CN105827528A - 一种适用于频谱灵活光网络的路由选择方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于频谱灵活光网络的路由选择方法，包括以下步骤：a.对网络进行初始化配置；b.等待业务请求开始；c.分析所收到业务请求的类型，若为连接建立请求则进入步骤d，若为连接释放请求则进入步骤h；d.启动路由选择；e.判断路由选择结果是否成功，若成功进入步骤f，否则进入步骤g；f.对频谱资源进行分配；g.搜索业务链表，定义下一个连接请求的过程事件；h.资源释放，返回步骤b。本发明在路由过程中进行频谱资源的选择和重整，同时进行频谱资源的分配。该方法采用启发式算法，比传统的ILP方法具有更好的灵活性，且无需中心计算节点，也无需全局信息，可以完全采用分布式的方法进行处理，适于在大规模网络中应用。

Description

一种适用于频谱灵活光网络的路由选择方法

技术领域

本发明涉及一种适用于频谱灵活光网络的备用路由选择方法，属于通信技术领域。

背景技术

随着光网络中的业务速率等级、业务粒度逐渐增大，传统的基于固定波长、固定时隙的网络已经无法满足业务的***式增长需求。灵活光网络定位于提高网络的资源利用效率，以适应新的业务接入。然而，由于业务的动态拆建、以及业务带宽在进行分配时缺少合理的规划，在网络的运行过程中形成了大量分散的碎片，影响了后续大容量业务的快速接入。在进行业务路由时，有必要考虑可能存在的碎片风险，合理规划业务的路由，提升业务的接入速度。栅格化的波分复用***(WavelengthDivisionMultiplexing，简称WDM)相比无固定栅格的WDM***已经无法满足当前的业务需求。在考虑业务生存性时，需要考虑网络的多重风险，在进行业务工作路由、备用路由选择时均应进行考虑。目前，针对业务工作路由的规划和设计考虑较多，而对于备用路由的资源整合性考虑较少，从而导致大容量业务在发生故障时，无法快速恢复，还需要对备用路由的频谱资源提前整合，浪费了宝贵的业务恢复时间。考虑到工作路由可以通过集中式网管进行在线设计，现有的整数线性规划(IntegerLinearProgramming，简称ILP)方法虽然计算结果较为优化，但是对于动态性业务的实时计算场景并不适用，无法满足快速路由计算与资源分配的需求。另一方面，灵活光网络中的资源在碎片化后，可以被更多的业务所共享，然而却对计算速度提出了更高的要求。因此，在骨干光网络业务呈现出动态化明显的特征后，需要采用一种能够达到近似于ILP性能的启发式算法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种适用于频谱灵活光网络的路由选择方法，以实现大规模网络内的快速资源计算，满足动态性业务快速路由计算与资源分配的需求，使网络能够容纳带宽需求更高的业务。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种适用于频谱灵活光网络的路由选择方法，所述路由选择按以下步骤进行：

a.对网络进行初始化配置，配置信息包括：网络业务数目、所需频谱资源需求、业务的起止节点位置，完成配置后进入步骤b；

b.等待业务请求开始，对于静态业务，从网络的初始化配置链表取出；对于动态业务，则根据网络的接入请求时间动态启动路由计算，通过事件触发的方式实现，完成后进入步骤c；

c.分析所收到业务请求的类型，若所收到的信息为连接建立请求，则进入步骤d；若所接收到的消息为连接释放请求，则进入步骤h；

d.启动路由选择，根据业务的物理拓扑连接关系、资源限制条件，计算工作路由和备用路由，完成后进入步骤e；

e.判断路由选择结果是否成功，若所计算的路由满足路径的限定条件和资源的限制条件，则选路成功，进入步骤f；否则，选路失败进入步骤g；

f.针对整个路径上的频谱资源，对所选择的路由的路径上的频谱资源进行分配，完成后进入步骤g；

g.搜索业务链表，定义下一个连接请求的过程事件，返回步骤b；

h.资源释放，返回步骤b。

上述适用于频谱灵活光网络的路由选择方法，所述步骤d中的路由计算方法如下：

①将当前所能够获取的业务链表完整输入当前的拓扑结构，至少包含业务的源、目的节点，资源需求，网络的节点、链路的邻接关系，完成后进入步骤②；

②筛查有效的网络拓扑结构，消除无效的连接，完成后进入步骤③；

③按照预先定义的业务疏导策略定义各类边的权值，完成后进入步骤④；

④启动K优最短路径(KShortestPath，简称KSP)选路，首先构造源-目的节点间的接入点集合，求解接入路由集合，最终进行路径合并；

⑤对选择的多条路由进行一致性判断，即对选择路由的有效性进行甄别，确定所选择的路由是否满足业务的接入条件，如果所有路由均不符合要求，进入步骤⑧；否则，进入步骤⑥；

⑥根据KSP计算的路由结果筛选路由，分析业务路由上每条链路上的可用带宽资源，将带宽最小的链路确定为瓶颈链路l，使网络达到其中C_l和C_p分别表示链路l和路径p上的链路可用频谱连续度，L(p)为构成路径p的链路集合；

⑦完成路由选择后，更新网络的拓扑，进入步骤⑨；

⑧统计业务失败数目，进入步骤⑨；

⑨路由选择过程结束。

上述适用于频谱灵活光网络的路由选择方法，所述链路l上的链路采用频谱连续度C_l计算，方法如下：

$C_l=\frac{\underset{i=1}{\overset{F-1}{\Σ}}{u}_i^l\·u_{i+1}^l}{B_l}\×\frac{\underset{i=1}{\overset{F}{\Σ}}{u}_i^l}{F}$

其中，F为每个链路资源包含频率隙总数，B_l表示链路l上可用频谱块个数，为链路l上第i个频率隙的使用情况，为链路l上第i+1个频率隙的使用情况；

链路l上可用频谱块个数B_l通过下式来估计：

$B_l=\underset{i=1}{\overset{F}{\Σ}}{u}_i^l-\underset{i=1}{\overset{F-1}{\Σ}}{u}_i^l\·u_{i+1}^l;$

所述路径p上的链路可用频谱连续度C_p的计算方法如下：

$C_p=\frac{\underset{i=1}{\overset{F-1}{\Σ}}{u}_i^p\·u_{i+1}^p}{B_p}\×\frac{\underset{i=1}{\overset{F}{\Σ}}{u}_i^p}{F}$

其中， 为路径p上的频谱占用状态，根据每个链路进行估计：

$u_i^p=\underset{l\∈L\left(p\right)}{min}\[u_i^{l_1},u_i^{l_2},\mathrm{...},u_i^{l_n}\]$

其中，l₁，l₂…l_n分别为路径p上的n条链路。

本发明在路由过程中进行频谱资源的选择和重整，不仅可以降低业务在进行路由时的频谱碎片，使网络能够容纳带宽需求更高的业务，而且便于后续的带宽再分配和管理。该方法在路由过程中同时进行频谱资源的分配，避免了现有路由的硬性中断，同时也降低了对于控制平面的需求和实时业务在传递过程中的代价。本发明采用启发式算法，比传统的ILP方法具有更好的灵活性，且无需中心计算节点，也无需全局信息，可以完全采用分布式的方法进行处理，适于在大规模网络中应用。

附图说明

图1是灵活光网络中的交叉连接点路由资源分配方式示意图；

图2是本发明的路由计算及资源分配流程图；

图3是路由选择与更新的流程图。

文中所用符号：C_l和C_p分别表示链路l和路径p上的链路可用频谱连续度，L(p)为构成路径p的链路集合，F为每个链路资源包含频率隙总数，B_l表示链路l上可用频谱块个数，为链路l上第i个频率隙的使用情况，为链路l上第i+1个频率隙的使用情况，为路径p上的频谱占用状态，l₁，l₂…l_n分别为路径p上的n条链路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明提出了一种适用于频谱灵活光网络的路由选择方法，该方法在备用路由的计算及资源分配过程中，首先配置网络业务数目、所需频谱资源需求、业务的起止节点位置信息，针对静态业务从网络的初始化配置链表取出业务信息，针对动态业务则根据网络的接入请求时间，动态启动路由计算，通过事件触发的方式实现。重点考虑业务的连接建立请求与连接释放请求，除了计算工作路由外，同时还提供备用路由计算，计算过程主要考虑业务的物理拓扑连接关系、资源限制条件，包括所分配频谱的连续性限制条件等，直到全部业务配置备用路由完成。

下面结合附图说明其具体流程。

图1示意性示出了灵活光网络中的交叉连接点路由资源分配方式。图中Node1～Node6分别为具有非栅格化资源管理能力的光交叉节点。其中，存在两条业务路径分别为路径A：Node1-Node3-Node4-Node6与路径B：Node2-Node3-Node4-Node5，Node3与Node4间的路径为公共链路，两条业务路径分别用粗线、细线区分。在两条业务路径上，所接入的业务可以为经过汇聚后的业务路由，也可以为由路径起始节点发起的业务连接，具体的业务形态不构成对于本发明的限制，在实际的应用场景可能会存在更多业务交叉连接的情况，可以采用本发明的方法进行类推。假定路径A与路径B所需资源分别为频谱资源A与频谱资源B，由于两条业务路由存在公共的链路，因而无法使用相同的频谱资源，在进行业务路由时必须考虑对应的资源限制。对于高速光传输***而言，频谱资源A与频谱资源B应当预留有保护带宽，以防止引发不必要的串扰。在频谱灵活光网络中，一旦业务路由设定完成，在路径中的各上下游节点链路均采用相同的频谱资源，并且对于大容量业务而言，还需要满足频谱的邻接约束条件，所采用的频谱资源一定为连续分配的。一旦在频谱资源的分配过程、或者回收过程中产生碎片，必然会影响后续业务路由的接入，造成***效率低下。在满足频谱资源连续性限制的条件下，可以有效地分配和管理网络的资源。对于没有公共链路、公共节点的业务路由，则不存在频谱交叠的问题，无需进行考虑。考虑到与传统光网络固定栅格的技术相比，灵活光网络中的频谱资源，可以动态调节未使用的带宽并用于其它业务通道。根据不同时间业务所需要的带宽差异，动态调整网络的容量，将不用资源释放后对带宽的碎片进行整合，所用的光路资源也可以针对用户的需求进行调整，从而降低带宽分配效率低下的风险。由于分配给每个连接的资源不再是固定的，而是转化为一系列连续的频谱，而且所用的宽度也并未确定，在进行分配和管理过程中必须要考虑资源的连续性。静态频谱资源分配问题在数学上属于NP-Complete问题，仅仅适用于小型网络。在网络规模达到一定程度时，无法实用化，特别是在考虑网络具有动态业务连接拆建的条件下，网络带宽剩余资源的回收无法建立精确模型，从而导致ILP方法无法应用。

图2给出了本发明的路由计算及资源分配流程：

在步骤a，网络完成初始化配置，所配置的信息包括：网络业务数目、所需频谱资源需求、业务的起止节点位置等，完成配置以后进入步骤b；

在步骤b，等待业务请求开始，对于静态业务则从网络的初始化配置链表取出；对于动态业务，由于无法准确预估动态请求的发起时间，可以根据网络的接入请求时间，动态启动路由计算，通过事件触发的方式实现。完成后，进入步骤c；

在步骤c，分析所收到的业务请求类型，本发明所涉及的内容主要针对业务的路由计算与资源分配，因此，在步骤c仅考虑业务的连接建立请求与连接释放请求，其它消息类型的处理不构成对于本发明的限制。若所收到的信息为连接建立请求，则进入步骤d；若所接收到的消息为连接释放请求，则进入步骤h；

在步骤d，启动路由选择，本步骤除了计算工作路由外，同时还提供备用路由计算，计算过程主要考虑业务的物理拓扑连接关系、资源限制条件，如所分配频谱的连续性限制条件等，完成后进入步骤e；

在步骤e，判断S204的路由选择结果是否成功。若所计算的路由满足路径的限定条件以及资源的限制，则选路成功，进入步骤f；否则，选路失败进入步骤g。

在步骤f，对所选择的路由的路径上的频谱资源进行分配，不同于常规的分布式路由选择，该步骤所用的资源分配时针对整个路径上的资源而定的，完成后进入步骤g。

在步骤g，搜索业务链表，定义下一个连接请求的过程事件，返回步骤b等待请求。若链表为空，则所定义的连接请求为空，此时仍然进入步骤b等待下一次动态业务连接请求。

在步骤h，资源释放，返回步骤b等待请求。

图3给出了步骤d中描述的路由选择与更新的详细过程；

在步骤①，将当前所能够获取的业务链表完整输入当前的拓扑结构，至少应包含业务的源、目的节点、资源需求、网络的节点、链路的邻接关系等，完成后进入步骤②；

在步骤②，筛查有效的网络拓扑结构，在此筛查过程中主要目的是为了消除无效的连接，如某些不满足资源需求的物理拓扑虽然存在，但是若加入资源计算，必将耗费不必要的计算及存储资源。通过有效的筛查，可以降低实时网络的计算需求，提高响应速度；

在步骤③，按照预先定义的业务疏导策略定义各类边的权值，完成后进入步骤④；此处，权值的设定主要是为了调整网络的业务路由而定，通过业务疏导策略将不同类别的业务归类于不同的路由，而后则可以根据业务的类别选择不同的调制格式，以适应***收发节点的信息传输，同时也更好地利用频谱的碎片。与传统的固定栅格网络相比，原有信息传递过程中的调制格式设定需要根据所用的光路而定，而灵活光网络中则根据使用的频谱不同，针对子载波进行设定。

在步骤④，启动K优最短路径(KShortestPath，简称KSP)选路，首先构造源-目的节点间的接入点集合，求解接入路由集合，最终进行路径合并。在满足拓扑资源连续性的条件下，尽量满足路径的不相关原则，避免构建属于同一风险链路组的多路由；

在步骤⑤，对选择的多条路由进行一致性判断，在此主要对选择路由的有效性进行甄别，确定所选择的路由是否满足业务的接入条件，如果步骤⑤的结果为空集，也即所有路由均不符合要求，进步步骤⑧；否则，进入步骤⑥；

在步骤⑥，根据KSP计算的路由结果，筛选路由，在此筛选的规则主要是根据每条路径的频谱连续度而定，通过比较链路和路径上的可用频谱连续度，优先选择差异化最小的链路。假定链路l与路径p的链路可用频谱连续度分别为C_l和C_p，本发明的目标是选定路径上平均链路频谱利用度差别最小的路由，从而使资源的利用更为均衡。

确定瓶颈链路l使网络达到其中C_l和C_p分别表示链路l和路径p上的链路可用频谱连续度，L(p)为构成路径p的链路集合。在进行路由选择时，需要综合考虑每条路径上的每条链路的频谱利用情况，分别针对链路l与路径p计算C_l和C_p。

C_l的计算方法如下：

$C_l=\frac{\underset{i=1}{\overset{F-1}{\Σ}}{u}_i^l\·u_{i+1}^l}{B_l}\×\frac{\underset{i=1}{\overset{F}{\Σ}}{u}_i^l}{F}$

其中，F为每个链路资源包含频率隙总数，B_l表示链路l上可用频谱块个数，为链路l上第i个频率隙的使用情况，为链路l上第i+1个频率隙的使用情况

链路l上可用频谱块个数则通过下式来估计：

$B_l=\underset{i=1}{\overset{F}{\Σ}}{u}_i^l-\underset{i=1}{\overset{F-1}{\Σ}}{u}_i^l\·u_{i+1}^l$

路径p上的频谱占用状态则可以根据每个链路进行估计：

$u_i^p=\underset{l\∈L\left(p\right)}{min}\[u_i^{l_1},u_i^{l_2},\mathrm{...},u_i^{l_n}\]$

其中，l₁，l₂…l_n分别为路径p上的n条链路，进而计算路径p的频谱连续度；

$C_p=\frac{\underset{i=1}{\overset{F-1}{\Σ}}{u}_i^p\·u_{i+1}^p}{B_p}\×\frac{\underset{i=1}{\overset{F}{\Σ}}{u}_i^p}{F}$

其中，

在步骤⑦，完成路由选择后，更新网络的拓扑，进入步骤⑨；

在步骤⑧，统计业务失败数目，进入步骤⑨；

在步骤⑨，路由选择过程结束。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于频谱灵活光网络的路由选择方法，其特征是，所述路由选择按以下步骤进行：

a.对网络进行初始化配置，配置信息包括：网络业务数目、所需频谱资源需求、业务的起止节点位置，完成配置后进入步骤b；

b.等待业务请求开始，对于静态业务，从网络的初始化配置链表取出；对于动态业务，则根据网络的接入请求时间动态启动路由计算，通过事件触发的方式实现，完成后进入步骤c；

c.分析所收到业务请求的类型，若所收到的信息为连接建立请求，则进入步骤d；若所接收到的消息为连接释放请求，则进入步骤h；

d.启动路由选择，根据业务的物理拓扑连接关系、资源限制条件，计算工作路由和备用路由，完成后进入步骤e；

e.判断路由选择结果是否成功，若所计算的路由满足路径的限定条件和资源的限制条件，则选路成功，进入步骤f；否则，选路失败进入步骤g；

f.针对整个路径上的频谱资源，对所选择的路由的路径上的频谱资源进行分配，完成后进入步骤g；

g.搜索业务链表，定义下一个连接请求的过程事件，返回步骤b；

h.资源释放，返回步骤b。

2.根据权利要求1所述的适用于频谱灵活光网络的路由选择方法，其特征是，所述步骤d中的路由计算方法如下：

①将当前所能够获取的业务链表完整输入当前的拓扑结构，至少包含业务的源、目的节点，资源需求，网络的节点、链路的邻接关系，完成后进入步骤②；

②筛查有效的网络拓扑结构，消除无效的连接，完成后进入步骤③；

③按照预先定义的业务疏导策略定义各类边的权值，完成后进入步骤④；

④启动K优最短路径(KShortestPath，简称KSP)选路，首先构造源-目的节点间的接入点集合，求解接入路由集合，最终进行路径合并；

⑤对选择的多条路由进行一致性判断，即对选择路由的有效性进行甄别，确定所选择的路由是否满足业务的接入条件，如果所有路由均不符合要求，进入步骤⑧；否则，进入步骤⑥；

⑥根据KSP计算的路由结果筛选路由，分析业务路由上每条链路上的可用带宽资源，将带宽最小的链路确定为瓶颈链路l，使网络达到其中C_l和C_p分别表示链路l和路径p上的链路可用频谱连续度，L(p)为构成路径p的链路集合；

⑦完成路由选择后，更新网络的拓扑，进入步骤⑨；

⑧统计业务失败数目，进入步骤⑨；

⑨路由选择过程结束。

3.根据权利要求2所述的适用于频谱灵活光网络的路由选择方法，其特征是，所述链路l上的链路可用频谱连续度C_l的计算方法如下：

$C_l=\frac{\underset{i=1}{\overset{F-1}{\Σ}}{u}_i^l\·u_{i+1}^l}{B_l}\×\frac{\underset{i=1}{\overset{F}{\Σ}}{u}_i^l}{F}$

其中，F为每个链路资源包含频率隙总数，B_l表示链路l上可用频谱块个数，为链路l上第i个频率隙的使用情况，为链路l上第i+1个频率隙的使用情况；

链路l上可用频谱块个数B_l通过下式来估计：

$B_l=\underset{i=1}{\overset{F}{\Σ}}{u}_i^l-\underset{i=1}{\overset{F-1}{\Σ}}{u}_i^l\·u_{i+1}^l;$

所述路径p上的链路可用频谱连续度C_p的计算方法如下：

$C_p=\frac{\underset{i=1}{\overset{F-1}{\Σ}}{u}_i^p\·u_{i+1}^p}{B_p}\×\frac{\underset{i=1}{\overset{F}{\Σ}}{u}_i^p}{F}$

其中， 为路径p上的频谱占用状态，根据每个链路进行估计：

$u_i^p=\underset{l\∈L\left(p\right)}{min}\[u_i^{l_1},u_i^{l_2},\mathrm{...},u_i^{l_n}\]$

其中，l₁，l₂…l_n分别为路径p上的n条链路。