CN101361306B - 光网络中最优化动态选路 - Google Patents

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Abstract

一种用于包括第一种类型的节点和第二种类型的节点的网络的选路方法，特别是用于包括透明节点和再生节点的光通信网络的选路方法，该方法包括：构造包括给定节点(S)、第二节点(Ri)、在给定节点和第二节点之间的第一路径和每对第二节点之间的第二路径的简化的网络拓扑，其中第一和第二路径仅通过第一节点并具有可接受的贯穿成本，并且如果给定节点接收到指定仅通过第二节点可到达的目的节点(D)的选路请求，通过将目的节点和在目的节点和第二节点之间的仅通过第一节点并具有可接受的贯穿成本的第三路径加入到简化的网络拓扑，来构造增强型网络拓扑，并且在增强型网络拓扑中对从给定节点到目的节点的具有最低贯穿成本的路径进行搜索。

Description

光网络中最优化动态选路
发明领域
本发明通常涉及网络中的动态选路(routing)。特别是，本发明在光通信网络中，特别是在例如象波分复用(WDM)或密集波分复用(DWDM)光通信网络这样的波长交换和波段交换的光通信网络中，得到有利的但不唯一的应用，随后的描述将提及这些网络但这不意味着损失任何一般性。事实上，本发明的核心概念也可以同等地很好地应用到完全不同的背景中，其中必须根据给定的准则求出两点之间的最佳路径，例如半导体芯片中的信号选路，邮件服务中的包裹传递(DHL、UPS、FedEx等等)、流量规划等等。
背景技术
众所周知，在最近几年里通信网络中的关键要素之一一直是波分复用(WDM)或密集波分复用(DWDM)技术，这些技术允许在同一根光纤上复用用于传输的多个波长，因此增加了传输窗口中传输信道的密度，于是增加了光纤上承载的总信息。由于通信网络中带宽需求的增长，对WDM或DWDM设备的兴趣日益增加。当前对它们进行点对点的配置，这允许两段设备以更好的方式利用光纤资源。通过利用波长路由器，有可能进行更灵活的配置，波长路由器是能够对波长信道进行切换而不用终止它们并且通过每个都承载数个波长信道的光纤链接进行互连的设备。波长路由器对输入信号进行光/电/光(OEO)转换，因为通常利用电交换结构进行交换操作。这样的配置是昂贵的，因为它需要在每个中间节点终止所有的波长，即使最终的目的地是其它地方，然后重建朝向另一个中间节点的信号直到该目的地。考虑到技术的提高正将光信号的范围从数十公里延伸到数百公里(或数千公里)这一事实，去掉不必要的OEO转换可以获得较便宜的解决方案。新的网络解决方案可以基于具有OEO转换的波长路由器，以下被称为是不透明的或再生节点，和/或基于没有OEO转换的波长路由器，以下被称为是透明节点，和/或基于混合波长路由器，以下被称为是混合节点，它只部分地配备了OEO转换器。
在主要基于透明节点的网络情景中，必需的是估计动态建立跨越网络的新路径的可行性。在这样的情景中，存在光信号能够覆盖而不需要再生的最大长度，和这个最大长度取决于许多因素，例如象光纤长度、光纤类型、交换元件特性、信号比特率和波长的个数这样的因素。事实上，由于例如象衰减、耗散、非线性效应等等这样的许多物理现象，光信号沿它的路径会变差，这被称为信号损伤(signalimpairment)。当光层中的信号损伤阻碍了建立光路径时，需要再生节点对它们进行整形(flush)。总之，因为昂贵，载波宁愿限制网络中这样设备的运用，以下被称为有价值资源。
在传统的再生网络，即基于再生节点的网络中，每个节点再生光信号，由此对所有的信号损伤进行整形，因此使得有可能在网络上建立一条任意的路径。在这样的网络中，选路方法忽略信号损伤，因为网络设计保证任意路径的可行性。这样的网络中主要的焦点是要求出波长的连续性，其是在整个网络中沿一定的路径从源到目的地都是可用的波长。如果节点配备了波长转换器，即被设计为将一种波长转换成另一种波长的设备，这个任务比较容易，因为识别出一组能够覆盖从源到目的地的整个路径的波长就足够了。
为了减少成本，有可能建立利用透明节点的透明光网络。然而，因为对光传输的损伤，延伸到足够宽的区域(例如，国家环境)的真实网络几乎不能完全透明。
实际上，半透明的或混合光网络概念的应用，如图1所示，描述了可划分成一些透明子网400的半透明网络300，这些子网通常被称为透明岛(或域)。每个透明岛可以适当的延伸(对于光纤、设备等而言)，以便保证每个透明岛内的任何光路径都是可行的。沿每个透明岛的边界某些再生节点保证OEO转换以恢复原始信号的特征。这个解决方案以某种方式避免了需要确定哪些路径可行和哪些路径不可行的问题，简单地引入只允许可行路径的网络架构。另一方面，这个方法对于整个网络的资源利用是次最优的，因为两个不同透明岛内的客户机也许近得足以进行透明连接，即它们之间的路径可能是可行的，不需要利用昂贵的OEO转换。而且，这样的办法完全是静态的，因为在每个子网中引入变化是不容易的。
通过将整个光网络看成透明与再生节点的组合而获得对图1所述的情形较为动态的描绘。基于流量统计分析，基于地理和人口统计数据等，遵循适当的策略在网络中配置这些节点。这个画面似乎是一般到足以表示实际可行的任何光透明网络，从而允许以便宜的方式向终端用户提供服务。在这样的网络中不仅需要求出满足连续性约束条件的合适波长，而且需要求出满足信号损伤约束条件的路径。
用于求出路径和波长的方法通常被称为选路和波长分配(RWA)问题。有许多学术研究和调查试图以一致的方式或将它分成两个子问题：选路问题和波长分配问题，来找出解决这个问题的途径。
Li Bo，C.Xiaowen，K.Sohraby，Routing and wavelengthassignment vs.wavelength converter placement in all-opticalnetworks，IEEE Optical Communications，pp.S22-S28，2003年8月，基于通常是K-最短链路分离路径的每个源-目的地对之间的一组路由的研究提出了RWA问题的一种解决方案。如果光路连接请求到达了节点，其应当决定从预先计算的路径集合中选择一条路径然后根据最先合适法(first-fit method)分配空闲波长给所选择路径。与路径相关的权重不仅依赖于波长可用性，而且依赖于路径长度。
K.Taira，Y.Zhang，H.Takagi，S.K.Das，Efficient LightpathRouting in Wavelength-Routed Optical Networks，ICOIN 2002，LNCS2343，pp.291-304，2002，提出了解决RWA问题的试探算法。它首先解决了选路子问题，然后解决了波长分配子问题。这两个子问题用公式表示为选路问题并利用来自与该网络相关的变换图的辅助图上的最短路径选路技术解决了这个问题。
US 6,538,777公开了一种分配信道和路径给网络中沿候选信道路径的连接的方法，其中候选信道路径包括候选路径和沿候选路径的候选信道，并通过确定选择候选信道路径对网络的各个效应来执行。这些效应包括对除了候选信道路径之外的至少一个信道路径的效应，其与候选路径共享链接。基于所确定的效应选择和分配候选信道路径。对网络的效应的确定基于路径的容量。在已经请求单一连接的情况下，或另外，在已经请求了多个连接的情况下，可以使用这个解决方案。通过首先为由候选信道路径分配所产生的多个网络状态中的每个计算网络中一组受影响路径的依赖于路径容量的值之和，然后选择得到最大和的候选信道路径，来选择候选信道路径。
I.Tomkos，D.Vogiatzis，C.Mas，I.Zacharopoulos，A.Tzanakaki，E.Varvarigos，Performance engineering of metropolitan area opticalnetworks through impairment constraint routing，IEEE OpticalCommunications，pp.S40-S47，2004年8月，演示了损伤约束选路对于透明城域光网络的性能工程的使用。特别是，这篇论文示出了阻塞概率和不同网络特性之间的关系，例如象跨越长度、放大器噪声图形、比特率这样的网络特性，并提供有关要求实现可接受的网络性能的***规范的信息。
在US2003/0016414中提出了考虑信号损伤的解决方案，其中通过将波长延伸(wavelength reach)映射到导致网络延伸增加的需求分布(灵活的延伸)，执行路径选择和对所选择路径的波长分配。当在线测量的性能数据用于路径选择和波长分配时，网络延伸进一步增加。连接可以通过优化整个路径的参数或各个路径的再生一段路径的参数单独地进行设计/升级。升级包括改变波长、调整再生一段路径的参数、控制发射功率、将一定的发射机和/或接收机映射到各个波长，选择某一链接上的波长，以便减少串扰、增加波长的间隔等等。
发明内容
本申请人已经观察到上述现有技术受几种缺陷的影响。
对于Li Bo等人的文章，K.Taira等人的文章和US 6,538,777，申请人已经观察到所有这些文献认识到可能的解决方案而没有考虑信号损伤。这在再生网络，即具有OEO转换器的网络，中是可接受的，但是也许在透明网络，即没有OEO转换器的网络，中是不适合的。
关于I.Tomkos等人的文章，本申请人已经注意到选路算法是基于取决于信号损伤和流量矩阵(应当被称为“现有的”)上的度量，从而仅在缓慢变化的情景中保证最佳的性能。
与US2003/0016414联系起来，本申请人已经观察到所提出的解决方案也许在拥塞网络中导致很高的阻塞概率，因为仅靠“后验”确定路径的可行性，因此不能确保路径的可行性。而且由于所采用的网络模型在所有网络节点上需要OEO转换，不可能如此有效的减少成本。
本发明的目的是提供例如通过使OEO转换器/或波长转换器的用量最小，使WDM半透明网络的开发，特别是有价值的网络资源的利用，最优化的动态选路，其从信号损伤的观点来看保证路径的可行性，并足够灵活的遵循可变流量模型和适应网络拓扑的变化(例如，新设备的配置)。
本发明实现这个目的是由于它涉及一种网络的选路方法和实施这样的选路方法的网络，如所附权利要求中限定的那样。
特别是，本发明的选路方法通过执行两个阶段取得了前述目的。进行第一阶段期间，每个网络节点收集关于例如象光纤、设备等的物理特征这样的网络特征、包括节点类型、节点容量等的拓扑和度量信息这样的信息。根据此后所述的方法，被收集在专用数据库上的这个信息，可以至少被需要计算该网络之内的路由的网络节点使用。
从传输的观点看，这样的节点负责求出它们能够达到而不用通过再生节点的哪些其它网络节点，并求出哪些与这些其它网络节点相连的路径是可行的。而且，为了确定再生节点通过其能够彼此到达的路径，使用所收集的信息。基于所有这些信息，每个网络节点能够建立一个涉及网络节点本身、再生节点和它们之间的可行路径的简化的网络拓扑。这个简化的网络拓扑，在下面也被称为“基本逻辑拓扑”，将用作为加速根据需求进行的路径搜索的出发点。一旦执行了这第一个阶段，除非影响该简化的网络拓扑的严重变化(象节点拆除或新节点的配置、信号损伤的变化等等类似的拓扑变化)在网络中发生。
在第二个阶段期间，根据给定的准则，接收将信号路由到另一个网络节点的请求的每个网络节点搜索去向另一个网络节点的路径。在下面，接收选路请求的网络节点将被认为是源节点(或根节点)，信号必须发送到的网络节点将被认为是目的节点。如果源节点能够到达目的节点而不通过再生节点(这个信息从第一个阶段得知)，在第一个阶段期间，它简单地从那些已经搜索出来的路径当中选择一条路径。如果源节点仅能够通过再生节点到达目的节点，它使用第一个阶段期间计算出的基本的逻辑拓扑。目的节点和每个再生节点之间的关系被加入到基本逻辑拓扑，然后根据载波的准则搜索一条路径。一旦对每个不同的所需目的节点，至少执行了第二个阶段一次。因为原则上，仅在网络建立期间涉及第一个阶段，所以第一个阶段期间集中了大部分计算和一般大多数耗时的活动。在这样的阶段期间，耗时活动和因此产生的一些延迟是可以接受的，而不影响整体的网络性能。相反，第二个阶段必须尽可能快的迅速答复选路请求。通过本发明的方法达到这个目的。
本发明因此涉及网络的选路方法，特别是光通信网络的选路方法，其中至少部分地包括第一种类型的节点和第二种类型的节点，特别是透明节点和再生节点。该方法首先包括：构造包括给定节点、所有第二节点、给定节点和第二节点之间的第一路径、每对第二节点之间的第二路径的简化的网络拓扑，其中第一和第二路径仅通过第一节点并具有可接受的贯穿成本(run-through cost)；于是，如果给定的节点接收指定仅通过第二节点可达的目的节点的选路请求，该方法包括通过将目的节点和目的节点与第二节点之间的仅通过第一节点并具有可接受的贯穿成本的第三种路径加入这个简化的网络拓扑，构造增强型的网络拓扑，在增强型的网络拓扑中搜索从给定节点到目的节点的、具有最低贯穿成本的路径。
本发明的选路方法因此包括下列步骤：
●对于在第一和第二节点之间的至少给定节点，搜索给定节点和第二节点之间的、仅通过第一节点并具有与其相关的低于预定成本的贯穿成本的第一组路径；
●搜索包括每对第二节点之间的、仅通过第一节点并具有与其相关的低于预定成本的贯穿成本的路径的第二组路径；
●构造包括给定节点、所有第二节点、第一组路径和第二组路径的简化的网络拓扑；
●在给定的节点接收指定在第一和第二节点之间的目的节点的选路请求，以及
如果目的节点从给定节点仅通过第二节点是可达的：
●通过将目的节点和包括在目的节点和第二节点之间的、仅通过第一节点和具有与其相关的低于预定成本的贯穿成本的路径的第三组路径加入简化的网络拓扑，来构造增强型的网络拓扑；以及
●在增强型的网络拓扑中搜索从给定节点到目的节点的、具有最低贯穿成本的路径。
该方法优选地进一步包括：
●搜索包括给定节点和第一节点之间的、仅通过第一节点并具有与其相关的低于预定成本的贯穿成本的路径的第四组路径。
而且，如果所述目的节点从所述给定节点通过第四组路径是可达的，该方法可以进一步包括步骤：
●在第四组路径中搜索从给定节点到目的节点的、具有最低贯穿成本的路径。
此外，如果目的节点从给定节点通过第四组路径是可达的，该方法可以包括：
●在第四组路径和增强型网络拓扑中搜索从给定节点到目的节点的、具有最低贯穿成本的路径。
在第四组路径和增强型网络拓扑中搜索从给定节点到目的节点的、具有最低贯穿成本的路径的步骤可以包括：
●在从给定节点到目的节点的具有最低贯穿成本的第四组路径中选择路径；
●选择在增强型网络拓扑中的从给定节点到目的节点的具有最低贯穿成本的路径，以及
●将具有最低贯穿成本的第四组路径中的路径与具有最低贯穿成本的增强型网络拓扑中的路径进行比较。
该方法可以进一步包括，在给定节点接收指定目的节点的选路请求之后，检测目的节点是否从给定节点通过第四组路径是可达的。
每条路径优选地至少包括网络传输资源，并且如果它包括至少一个不可用的网络传输资源，该方法可以进一步包括从增强型网络拓扑中排除路径。
该方法优选地也包括用第一组、第二组、第三组和第四组路径中的路径对选路数据库进行更新。
该方法可以进一步包括：
●监视该网络以确定可能影响在简化的网络拓扑中的至少一个路径的可用性的拓扑变化；
●如果确定了变化，对于给定节点重构简化的网络拓扑。
可替换地或此外，该方法可以包括：
●监视该网络以确定可能影响在增强型网络拓扑中的至少一条路径的可用性的拓扑变化；以及
●如果确定这些变化，对于给定节点重构增强型网络拓扑。该方法可以进一步包括：
●监视该网络以确定可能影响在第四组路径中的至少一条路径的可用性的资源可用性变化。
该方法也优选地包括步骤：
●分析所述网络以区别第一节点与第二节点。
而且，该方法也优选地包括步骤：
●分析该网络以确定包括拓扑和与路径相关的贯穿成本的网络特性。
在一个可能的实施例中，通过给定节点搜索第一组路径、第二组路径和第三组路径。同样可以通过给定节点搜索第四组路径。
这里所考虑的网络优选的是通信网络，更优选的是光通信网络。光通信网络可以是波长交换的光通信网络和所有第一节点和第二节点可以被配置成转换信号波长。
优选地是，第一节点被配置成传输信号而不用再生，第二节点被配置成需要再生地传输信号。
第一和第二节点可以包括直接与客户机设备连接的边界节点，可以对每个边界节点执行构造简化网络拓扑的步骤。此外或可替换地，可以对每个边界节点执行构造增强型网络拓扑的步骤。
贯穿成本更优选地是信号损伤，预定成本更优选地是最大可允许的信号损伤。
本发明也涉及被配置成执行前述选路方法的网络。
该网络更优选地是通信网络。第一节点更优选地是信号非再生节点，第二节点更优选地是信号再生节点。更优选地是，通信网络是光通信网络。更有甚者，光通信网络是波长交换的光通信网络，特别是波分复用(WDM)或密集波分复用(DWDM)光通信网络，其中第一节点被配置成转换信号波长而不用进行电子转换，第二节点被配置成通过输入光信号的光/电/光转换并再生电信号来转换信号波长。
最终，本发明涉及包括适于执行上面方法步骤的装置的数据处理***，并涉及包括当所述计算机程序在计算机***上执行时，执行所有上面方法步骤的指令的计算机程序。
附图说明
为了更好地理解本发明，将参照附图阐述试图纯粹通过例子而并非解释为限制于此的优选实施例，其中：
图1示出的是半透明光网络的基本结构的方框图；
图2示出的是根据本发明的动态选路的第一个阶段的流程图；
图3示出的是根据本发明的一个实施例的动态选路的第二个阶段的流程图；
图4示出的是根据本发明的一个不同实施例的动态选路的第二个阶段的流程图；
图5至图13示出的是在本发明的动态选路的第一个和第二个阶段期间计算出的不同网络图形；以及
图14至图18示出的是在本发明的动态选路的第一个和第二个阶段期间计算出的不同表格。
具体实施方式
下面提出的讨论使本领域技术人员能够进行和使用本发明。本领域技术人员容易对这些实施例进行各种修改，在不违反本发明的精神和范围的前提下，这里的一般原理可以运用到其它的实施例和应用中。因此，本发明不试图限制于所示出的这些实施例，而是要符合与这里所附的权利要求所公开和定义的原理和特性相一致的最广范围。
现在将参照图5中所示出类型的任意半透明网络，即基于至少两个不同网络节点的半透明网络200，阐述根据本发明的动态选路。两种类型的节点更优选地是：
-信号再生节点，或“不透明”节点，如图5中的灰圆圈所示，并用字母R来标明；这些节点进行电信号再生并包括数字交叉连接交换(cross-connect switch)；和
-“透明”节点，如图5中的白圆圈所示，并用字母表中的其它字母标明；这些节点不能够再生信号并包括光λ交换。
特别是，光λ交换是能够改变信号波长(λ)而不用进行电转换的网络设备，而数字交叉连接交换是将电再生输入光信号的能力加入到光λ交换能力的网络设备。
在图5所示的半透明网络中，与透明节点和再生节点之间的区别无关的是，节点也可以被分成两类：边界节点和核心节点。边界节点与至少一个客户机节点相连，而核心节点没有与客户机节点相连，为此它们能够具有边界节点所具有的选路能力的子集。
客户机节点例如是路由器，此后被称为“客户机设备”并用图5中的CE所表示。客户机设备CE通过应答机(没有示出)与边界节点相连，其目的是使信号具有选路所需要的众所周知的特征(发射功率、调制格式、波长等等)。可替换地，可以进行透明的连接，但在这种情形中边界节点应当知道从客户机设备所接收的信号特征。
***200的节点通过由弧形表示的链接连接在一起。每个弧段连接一对节点，这表示能够传输一些波长的WDM或DWDM连接。在这里所述的例子中，每个弧段与一对数字相关，其中第一个是表示沿该弧段的所有信号损伤(即贯穿成本)的综合的权重，而第二个数字是该弧段的逻辑成本，例如，基于沿该弧段可用波长的个数和/或影响载波的其它参数。
假定光λ交换能够改变信号的波长(即将输入的波长转换成不同的输出波长)而不进行电转换，因为通过选路过程可以选择路径，同时可以将波长分配问题减少为在源节点处可用的波长之间选择任意波长(例如，最先合适法)而引入许多灵活性。在较现实的情景中，只有某些光交换(并且可能仅部分地)配备了波长转换器(即，稀疏转换情景)，因此有必要以此方式选择波长以便以最佳方式利用波长转换器，并减少阻塞概率。可以考虑至少两种可能的情景，即一种是节点知道在每个链接中有多少波长和哪些波长可用，一种是节点恰好知道在每个链接中有多少波长可用。在第一种情形中，在文献中有些已知的方法用于识别沿路径使用的最佳波长子集，同时在后一种情形中可能通过信令，例如可以识别符合沿路径的波长约束的一组波长的用于通用多协议标签交换(GMPLS)的流量工程中的资源预留协议(RSVP-TE)，识别沿路径使用的波长子集。
每个网络节点收集和传播范围可能从拓扑和度量到资源可用性的选路信息。此外，必须考虑所有链接的信号损伤，以使得节点能够在半透明网络中计算出可行的路径。
如前所述，本发明动态选路包括两个阶段。在第一个阶段期间，网络的每个节点(或，可能地，只是它们之中预定的子集)在网络数据库DB中收集关于网络特征的信息。基于所收集的信息，每个边界节点可以知道沿哪些路径它能够到达哪些其它(透明和再生)节点而不用通过再生节点和哪些其它节点它不能到达。而且，边界节点也知道再生节点能够彼此到达的途径。基于这个信息，每个边界节点建立简化的网络拓扑，也被称为涉及它自身、再生节点和它们之间可行的路径的“基本逻辑拓扑”。在网络建立期间，一旦执行了这第一个阶段，每次***中发生能够影响上面节点关系的变化(拓扑变化、信号损伤的变化等等)时可以更新这样获得的信息。尽管这里和下面假定只对网络的边界节点执行上面的有关基本逻辑拓扑构造的阶段，该***也能够被配置成根据特殊采用的选路架构通过其它各组节点进行这个阶段。而且，能够理解的是：可以通过节点本地执行第一个阶段的步骤，或通过与这些节点通信的适当配置的单元中心执行。
在第二个阶段期间，接收路由信号请求的网络节点，即源节点，计算朝向指定目的节点的路径。如果源节点能够到达目的节点而不用再生(源节点从第一个阶段得知这个信息)，它也许根据一定的载波准则(例如，最小拥塞路径、最短路径等等)在那些已经在第一个阶段期间计算出的路径中简单地选择路径。如果源节点需要沿朝向目的节点的路径再生信号，它使用在第一个阶段期间建立起来的基本逻辑拓扑。将目的节点和每个再生节点之间的关系加入到基本逻辑拓扑，然后根据载波准则搜索路径。
图2和图3示出的是涉及根据本发明的动态选路的流程图，其中图2涉及动态选路的第一个阶段，同时图3涉及动态选路的第二个阶段。
正如以上所预料的那样，根据本发明的动态选路可以在具有分布式架构-即在节点实施功能性(即选路、信令等等)的架构-，集中式架构-即由使结果可用于选路操作的专用中央单元执行所有步骤的架构-，或者混合架构-即其中某些功能是分布式的而其它是集中式的架构-，的光网络中实施。下面将参照分布式架构进行描述，应当理解的是所描述的可能通过集中式处理***可替换地实现。
参照图2，最初网络节点收集涉及例如象光纤、设备等的信号损伤这样的网络特征(10a)的信息(方框10)，涉及例如象节点类型、节点容量、链接类型、链接能力、节点之间的关系等等这样的网络拓扑(10b)的信息，涉及例如象链接成本这样的网络度量(10c)的信息，以及涉及资源可用性(10d)(例如波长和再生器)的信息。
当网络中出现某些变化时，例如象新节点的配置或移除、波长和/或再生器可用性的变化，每个参与选路过程的节点估计更新它的数据库DB的需要(方框20)，和如果需要进行更新(从方框20中的Y离开)，它们用拓扑的变化更新数据库DB并向网络中的其它节点传播网络的变化(方框30)。相反，如果不需要更新(从方框20的N离开)，则什么也不用做。
如果数据库DB已经得到了更新，每个边界节点估计重新计算包括在选路数据库RDB中的可行路径列表的需要(方框40)。选路数据库RDB可以是集中式的，或分布式的；在本情形中，它是分布式的。为了本发明的目的，如果路径满足信号损伤准则且如果它不经过有价值的资源，即再生节点Ri，它就被认为是“可行的路径”。这样的路径因此不使用再生资源，为此它们能够被划分为透明路径。在本步骤中，因此，每个边界节点估计网络拓扑中的变化是否使当前的可行路径列表失效。如果不是(从方框40中的N离开)，然后每个边界节点估计简单更新选路数据库RDB的便利(方框50)。如果是(从方框50中的Y离开)，对选路数据库RDB进行更新(方框100)。如果不(从方框50中的N离开)，什么也不用做。例如，当在带宽可用性、再生可用性或链接失败的简单修改发生时，也许更新选路数据库RDB而不是完全重新计算它是便利的，因此节省处理资源。
当新的选路信息要求重新计算选路数据库RDB(从块40中的Y离开)时，每个边界节点执行下列的步骤：
●根据所有网络节点的类型，对它们进行分类，于是区别透明节点(光λ交换)与再生节点(数字交叉连接交换)(方框60)。图18示出的是列出所有网络节点和它们的拓扑的表；
●对在考虑信号损伤的情况下边界节点和再生节点能够到达而不用经过有价值的资源的所有网络节点进行搜索(方框70)，(例如，OEO再生节点Ri)且不会超过最大预定的信号损伤(贯穿成本)。此后，这组节点将被称为与所考虑的边界或再生节点相关的“可达性岛”。可替换地，再生节点的“可达性岛”可以通过中心服务器被计算出来，且将该结果提供给边界节点。作为例子，图6和图7示出的分别是与节点S和D相关的可达性岛IS和ID(灰色区域)；在这两个图中，与弧段相关的权重表示信号损伤，且假定沿路径允许累积的权重的最大值是8(任意单位)。为简单起见，仅示出了信号损伤的权重。不同的参数或它们的组合可以用作为信号损伤权重(简短的讨论和某些参考文献的文摘在上面提到的I.Tomko等人的文章中示出)。这里所示的方法与所采用的权重无关。唯一要求是它们能够被线性相加。图14示出的是列出了图5的半透明网络中属于分别与节点S、D和R3相关的可达性岛IS、ID和IR3的网络节点的表；
●对在边界节点和与该边界节点相关的可达性岛中每个其它节点之间的可行路径进行搜索，例如，使用穷举算法或K-最短路径算法进行搜索(方框80)。因此，这些可行的路径包括边界节点和透明节点之间的、仅通过第一节点和具有与之相关的低于预定成本(最大可允许信号损伤)的贯穿成本的一组路径和在边界节点和再生节点之间的、仅通过第一节点和具有与之相关的低于预定成本的贯穿成本的另外一组路径。可选的是，对于与边界节点相关的可达性岛中的每个节点，可以根据给定的准则，例如通过跳数、波长可用性、波长转换数或它们的组合所定义的优选载波度量，来安排可达的路径。作为例子，图15示出的是列出在边界节点S和图6示出的可达性岛Is中的每个其它节点之间的所有可行路径的表，其中对于每个目的节点，根据优选载波度量，例如如成本值所表明的跳数，来安排路径；
●可选的是，每个边界节点能够为网络中的每个其它边界节点计算可达性岛，识别出在所计算的可达性岛内的再生节点，计算出在每个可达性岛内的边界节点和再生节点之间的所有可行的路径(方框85)。作为例子，图10示出的是描述边界节点D和可达性岛ID中的每个再生节点之间的所有可行路径的图，而图16示出的是列出这些所有可行的路径的表，其中对于每个目的节点，根据跳数安排路径；
●在半透明网络中搜索在每对再生节点Ri，Rj之间所有可行路径(仅通过透明节点)的集合(方框90)。作为例子，图8示出的是描述半透明网络200中的每对再生节点Ri，Rj之间所有可行路径的图，而图17示出的是列出这样的所有可行路径的表，其中对于每个目的节点，根据跳数安排路径；和
●用在前两个步骤(或可选的三个步骤)中计算出的路径对选路数据库RDB中的可行路径列表进行更新(100)。
前文隐含的是当建立***时，第一次执行前面从60到100的步骤(随后，每次必须重新计算可行路径列表时都重复)。
至于可达性岛的计算，可以利用修改的Dijkstra算法选择每个可达性岛中的节点，该修改的Dijkstra算法将网络节点组织成树结构和当沿分枝累积的权重超过固定值(在所考虑的例子中设置为8个单位)时，其中累积的权重表示该分枝的信号损伤，中断该分枝。在运行该算法之后，计算出的Dijkstra树中的所有节点属于可达性岛，并且对于所有这些节点，从源节点(例如节点S)至少存在一条可行路径(从传输的观点来看)。
将图5的半透明网络划分成与每个网络节点相关的可达性岛，可以减少可行路径列表搜索中涉及的网络节点个数，因此也可以满意的性能应用穷举(不可伸缩的)算法。特别是，可以将每对网络节点之间可行路径列表的搜索中涉及的网络节点的个数减少到属于与两个网络节点相关的可达性岛的交集的那些节点。可以执行使两个所考虑的节点的可达性岛相交的步骤，例如，在方框80、85和90的搜索步骤之前进行，因此其能够被限制于所得到的相交区域。
在本发明的动态选路第一个阶段结束时，每个边界节点知道朝向其可达性岛内的每个其它节点的所有可行路径，在每对再生节点Ri，Rj之间的所有可行路径，和可选地，在一般边界节点和与该一般边界节点相关的可达性岛内的每个再生节点之间的所有可行路径。
由于有了这个信息，每个边界节点现在能够建立基本的逻辑拓扑，它比原始拓扑简单并基于所考虑的网络节点本身、再生节点和它们之间的关系(弧段)。每个边界节点执行相同的程序并获得相应的基本逻辑拓扑。
作为例子，图9示出的是从网络200的边界节点S的视点来看的基本逻辑拓扑。特别是，图9基于图14、15、17和18的表。事实上，图14中的表示出的是再生节点R1，R2属于源节点S的可达性岛和因此S可以经过透明路径(即不通过另一再生节点)到达再生节点R1，R2。图18中的表高亮显示不属于源节点S的可达性岛但必须加入到基本逻辑拓扑的另一再生节点R3(除R1，R2之外)。必须通过加入再生节点(已经在图2的方框90中计算出来并在图8中和图17中的对应表中示出)之间和源节点和再生节点(已经在图2的方框80中计算出来和在图15中的表中示出)之间的关系来完成这个拓扑。
图3示出的是根据本发明的实施例的、涉及动态选路的第二个阶段的流程图，即搜索在接收选路请求的一般源节点S和一般目的节点D之间经过再生节点Rj和其它一般网络节点Ni(A、B、C......)的路径。
如图3所示，当对节点S做出将信号路由到目的节点D的请求时，即当做出搜索源节点S和目的节点D之间的路径的请求时(方框110)，具有或没有约束，执行路径搜索的主要步骤是：
●检测目的节点D是否在与源节点S相关的可达性岛Is之内(方框120)；
●如果不是(从方框120的N离开)，参照方框140执行后面所述的步骤；
●如果是(从方框120的Y离开)，基于载波度量和第一个阶段期间已经计算出来的结果(方框80)，从存储在选路数据库RDB中的可行路径列表中挑选最佳的预先计算的路径(如果可用的话)(方框130)。这种情形没有利用有价值的资源，即OEO再生节点，因此在这个步骤期间，过程恰好沿着在第一个阶段已经计算出来的不同可行路径来检验资源的可用性；
●如果第一个阶段期间还没有完成，对与目的节点D相关的可达性岛ID内的所有再生节点Ri进行搜索(方框140)；
●对于与目的节点D相关的可达性岛ID中的每个再生节点Ri，确定从信号损伤的观点来看是可行的、从再生节点Ri到目的节点D的所有路径集合而不利用有价值的资源(方框150)，即如果在第一个阶段期间还没有完成，确定再生节点Ri和目的节点D之间的、仅通过第一节点并具有与之相关的、低于最大可允许成本的贯穿成本的路径。作为例子，图10示出的是图7中所示的网络中再生节点R1、R2及R3和目的节点D之间的可行路径；
●基于基本逻辑拓扑，通过执行下列步骤，建立网络拓扑，此后被称为“增强型逻辑拓扑”或“增强型网络拓扑”(方框160)：
○将目的节点D，与目的节点D相关的可达性岛ID中的再生节点Ri，和目的节点D和可达性岛ID(图10中的图)中再生节点Ri之间的路径集合加入到与源节点S相关的基本逻辑拓扑中(图9中的图)。图11示出的是通过合并图9和图10中的图所获得的“增强型逻辑拓扑”，其中节点S、D、R1、R2和R3由包括一个或多个透明节点的弧段所连接；
○对于增强型逻辑拓扑中的每个弧段，识别沿该弧段的资源可用性；以及
○如果沿弧段识别出不可用资源，去掉该弧段。具有不可用资源的弧段在图11a中用打点的虚线表示；
●对于增强型逻辑拓扑中的每对节点，根据载波度量，对与弧段相关的最佳可用路径进行搜索。图12示出的是产生的增强型逻辑拓扑和在源节点S和再生节点R1、R2和R3之间、在再生节点R1、R2和R3之间和在再生节点R1、R2和R3和目的节点D之间的最佳所选路径(方框165)；以及
●根据载波度量，选择在增强型逻辑拓扑上的源节点S和目的节点D之间的最佳路径(如果有的话)(方框170)。这是一个利用有价值资源，即OEO再生节点，的解决方案。图13示出的是图12的增强型逻辑拓扑，其中在源节点S、再生节点R1、R2和R3和目的节点D之间的真实路径(即包括中间节点的弧段)已经被相应的基本弧段和成本所代替，其中在源节点S和目的节点D之间的最佳路径(即具有较低贯穿成本的路径，在这种情形是通过R1的路径)是用粗线所表示的。如果目的节点D在与源节点S相关的可达性岛Is之内，在可行路径列表中所选择(方框130)和在第一个阶段期间计算出来(方框80)的路径和根据载波准则在增强型逻辑拓扑中挑选的路径(方框170)之间选择最佳路径(方框180)。
图4示出的是根据本发明的动态选路的第二个阶段的不同实施例的流程图，这个实施例与参照如图3所示的流程图所述的前一个实施例不同点只是在于如果目的节点D在与源节点S相关的可达性岛IS中(方框120)且在选路数据库RDB中存储的路径中对最佳预先计算路径的搜索是成功的(方框130)，第二个阶段结束而不执行参照方框140-180前述的步骤。
本发明的优点从前面的阐述中变得明显。
特别是，本发明一个优点在于它允许在考虑信号损伤和很少再生节点可用的拥塞网络中同样也取得很低的阻塞(blocking)概率。
本发明的另一优点是处理在操作服务期间网络内部节点和/或链接个数的变化而不使选路方法失效的能力。这是例如所有那些选路架构中值得考虑的限制，该选路架构基于为选路目的被分成透明岛(通过转发器与光层的其它部分可选地隔离的地理规模受限的子网)的网络。在这样的网络中，选路与网络设计严格有关且难以在配置后不危害选路原则的情况下修改其拓扑。
很清楚的是可以对本发明进行许多修改和变化，所有这些都落入所附权利要求所定义的本发明范围。
例如，在第二个阶段，检测目的节点D是否在与源节点S相关的可达性岛IS中的步骤(方框120)，和在肯定的情况下，在可行路径列表中挑选最佳的预先计算的路径(方框130)，能够省略，且仅在增强型逻辑拓扑中计算最佳路径而不考虑节点D的位置。而且，尽管已经参照通信网络公开了本发明，但是应当理解：相同的技术可能应用于不同的情况中；特别是，它是在必须求出两点之间的最短路由的任何时候都能够应用的最优化选路技术。其它可能的应用是例如，通过邮局(DHL、UPS和类似的机构)的包裹传递，或芯片中的信号选路，或道路流量规划。一般地，上述的信号损伤准则可以被考虑为沿所考虑的路径的贯穿成本低于最大可允许贯穿成本的需求。
同样应当理解：本发明的方法可以应用于包括第一种类型的节点和第二种类型的节点的网络中任何预定的部分，特别是包括透明节点和再生节点的光通信网络。例如在局域网中可以应用该方法。

Claims (48)

1.用于网络的选路方法，所述网络具有如下拓扑：其中至少第一节点和第二节点通过链接连接在一起，所述第一节点具有与所述第二节点不同的属性，所述链接形成用于所述选路的路径并且所述路径具有与之相关的各自贯穿成本，该方法包括：
●对于在所述第一和第二节点中的至少给定节点，搜索在所述给定节点和所述第二节点之间的、仅通过第一节点且具有与之相关的低于预定成本的贯穿成本的第一组路径；
●搜索包括每对第二节点之间的、仅通过第一节点且具有与之相关的低于所述预定成本的贯穿成本的路径的第二组路径；
●构造包括所述给定节点、所有所述第二节点、所述第一组路径和所述第二组路径的简化的网络拓扑；
●在所述给定节点处接收指定在第一和第二节点中的目的节点的选路请求，以及
如果所述目的节点从所述给定节点仅通过第二节点是可达的，则：
●通过将所述目的节点和包括所述目的节点和所述第二节点之间的仅通过第一节点并具有与之相关的低于所述预定成本的贯穿成本的路径的第三组路径加入到简化的网络拓扑，来构造增强型网络拓扑；以及
●在所述增强型网络拓扑中搜索从所述给定节点到所述目的节点的、具有最低贯穿成本的路径。
2.如权利要求1的方法，进一步包括：
●搜索包括在所述给定节点和所述第一节点之间的仅通过第一节点且具有与之相关的低于预定成本的贯穿成本的路径的第四组路径。
3.如权利要求2的方法，其中，如果所述目的节点从所述给定节点通过第四组中的路径是可达的，则该方法包括：
●在所述第四组路径中搜索从所述给定节点到所述目的节点的具有最低贯穿成本的路径。
4.如权利要求2的方法，其中，如果所述目的节点从所述给定节点通过第四组中的路径是可达的，则该方法包括：
●在所述第四组路径和所述增强型网络拓扑中搜索从所述给定节点到所述目的节点的具有最低贯穿成本的路径。
5.如权利要求4的方法，其中，在所述第四组路径和所述增强型网络拓扑中搜索从所述给定节点到所述目的节点的具有最低贯穿成本的路径包括：
●在所述第四组路径中选择从所述给定节点到所述目的节点的具有最低贯穿成本的路径；
●在增强型网络拓扑中选择从所述给定节点到所述目的节点的具有最低贯穿成本的路径，以及
●将所述第四组路径中具有最低贯穿成本的路径与增强型网络拓扑中具有最低贯穿成本的路径进行比较。
6.如权利要求2至5中的任何一个的方法，进一步包括：在所述给定节点接收到指定目的节点的选路请求之后，检测所述目的节点是否从所述给定节点通过第四组中的路径是可达的。
7.如权利要求1的方法，其中每个路径至少包括网络传输资源，并且如果路径至少包括不可用的网络传输资源，则该方法进一步包括从所述增强型网络拓扑中排除该路径。
8.如权利要求2至5中的任何一个的方法，进一步包括：
●用所述第一组、第二组、第三组和第四组路径中的路径对选路数据库进行更新。
9.如权利要求1的方法，进一步包括：
●监视所述网络以确定所述拓扑中的可能影响所述简化的网络拓扑中的至少一条路径的可用性的变化；以及
●如果确定了所述变化，则对于所述给定节点重新构造简化的网络拓扑。
10.如权利要求1的方法，进一步包括：
●监视所述网络以确定所述拓扑中的可能影响所述增强型网络拓扑中的至少一条路径的可用性的变化；以及
●如果确定了所述变化，对于所述给定节点重新构造增强型网络拓扑。
11.如权利要求2-5中的任何一个的方法，其中每条路径至少包括网络传输资源且该方法进一步包括：
●监视所述网络以确定资源可用性中的可能影响所述第四组路径中的至少一条路径的可用性的变化。
12.如权利要求1的方法，进一步包括：
●对所述网络进行分析以区别所述第一节点和所述第二节点。
13.如权利要求1的方法，进一步包括：
●分析所述网络以确定包括所述拓扑和所述与路径相关的贯穿成本的网络属性。
14.如权利要求1的方法，其中由所述给定节点搜索所述第一组路径、所述第二组路径和所述第三组路径。
15.如权利要求1的方法，其中由所述给定节点搜索所述第四组路径。
16.如权利要求1的方法，其中所述网络是通信网络。
17.如权利要求16的方法，其中所述通信网络是光通信网络。
18.如权利要求17的方法，其中所述光通信网络是波长交换光通信网络，且所有所述第一和第二节点被配置成转换信号波长。
19.如权利要求17或18的方法，其中所述第一节点被配置成传输信号而不用再生，所述第二节点被配置成传输信号且需要再生。
20.如权利要求16的方法，其中所述第一和第二节点包括直接与客户机设备相连的边界节点，并且其中，对每个所述边界节点执行构造简化的网络拓扑的步骤。
21.如权利要求16的方法，其中所述第一和第二节点包括直接与客户机设备相连的边界节点，并且其中，对每个所述边界节点执行构造增强型网络拓扑的步骤。
22.如权利要求16的方法，其中所述贯穿成本是信号损伤且所述预定成本是最大可允许的信号损伤。
23.一种具有如下拓扑的网络：其中第一节点和第二节点通过链接连接在一起，所述第一节点具有与所述第二节点不同的属性，所述网络被配置成执行根据前面权利要求中的任何一个的选路方法。
24.如权利要求23的网络，其中所述网络是通信网络，所述第一节点是信号非再生节点，而所述第二节点是信号再生节点。
25.如权利要求24的网络，其中所述通信网络是光通信网络。
26.如权利要求25的网络，其中所述光通信网络是波长交换光通信网络，特别是波分复用(WDM)或密集波分复用(DWDM)光通信网络，所述第一节点被配置成转换信号波长而不用进行电转换，而所述第二节点被配置成通过输入光信号的光/电/光转换来转换信号波长并再生电信号。
27.用于网络的选路***，所述网络具有如下拓扑：其中至少第一节点和第二节点通过链接连接在一起，所述第一节点具有与所述第二节点不同的属性，所述链接形成用于所述选路的路径并且所述路径具有与之相关的各自贯穿成本，该***包括：
●用于对于在所述第一和第二节点中的至少给定节点，搜索在所述给定节点和所述第二节点之间的、仅通过第一节点且具有与之相关的低于预定成本的贯穿成本的第一组路径的装置；
●用于搜索包括每对第二节点之间的、仅通过第一节点且具有与之相关的低于所述预定成本的贯穿成本的路径的第二组路径的装置；
●用于构造包括所述给定节点、所有所述第二节点、所述第一组路径和所述第二组路径的简化的网络拓扑的装置；
●用于在所述给定节点处接收指定在第一和第二节点中的目的节点的选路请求的装置，以及
用于如果所述目的节点从所述给定节点仅通过第二节点是可达的，则通过将所述目的节点和包括所述目的节点和所述第二节点之间的仅通过第一节点并具有与之相关的低于所述预定成本的贯穿成本的路径的第三组路径加入到简化的网络拓扑，来构造增强型网络拓扑，并且在所述增强型网络拓扑中搜索从所述给定节点到所述目的节点的、具有最低贯穿成本的路径的装置。
28.如权利要求27的***，进一步包括：
●用于搜索包括在所述给定节点和所述第一节点之间的仅通过第一节点且具有与之相关的低于预定成本的贯穿成本的路径的第四组路径的装置。
29.如权利要求28的***，该***还包括：
●用于如果所述目的节点从所述给定节点通过第四组中的路径是可达的，在所述第四组路径中搜索从所述给定节点到所述目的节点的具有最低贯穿成本的路径的装置。
30.如权利要求28的***，该***还包括：用于如果所述目的节点从所述给定节点通过第四组中的路径是可达的，在所述第四组路径和所述增强型网络拓扑中搜索从所述给定节点到所述目的节点的具有最低贯穿成本的路径的装置。
31.如权利要求30的***，其中，用于在所述第四组路径和所述增强型网络拓扑中搜索从所述给定节点到所述目的节点的具有最低贯穿成本的路径的装置包括：
●用于在所述第四组路径中选择从所述给定节点到所述目的节点的具有最低贯穿成本的路径的装置；
●用于在增强型网络拓扑中选择从所述给定节点到所述目的节点的具有最低贯穿成本的路径的装置，以及
●用于将所述第四组路径中具有最低贯穿成本的路径与增强型网络拓扑中具有最低贯穿成本的路径进行比较的装置。
32.如权利要求28至31中的任何一个的***，进一步包括：用于在所述给定节点接收到指定目的节点的选路请求之后，检测所述目的节点是否从所述给定节点通过第四组中的路径是可达的装置。
33.如权利要求27的***，其中每个路径至少包括网络传输资源，并且该***进一步包括：用于如果路径至少包括不可用的网络传输资源，则从所述增强型网络拓扑中排除该路径的装置。
34.如权利要求28至31中的任何一个的***，进一步包括：
●用于用所述第一组、第二组、第三组和第四组路径中的路径对选路数据库进行更新的装置。
35.如权利要求27的***，进一步包括：
●用于监视所述网络以确定所述拓扑中的可能影响所述简化的网络拓扑中的至少一条路径的可用性的变化的装置；以及
●用于如果确定了所述变化，则对于所述给定节点重新构造简化的网络拓扑的装置。
36.如权利要求27的***，进一步包括：
●用于监视所述网络以确定所述拓扑中的可能影响所述增强型网络拓扑中的至少一条路径的可用性的变化的装置；以及
●用于如果确定了所述变化，对于所述给定节点重新构造增强型网络拓扑的装置。
37.如权利要求28至31中的任何一个的***，其中每条路径至少包括网络传输资源，并且该***进一步包括：
●用于监视所述网络以确定资源可用性中的可能影响所述第四组路径中的至少一条路径的可用性的变化的装置。
38.如权利要求27的***，进一步包括：
●用于对所述网络进行分析以区别所述第一节点和所述第二节点的装置。
39.如权利要求27的***，进一步包括：
用于分析所述网络以确定包括所述拓扑和所述与路径相关的贯穿成本的网络属性的装置。
40.如权利要求27的***，其中由所述给定节点搜索所述第一组路径、所述第二组路径和所述第三组路径。
41.如权利要求27的***，其中由所述给定节点搜索所述第四组路径。
42.如权利要求27的***，其中所述网络是通信网络。
43.如权利要求42的***，其中所述通信网络是光通信网络。
44.如权利要求43的***，其中所述光通信网络是波长交换光通信网络，且所有所述第一和第二节点被配置成转换信号波长。
45.如权利要求43或44的***，其中所述第一节点被配置成传输信号而不用再生，所述第二节点被配置成传输信号且需要再生。
46.如权利要求42的***，其中所述第一和第二节点包括直接与客户机设备相连的边界节点，并且其中，所述***还包括对每个所述边界节点执行用于构造简化的网络拓扑的装置。
47.如权利要求42的***，其中所述第一和第二节点包括直接与客户机设备相连的边界节点，并且其中，所述***还包括对每个所述边界节点执行用于构造增强型网络拓扑的装置。
48.如权利要求42的***，其中所述贯穿成本是信号损伤且所述预定成本是最大可允许的信号损伤。
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