行比较，比较结果更优者将会被优先使用。当一条路由的实际负载有方法可以衡量时，我们可以要求路由算法对路由的负载指数进行比较，从而在不改变路由算法计算原理的前提下实现负载最低的路径被优先使用。

首先，利用多重Dijkstra算法计算从源节点到目的节点的多条不相交路径，具体的步骤为：

基于网络拓扑结构运行Dijkstra算法，计算出源节点到目的节点的最短路径；如果利用Dijkstra算法无法计算得到源节点到目的节点的最短路径，那么当前的目的节点不可达；当计算出源节点到目的节点的最短路径后，在网络拓扑结构中，删除上述最短路径中包括得所有中间节点，形成新的网络拓扑结构；基于新的网络拓扑结构运行Dijkstra算法，计算出源节点到目的节点的最短路径，重复计算源节点到目的节点的多条最短路径，得到；如果无法计算出最短路径，那么说明当前的网络拓扑结构中，已经不存在源节点到目的节点的最短路径。

每条不相交路径由网络节点和连接网络节点的链路组成，如图1所示，不相交路径Path1的网络节点包括源节点S，目的节点D，中间节点node11，node12和node13，链路L11连接源节点和中间节点node11，链路L12连接中间节点node11和中间节点node12，链路L13连接中间节点node12和中间节点node13，链路L14连接中间节点node13和目的节点。不相交路径Path2的网络节点包括源节点S，目的节点D，中间节点node14和node15，链路L21连接源节点和中间节点node14，链路L22连接中间节点node14和中间节点nod1e5，链路L23连接中间节点node15和目的节点。

然后，利用路由计算模块获取每条链路的负载，也就是计算每条链路的可用带宽，如图1所示，计算链路L11，L12，L13，L14，L21，L22和L23的可用带宽。

本发明所提供的负载均衡方法，考虑了网络的异构性，可以应用于时分网络和分组交换网络，对于时分网络，例如，引入了ASON控制平面的SDH网络，网络节点的负载程度是由已被占用时隙数量和网络节点能提供总时隙数量所决定的。在时分网络中，某链路可用带宽的数值为空闲时隙数。例如，在基于SDH的网络中，某链路的可用带宽的数值等于该链路上空闲VC-4的数量。

在SDH网络中，业务一般为VC-4、VC-4-4c、VC-4-16c等。在基于SDH的ASON网络中，控制平面路由实体应该持有每条TE链路上所有信号类型(VC-4、VC-4-4c、VC-4-16c)对应的空闲时隙数。因此在对某种类型业务进行基于负载均衡策略的路由计算时，在考察某条链路的可用带宽时，应针对业务请求的信号类型来取得该链路的可用带宽。

通过这样的做法，可以针对各种业务类型对网络的负载进行优化。由于各种信号类型之间并没有直接的数量上的对应关系，通过这种方法可以对大颗粒的业务进行更精细的调整。

而对于分组交换网络，网络节点的负载程度由已被占用的分组转发能力和网络节点能提供的总的分组转发能力所决定。在分组交换网络中，某链路的可用带宽数值为该链路单位时间能通过数据的字节比特数，根据链路容量的不同，其单位可为bps、Kbps或Mbps等。

在获得了链路的可用带宽后，将不相交路径中每条链路所能提供的可用带宽的最小值作为该不相交路径所能提供的最大负载，将不相交路径的最大负载除以该不相交路径的路径指数，得到不相交路径的负载指数，根据负载指数选择最优路径，其中，路径指数为Nⁱ，N为路径的跳数，i为负载调节指数。

利用下面的公式进一步说明本发明技术方案对某条路径的负载的衡量方法：

若某路径P经过链路为L₁、L₂、L₃......Ln，每条链路所能提供的可用带宽分别为B₁、B₂、B₃......Bn，则我们定义该路径P所能提供的最大负载为：

Bmax＝min{B₁、B₂、B₃......Bn}；

假设某路径P的跳数为N，其负载指数定义为：

I＝Bmax/Nⁱ；

其中i为负载调节指数。

本发明根据网络实际运行情况动态调整负载调节指数。通过该指数的调节，能使路由计算得到的最优路径P在尽可能提供最大的负载的情况下，占用网络资源的数量尽可能小，减少业务面临的节点和链路故障风险。

当网络承载的业务对可靠性要求比较高时，负载调节指数i取比较大的数值，这样可以减少业务面临的节点和链路故障风险。因为，当网络承载的业务对可靠性要求比较高时，或者网络的稳定性较差，容易出现节点或链路失效时，所选择的路径优先考虑跳数少的路径，这样的选择可以降低因为节点或链路故障导致的效率降低。

当网络承载的业务对可靠性要求比较低时，负载调节指数i取比较小的数值，保证路径的最大可用带宽。因为，当网络承载的业务对可靠性要求比较低时，或者网络的稳定性较高，不容易出现节点或链路失效时，所选择的路径优先考虑可用带宽较大的路径，这样的选择可以提高数据传输的速度，有效利用带宽。

当网络节点设备和链路的成本比较高时，负载调节指数i取比较大的数值，减少路径占用的节点和链路资源。因为，当网络节点设备和链路的成本比较高时，所选择的路径优先考虑跳数少的路径，这样的选择可以降低成本。

当网络节点设备和链路的成本比较低时，负载调节指数i取比较小的数值，保证路径的最大可用带宽。所选择的路径优先考虑可用带宽较大的路径，这样的选择可以提高数据传输的速度，有效利用带宽。

当网络的稳定性较差容易出现节点或链路失效时或当网络的延时较大时，负载调节指数i取比较大的数值。所选择的路径优先考虑跳数少的路径，可以降低因为节点或链路故障导致的效率降低，可以降低网络延时。

当网络的稳定性较好，不容易出现节点或链路失效时或当网络的延时较小时，负载调节指数i取比较小的数值。所选择的路径优先考虑可用带宽较大的路径，这样的选择可以提高数据传输的速度，有效利用带宽。

图1中描述了一个基于SDH的ASON网络，当建立一条由源节点S到目的节点D的业务时，可能的路径有Path1和Path2两个。Path1经过了链路L11、L12、L13、L14四条链路，四条链路的空闲VC-4时隙数分别为64、32、40和64，其跳数为4；Path2经过了链路L21、L22、L23三条链路，三条链路的空闲VC-4时隙数分别为48、64和27，其跳数为3。

当网络承载的业务对可靠性要求比较高时，当网络的稳定性较差容易出现节点或链路失效时，当网络节点设备和链路的运行成本比较高时或当网络的延时较大时，负载调节指数i取比较大的数值。

例如，在上述公式I＝Bmax/Nⁱ中，我们取负载调节指数i＝2来进行计算。

在Path1中，最大可用带宽为L12的空闲VC-4时隙数32，跳数N为4，因此负载指数I＝32/4²＝2；

在Path2中，最大可用带宽为L23的空闲VC-4时隙数27，跳数N为3，因此负载指数I＝27/3²＝3。

通过比较负载指数的大小我们可以得出，在负载均衡策略下衡量Path1和Path2，Path2为更优的路径。从上述比较可以看出，虽然Path1的可用带宽大于Path2的可用带宽，但是Path1的条数大于Path2的跳数，由于负载调节指数为较大的数值2，所以跳数对负载指数的影响更大。

当网络承载的业务对可靠性要求比较低时，当网络的稳定性较好，不容易出现节点或链路失效时，当网络节点设备和链路的运行成本比较低时或当网络的延时较小时，负载调节指数i取比较小的数值。

例如，在上述公式I＝Bmax/Nⁱ中，我们取负载调节指数i＝0.5来进行计算。

在Path1中，最大可用带宽为L12的空闲VC-4时隙数32，跳数N为4，因此负载指数I＝32/4^0.5＝16；

在Path2中，最大可用带宽为L23的空闲VC-4时隙数27，跳数N为3，因此负载指数I＝27/3^0.5＝15.59。

通过比较负载指数的大小我们可以得出，在负载均衡策略下衡量Path1和Path2，Path1为更优的路径。从上述比较可以看出，虽然Path1的条数大于Path2的跳数，但是Path1的可用带宽大于Path2的可用带宽，由于负载调节指数为较小的数值0.5，所以可用带宽对负载指数的影响更大。

如果多条不相交路径的负载指数相等，按他们在多重Dijkstra算法计算不相交路径时的次序，即，最先算出的不相交路径作为最优路径。另外，本发明实现负载均衡的第二实施例中，不相交的路径可以具有不同的负载调节指数i，如图2所示。

图2中描述了一个基于SDH的ASON网络，当建立一条由源节点S到目的节点D的业务时，可能的路径有Path1和Path2两个。Path1经过了链路L11、L12、L13、L14四条链路，四条链路的空闲VC-4时隙数分别为64、32、40和64，其跳数为4；Path2经过了链路L21、L22、L23三条链路，三条链路的空闲VC-4时隙数分别为48、64和27，其跳数为3。

根据Path1和Path2承载的业务对可靠性要求，Path1和Path2路径的稳定性，Path1和Path2路径的网络节点设备和链路的运行成本或Path1和Path2路径的网络延时，动态调整Path1和Path2路径的负载调节指数i。

例如，Path1负载调节指数i₁＝0.5和Path2的负载调节指数i₂＝1来进行计算。

在Path2中，最大可用带宽为L23的空闲VC-4时隙数27，跳数N为3，因此负载指数I＝27/3¹＝9。

通过比较负载指数的大小我们可以得出，在负载均衡策略下衡量Path1和Path2，Path1为更优的路径。

动态调整Path1和Path2路径的负载调节指数i，为Path1和Path2设置不同的负载调节指数，可以灵活的选择最优路径，有效的实现负载均衡，提高数据传输的速度，有效利用带宽。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种在基于同步数字系列的自动交换光网络中实现负载均衡的方法，利用多重Dijkstra算法计算源节点到目的节点的多条不相交的路径，每条不相交的路径都由网络节点和连接网络节点的链路组成，其特征在于，

利用自动交换光网络的路由计算模块获取每条不相交的路径所包括的所有链路的可用带宽，将每条不相交的路径所包括的所有链路的可用带宽的最小值，作为该不相交的路径所能提供的最大可用带宽，将每条不相交的路径的最大可用带宽除以该路径的路径指数，得到每条不相交的路径的负载指数，根据负载指数从多条不相交的路径选择最优路径，

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在时分网络中，网络节点的可用带宽由已被占用时隙数量和网络节点能提供总时隙数量所决定。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在时分网络中，链路的可用带宽的数值为空闲时隙数。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于同步数字系列的网络中，可用带宽的数值等于链路上空闲VC-4、VC-4-4c或VC-4-16c的数量。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在分组交换网络中，网络节点的可用带宽由已被占用的分组转发能力和网络节点能提供的总的分组转发能力所决定。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在分组交换网络中，链路的可用带宽的数值为链路单位时间能通过数据的字节比特数。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，当网络承载的业务对可靠性要求较高时，当网络的稳定性较差容易出现节点或链路失效时，当网络节点设备和链路的运行成本较高时或当网络的延时较大时，负载调节指数i取较大的数值。

8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，当网络承载的业务对可靠性要求较低时，当网络的稳定性较好不容易出现节点或链路失效时，当网络节点设备和链路的运行成本较低时或当网络的延时较小时，负载调节指数i取较小的数值。

9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，每条不相交的路径的具有相同的负载调节指数i。

10、如权利要求1所述的方法，其特征在于，每条不相交的路径的具有不同的负载调节指数i。