CN100454830C - 网络域中实现路径计算的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种网络域中路径计算的方法。该方法主要包括：首先，在网络域中的路径计算网络实体上保存用于路径计算的网络域中的全局路径计算信息，所述的全局路径计算信息包括：网络域内当前所有的路径计算请求信息，当前可用于分配的网络资源信息或当前资源的占用信息；之后，由路径计算网络实体根据保存的全局路径计算信息进行路径的计算。因此，本发明通过使路径计算网络实体可以快速保持与网络状态的同步，可以大大提高其处理路径计算任务的效率和正确性；同时，本发明还可以有效的防止路径计算过程中资源冲突的发生；另外，还可以合理、有效的将网络域内部的路径计算请求负载分担，使协议整体运行效率提高。

Description

网络域中实现路径计算的方法
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种网络域中实现路径计算的方法。
背景技术
流量工程关注网络整体性能的优化，其主要目标是方便地提供高效的、可靠的网络服务，优化网络资源的使用，优化网络流量。具体可以分为两个层面：一是面向流量的，即关注如何提高网络的服务质量；二是面向资源的，即关注如何优化网络资源的使用，最主要是带宽资源的有效利用。随着部署范围的扩大，GMPLS(通用的多协议标签交换)技术的发展，域间流量工程将会跨越不同的运营商，涵盖GMPLS网络。
约束路径计算，如CSPF(基于约束的最短路径优先)计算，是MPLS(多协议标签交换)和GMPLS流量工程的重要组成部分。对于多自治系统间的路径计算将非常复杂，需要不同自治系统的计算实体相互协作，共同完成。基于PCE(路径计算网络节点)模型的路径计算方法可以应用于域间流量工程，该计算方法并不影响计算出来的路径的使用，如LSP(标签交换路径)的建立，维护和拆除，只是针对于这样的LSP路径的计算。
在基于PCE模型的路径计算方法中，当ingress LSR(入口标签交换路由器)等PCC(向PCE发起路径计算请求的客户端实体)希望建立LSP路径时，首先发送请求信息给PCE，请求信息中会含有路径的目的地和各种约束条件等基本信息。PCE收到所述请求后，会根据与网络同步的拓扑，TED(流量工作数据库)等信息计算出满足该请求中的约束条件的路径，并将所述路径通过响应报文返回给PCC，作为PCC建立LSP的ERO(显式路径对象)参数。所述的计算出的路径可以含有精确节点(一个路由器)和松散节点(一个网段，一个区域，一个自治系统)。
在基于PCE模型的路径计算方法中，每个PCE负责的计算范围通常是一个自治系统，所述的自治系统具体为IGP(内部网关协议)扩散TED(流量工作数据库)信息的范围。
在PCE模型中，需要两个基本协议：PCE发现协议，负责PCC发现PCE的存在和计算能力，在PCC有计算请求时，根据该协议得到的信息，选择合适的PCE发送计算请求进行计算；PCE通信协议，主要负责PCC和PCE之间传送计算请求和响应信息，PCC在发送计算请求时，包含各种约束条件，当某一PCE接收到路径计算请求是由本地处理，则由其进行相应的路径计算处理。
目前，对于PCE通信协议提供了相应的总体需求，但是，并没有对需要中涉及的一些具体面临的问题提出相应的解决方法，同时也没有对需要中提出的可能遇到的问题给予解决的办法。
发明内容
鉴于上述的架构和将会遇到的问题，本发明的目的是提供一种网络域中实现路径计算的方法，从而提高了网络域，如自治系统中的路径计算的效率及准确性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种网络域中实现路径计算的方法，包括：
A、在网络域中的各个路径计算网络实体上保存用于路径计算的网络域中的全局路径计算信息，所述全局路径计算信息包括网络域内当前所有的路径计算请求信息，以及当前可用于分配的网络资源信息或当前资源的占用信息；
B、当需要建立路径时，由路径计算网络实体根据保存的全局路径计算信息进行路径的计算；
所述步骤B具体包括：
C、获取路径计算网络实体保存的全局路径计算信息中的其他路径计算网络实体的路径计算请求信息，并根据保存的全局路径计算信息中当前可用于分配的网络资源信息或当前资源的占用信息判断待处理的路径计算请求信息是否和其他路径计算网络实体正在处理的路径计算请求对某一资源同时进行占用而该资源无法同时满足需要，如果是，确定产生资源冲突，则执行步骤D，否则，确定没有发生资源冲突，执行步骤E；
D、等待所述其他路径计算网络实体上正在处理的路径计算请求处理完成，且路径计算网络实体基于相应计算结果实现路径信息同步后，执行步骤E，
E、在该路径计算网络实体中进行路径计算请求的路径计算。
所述的步骤B具体包括：
B1、当客户端实体需要建立路径时，客户端实体选择确定一个路径计算网络实体作为路径计算网络实体，并向自治系统内的所有路径计算网络实体发送路径计算请求信息，请求信息中携带着确定的路径计算网络实体的标识信息；
B2、所述选择确定的一个路径计算网络实体接收所述路径计算请求后根据保存的全局路径计算信息对其进行路径的计算。
所述步骤B2具体包括：B21、各个路径计算网络实体接收所述路径计算请求后，记录接收的路径计算请求，并根据所述的路径计算网络实体的标识信息决定是否进行路径计算。
所述的步骤B21包括：
在网络域中的路径计算网络实体上，根据路径计算请求的优先级信息依次保存需要在该路径计算网络实体上进行路径计算的各个路径计算请求信息，同时，还分别保存网络域中的其他各个路径计算网络实体上负责处理的路径计算请求信息。
所述的步骤D还包括：
在所述路径计算网络实体上分别记录网络域中各个路径计算网络实体的正在处理的路径计算请求和等待处理的路径计算请求。
所述的网络域中实现路径计算的方法还包括：
F、当路径计算网络实体无法对接收到的路径计算请求进行计算处理时，则向客户端实体返回无法进行计算处理的通知。
所述的步骤F具体包括：
F1、当路径计算网络实体根据自身计算能力或繁忙程度确定无法对接收到的路径计算请求进行计算处理时，根据保存的各个路径计算网络实体上的路径计算请求信息的数量最少的实体确定为可用的路径计算网络实体；
F2、将所述可用的路径计算网络实体的信息随无法进行计算处理的通知消息一起发送给客户端实体。
所述的步骤F2还包括：
当客户端实体接收到路径计算网络实体返回的通知消息后，获取所述的可用的路径计算网络实体的标识信息，并重新向所有的路径计算网络实体发送路径计算请求消息，消息中携带着所述的可用的路径计算网络实体的标识信息。
所述的网络域中实现路径计算的方法还包括：
G、路径计算网络实体将路径计算结果返回给相应的客户端实体，并由客户端实体根据返回的路径计算结果进行路径的建立；
H、当路径创建成功时，客户端实体将建立的路径信息发布给网络域中的所有路径计算网络实体，所述路径计算网络实体根据接收的路径信息更新其保存的全局路径计算信息中的路径信息和路径计算请求信息。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过使PCE快速保持与网络状态的同步，即实时更新PCE上保存的整个网络域中的路径信息，从而可以大大提高PCE处理任务的效率和正确性。
同时，本发明的实现还可以有效的防止了资源冲突，提高了PCE处理计算任务的正确性，避免了多次发送同一路径计算请求，从而减少了协议交互的次数，提高协议的运行效率。
另外，本发明的实现还可以根据PCE中保存的整个网络域中的路径计算请求信息合理、有效的将自治系统内部的计算请求进行负载分担处理，从而使得相应协议的整体运行效率提高。
附图说明
图1为PCE模式组网结构示意图；
图2为全局路径计算请求列表的维护处理流程图；
图3为全局路径计算请求列表的结构示意图；
图4为本发明中防止资源冲突的处理流程图；
图5为本发明中实现路径计算任务分担的处理流程图。
具体实施方式
本发明的核心是网络域内，每个负责完成路径计算的路径计算网络实体上保存了当前域内所有计算请求信息，从而可以有效的避免分布式计算可能会遇到的资源冲突问题，在确保不同的计算请求不会产生资源冲突时，域内的计算请求仍可以并行处理，同时根据该信息进行有效的计算负载分担。
本发明可以应用于各种路径资源独立管理的网络域中，并且该网络域中存在多个路径计算网络实体，用于分担完成网络域中的路径计算。
下面将以在流量工程网络域，即PCE的自治系统域中实现本发明为例，对本发明的实现进行说明。
在PCE自治系统中，本发明主要是分别在各个PCE上分别保存有全局路径计算信息，所述的全局路径计算信息为整个自治系统内部的用于路径计算的全部信息。这样可以保证在每个PCE上均可以快速准确地获得相应的路径计算结果，从而使得建立LSP所需要的时间大大缩短。
本发明中所述的PCE可以实现于路由器中，或者实现于一台指定的服务器中，用于实现自治系统内部的路径计算。
在一个自治系统内部，相应的路径计算可以由一个或者多个PCE实现。当自治系统内部只有一个PCE时，所有自治系统内部的计算请求都将发送给这个PCE，称为集中式的路径计算方法。如图1所示，当自治系统中有多个PCE存在时，所有的自治系统内部的计算请求可以被分布到不同的PCE上实现，从而实现路径计算的负载分担，以减少计算请求由于PCE阻塞导致失败的可能，称为分布式的路径计算方法。
在分布式路径计算方法中，PCC在发出计算请求前，需要知道每个PCE具备的计算能力，如具备哪些QOS(服务质量)计算的能力，是否可以计算保护链路和计算负载分担的路径，TED(流量工程数据库)同步能力和速度等，以便于其从中选出一个适合的PCE，并发送其计算请求。对于这些要求，在本发明之前的一些技术已经可以满足。本发明主要关注的是在满足上述要求的条件下，PCE侧如何实现更为合理的路径计算，以及获得更为准确的计算结果。
本发明在具体实现的过程中需要考虑以下三方面的问题：
(1)根据PCE计算的路径完成LSP的建立工作后，需要更新PCE上的LSP信息，以确定针对其他路径计算的准确性；
当PCE进行路径计算，并将某一路径在计算出后返回给PCC，如ingressLSR(入口标签交换路由器)时，在真正建立LSP前，PCE是处于非同步的状态的。这是由于LSP建立的过程中可能会失败，也可能建立成功后与计算的路径不一致，即当LSP真正建立时占用的网络资源与PCE计算的结果可能会有差异。如果PCE依据已经计算的路径进行新的路径计算，其结果将仍可能出错。因此，需要在LSP建立成功或失败后，PCE根据实际的LSP建立情况更新维护网络状态信息，如TED和LSP等，重新实现网络同步，以确保下次处理路径计算请求的结果的正确性；
(2)解决可能出现的资源冲突问题；
在分布式PCE网络中，多个PCE可能同时处理不同的路径计算请求，例如，某一链路失效后重新恢复，可能引起多个ingress LSR(入口标签交换路由器)同时向不同的PCE发布计算请求，导致多个PCE在计算路径时同时对某一资源使用和分配，并由此导致某些LSP路径在建立时的失败，从而再次向PCE申请计算，降低了PCE通信协议的效率；
(3)在网络域中各个PCE可以协助PCC准确选择合适的PCE用于处理其发送的路径计算请求，从而提高路径计算效率；
当PCC无法知道PCE运行状态时，不同的PCE可能会存在请求分配不均匀，某一PCE由于请求过多而阻塞，而其他PCE可能由于没有计算任务而处于空闲状态，即便PCE可以告知PCC当前由于任务过多而不能接受计算请求时，PCC仍无法知道其他PCE是否也在阻塞，不能正确的选择其它的PCE，只能依次发送请求信息，从而降低了PCE通信协议整体效率，也无法使计算请求合理的负载分担。
本发明正是围绕解决上述3个问题实现。从而实现可以快速保持PCE的路径信息的同步状态，PCE需要保持网络资源状态即时信息，以保证所计算LSP路径的正确性和及时性。同时，还可以有效防止资源冲突的发生，即避免当一个区域或自治系统内多个PCE同时在进行路径计算时，可能会造成几个计算的结果对同一资源的重复占用，导致资源冲突的情况出现。
另外，本发明的实现还需要可以合理的进行计算任务负载分担，当PCE计算请求过多，PCC的计算请求可能由于不能得到及时响应而发生阻塞时，采用该发明中的技术，PCE除了通告自己阻塞消息外，同时向PCC返回网络中其他可以处理该路径计算请求的较为适合的PCE，提高了PCE通信协议的效率，并可以实现路径计算请求的合理的负载分担。
为对本发明有进一步的理解，下面将结合附图对本发明所述的方法的具体实现方式进行详细的说明。
本发明中，为实现可靠准确地路径计算，需要使各个PCE中实时保存网络域中建立的路径的信息，即要求PCE上可以实现在根据PCE的计算结果建立相应路径后能够快速同步网络状态，也就是保证各个PCE中的路径信息可以实时与网络状态同步。为此，本发明采用了如下的处理方法：
每个PCE根据相应的路径计算请求进行相应的路径计算处理后，首先将计算结果返回PCC；然后，由PCC通过RSVP-TE(资源预留协议一流量工程)等信令，将PCE的计算结果作为ERO(显示路径对象)参数，向下游发起建立LSP的信令；当LSP建立成功，PCC通过返回消息中的RRO(路径记录对象)参数，将已经建立的LSP信息发布给所有PCE，以使所有的PCE更新其维护的LSP状态信息，保持网络状态同步。这样，各个PCE上均可以保存有可以实时更新的整个网络域的路径状态信息，从而有效保证了各个PCE的路径计算的准确性。
为解决PCE路径计算过程中的资源冲突及负载分担问题，本发明中还需要在各个PCE上建立维护相应的全局路径计算请求列表，用于记录网络域内的所有路径计算请求信息。下面将对本发明所述的方法中涉及的全局路径计算请求列表的具体维护实现方式及其应用进行详细说明。
全局路径计算请求列表的维护处理过程如图2所示，具体包括：
在PCE中建立并维护着全局路径计算请求列表，用于保存自治系统内的所有PCE需要处理的路径计算请求信息，根据该路径计算请求信息，PCE可以准确地完成相应的路径计算；
如图3所示，所述的全局路径计算请求列表GCT(Global ComputingTable)具体为在每个PCE上维护着当前全网中的路径计算请求的一张总表，全局路径计算请求列表GCT，并按照计算请求所属的PCE保留每个PCE当前正在处理和将要处理的计算请求信息。
以下举例具体说明在PCE上如何维护全局路径计算请求列表：
如图1所示，图中虚线内为一个自治系统，其中有三台路由器：RTA，RTB，RTC，按照PCE发现协议，每台路由器都知道自治系统内部有两个PCE：PCE1，PCE2；
如图2所示，具体的全局路径计算请求列表的更新处理过程包括；
步骤21：当三台路由器有路径计算请求时，则根据每个路径计算请求的约束条件和PCE处理计算的能力，选择其中一个确定的PCE；
步骤22：路由器向自治系统内的所有PCE发送路径计算请求信息，请求信息中携带着确定的PCE的标识信息；
具体为：向确定的PCE发送路径计算请求的同时，还将该路径计算请求信息发布给自治系统内的其它PCE，如当RTA向PCE1发送路径计算请求时，同时，还需要将该路径计算请求信息发送给PCE2；
在所述的路径计算请求信息中需要包含处理该请求的PCE的标识信息，例如，相应的PCE的IP地址信息等，该IP信息段不是作为报文的目的地址，而是作为将要处理这个请求的PCE标识；当然，也可以采用其他标识信息作为区分不同PCE的标识信息；
步骤23：通过每个PCC向所有PCE发布请求信息，所有的PCE都将收到自治系统内所有的路径计算请求信息；
步骤24：各个PCE根据路径计算请求信息中的PCE标识，将所述的路径计算请求加入到全局路径计算请求列表中相应的PCE需要处理的路径计算请求队列中；
具体为各个PCE需要根据PCE标识判断自己是否需要处理该路径计算请求，并对需要自己进行处理的路径计算请求进行相应的路径计算处理，同时，还根据PCE标识按照优先次序，将各个路径计算请求信息加入相应的队列，这样自治系统内所有的PCE将有一个同样的全局路径计算请求列表；
以PCE1为例，其全局路径计算请求列表如图3所示，在图3中local_computing_table(本地计算列表)记录了当前PCE(即PCE1)本地负责处理的计算列表，其中有三个计算请求，分别来自RTA，RTC，RTB，排列次序按照每个请求的优先级，并不代表接收请求的时间次序；PCE将顺序的从列表中提取路径计算请求并进行路径计算处理；在图3中的PCE2_computing_table(PCE2计算列表)记录了PCE2当前的路径计算请求列表，这样PCE1知道PCE2正在处理的请求，反之亦然；
在全局路径计算请求列表中各个PCE下包括正在处理的路径计算请求信息和等待处理的路径计算请求信息。
在自治系统中所有的PCE的计算列表合起来构成了全局路径计算请求列表，由于PCE通信协议是基于可靠传输的，该全局路径计算请求列表在所有的PCE上都是一致的。如果自治系统内当前没有任何路径计算请求，则该表记录为空。
建立并维护了上述全局路径计算请求列表后，本发明中，可以利用该表解决路径计算过程中可能出现的资源冲突问题，具体的解决办法如图4所示，具体包括以下步骤：
步骤41：从PCE路径计算请求队列中，提取需要进行处理的路径计算请求信息；
步骤42：遍历其他PCE的路径计算请求队列，根据其他PCE的正在处理的路径计算请求信息，判断本次将要进行的计算是否与其他PCE的计算将要产生资源冲突，具体可以根据路径计算请求的资源类型信息和可能的路径信息判断是否产生资源冲突，如果可能产生资源冲突，则执行步骤43，否则，即判断不存在资源冲突，则直接执行步骤44，而无需等待其他PCE计算任务的完成；
步骤43：本次提取的路径计算请求的计算处理延时进行，即等待其他PCE正在处理的路径计算请求完成计算后，且PCE恢复同步，使得资源冲突的可能性消失时，执行步骤44；
步骤44：对步骤41中提取的路径计算请求进行路径计算。
本发明中，利用上述全局路径计算请求列表还可以实现路径计算任务的负载分担处理，具体的实现过程如图5所示，包括：
步骤51：PCE由于计算任务过多会导致阻塞，无法对部分路径计算请求及时处理；
步骤52：该PCE在全局路径计算请求列表中确定路径计算请求最少的PCE，即相对空闲的PCE；
步骤53：将所述空闲的PCE的标识信息随着向PCC返回的无法进行计算处理的通知一起发送给相应的PCC；
步骤54：PCC收到所述的信息后，便可以选择所述空闲的PCE发起路径计算请求处理过程，从而加快路径计算处理过程。
也就是说，在本发明以前，PCE虽然可以将自身任务过载的信息反馈给PCC，告诉PCC暂时不能处理请求，但由于PCC无法知道PCE状态，不能合理的将计算任务重新分发到其他PCE，此时，如果PCC在选择其他PCE重新发送请求时，仍有可能会被其他PCE拒绝，使得一次路径计算请求可能需要多次重新发送报文试探，直至某个PCE可以处理该请求为止，降低了PCE通信协议的效率；
采用上述步骤52至步骤54的处理过程，使得在通过基于上述全局路径计算请求列表的处理过程，每个PCE不但很清楚自己计算任务量，而且也清楚其他PCE当前的任务量信息，从而在自己处于阻塞时，根据全局计算表挑选出当前其他计算任务较少或者空闲，并具备相应的处理能力的PCE，在向PCC反馈自己正处于阻塞状态而不能处理计算请求信息的同时，将其他可以处理该计算请求的PCE标识反馈给PCC，使PCC避免了盲目的选择PCE，提高了PCE通信协议的效率，并可以合理地将自治系统内的路径计算任务分担到每个PCE。
综上所述，通过使路径计算网络实体可以快速保持与网络状态的同步，可以大大提高其处理路径计算任务的效率和正确性；同时，本发明还可以有效的防止路径计算过程中资源冲突的发生；另外，还可以合理、有效的将网络域内部的路径计算请求负载分担，使协议整体运行效率提高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1、一种网络域中实现路径计算的方法，其特征在于，包括：
A、在网络域中的各个路径计算网络实体上保存用于路径计算的网络域中的全局路径计算信息，所述全局路径计算信息包括网络域内当前所有的路径计算请求信息，以及当前可用于分配的网络资源信息或当前资源的占用信息；
B、当需要建立路径时，由路径计算网络实体根据保存的全局路径计算信息进行路径的计算；
所述步骤B具体包括：
C、获取路径计算网络实体保存的全局路径计算信息中的其他路径计算网络实体的路径计算请求信息，并根据保存的全局路径计算信息中当前可用于分配的网络资源信息或当前资源的占用信息判断待处理的路径计算请求信息是否和其他路径计算网络实体正在处理的路径计算请求对某一资源同时进行占用而该资源无法同时满足需要，如果是，确定产生资源冲突，则执行步骤D，否则，确定没有发生资源冲突，执行步骤E；
D、等待所述其他路径计算网络实体上正在处理的路径计算请求处理完成，且路径计算网络实体基于相应计算结果实现路径信息同步后，执行步骤E，
E、在该路径计算网络实体中进行路径计算请求的路径计算。
2、根据权利要求1所述的网络域中实现路径计算的方法，其特征在于，所述的步骤B具体包括：
B1、当客户端实体需要建立路径时，客户端实体选择确定一个路径计算网络实体作为路径计算网络实体，并向自治系统内的所有路径计算网络实体发送路径计算请求信息，请求信息中携带着确定的路径计算网络实体的标识信息；
B2、所述选择确定的一个路径计算网络实体接收所述路径计算请求后根据保存的全局路径计算信息对其进行路径的计算。
3、根据权利要求2所述的网络域中实现路径计算的方法，其特征在于，
所述步骤B2具体包括：B21、各个路径计算网络实体接收所述路径计算请求后，记录接收的路径计算请求，并根据所述的路径计算网络实体的标识信息决定是否进行路径计算。
4、根据权利要求3所述的网络域中实现路径计算的方法，其特征在于，所述的步骤B21包括：
在网络域中的路径计算网络实体上，根据路径计算请求的优先级信息依次保存需要在该路径计算网络实体上进行路径计算的各个路径计算请求信息，同时，还分别保存网络域中的其他各个路径计算网络实体上负责处理的路径计算请求信息。
5、根据权利要求1所述的网络域中实现路径计算的方法，其特征在于，所述的步骤D还包括：
在所述路径计算网络实体上分别记录网络域中各个路径计算网络实体的正在处理的路径计算请求和等待处理的路径计算请求。
6、根据权利要求1至4任一项所述的网络域中实现路径计算的方法，其特征在于，该方法还包括：
F、当路径计算网络实体无法对接收到的路径计算请求进行计算处理时，则向客户端实体返回无法进行计算处理的通知。
7、根据权利要求6所述的网络域中实现路径计算的方法，其特征在于，所述的步骤F具体包括：
F1、当路径计算网络实体根据自身计算能力或繁忙程度确定无法对接收到的路径计算请求进行计算处理时，根据保存的各个路径计算网络实体上的路径计算请求信息的数量最少的实体确定为可用的路径计算网络实体；
F2、将所述可用的路径计算网络实体的信息随无法进行计算处理的通知消息一起发送给客户端实体。
8、根据权利要求7所述的网络域中实现路径计算的方法，其特征在于，所述的步骤F2还包括：
当客户端实体接收到路径计算网络实体返回的通知消息后，获取所述的可用的路径计算网络实体的标识信息，并重新向所有的路径计算网络实体发送路径计算请求消息，消息中携带着所述的可用的路径计算网络实体的标识信息。
9、根据权利要求1至4任一项所述的网络域中实现路径计算的方法，其特征在于，该方法还包括：
G、路径计算网络实体将路径计算结果返回给相应的客户端实体，并由客户端实体根据返回的路径计算结果进行路径的建立；
H、当路径创建成功时，客户端实体将建立的路径信息发布给网络域中的所有路径计算网络实体，所述路径计算网络实体根据接收的路径信息更新其保存的全局路径计算信息中的路径信息和路径计算请求信息。
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