CN115632702A - 一种光网络的多层保护恢复及资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光网络的多层保护恢复及资源分配方法，涉及网络通信技术领域。本发明综合考虑多业务特性及网络资源动态调度，提出多路由备选、网络业务切片的混合方法，以实现对复杂网络环境下基于WDM光网络的保护。同时，带宽分配周期内设置工作域与保护域，采用灵活的资源分配方案，即可提高网络资源利用率，也可对工作路由提供保护。

Description

一种光网络的多层保护恢复及资源分配方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，具体为一种光网络的多层保护恢复及资源分配方法。

背景技术

当前，作为我国各JS和民用场景各业务的承载，基于波分复用(WDM)光网络已得到了广泛的应用。光网络从采用全电交换的不透明网络(在每个节点进行光电光（O/E/O）转换)，到采用全光交换（中间节点不进行O/E/O转换）的透明网络的发展过程中，面临网络生存性的基本问题。如何在特定需求的网络场景下进行光网络的保护恢复问题是急需解决的关键问题。目前，各界已经研究并应用了多种保护和故障恢复方法，以确保在存在单或多个组件故障时信息的可靠传输。但是，同时基于网络的多业务特性以及动态波长和调度特性的保护恢复方法仍未得到充分的研究。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，而提出一种光网络的多层保护恢复及资源分配方法。这种方法综合考虑了多业务特性以及网络资源的动态调度，在业务工作路由发生故障时，通过切换业务路由至多条备选路径上，从而对受故障影响的业务实施保护，以满足基于WDM的光网络在大容量、低实验和泛在化承载方面的多场景应用。

实现本发明目的的技术方案是：

一种光网络的多层保护恢复及资源分配方法，包括如下步骤：

1）多层保护：多层保护包括多路由备选、网络业务切片和带宽分配周期内设置工作域与保护域；

1.1多路由备选：源节点与目的节点之间具有多条备选路由，若工作路由发生故障，能及时切换至备选路由进行保护；

1.1.1复杂的多节点Mesh型拓扑光网络中，利用K条最短路径的KSP算法为物理网络中每一对物理节点计算n条固定备选路由，并将路由信息保存在路由信息表中，由此，对于给定的某一节点，路由信息表中储存了多节点Mesh型拓扑光网络中其它任一节点的路由信息，且对指定源节点与目的节点，最多会预先计算得到n条固定备选路由；

1.1.2：设置路由权重值L，该权重值与备选路由中的带宽资源α成正相关，与路由的跳数β成负相关，多节点Mesh型拓扑光网络的控制层实时获取每个备选路由中的剩余带宽资源，这意味着路由权重值是实时动态更新的；

1.2：网络业务切片：具有不同服务质量即QoS的业务由不同路由传输，若其中一条工作路由发生故障，其余两条工作路由也不会受到影响；

1.2.1：多节点Mesh型拓扑光网络中存在差异化的业务服务质量：

(1)加速转发的EF业务：需要足够带宽、低丢包率、低延时和抖动；

(2)确保转发的AF业务：需要足够带宽、低丢包率、但对延时和抖动不敏感；

(3)尽力转发的BE业务：没有特殊要求，带宽资源允许的条件下尽力而为即可；

1.2.2：通过步骤1.1.2的路由权重值的大小，选择三条路由用于保证差异化的业务QoS传输，即三种业务采用三条相互隔离的路由；

1.3：带宽分配周期内设置工作域与保护域：保护域用于其它链路发生故障时切换使用；

1.3.1：以T为周期分配带宽资源，设置工作域与保护域，其中工作域占比70%用于正常业务传输；而保护域占比30%用于保护，以备其它链路发生故障时切换使用；

1.3.2：同一段波长调度域，能同时被多个工作路由占用；因此，合理的分配波长与时隙，既可以有效地保证业务传输，也可以减少传输时延，以T为周期分配满足业务带宽的可用资源，其中可用资源包括波长与时隙；

1.3.3：不同波长上的时隙将按照时间先后顺序先后填满，只有当更早的时隙被占满，较后的时隙才被使用；

1.3.4：结合业务QoS，优先满足需要足够带宽、低丢包率、低延时和抖动的EF业务，即优先将EF业务安排在最早的时隙上，其次满足仅要求足够带宽、低丢包率的AF业务，最后将剩余带宽资源用于BF业务；

2）路由恢复：

2.1：工作路由发生故障，多节点Mesh型拓扑光网络的控制层发出测距信号，确认多节点Mesh型拓扑光网络中所有节点是否在线，若所有节点均在线，则意味着工作路由中的光纤链路发生故障；

2.2：若多次询问节点是否在线均无反应，则意味着工作故障是由节点掉线导致的；

2.3：多节点Mesh型拓扑光网络的控制层根据路由权重值，从备选路由中选择新的工作路由，并计算该路由中的带宽资源分配；

2.4：若单条备选路由剩余的带宽资源不足以满足业务需求，则将多条备选路由逐级升级为工作路由，利用多条备选路由的带宽资源满足业务的需求；

2.5：完成步骤2.1至步骤2.4后，控制层通报路由中所有节点，使所有节点为新的路由切换做出准备工作，从而进行路由切换，实现路由保护。

这种方法综合考虑了多业务特性以及网络资源的动态调度，在业务工作路由发生故障时，通过切换业务路由至多条备选路径上，从而对受故障影响的业务实施保护，以满足基于WDM的光网络在大容量、低实验和泛在化承载方面的多场景应用。

附图说明

图1为实施例的网络多层次保护流程示意图；

图2为实施例的网络恢复流程示意图；

图3为实施例的多备选路由示意图；

图4为实施例的网络业务切片由示意图；

图5为实施例的带宽资源分配示意图；

图6为实施例的网络恢复示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对发明作进一步的详细描述，但不是对本发明的限定。

实施例：

基于WDM光网络的多节点Mesh型拓扑光网络分层为控制层与物理层。其中，控制层主要负责光网络的路由规划及带宽资源调度，物理层则完成业务数据的传输。如图3所示，物理层中各节点的波长数具有差异性，这些差异性导致节点间光纤链路上的波长并不相同，节点间的波长如下所示：

节点A-节点B：λ1，λ2，λ3；

节点A-节点C：λ1，λ2，λ3；

节点A-节点D：λ1，λ2，λ3；

节点B-节点C：λ1，λ2，λ3；

节点B-节点E：λ1，λ2，λ3；

节点C-节点D：λ1，λ2，λ3，λ4；

节点D-节点E：λ1，λ2；

节点E-节点F：λ1，λ2；

节点F-节点A：λ1，λ2。

且多节点Mesh型拓扑光网络中存在三种差异化服务质量(QoS)的业务：

(1)加速转发的EF业务：需要足够带宽、低丢包率、低延时和抖动；

(2)确保转发的AF业务：需要足够带宽、低丢包率、但对延时和抖动不敏感；

(3)尽力转发的BE业务：没有特殊要求，带宽资源允许的条件下尽力而为即可。

一种光网络的多层保护恢复及其资源分配方法，包括如下步骤：

如图1所示，步骤1：多节点Mesh型拓扑光网络中各节点以T为周期，向控制层上报业务请求R(B,D)，即源节点B到目的节点D之间的R业务请求，控制层通过KSP算法计算源节点B到达目的节点D的5条备选路由，分别为备选路由1(B，C，D)、备选路由2(B，A，D)、备选路由3(B，E，D)、备选路由4(B，A，F，D)、备选路由5(B，A，C，D)；

步骤1.1：步骤1中的5条路由信息将会保存在路由信息表中，若其中一条路由中的节点或者光纤链路发生故障，则可及时切换工作路由；

步骤1.2：如A节点发生故障不能转发数据，则可从备选路由1(B，C，D)、备选路由3(B，E，D)两条路由中选择新的工作路由；

步骤1.3：若发生故障的位置为两节点之间的光纤链路，如节点B与节点C之间的光纤链路发生故障，则可从备选路由2(B，A，D)、备选路由3(B，E，D)、备选路由4(B，A，F，D)、备选路由5(B，A，C，D)4条路由中选择新的工作路由；

步骤2：计算得到5条备选路由后，设置路由权重值L(α，β)，该权重值与路由中的带宽资源α成正相关，路由条数β成负相关，假设每个波长的带宽相同，则5条路由中备选路由1带宽资源最多、跳数最少，其次为备选路由2，再次为备选路由3，最后为备选路由4及备选路由5，所以初始路由权值大小为L(α1，β1) > L(α2，β2) > L(α3，β3) > L(α4，β5) > L(α5，β5)；

步骤3：路由权重值较大的备选路由将优先选为工作路由，同理，故障发生时，新的工作路由将优先考虑路由权重值较大的备选路由，此外，控制层周期性地获取多节点Mesh型拓扑光网络中的每条路由的带宽资源使用与剩余情况，同时周期性地更新路由权重值；

步骤4：根据步骤2中的路由权重值，从备选路由中选择三条不相关的备选路由作为三种QoS业务的工作路由；

步骤4.1：如图4所示，备选路由1路由权重值L1最大，故选为EF业务的工作路由；

步骤4.2：与备选路由1不相关的备选路由3作为AF业务的工作路由；

步骤4.3：与上述两条路由均不相关的备选路由5作为BE业务的工作路由；

步骤4.4：三条不相关的工作路由，除源节点与目的节点相同外，路由中的其余节点与光纤链路均不相同，三条工作路由中任意一条发生故障，不会影响其它业务的传输；

步骤5：控制层获取多节点Mesh型拓扑光网络中各节点的业务请求，以时间T为一个分配周期分配带宽资源，用来满足各节点业务传输，如图5所示，一个分配周期内包括工作域与保护域，T_op为周期开始时间，T_end1为工作域结束时间，T_end2为周期结束时间，λ1、λ2、λ3、λ4表示四个波长，工作域占比70%，作为工作路由的使用；剩余30%作为保护域，暂不分配以备其它工作路由出现故障，需要临时切换路由时使用；

步骤5.1：同一段光纤链路上，可同时被多个虚拟逻辑网络占用，因此，合理的分配波长与时隙，既可以有效的保证业务传输，也可以减少传输时延；以T为周期分配满足业务带宽的可用资源，其中可用资源包括波长与时隙；

步骤5.2：不同波长上的时隙将按照时间先后顺序先后填满，只有当更早的时隙被占满，较晚的时隙才被使用；

步骤5.3：此外，优先满足EF业务，其次满足AF业务，最后将剩余带宽资源用于BF业务，如图5所示，EF业务被安排在λ1、λ2、λ3、λ4靠近Top周期开始时间的时隙上，当靠近Top的时隙均被分配出去后，分配后续时间的时隙满足AF业务和BF业务；

步骤6：故障发生后的恢复过程如图6所示，路由恢复步骤如图2所示，节点B与节点C之间的光纤链路发生故障，导致工作路由不能正常工作；

步骤6.1：此时，控制层发出测距信号，故障点为节点B与节点C之间的光纤链路；

步骤6.2：读取备选路由的路由权重值，此时备选路由2的路由权重值较大，则被选为新的工作路由；

步骤6.3：确定切换的路由后，计算周期T中的带宽资源分配，主要是保护域的资源分配；

步骤6.4：若此时发现，带宽资源不足以满足业务需求，可将备选路由2与备选路由5同时选为工作路由；

步骤6.5：通报路由中所有节点为切换路由做好准备，完成后就可以恢复数据业务的正常传输。

Claims (1)

1.一种光网络的多层保护恢复及资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）多层保护：多层保护包括多路由备选、网络业务切片和带宽分配周期内设置工作域与保护域；

1.1多路由备选：源节点与目的节点之间具有多条备选路由，若工作路由发生故障，能及时切换至备选路由进行保护；

1.1.1复杂的多节点Mesh型拓扑光网络中，利用K条最短路径的KSP算法为物理网络中每一对物理节点计算n条固定备选路由，并将路由信息保存在路由信息表中，由此，对于给定的某一节点，路由信息表中储存了多节点Mesh型拓扑光网络中其它任一节点的路由信息，且对指定源节点与目的节点，最多会预先计算得到n条固定备选路由；

1.1.2：设置路由权重值L，该权重值与备选路由中的带宽资源α成正相关，与路由的跳数β成负相关，光网络的控制层实时获取每个备选路由中的剩余带宽资源，这意味着路由权重值是实时动态更新的；

1.2：网络业务切片：具有不同服务质量即QoS的业务由不同路由传输，若其中一条工作路由发生故障，其余两条工作路由也不会受到影响；

1.2.1：多节点Mesh型拓扑光网络中存在差异化的业务服务质量：

(1)加速转发的EF业务：需要足够带宽、低丢包率、低延时和抖动；

(2)确保转发的AF业务：需要足够带宽、低丢包率、但对延时和抖动不敏感；

(3)尽力转发的BE业务：没有特殊要求，带宽资源允许的条件下尽力而为即可；

1.2.2：通过步骤1.1.2的路由权重值的大小，选择三条路由用于保证差异化的业务QoS传输，即三种业务采用三条相互隔离的路由；

1.3：带宽分配周期内设置工作域与保护域：保护域用于其它链路发生故障时切换使用；

1.3.1：以T为周期分配带宽资源，设置工作域与保护域，其中工作域占比70%用于正常业务传输；而保护域占比30%用于保护，以备其它链路发生故障时切换使用；

1.3.2：同一段波长调度域，能同时被多个工作路由占用；以T为周期分配满足业务带宽的可用资源，其中可用资源包括波长与时隙；

1.3.3：不同波长上的时隙将按照时间先后顺序先后填满，只有当更早的时隙被占满，较后的时隙才被使用；

1.3.4：结合业务QoS，优先满足需要足够带宽、低丢包率、低延时和抖动的EF业务，即优先将EF业务安排在最早的时隙上，其次满足仅要求足够带宽、低丢包率的AF业务，最后将剩余带宽资源用于BF业务；

2）路由恢复：

2.1：工作路由发生故障，光网络的控制层发出测距信号，确认网络拓扑中所有节点是否在线，若所有节点均在线，则意味着工作路由中的光纤链路发生故障；

2.2：若多次询问节点是否在线均无反应，则意味着工作故障是由节点掉线导致的；

2.3：光网络的控制层根据路由权重值，从备选路由中选择新的工作路由，并计算该路由中的带宽资源分配；

2.4：若单条备选路由剩余的带宽资源不足以满足业务需求，则将多条备选路由逐级升级为工作路由，利用多条备选路由的带宽资源满足业务的需求；

2.5：完成步骤2.1至步骤2.4后，控制层通报路由中所有节点，使所有节点为新的路由切换做出准备工作，从而进行路由切换，实现路由保护。

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