CN103702439A - 一种基于弹性光网的链路恢复方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于弹性光网的链路恢复方法及装置，所述方法包括：确定待恢复链路的频谱转换能力；获取预先设定的与所述频谱转换能力对应的集合、参数、变量、目标公式和限制条件；利用获取的集合、参数、变量、目标公式和限制条件，并根据线性优化的原理构建与所述频谱转换能力对应的ILP模型；根据构建的所述ILP模型获取最优值；根据获取的所述最优值为链路分配频谱资源，完成链路恢复。通过所述基于弹性光网的链路恢复方法，不仅缩减了弹性光网络中构建链路保护网络的复杂性和难度，而且能够充分利用任何可用的备用资源和频谱的恢复路径选定路由的机制，并且在实现100%链路恢复的前提下，使用最少的资源。

Description

一种基于弹性光网的链路恢复方法及装置

技术领域

本发明涉及数据通信技术领域，更具体的说，是涉及一种基于弹性光网的链路恢复方法及装置。

背景技术

灵活栅格弹性光网络因其具有灵活的带宽分配和高效率的光纤频谱利用率而得到很多的关注。由于网络生存性在承载大量业务的光传输网络中是特别重要的，而普通的网络故障，比如一根光纤的断掉都能使整个网络数据的传输状态明显的劣化，这更加说明构建具有生存性弹性光网的重要性。

在现存的各种网络保护技术中，链路恢复由于其具有简单的网络操作，恢复速度快，和高效的共享备用容量等特点而被认为是一个最有前景的保护技术。当链路断开时，链路恢复技术将在断开链路的两个端节点之间直接找到替换路径。

目前，链路恢复大多数的工作集中在SONET/SDH网络和波分多路复用光网络上，链路恢复技术适用范围小，而为了适用于目前的灵活栅格弹性光网络，需要一些特别的限制，比如，我们必须考虑光通道上频谱连续性以及频谱的相邻性的限制，而这些限制条件都会增加在弹性光网络中构建链路保护网络的复杂性和难度。

基于上述现有技术存在的缺点，如何提供一种基于弹性光网的链路恢复方法及装置，能够充分利用任何可用的备用资源和频谱的恢复路径选定路由的机制，是本领域人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于弹性光网的链路恢复方法及装置，以克服现有技术中链路恢复适用范围小，不能充分利用可用的备用资源和频谱的恢复路径选定路由的机制的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于弹性光网的链路恢复方法，包括：

确定待恢复链路的频谱转换能力；

获取预先设定的与所述频谱转换能力对应的集合、参数、变量、目标公式和限制条件；

利用获取的集合、参数、变量、目标公式和限制条件，并根据线性优化的原理构建与所述频谱转换能力对应的ILP模型；

根据构建的所述ILP模型获取最优值；

根据获取的所述最优值为链路分配频谱资源，完成链路恢复。

优选的，所述频谱转换能力包括：

没有频谱转换、部分频谱转换和完全频谱转换。

优选的，所述ILP模型包括：

没有频谱转换的ILP模型、部分频谱转换的ILP模型和完全频谱转换的ILP模型。

优选的，所述目标公式为：

其中，j为网络中的某条链路；S为网络中所有链路的集合；S_j为分配在链路j上的所有备用资源；α为权重因数；c为所使用的频率间隙中最大的一个索引值；

所述目标公式，用来最小化整个网络链路恢复所需的备用频谱资源，同时保证整个网络所需的频率带宽最小，其中，所述备用频谱资源是以频率间隙为单位的。

优选的，所述权重因数α等于0.01。

一种基于弹性光网的链路恢复装置，包括：

确定模块，用于确定待恢复链路的频谱转换能力；

第一获取模块，用于获取预先设定的与所述频谱转换能力对应的集合、参数、变量、目标公式和限制条件；

构建模块，用于利用所述第一获取模块获取的集合、参数、变量、目标公式和限制条件，并根据线性优化的原理构建与所述频谱转换能力对应的ILP模型；

第二获取模块，用于根据所述构建模块构建的ILP模型获取最优值；

分配模块，用于根据所述第二获取模块获取的最优值为链路分配频谱资源，完成链路恢复。

优选的，所述频谱转换能力包括：

没有频谱转换、部分频谱转换和完全频谱转换。

优选的，所述ILP模型包括：

没有频谱转换的ILP模型、部分频谱转换的ILP模型和完全频谱转换的ILP模型。

优选的，所述目标公式为：

其中，j为网络中的某条链路；S为网络中所有链路的集合；S_j为分配在链路j上的所有备用资源；α为权重因数；c为所使用的频率间隙中最大的一个索引值；

所述目标公式，用来最小化整个网络链路恢复所需的备用频谱资源，同时保证整个网络所需的频率带宽最小，其中，所述备用频谱资源是以频率间隙为单位的。

优选的，所述权重因数α等于0.01。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种基于弹性光网的链路恢复方法及装置，能够首先通过确定待恢复链路的频谱转换能力，然后根据判断所得的结果构建与之对应的ILP模型，通过ILP模型获取最优值，最后根据获取的最优值为链路分配备用资源，完成链路恢复。通过所述基于弹性光网的链路恢复方法和装置，不仅缩减了弹性光网络中构建链路保护网络的复杂性和难度，而且能够充分利用任何可用的备用资源和频谱的恢复路径选定路由的机制，并且在实现100﹪链路恢复的前提下，使用最少的资源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一公开的一种基于弹性光网的链路恢复方法流程图；

图2为两个节点对的工作路径共享一条链路的示意图；

图3为保护路径和工作路径共享链路的示意图；

图4为两条工作路径经过同一条失效链路的示意图；

图5为本发明实施例二公开的一种基于弹性光网的链路恢复装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了克服现有技术中，链路恢复技术适用范围小，而为了适用于目前的灵活栅格弹性光网络，需要一些特别的限制，而这些限制条件都会增加在弹性光网络中构建链路保护网络的复杂性和难度这样的现有技术问题，本发明提供了以下技术方案。

实施例一

本发明公开了一种基于弹性光网的链路恢复方法，参见图1所示，图1为本发明实施例一公开的一种基于弹性光网的链路恢复方法流程图。该方法包括：

S1：确定待恢复链路的频谱转换能力。

需要说明的是，在本步骤中所指的频谱转换能力包括：没有频谱转换、部分频谱转换和完全频谱转换。在对待恢复链路进行链路恢复前，先要确定待恢复链路的频谱转换能力，在确定待恢复链路的频谱转换能力之后再进行后续操作。

频谱转换能力分为三种情况，第一种称为完全频谱转换，在这种情况下，网络中的所有的光开关节点都能够将光路中的频谱转换到相应光纤上的其他频谱上去；第二种是没有频谱转换，这种情况下，网络中的所有节点不能对频谱进行转换，一条光路所经过的链路必须使用相同的频谱；第三种情况是部分频谱转换，这种情况下，网络中的节点可以对频谱进行部分的转换。其中，第三种情况可以更进一步的分为两种子情况：如果一个光节点能够在光路中有限范围内的相邻频谱进行转换，这就称为有限范围频谱转换；如果只有一部分节点具有频谱转换能力，这种情况称为稀疏频谱转换。

频谱转换的概念类似于传统的WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分复用）网络中的波长转换。如果任何光网络中的节点可以在光纤光谱范围内将一条光路中的频谱转换成任何其他频谱，则称这种情况为完全频谱转换。相反，如果一条光路经过的所有链路必须始终使用相同的频谱，并且所有的中间节点不能进行频谱转换，则称这种情况为没有频谱转换。对所有所遍历的链路都要具有相同的频谱的要求被称为频谱连续性的约束。最后，作为一个介于中间的情况，如果一个网络可以部分转换一条光路的光谱，我们称这种情况为部分频谱转换。

S2：获取预先设定的与频谱转换能力对应的集合、参数、变量、目标公式和限制条件。

一、对于没有频谱转换的集合、参数、变量、目标公式和限制条件如下：

1）集合

S:	网络中所有链路的集合。
		Bi:	当第i条链路断开时，其对应的所有备用路径的集合。
R:	网络中所有节点对的集合。
		R_INi:	所有节点对中相应的工作路径穿过链路i的集合。
R_OUTi:	所有节点对中相应的工作路径未穿过链路i的集合。

2）参数

3）变量

4）目标

5）限制条件

目标公式（1）是用来最小化整个网络所需的备用频谱资源（以频率间隙数作为单位），同时保证整个网络所需的频率带宽最小，用这个两个目标来衡量整个网络的频谱利用的有效性。通常来讲，在满足所有光路工作需要的情况下，使用的频率间隙数目越少则说明频谱的利用率越高。在此设置α为一个小数，即0.01，因此目标公式中最小化整个网络的频谱备用资源成为了第一优化目标。

在给定了光路中频率间隙在频谱中的起始索引值之后，限制条件（2）用来找到光路中频率间隙的结束索引值。限制条件（3）用来确保整个网络所需的频率间隙的最大的索引值要比任一光路中的频率间隙的结束索引值要大。

限制条件（4）保证任何一个穿过失效链路的节点对只能有一条恢复路径。这个条件对于限制让所有的用来保护的频率间隙必须分配在一条路径上是非常重要的，这样只需要一条恢复路径就可以保护受影响的工作数据。这一点与传统的链路恢复中所需的恢复容量可以允许经过不同的恢复路径是截然不同的。

限制条件（5）用来计算当链路i失效时，在节点对r所选的保护路径b上所需要的恢复容量。限制条件（6）则用来计算在每条链路上所需的总共的备用保护资源，这样可以保证所有的恢复路径都能够成功的建立。

限制条件（7）和（8）确保分配给不同节点对的频谱在其对应的工作路径上能够在穿过同一条链路时不重叠。具体来讲就是，如果工作路径A上分配的频谱的起始索引值比B上分配的值要大，那么A上的起始索引值也要比B上分配的结束索引值大。图2展示了节点对r的工作路径和节点对t的工作路径穿过同一条链路这一情况。限制条件（7）和（8）就确保了这两条工作路径上分配的频谱在穿过的同一条链路时不重叠。

限制条件（9）-（11）的作用和限制条件（7）、（8）类似。它主要针对于工作路径和保护路径共享链路的时候。当任一条链路断开时，如果针对经过这条链路的工作路径所选择的保护路径与另一条不经过这条链路的工作路径共享链路时，那么它们上面分配的频谱不能在共享的链路上重叠。

在此处理不经过失效链路的工作路径时，特意剔除了受失效链路影响的那些工作路径。这是因为在限制条件（7）、（8）中已经确保了任意两条共享链路的工作路径其对应的频谱互不重叠。此外，由于针对每条链路i集合R_OUT_i和R_IN_i是不对称的，所以需要三个限制条件（（9）-（11））来确保相应的工作路径和保护路径上的频谱不重叠。具体来讲，限制条件（10）对应于f^t>f^r这一情况，限制条件（11）对应于f^r>f^t这一相反的情况。

图3展示了这一种情况。当链路i断开时，针对经过这条链路的节点对r所对应的工作路径所选择的保护路径a与另一条不经过这条链路的节点对t所对应的工作路径共享链路。限制条件（9）-（11）就确保了上述两条路径上的频谱不能重叠。

二、对于部分频谱转换的集合、参数、变量、目标公式和限制条件如下：

在参数设置上，除了继续使用没有频谱转换中的之外，又新增了两个参数。具体如下：

在变量设置方面，我们除了要使用上一个模型中定义的之外，我们也针对部分频谱转换的模型定义了两个新的变量。具体如下：

在这里，采用的目标函数和没有频谱转换中的目标函数一样，都是使用公式（1）。除了限制条件（2）-（11），还需要考虑下面的限制条件来匹配部分频谱转换的特性。

当给定保护路径上的频率间隙的起始索引值，限制条件（12）用来找到对应的结束索引值。限制条件（13）用来确保整个网络所需的频率间隙的最大的索引值要比任一保护路径上的频率间隙的结束索引值要大。限制条件（14）给保护路径上频率间隙的起始索引值设定了一个范围。限制条件（15）-（16）的作用和限制条件（9）-（11）类似，它主要是针对图4说明的这一情形，以此来确保其中的保护路径上的频谱不相互重叠。

在没有频谱转换的情形下，没有限制条件（15）-（16），这是因为频谱连续性的限制。即在限制条件（7）、（8）已经确保了如果工作路径共享链路那么它们的频谱就不重叠，由于受到频谱连续性限制，它们对应的保护路径上分配的频谱和工作路径上的要一致，因此限制条件（15）-（16）就成为多余的。

三、对于完全频谱转换的集合、参数、变量、目标公式和限制条件如下：

同样也用公式（1）作为目标函数。在限制条件方面，我们选取（4）-（6）作为我们的限制条件，此外还要添加一个限制条件。如下所示：

限制条件（17）说明了分配在工作和保护路径上的频率间隙的总的数目不能超过整个网络中分配的最大频率间隙索引值。由于整个网络中的节点具有完全频谱转换能力，所以可以通过限制条件（17）求出变量c。当然，在完全频谱转换情况下，仍旧需要确保频谱的连续性，限制条件（4）-（5）可以对此作出限制。

S3：利用获取的集合、参数、变量、目标公式和限制条件，并根据线性优化的原理构建与频谱转换能力对应的ILP模型。

根据获取的预先设定的与判断出的待恢复链路的频谱转换能力对应的集合、参数、变量、目标公式和限制条件构建ILP模型，ILP模型包括：没有频谱转换的ILP模型、部分频谱转换的ILP模型和完全频谱转换的ILP模型。利用获取的集合、参数、变量、目标公式和限制条件并根据线性优化的原理构建与频谱转换能力对应的ILP模型。

S4：根据构建的ILP模型获取最优值。

模型具体是通过AMPL这个软件进行解决的，通过数学模型的构建来对每一种情况进行仿真，优化，最后得出结果，即最优值。

最优值是使在待恢复链路能够实现100%的恢复的前提下，使用的备用资源最少。该最优值是对链路恢复进行评估和优化。

S5：根据获取的最优值为链路分配频谱资源，完成链路恢复。

由以上技术方案可知，与现有技术相比，本发明实施例一公开了一种基于弹性光网的链路恢复方法，能够首先通过确定待恢复链路的频谱转换能力，然后根据判断所得的结果构建与之对应的ILP模型，通过ILP模型获取最优值，最后根据获取的最优值为链路分配备用资源，完成链路恢复。通过所述基于弹性光网的链路恢复方法和装置，不仅缩减了弹性光网络中构建链路保护网络的复杂性和难度，而且能够充分利用任何可用的备用资源和频谱的恢复路径选定路由的机制，并且在实现100﹪链路恢复的前提下，使用最少的资源。

上述本发明公开的实施例中详细描述了方法，对于本发明的方法可采用多种形式的装置实现，因此本发明还公开了一种装置，下面给出具体的实施例进行详细说明。

实施例二

为了降低弹性光网络中构建链路保护网络的复杂性和难度，并能实现本发明实施例一所公开的基于弹性光网的链路恢复方法，本实施例公开如下基于弹性光网的链路恢复装置，图5为本发明实施例二公开的一种基于弹性光网的链路恢复装置的结构示意图，参照图5所示，基于弹性光网的链路恢复装置包括：

确定模块501，用于确定待恢复链路的频谱转换能力。

需要说明的是，频谱转换能力包括：没有频谱转换、部分频谱转换和完全频谱转换。

第一获取模块502，用于获取预先设定的与频谱转换能力对应的集合、参数、变量、目标公式和限制条件。

根据确定的待恢复链路的频谱转换能力获取与其对应的集合、参数、变量、目标公式和限制条件。其对应的集合、参数、变量、目标公式和限制条件与实施例一中所表述的相同，在此不再赘述。

构建模块503，用于利用第一获取模块502获取的集合、参数、变量、目标公式和限制条件，并根据线性优化的原理构建与频谱转换能力对应的ILP模型。

构建模块503根据获取的预先设定的与判断出的待恢复链路的频谱转换能力对应的集合、参数、变量、目标公式和限制条件构建ILP模型，ILP模型包括：没有频谱转换的ILP模型、部分频谱转换的ILP模型和完全频谱转换的ILP模型。利用获取的集合、参数、变量、目标公式和限制条件并根据线性优化的原理构建与频谱转换能力对应的ILP模型。

第二获取模块504，用于根据构建模块503构建的ILP模型获取最优值。

模型具体是通过AMPL这个软件进行解决的，通过数学模型的构建来对每一种情况进行仿真、优化，最后得出结果，即最优值。

最优值是使在待恢复链路能够实现100%的恢复的前提下，使用的备用资源最少。该最优值是对链路恢复进行评估和优化。

分配模块505，用于根据第二获取模块504获取的最优值为链路分配频谱资源，完成链路恢复。

由以上技术方案可知，与现有技术相比，本发明实施例二公开了一种基于弹性光网的链路恢复装置，能够首先通过确定模块确定待恢复链路的频谱转换能力，然后根据判断所得的结果构建与之对应的ILP模型，通过ILP模型获取最优值，最后根据获取的最优值为链路分配备用资源，完成链路恢复。通过所述基于弹性光网的链路恢复方法和装置，不仅缩减了弹性光网络中构建链路保护网络的复杂性和难度，而且能够充分利用任何可用的备用资源和频谱的恢复路径选定路由的机制，并且在实现100﹪链路恢复的前提下，使用最少的资源。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于弹性光网的链路恢复方法，其特征在于，包括：

确定待恢复链路的频谱转换能力；

获取预先设定的与所述频谱转换能力对应的集合、参数、变量、目标公式和限制条件；

利用获取的集合、参数、变量、目标公式和限制条件，并根据线性优化的原理构建与所述频谱转换能力对应的ILP模型；

根据构建的所述ILP模型获取最优值；

根据获取的所述最优值为链路分配频谱资源，完成链路恢复。

2.根据权利要求1所述的链路恢复方法，其特征在于，所述频谱转换能力包括：

没有频谱转换、部分频谱转换和完全频谱转换。

3.根据权利要求2所述的链路恢复方法，其特征在于，所述ILP模型包括：

没有频谱转换的ILP模型、部分频谱转换的ILP模型和完全频谱转换的ILP模型。

4.根据权利要求1所述的链路恢复方法，其特征在于，所述目标公式为：

其中，j为网络中的某条链路；S为网络中所有链路的集合；S_j为分配在链路j上的所有备用资源；α为权重因数；c为所使用的频率间隙中最大的一个索引值；

所述目标公式，用来最小化整个网络链路恢复所需的备用频谱资源，同时保证整个网络所需的频率带宽最小，其中，所述备用频谱资源是以频率间隙为单位的。

5.根据权利要求4所述的链路恢复方法，其特征在于，所述权重因数α等于0.01。

6.一种基于弹性光网的链路恢复装置，其特征在于，包括：

确定模块，用于确定待恢复链路的频谱转换能力；

第一获取模块，用于获取预先设定的与所述频谱转换能力对应的集合、参数、变量、目标公式和限制条件；

构建模块，用于利用所述第一获取模块获取的集合、参数、变量、目标公式和限制条件，并根据线性优化的原理构建与所述频谱转换能力对应的ILP模型；

第二获取模块，用于根据所述构建模块构建的ILP模型获取最优值；

分配模块，用于根据所述第二获取模块获取的最优值为链路分配频谱资源，完成链路恢复。

7.根据权利要求6所述的链路恢复装置，其特征在于，所述频谱转换能力包括：

没有频谱转换、部分频谱转换和完全频谱转换。

8.根据权利要求7所述的链路恢复装置，其特征在于，所述ILP模型包括：

没有频谱转换的ILP模型、部分频谱转换的ILP模型和完全频谱转换的ILP模型。

9.根据权利要求6所述的链路恢复装置，其特征在于，所述目标公式为：

其中，j为网络中的某条链路；S为网络中所有链路的集合；S_j为分配在链路j上的所有备用资源；α为权重因数；c为所使用的频率间隙中最大的一个索引值；

所述目标公式，用来最小化整个网络链路恢复所需的备用频谱资源，同时保证整个网络所需的频率带宽最小，其中，所述备用频谱资源是以频率间隙为单位的。

10.根据权利要求9所述的链路恢复装置，其特征在于，所述权重因数α等于0.01。

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