CN101621721A - K优路径的计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种K优路径的计算方法及装置，属于路径计算技术领域，该方法包括：计算出当前光网络中流量工程链路全网拓扑图的最小生成树；在计算得到的最小生成树上对待建光通路中的必经链路或必经节点进行排序处理；按照排序后的必经链路和必经节点进行分段计算，并对分段计算得到的路径进行拼装K优路径。通过对在计算得到的最小生成树上，对必经节点和必经链路进行排序处理，有效避免了因必经节点和必经链路的无序性而导致路径拼装失败的概率，并且可加快路径可达性的快速判断，有效提高了路径拼装成功率，有利于提高路径计算的可靠性。

Description

K优路径的计算方法及装置

技术领域

本发明属于路径计算技术领域，尤其涉及一种应用于光网络中的K优路径的计算方法及装置。

背景技术

路径分析是光网络分析的重要组成部分，网络分析包括最优路径分析、K优路径分析和最优遍历路径分析。在WDM(波分复用)光网络中，路径计算和波长分配是RWA(routing and wavelength assignment，路径和波长分配)的两个子问题。通常路径计算会为波长分配提供K条优路径，以便提高波长分配成功的概率。

目前，大多数的K优路径算法是在Dijkstra算法基础上进行的。当K优路径算法的输入条件为必经多个链路和节点时，通常采用分段计算的方法，然后把分段计算的结果拼装成完整的K条最优路径。如果在拼装的过程中发现有链路或者节点和上次计算出的路径重合(参与分段的节点除外)，则该路径的拼装过程失败，如果拼装过程中所有的拼装路径都失败，那么本次计算的K条最优路径就会失败(停止路径计算)。最终波长分配将得不到任何一条路径和波长资源，波长分配失败。

在分段计算时，根据配置可以先计算从首节点到第一个必经条件，或者是最后一个必经条件到尾节点，由于必经条件是由连接管理模块给出的，可能给出多个必经条件，并且必经条件没有按照某种原则进行排序，这会导致必经条件在离首尾节点的“远近”上是随机确定的，上述“远近”可按跳数或者链路开销来确定，而上述必经条件可理解为必经节点或者必经链路。

参见图1，其中A点为首节点，Z点为尾节点，在A点和Z点之间，包括：必经条件1、必经条件2、......和必经条件N。如果必经条件N离Z点比必经条件N-1离Z点距离还远，那么根据上面描述的算法，可能会得到如图2所示的路径示意图，首先从尾节点Z到必经条件N-1，然后从必经条件N-1到必经条件N，再从必经条件N返回必经条件N-1，最后从必经条件N-1到其他必经条件。根据路径拼装的原则，当拼装时发现有重复链路或者重复节点，就可认为该路径拼装失败。

由于在现有技术中，未对必经条件按照某种原则进行排序处理，导致容易造成有重复链路或重复节点的现象，降低了K优路径拼装的成功率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种K优路径的计算方法及装置，可有效提高K优路径拼装的成功率，有利于提高路径计算的可靠性。

为了达到上述目的，本发明提供一种K优路径的计算方法，所述方法包括：

步骤A、计算出当前光网络中流量工程的链路全网拓扑图的最小生成树；

步骤B、在计算得到的所述最小生成树上对待建光通路中的必经链路或必经节点进行排序处理；

步骤C、按照排序后的所述必经链路和必经节点进行分段计算，并对分段计算得到的路径进行拼装K优路径。

优选的，所述步骤A具体为：

以待建光通路的尾节点为根部，计算出当前光网络中流量工程的链路全网拓扑图的最小生成树。

优选的，所述计算出当前光网络中流量工程的链路全网拓扑图的最小生成树的步骤具体为：

利用SPF最短路径优先算法，计算出当前光网络中流量工程的链路全网拓扑图的最小生成树。

优选的，在所述步骤A之前，所述方法还包括：

生成当前光网络中所有TE流量工程链路的全网拓扑图；

根据预定的限制条件，修剪所述TE链路的全网拓扑图。

优选的，执行所述步骤B之前，所述方法还包括：

判断待建光通路中的首节点、尾节点和必经节点是否都在所述最小生成树上，若是，执行所述步骤B，否则，返回K优路径计算失败。

优选的，所述对待建光通路中的必经链路或必经节点进行排序处理的步骤为：

按照所述必经链路或者必经节点与待建光通路的尾节点的距离进行排序处理。

优选的，执行所述步骤C之后，所述方法还包括：

判断K优路径的拼装是否失败，若是，返回K优路径计算失败，否则，返回执行步骤C。

优选的，在返回步骤C之前，所述方法还包括：

判断分段计算是否完成，若没有，则返回步骤C；否则，计算出K优路径中每条路径的排除权重值；然后根据计算得到的所述排除权重值，对K优路径中的路径进行排序处理。

本发明还提供一种K优路径的计算装置，所述装置包括：

最小生成树生成模块，用于计算出当前光网络中流量工程的链路全网拓扑图的最小生成树；

必经条件排序模块，用于在计算得到的所述最小生成树上对待建光通路中的必经链路和必经节点进行排序处理；

路径拼装模块，用于按照排序后的所述必经链路或必经节点进行分段计算，并对分段计算得到的路径进行拼装K优路径。

优选的，所述计算装置还包括：

拓扑图生成模块，用于生成当前光网络中所有TE流量工程链路的全网拓扑图；

拓扑图修剪模块，用于根据预定的限制条件，修剪所述TE链路的全网拓扑图。

上述技术方案中的至少一个技术具有如下有益效果：通过在计算得到的最小生成树上对必经节点和必经链路进行排序处理，有效避免了因必经节点和必经链路的无序性而导致路径拼装失败的概率，并且通过判断首节点和尾节点是否在最小生成树上还可加快路径可达性的快速判断，有效提高了K优路径拼装的成功率，有利于提高路径计算的可靠性。最后还可通过对必经链路和必经节点的松散排除条件进行排序，可有效排除网络故障经过的链路和节点，有效提高了光网络的可靠性。

附图说明

图1为现有技术中首节点和尾节点之间的必经条件的示意图；

图2为采用现有技术计算得到的K优路径示意图；

图3为本实施例中K优路径的计算方法的流程图；

图4为本实施例中一典型组网；

图5为基于图4中典型组网的计算得到的最小生成树；

图6为本实施例中K优路径的计算装置的框图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细地说明。在此，本发明的示意性实施例及说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

参见图3，为本实施例中K优路径的计算方法流程图，具体步骤如下：

步骤301、生成当前光网络中所有TE(Traffic engineering，流量工程)链路的全网拓扑图；

TE链路的全网拓扑图由路径协议(OSPF(开放最短路径优先)或者ISIS(中间***到中间***))TE扩展泛洪信息得到，并保存在TED(TE Database)数据库中。

步骤302、修剪TE链路的全网拓扑图，然后执行步骤303。

也就是，可根据预定的限制条件，修剪TE链路的全网拓扑图。上述限制条件包括：避开限制条件和单边限制条件，其中

1)避开限制条件是指：在K优路径的计算过程中需排除的避开节点，该避开节点是指满足用户约束条件的最短路径中必须避开的节点。

2)单边限制条件是指：除去TE链路的全网拓扑图中的单边TE链路。

在使用避开限制条件进行修剪TE链路的全网拓扑图后，由于可能存在某两个节点之间形成单边TE链路，而对于双向的通信业务，此单边TE链路不能参与K路径计算，因此可通过单边限制条件对该TE链路的全网拓扑图进行修剪处理，除去TE链路的全网拓扑图中的单边TE链路。上述限制条件可以是由网络管理员预先设置。

步骤303、计算当前光网络中TE链路的全网拓扑图的最小生成树，然后执行步骤304。

在本实施例中，可以待建光通路的尾节点为根部，采用SPF(最短路径优先)算法来计算出TE链路的全网拓扑图的最小生成树，其中SPF算法是OSPF路径计算的基础算法，在计算时首先输入TE链路的全网拓扑图和待建光通路的尾节点(Z节点)，经过计算得到的结果是：以Z节点为root(根部)的树(该树表示为：节点和链路的集合)，当然也可采用其他算法计算得到最小生成树，在本实施例中并不限制采用算法的具体方式。

步骤304、判断待建光通路中的首节点、尾节点和必经节点是否都在该最小生成树上，若是，执行步骤305；否则，返回K优路径计算失败。

在步骤303中计算得到的最小生成树可表示为一系列链路和节点的集合，通过该集合构成最小生成树。在本步骤中也就是通过查询首节点、尾节点和必经节点(可将必经链路转为两个必经节点)是否在该集合中的方式，来判断首节点、尾节点和必经节点是否在该最小生成树上，若都在，则可执行步骤305，否则，返回K优路径计算失败。

上述必经节点是指满足用户约束条件的最短路径中必须经过的节点。

在本实施例中，首节点和尾节点不在最小生成树上的原因可能包括如下两种情况：

1)存在两个或多个非连通拓扑图，此时该首节点和尾节点分别位于不同的拓扑图上。

2)由于SPF算法计算的对象是双向图(边为双向，或者称为无向图)，在进行SPF算法计算之前，先对原始的TE链路的拓扑图进行修正，除去单边的TE链路，结果可能导致首节点和尾节点位于不同的拓扑图中，或者该节点是孤立点(没有任何TE链路的边)，不存在于任何拓扑图中。

当出现上述两种情况时，即可判断出首节点或者尾节点不在该最小生成树上，当然也并不限于上述两种情况。通过判断首节点和尾节点是否在该最小生成树上，有效提高了路径可达性(非连通图)的快速判断。

步骤305、在计算得到的最小生成树中对待建光通路中的必经节点或者必经链路进行排序处理；

例如，可按照预定的排序策略对该必经节点进行排序处理，该排序策略可按照必经节点与待建光通路的尾节点的距离进行排序，当然也可按照必经节点与待建光通路的首节点的距离进行排序，通过根据最小生成树对必经节点进行排序处理，以便对排序后的结果进行分段路径计算。而且能够有效避免在路径中出现重复链路或者重复节点的现象，提高了拼装K优路径的效率。

步骤306、按照排序后的必经节点进行分段路径计算，然后执行步骤307；

在本步骤中，可调用K优算法分段计算路径。为了得到K优路径，在每个分段计算时，K优算法的约束条件中要包含所有其他必经节点信息，用以保证计算结果中不存在重复节点和重复链路。

步骤307、根据计算得到的分段路径，进行K优路径拼装，然后执行步骤308；

可采用现有的路径拼装方式对计算得到的分段路径进行拼装处理，并记录当前所有拼装的成功路径的个数。

步骤308、判断K优路径的拼装是否失败？若失败，则返回K优路径计算失败；否则执行步骤309；

在本步骤中，可通过判断是否存在重复链路来判断K优路径拼装是否失败，若有重复链路，则路径拼装失败。当然也可通过是否存在重复节点来判断K优路径拼装是否失败，若有重复节点，则路径拼装失败。

步骤309、判断分段计算是否完成？若是，执行步骤310；否则，返回步骤306；

也就是重复执行步骤306～308，直到分段计算和拼装完成。

由于通过分段计算出的最终拼装路径可能不是按照最小跳数或者最小链路代价排序的，因此可根据得到的当前所有拼装的成功路径的个数来判断是否有必要进行二次排序，若该个数为1，则返回K优路径计算失败，若个数大于1，则可对该必经节点或必经链路进行二次排序处理。

上述最小跳数是希望计算出的路径是可能存在的路径中经过节点的个数最少的。

上述最小链路代价中的代价是指TE链路的属性，与带宽有一定关系，带宽越大TE链路代价越小。在计算路径时，希望得到的路径所经过的链路的代价之和为最小，即希望走带宽大的路径。

步骤310、根据排除权重值，对K优路径中的路径进行排序处理。

也就是，可首先根据最小跳数或者最小链路代价对K优路径中的路径进行排序，然后根据预定的排除策略，计算出K优路径中每条路径的排除权重值，再根据该排除权重值对K优路径中的路径再次排序。上述排除权重值可理解为链路或者节点出现故障的概率值，当然也并不限于此。

上述预定的排除策略可以是松散排除条件，具体是指在得到了K优路径的情况下，按照松散排除的链路和松散排除的节点在这些路径中出现的次数，以一定的加权系数(链路的排除权重值大，节点的排除权重值小)得到一组排除权重值，然后按照这些排除权重值值对路径的先后顺序进行排序，从而可优先使用哪些排除权重值的路径，这样容易避开故障链路。

考虑到现实组网中，链路发生故障的概率要远远大于节点，因此，要优先选择避开链路的路径，即链路排除权重值要远远大于节点排除权重值。这是因为，如果路径计算中既要避开链路又要避开节点，但是如果都需要避开时，需要先选择哪个，后选择哪个。在本实施例中，可先选择避开链路，因为链路出现故障的概率远远大于节点。并且每个节点或者每个链路的排除权重值都可根据实际情况进行设定。

经过步骤301～310的计算后，可将计算得到的K优路径用于波长分配。

由上述技术方案可知，通过对在计算得到的最小生成树上，对必经节点和必经链路进行排序处理，有效避免了因必经节点和必经链路的无序性而导致路径拼装失败的概率，并且可加快路径可达性的快速判断，有效提高了路径拼装成功率，有利于提高路径计算的可靠性。并且还对松散排除条件进行有效的排序，有利于排除网络故障经过的链路和节点，有效提高了光网络的可靠性。

为了对本实施例中的处理情况进行详细说明，以下针对一典型组网进行测试。测试用例的拓扑图见附图4，其中所有TE链路的代价都相同，该TE链路的代价是指：节点与节点之间光纤的可用带宽容量。

第一步、组建网络，配置内部光纤连接，配置传送接口光纤连接。为了方便起见，本测试用例没有配置单边，各个节点为满配置，不产生非连通图，各个节点分别启动。

第二步，从节点1建立业务至节点4，约束条件为必须经过节点5和节点3，此时节点5和节点3可称为必经节点5和必经节点3。

也就是，当要建立节点1到节点4的光通路，那么节点1就是A点，也就是首节点，同理节点4就是Z点，也就是尾节点，而节点5和节点3为必经节点。

第三步，调用SPF算法，得到最小生成树，参见图5。

第四步，查看所有必经节点是否在最小生成树上，节点5和节点3都在最小生成树上，对必经节点排序，结果节点5离Z点(节点4)最近，节点3次之。

第五步，分段结算K优路径。

也就是，先计算节点5到Z(排除节点3和节点A)，得到K优路径：5-4；5-2-4。

再计算节点3到节点5(排除节点Z和节点A)，得到K优路径：3-2-5。

拼装路径得到K优路径：3-2-5-4，此时上次计算的K优路径5-2-4失效(有重合节点2)。

然后，继续计算节点A到节点3的K优路径(排除节点5和节点Z)，得到K优路径：1-3。

拼装路径得到K优路径：1-3-2-5-4，K优路径计算完成。

由实施例可以看到，使用了最小生成树，可以在计算K优路径初期就可以判定首节点A到尾节点Z之间是否可以计算出路径。这样的K优路径算法对于大型网络，有利于提高有多个必经条件的路径查询请求的路径拼装成功的概率；而对于松散排除的算法，有利于排除故障链路和节点，有利于提高光网络的路径保护概率。

为了实现上述的方法实施例，本发明的其他实施例还提供了一种K优路径的计算装置。另需首先说明的是，由于下述的实施例是为实现前述的方法实施例，故该装置中的模块都是为了实现前述方法的各步骤而设，但本发明并不限于下述的实施例，任何可实现上述方法的装置和模块都应包含于本发明的保护范围。并且在下面的描述中，与前述方法相同的内容在此省略，以节约篇幅。

参见如图6，为本实施例中K优路径的计算装置的框图，由图中可知，该计算装置包括：

最小生成树生成模块61，用于计算出当前光网络中流量工程的链路全网拓扑图的最小生成树；

必经条件排序模块62，用于在计算得到的所述最小生成树上对待建光通路中的必经链路和必经节点进行排序处理；

路径拼装模块63，用于按照排序后的所述必经链路或必经节点进行分段计算和拼装路径。

在本发明的另一实施例中，该计算装置还包括：

拓扑图生成模块64，用于生成当前光网络中所有TE流量工程链路的全网拓扑图；

拓扑图修剪模块65，用于根据预定的限制条件，修剪所述TE链路的全网拓扑图

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种K优路径的计算方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤A、计算出当前光网络中流量工程的链路全网拓扑图的最小生成树；

步骤B、在计算得到的所述最小生成树上对待建光通路中的必经链路或必经节点进行排序处理；

步骤C、按照排序后的所述必经链路和必经节点进行分段计算，并对分段计算得到的路径进行拼装K优路径。

2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述步骤A具体为：

以待建光通路的尾节点为根部，计算出当前光网络中流量工程的链路全网拓扑图的最小生成树。

3.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述计算出当前光网络中流量工程的链路全网拓扑图的最小生成树的步骤具体为：

利用SPF最短路径优先算法，计算出当前光网络中流量工程的链路全网拓扑图的最小生成树。

4.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，在所述步骤A之前，所述方法还包括：

生成当前光网络中所有TE流量工程链路的全网拓扑图；

根据预定的限制条件，修剪所述TE链路的全网拓扑图。

5.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，执行所述步骤B之前，所述方法还包括：

判断待建光通路中的首节点、尾节点和必经节点是否都在所述最小生成树上，若是，执行所述步骤B，否则，返回K优路径计算失败。

6.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述对待建光通路中的必经链路或必经节点进行排序处理的步骤为：

按照所述必经链路或者必经节点与待建光通路的尾节点的距离进行排序处理。

7.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，执行所述步骤C之后，所述方法还包括：

判断K优路径的拼装是否失败，若是，返回K优路径计算失败，否则，返回执行步骤C。

8.根据权利要求7所述的计算方法，其特征在于，在返回步骤C之前，所述方法还包括：

判断分段计算是否完成，若没有，则返回步骤C；否则，计算出K优路径中每条路径的排除权重值；然后根据计算得到的所述排除权重值，对K优路径中的路径进行排序处理。

9.一种K优路径的计算装置，其特征在于，所述装置包括：

最小生成树生成模块，用于计算出当前光网络中流量工程的链路全网拓扑图的最小生成树；

必经条件排序模块，用于在计算得到的所述最小生成树上对待建光通路中的必经链路和必经节点进行排序处理；

路径拼装模块，用于按照排序后的所述必经链路或必经节点进行分段计算，并对分段计算得到的路径进行拼装K优路径。

10.根据权利要求9所述的计算装置，其特征在于，所述计算装置还包括：

拓扑图生成模块，用于生成当前光网络中所有TE流量工程链路的全网拓扑图；

拓扑图修剪模块，用于根据预定的限制条件，修剪所述TE链路的全网拓扑图。

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