CN101052235A - 用于ason专用保护的业务梳理方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于ASON专用保护的业务梳理方法，包括：在ASON的逻辑拓扑中寻找备选工作路径和备选保护路径；如果接收到业务连接请求，则计算每条备选工作路径的权重和每条备选保护路径权重，以此确定工作－保护路径对；以及以工作－保护路径对承载业务。通过使用本发明，能够根据网络状态选择最优的疏导业务流量工作和保护路径，能够较好的降低网络的阻塞率，并能快速、有效地减少网络资源的使用，节省网络的建设和维护成本，并且具有实现简单，时间复杂度低的优点。

Description

用于ASON专用保护的业务梳理方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体而言，涉及用于自动交换光网络(ASON)专用保护的业务梳理方法和装置。

背景技术

ASON是能够智能化地自动完成光网络交换连接功能的新一代光传送网络。它通过自动邻居发现、自动业务发现、选路算法、光路径管理和端到端保护等功能的相互协调来建立一种可行、可靠的保护恢复机制，从而实现网络资源和拓扑结构的自动发现、提供智能光路由、并提供分布式智能恢复算法，是一种具有高灵活性、高可扩展性的基础光网络设备。

在此前提下，随着光网络中波分复用(wavelength divisionmultiplexing，WDM)传输技术的飞速发展，已经使WDM光传送网技术成为目前宽带骨干网络的核心技术。由于光网络中每个波长可提供高达G比特(如：OC-48，OC-192，OC-768)的传输容量，然而光路所承载的业务速率却常常达不到单个波长的传输容量，其中很多业务请求是OC-1、OC-3、OC-12等小于一个波长容量的低速业务，如果为每个带宽中小于一个波长粒度的业务请求分配一个独立的波长信道，会造成网络资源的极大浪费。在骨干或城域网规划中，由于小颗粒业务信号对带宽的利用率不高，目前对于低速率业务信号较多的应用是透明复用(T-MUX)方式，将子速率带宽(即，小颗粒业务信号)进行“捆绑”传送。因此，有必要进行业务(流量)梳理(traffic grooming)，即通过有效的复用、解复用及交换处理将低速率的业务流汇聚到高容量的光路(lightpath，LP)中传输，以提高网络的资源利用率。在业务流量疏导中，由于受网络中光纤链路波长数和网络节点处收发器(transceiver)数目等资源的限制，很难为任意业务请求建立直接的光路。因此，动态流量疏导的目的就是在收发器一定的情况下减小业务的平均阻塞率，或者在阻塞率一定的情况下减少全网收发器的使用。

专用保护(dedicated protection，例如，1+1或1∶1保护)是目前传输网络中最广泛使用的保护方式。好的流量梳理算法，可以提高现有ASON/WDM网络中的数据资源利用率，降低网络阻塞率和提高运行效率，因此，如何在ASON网络的专有保护中，考虑流量梳理，进行梳理策略设计，是实际中必须克服的重要问题。

这里，假定已知网络物理拓扑G(N，L，W)，其中N，L，W分别表示网络的节点集合、双向链路(每个链路由两根方向相反的单向光纤构成)集合和每个链路的波长集合(每根光纤所支持的波长数相同)，|N|，|L|，|W|分别表示节点数目、链路数目和每根光纤波长数目；C和X分别表示每个波长的总带宽容量和每个业务的请求带宽集合。由于波长变换器件相对来说比较昂贵，假设光交叉连接设备网络节点(optical cross connect，OXC)为波长交换连接设备(wavelength selective cross connect，WSXC)，其本身不具有波长变换能力，非本地业务可以通过WSXC中的波长交换矩阵直接交换到输出端口，而具有本地业务上/下(adding/dropping)波长的疏导(或波长变换功能)则可以通过连接到WSXC的分插复用器(SDH/SONET add/drop multiplexer，SADM)或者IP/MPLS路由器完成。WSXC的方式在实际网络中具有很好的应用价值。如图1所示，网络节点可以上/下路的波长数目受限于收发器(transceiver)的数目。假定每个节点处支持可调谐收发器的数目为T，收发器可以调谐到光纤链路的任意波长上去。

上述的波长路由网络中的动态流量疏导涉及两层拓扑，包括物理拓扑和虚(逻辑)拓扑。对应网络中的链路分为物理链路和逻辑链路(也称为虚波长链路)两种。物理链路是由实际存在的光纤链路抽象出来的，是双向链路，表示两相邻节点的连接关系；当LSP(Label Switching Path，标签交换路径)在物理拓扑上建立后，相应的路由器节点间的光路就被看作是一条逻辑链路。逻辑链路，为单向链路，两端是路由器节点，由一段或几段波长链路组成，逻辑链路可以被流量工程(Traffic Engineer，TE)路由计算并利用。物理链路是永久存在的物理光纤链路，只是占用状态时刻变化。由于节点对之间光通道的建立和拆除都是动态的，所以逻辑链路是时刻在动态变化的。在这种网络结构中，可以将IP和WDM的路由问题综合考虑，源路由器为到达的业务请求建立LSP时，相当于既可以建立在逻辑链路上，也可以在WDM层为它新建立一条新的光路。

在传统的路由与波长分配(Routing and WavelengthAssignment，RWA)问题中，固定备选路由(fixed alternate routing，FAR)方案是一项重要的研究课题，这种方案预先为每一对源宿节点计算多条备选路由构成备选路由集，可以实现在业务请求到来时，根据当前网络状态动态的选择一条最优的路由并进行波长分配，相对自适应路由(alternate routing，AR)方案来说，FAR方案收敛速度快，效率高。在WDM/ASON流量梳理问题中，基于FAR方案的流量梳理方法也得到了很好的应用。

在基于FAR方案的流量梳理方法中，首先选择一定数目的可用备选路由集，然后根据不同带宽的疏导业务流量请求，结合当前网络中各路由中的带宽占用情况，来选择一条最优的疏导路由，并进行相应的资源(波长和收发器)分配。在资源分配的过程中，需要满足疏导优于新建的流量疏导资源分配原则。在相关技术标准和资料中，目前已经存在考虑疏导业务流量在WDM网络中的均衡分配的研究成果。比如，具有代表性的TGWB(Traffic Grooming WithBalancing)算法，其基本思想是：根据单跳优于多跳(有波长变化)的思想预计算备选路由，统计其每根光纤中的每个波长的可用带宽，当疏导业务流量到来时，选择最空闲的路由，即可用带宽最大的路径作为路由，然后按照资源分配原则分配网络资源。

目前，基于FAR方法的流量疏导TGWB方案，通过考虑疏导业务流量在WDM网络中的均衡分配，能够得到较低的网络阻塞率，也能考虑到节省全网的收发器数目和波长资源。但是存在两个主要缺点，一是方案的实际网络应用能力差，作为研究成果，没有给出网络对于该方法的应用方案，而流量疏导网络在应用过程中，存在方案配置、操作与执行等各方面的问题需要克服；二是方案本身，在选路的过程中，只考虑了疏导业务流量在设备端口和网络资源中的均衡分配，而实际上，对于某个确定的业务带宽加载到的每条备选路由，不仅需要考虑其上面的负载分布情况，还要对该链路上其它业务的负载中的重要程度进行区分，必须考虑按照其它业务在本链路上的不同影响程度，即业务在光纤链路之间的互相影响，才能真正得到较低的网络阻塞率，以及节省全网的收发器数目和波长资源。

目前的网络专用保护中的业务梳理，另一种方法是首先搜索有效的工作路由。一旦找到有效的工作路由，则开始搜索与之对应的保护路由，如果不能为此工作路由找到有效的保护路由，则开始搜索其它工作路由，直到找到有效的保护路由或者选路失败，必要时还要按照资源分配原则分配网络资源，比如考虑业务均衡的工作优先流量梳理(TSTG，Traditional Sequential Traffic Grooming)方法。

目前，以TSTG为代表的技术方案中，主要存在以下两方面的不足，一是对于ASON网络专用保护缺乏综合的解决方案，首先是现有的技术方案没有在ASON网络规划中充分的考虑网络工作路由和保护路由的联合优化，优化效果较差，比如TSTG首先为疏导业务流量搜索合适的工作路由，当确定后，再搜索保护路由，缩小了可能的搜索范围，因此最终得到的工作和保护路径不是全网最优结果，并且同时也没有较好地给出简单、有效的网络共享风险链路组(SRLG)约束的解决方法；二是专用保护的方法并没有充分应用在ASON流量梳理问题中，即在保护的过程中没有充分考虑业务的梳理方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例旨在提供一种用于ASON专用保护的业务梳理方机制。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于ASON专用保护的业务梳理方法。该方法包括以下步骤：在ASON的逻辑拓扑中寻找备选工作路径和备选保护路径；如果接收到业务连接请求，则计算每条备选工作路径的权重和每条备选保护路径权重，以此确定工作-保护路径对；以及以工作-保护路径对承载业务。

根据本发明的另一实施例，提供了一种用于ASON专用保护的业务梳理装置。该装置包括：寻找模块，用于在ASON的逻辑拓扑中寻找备选工作路径和备选保护路径；确定模块，用于如果接收到业务连接请求，则计算每条备选工作路径的权重和每条备选保护路径权重，以此确定工作-保护路径对；以及承载模块，用于以工作-保护路径对承载业务。

上述技术方案中，因为计算每条备选工作路径的权重和每条备选保护路径权重，以此确定工作-保护路径对，所以能够根据网络状态选择最优的疏导业务流量工作和保护路径，能够较好的降低网络的阻塞率，并能快速、有效地减少网络资源的使用，节省网络的建设和维护成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

在附图中：

图1是根据本发明的用于ASON专用保护的业务梳理机制所应用的网络模型；

图2是根据本发明方法实施例的用于ASON专用保护的业务梳理方法的流程图；

图3是根据本发明方法实施例的方法中流量梳理工作和包括路由SRLG之间的配置关系的示意图；

图4是根据本发明方法实施例的方法中波长路由RWA和流量梳理问题中的可用容量的示意图；

图5是根据本发明方法实施例的方法中COTG算法路由选择的示意图；

图6是根据本发明方法实施例的COTG梳理的处理流程图；

图7是根据本发明方法实施例的方法中NSFNET网络拓扑图；

图8(a)和图8(b)是全网阻塞率性能仿真结果比较的波形图；

图9(a)和图9(b)是全网收发器占用率仿真结果的波形图；以及

图10是根据本发明设备实施例的用于ASON专用保护的业务梳理装置的框图。

具体实施方式

下面将参考附图并详细描述本发明。

在描述本发明的实施例之前，首先将描述本发明实施例所应用的网络模型。

本实施例所涉及的波长路由网络中的动态流量疏导是一个两层拓扑问题，包括逻辑拓扑和物理拓扑。对应网络中的链路分为物理链路和逻辑链路(也称为虚波长链路)两种。物理链路是由实际存在的光纤链路抽象出来的，是双向链路，表示两相邻节点的连接关系；当LSP在物理拓扑上建立后，相应的路由器节点间的光路就被看作是一条逻辑链路。逻辑链路，是单向链路，两端是路由器节点，由一段或几段波长链路组成，逻辑链路可以被流量工程(TrafficEngineer，TE)路由计算利用。物理链路是永久存在的物理光纤链路，只是占用状态时刻变化。由于节点对之间光通道的建立和拆除都是动态的，所以逻辑链路是时刻在动态变化的。在这种网络结构中，可以将IP和WDM的路由问题综合考虑，源路由器为到达的业务请求建立LSP时，相当于既可以建立在逻辑链路上，也可以在WDM层为它新建立一条新的光路。

在本实施例中，利用提出的流量梳理方法，能够有效解决选路和带宽分配问题。由于LSP动态建立和拆除，逻辑链路(光路)的剩余带宽是动态变化的，如果一条逻辑链路的剩余带宽为0，则在逻辑拓扑上就应该删除这条逻辑链路，相反，如果一条逻辑链路的剩余带宽不为0，，则应该将该逻辑链路返还成WDM层中的物理链路。此外假定逻辑拓扑中对应同一条物理链路的所有波长通道都具有相同的SRLG标识。由于逻辑链路可能经过多个具有不同SRLG(共享风险链路组)标识的物理链路，因此，它可能对应一组SRLG标识。

由于本实施例中未考虑有波长变换的情况，所以在流量梳理过程中不考虑单跳和多跳(光路)的梳理问题，仅关注根据网络的状态和业务的分布选择最优的工作和保护路由，然后选择可用容量最大的波长分配疏导业务流量带宽资源。

此外，本发明适用与单纤和多纤网络。为方便算法的描述，将工作路由称为active path，将保护/恢复路由统称为备份(保护)路由backup path，则专有保护生存性梳理算法的计算结果是工作-备份路由对(Active Path-Backup Path Pair)以及相应的工作路由波长与备份路由波长。在基于FAR的流量梳理方案中，首先需要为疏导业务流量找到足够的工作和保护路由。

方法实施例

基于上述模型，在本实施例中，提供了一种用于ASON专用保护的业务梳理方法。

如图2所示，根据本实施例的方法包括以下步骤：

步骤S202，在ASON的逻辑拓扑中寻找备选工作路径和备选保护路径；步骤S204，如果接收到业务连接请求，则计算每条备选工作路径的权重和每条备选保护路径权重，以此确定工作-保护路径对；以及步骤S206，以工作-保护路径对承载业务。

其中，与传统的RWA算法类似，优选地，使用K-Shortest Path算法在逻辑拓扑中寻找备选工作路径和备选保护路径，优选地，使用下式计算每条备选工作路径的权重和每条备选保护路径权重：

$\mathrm{\ω}(\mathrm{\ψ},p)=\underset{l\⋐p}{\mathrm{\Σ}}\frac{C_l\underset{\mathrm{\ω}\⋐{\mathrm{\Ω}}^{*}(\mathrm{\ψ},p)}{\mathrm{\Σ}}D(\mathrm{\ψ},l,p)}{\underset{w\∈\mathrm{\Ω}(\mathrm{\ψ},p)}{\mathrm{\Σ}}\frac{c(\mathrm{\ψ},l,w)X}{x}}$

其中，ω(ψ，p)表示每条备选工作路径的权重和每条备选保护路径权重，C_l为链路l在未承载任何业务时的最大可用容量，ψ为ASON的当前网络状态，c(ψ，l，w)为链路l上波长w在当前时刻的可用容量，X/x为流量梳理的业务因子， 为在链路l中，遍历每个波长对D(ψ，l，p)求和；D(ψ，l，p)是指示性函数，表示链路l在路径p上的剩余带宽c(ψ，l)与路径p上的瓶颈带宽之间的关系，D(ψ，l，p)＝1表示链路l上的剩余带宽c(ψ，l)恰好等于路径p的瓶颈带宽，则这条链路称为路径p的瓶颈链路，否则，D(ψ，l，p)＝0；

为在链路l中，遍历每个波长对可用容量求和，其值越大，ω(ψ，p)越小。

可选地，为节点对(i，j)计算K_A条备选工作路由，定义工作路由集为 $P_{A(i,j)}=\{p_{A(i,j)}^{\left(1\right)},p_{A(i,j)}^{\left(2\right)},...,p_{A(i,j)}^{\left(K\right)}\}.$ 工作路由集中的备选路由之间没有资源无关限制或是SRLG无关限制。

对P_A(i，j)中的每一条工作路由p_A(i，j) ^(ka)，(1≤ka≤KA)，为其计算K_B条备选备份路由 $P_{B(i,j)}^{\left(k_a\right)}=\{p_{B(i,j)}^{(k_a,1)},p_{B(i,j)}^{(k_a,2)},...,p_{B(i,j)}^{(k_a,K_B)}\}.$ 集合P_B(i，j) ^(ka)中的每一条路由都与P_B(i，j) ^(ka)SRLG无关，但集合P_B(i，j) ^(ka)中的各条路由之间没有SRLG无关性限制。

这里，确定工作-保护路径对具体包括：计算 $p_A^{*}=\min \left\{\mathrm{\ω}(\mathrm{\ψ},p)\right\}$ 和 $p_B^{*}=\min \left\{\mathrm{\ω}(\mathrm{\ψ},p)\right\};$ 其中p_A ^*表示权重最小的备选工作路径，p_B ^*表示权重最小的备选保护路径；由p_A ^*和p_B ^*构成工作-保护路径对。

并且，确定工作-保护路径对具体包括：计算ω(ψ，p_A，p_B)＝α_A·ω(ψ，p_A)+α_B·ω(ψ，p_B)；其中，α_A和α_B是常数，分别表示对工作通道和保护通道的偏重程度，(p_A，p_B)表示工作-保护路径对，ω(ψ，p_A，p_B)表示工作-备份路径对(p_A，p_B)在当前网络状态ψ下的权重，ω(ψ，p_A)和ω(ψ，p_B)分别表示工作和保护路由在当前网络状态ψ下的权重；取 $\mathrm{\ω}(\mathrm{\ψ},p_A^{*},p_B^{*})=\underset{(p_A,p_B){\∈P}_{(A,B)(i,j)}}{\min }\left[\mathrm{\ω}(\mathrm{\ψ},p_A,p_B)\right]$ 工作-保护路径对。其中，可以根据路由的物理长度、成本、可用性确定α_A和α_B的值。

应当注意，工作通路上的链路与备份通路上的链路属于不同的SRLG，从而保证了两条通路没有共享风险，这样便可以大大降低它们同时失效的可能性。但工作路由和备份路由本身没有SRLG无关限制，这是为了保证计算出的K_A/K_B条路由的数量以供流量梳理过程进行选择，这样可以最大限度地挖掘网络潜在的路由信息。图3示出了在实际的网络规划中工作和保护路由配置。

图3中节点对(i，j)的工作-备份路由对集合可表示为：

具体而言，假定网络的当前状态为ψ，链路l上波长w在当前时刻的可用容量为c(ψ，l，w)，在流量梳理问题中，只要某波长内的某信道带宽有剩余即为该波长上该信道可用，并且可用容量c(ψ，l，w)还要考虑该可用信道上的单位带宽数。参照图4，假设图中每根光纤的总容量为8个带宽单位，流量疏导3根光纤中空闲的容量分别为2，4，1个带宽单位，则波长λ1的可用信道数(带宽)为1+2+4+8＝15，其中8为空闲光纤的容量。而在波长路由的RWA中，空闲容量不加区分，总可用信道(光纤)为1。

通道p上波长w在当前时刻的可用容量c(ψ，p，w)为：

$c(\mathrm{\ψ},p,w)=\underset{l\∈p}{\min }\left[c(\mathrm{\ψ},l,w)\right]$

则定义当前时刻通道p上的可用波长集合和已用波长集合分别为Ω(ψ，p)和Ω^*(ψ，p)：

Ω(ψ，p)＝{w：c(ψ，p，w)＞0}，以及Ω^*(ψ，p)＝{w：c(ψ，p，w)＝0}

根据疏导业务流量带宽的不同，不同的路由选择策略会导致网络性能的较大差异。在原有的均衡算法中，比如只考虑疏导业务流量的链路负载均衡的TGWB算法和TSTG算法，将选择可用疏导带宽容量最大的路由-波长对(route-wavelength pair)，即：

$(w^{*},p^{*})=\underset{w\∈W,p\∈R}{\max }\left\{\underset{l\∈p}{\min }\left[c(\mathrm{\ψ},l,w)\right]\right\}$

其中w^*和p^*分别表示算法选中的波长与路由，在链路均衡的过程中，同样存在只要某波长内的带宽有剩余即为该信道可用的情况。在此均衡思想下，出现了一系列的链路均衡流量疏导策略。本发明在此基础上，提出一种简单而有效的路由选择方法，该方法选择综合均衡和当前时刻业务在某链路上的影响(可用带宽)最优的路由：

$p^{*}=\min \left\{\underset{l\⋐p}{\mathrm{\Σ}}\frac{C_l\underset{\mathrm{\ω}\⋐{\mathrm{\Ω}}^{*}(\mathrm{\ψ},p)}{\mathrm{\Σ}}D(\mathrm{\ψ},l,p)}{\underset{w\∈\mathrm{\Ω}(\mathrm{\ψ},p)}{\mathrm{\Σ}}\frac{c(\mathrm{\ψ},l,w)X}{x}}\right\}---\left(1\right)$

其中，C_l为链路l在未承载任何业务时的最大可用容量。定义p^*＝min{ω(ψ，p)}，其中ω(ψ，p)为通路权重。如果通道p上已经没有可用波长，则Ω(ψ，p)为空集，有 $\underset{w\∈\mathrm{\Ω}(\mathrm{\ψ},p)}{\mathrm{\Σ}}c(\mathrm{\ψ},l,w)=0,$ 此时定义ω(ψ，p)＝∞。

并且，在该式中，定义指示性函数D(ψ，l，p)，表示链路l(在通路p上)上的剩余带宽c(ψ，l)与通路p上的瓶颈带宽之间的关系，D(ψ，l，p)＝1表示链路l上的剩余带宽c(ψ，l)恰好等于通路p的瓶颈带宽，则这条链路称为通路p的瓶颈链路，D(ψ，l，p)的定义作用是考虑某链路是否是该链路中已占用波长业务的瓶颈链路。此外，在该式的分母部分，类似与均衡的策略将通道p上负载最轻的波长的当前容量作为通道的权重，但同时，为了保证流量梳理波长分配的成功率(即路由已选定，不同粒度的业务都能分配到选定的波长中)，还要在通道权重的分母中加上流量梳理的业务因子X/x。

如图5所示，在图中如果假设两条通路的业务总瓶颈影响数分别为7和10，那么对于传统的均衡算法来说，由于图5中所示路由的节点7至节点8的线上节点7和节点8之间链路的负载过重，导致均衡算法的路由可能为跳数较多、负载较轻的其它线的路由。但在本实施例的算法中，由于充分考虑了其他业务对于通路上链路的潜在影响，所以在图5所示的情况中，应该仍然选择节点7至节点8的线上的路由。

从上面的描述可以看出，通过定义简单实用的权重，在路由选择中，将流量梳理网络中流量负载的影响和链路对整个网络业务的业务影响进行结合，能够有效地实现疏导业务流量路由的最优选择。

工作-备份路径对(p_A，p_B)在当前时刻的权重ω(ψ，p_A，p_B)为：

ω(ψ，p_A，p_B)＝α_A·ω(ψ，p_A)+α_B·ω(ψ，p_B)    (2)

其中，α_A和α_B是常数，分别表示对工作通道和保护通道的偏重程度，在实际应用中，可以根据路由的物理长度、成本、可用性等因素确定α_A和α_B的值，而在本实施例的仿真中，优选地，对于专用保护而言，可以取α_A＝α_B。(p_A，p_B)表示所述工作-保护路径对，ω(ψ，p_A，p_B)表示工作-备份路径对(p_A，p_B)在当前网络状态ψ下的权重。同理，ω(ψ，p_A)和ω(ψ，p_B)分别表示工作和保护路由在当前网络状态ψ下的权重。

其中，分配波长具体包括以下步骤：分别在p_A ^*和p_B ^*上选择可用容量最大的波长作为疏导业务流量的工作波长w_A ^*和w_B ^*。并且，可以采用下式分配波长：

$\left\{\begin{array}{c}c(\mathrm{\ψ},p_A^{*},w_A^{*})=\underset{1\≤w\≤W}{\max }\left[c(\mathrm{\ψ},p_A^{*},w)\right]\\ c(\mathrm{\ψ},p_B^{*},w_B^{*})=\underset{1\≤\mathrm{wW}}{\max }\left[c(\mathrm{\ψ},p_B^{*},w)\right]\end{array}\right.$

其中，w_A ^*和w_B ^*表示疏导业务流量的工作波长，c(ψ，p，w)表示通道p上波长w在当前网络状态ψ下的可用容量。

根据上面对路由权重的定义，对于源、宿节点分别为节点i和节点j的业务，联合优化流量梳理(COTG)将从集合P_{(A，B)(i，j)}中选择权重最小的路径对作为业务的工作-备份路径对(p_A ^*，p_B ^*)，即(p_A ^*，p_B ^*)满足：

$\mathrm{\ω}(\mathrm{\ψ},p_A^{*},p_B^{*})=\underset{(p_A,p_B)\∈P_{(A,B)(i,j)}}{\min }\left[\mathrm{\ω}(\mathrm{\ψ},p_A,p_B)\right]---\left(3\right)$

如果 $\mathrm{\ω}(\mathrm{\ψ},p_A^{*},p_B^{*})\≠\∞,$ 则表示算法已经确定了有效的工作-备份路径对，由于专用保护并不要求工作波长和保护波长必须相同，因此COTG算法将分别在p_A ^*和p_B ^*上选择可用容量(可用容量的定义仍如前面所述)最大的波长作为疏导业务流量的工作波长w_A ^*和w_B ^*，即w_A ^*和w_B ^*分别满足：

$\left\{\begin{array}{c}c(\mathrm{\ψ},p_A^{*},w_A^{*})=\underset{1\≤w\≤W}{\max }\left[c(\mathrm{\ψ},p_A^{*},w)\right]\\ c(\mathrm{\ψ},p_B^{*},w_B^{*})=\underset{1\≤\mathrm{wW}}{\max }\left[c(\mathrm{\ψ},p_B^{*},w)\right]\end{array}\right.---\left(4\right)$

在选定了最优的工作和保护梳理路由后，由于本发明未考虑带波长变换的虚光路，不考虑多跳光路的情况，所以在路由中选用可用容量最大的波长进行分配。同时，在具体分配疏导业务流量时，选用该波长上利用带宽最小的某根光纤(不包括完全空闲的光纤)。这样做是为了实现流量疏导中的疏导优于新建(波长光纤)的疏导策略。

此外，在该方法中，以工作-保护路径对承载业务具体包括：在工作-保护路径对的工作路径上建立用于业务连接请求的LSP，同时在工作-保护路径对的保护路径上预留相应的带宽资源，为工作路径和保护路径分配网络波长资源，选用波长资源中利用带宽最小但不完全空闲的光纤，然后修改两条路径相应链路的剩余带宽值，为业务连接请求分配相应的带宽以及节点处的收发器资源，将业务优先疏导到已建的光纤波长中，否则建立新的波长光路，然后相应地更新ASON的逻辑拓扑和物理拓扑。

另外，该方法还可以包括以下步骤：当收到业务释放请求时，释放业务连接所使用的LSP所占用的资源，修改该LSP所经逻辑链路上的剩余带宽值，如果某条逻辑链路的剩余带宽值达到一条光纤的总容量单位，则释放该条逻辑链路，将它还原为相应节点对间的物理链路。

参照图6，COTG具体包括以下步骤：

步骤1，根据网络初始状态构建网络逻辑(虚)拓扑；

步骤2，为该LSP请求寻找工作路径p_A，用K-Shortest Path算法为节点对(i，j)计算从源节点到宿节点的K_A条无SRLG限制的备选工作路由，这里不涉及疏导业务流量的资源分配，转至步骤3；

步骤3，根据(1)式计算每条通路的代价函数(权重)ω(ψ，p_A)，须满足0＜ω(ψ，p_A)＜+∞；如果找到k条最短路径，对于每一条p_A，转至步骤4；

步骤4，为该LSPp_A请求寻找SRLG分离的保护路径p_B，用K-Shortest Path算法为节点对(i，j)计算从源节点到宿节点的K_B条与p_ASRLG分离的备选保护路由，转至步骤5；

步骤5，根据(1)式计算每条通路的代价函数ω(ψ，p_B)，须满足0＜ω(ψ，p_B)＜+∞；如果找到k条最短路径，则跳转至步骤3，当k条备选工作路由都处理完后，转至步骤7；

步骤6，等待到达业务请求r(s，d，b)，如果是业务连接请求，则转到步骤3；如果是业务释放请求，则转到步骤10；

步骤7，按照(2)式和(3)式找到最优工作和保护的最优权重用来确定工作-备份路由对，如果最优权重相同，则利用首次命中(First Fit)原则确定一个工作-备份路由对统计其每根光纤中的每个波长的可用带宽，并且依次按照可用带宽由大到小对波长进行排序，用来如(1)式所示选择最优综合均衡和当前时刻业务在某链路上的影响(可用带宽)最优的路由，转至步骤8；

步骤8，在逻辑拓扑上，作通路p_A上建立LSP，同时在保护通路p_B上预留相应的带宽资源；按照式(4)所示分配波长，选用该波长上利用带宽最小的某根光纤(不包括完全空闲的光纤)。然后修改两条通路相应链路的剩余带宽值，为业务请求r＝(s，d，x)分配相应的带宽以及节点处的收发器资源，必要时建立新光路，然后相应的更新网络的逻辑拓扑和物理拓扑，算法结束；

步骤9，释放该条LSP所占用的资源，修改该LSP所经逻辑链路上的剩余带宽值，如果某条逻辑链路的剩余带宽值达到一条光纤的总容量单位，则释放该条逻辑链路，将它还原为相应节点对间的物理链路，然后转至步骤2。

在本实施例的流量梳理问题中，COTG算法遍历所有的波长平面计算工作-保护路由对，并根据工作-保护路由对的整体权重确定路由。而传统的TSTG算法则首先遍历各波长平面搜索有效的工作路由。一旦找到有效的工作路由，则开始搜索与之对应的保护路由，如果不能为此工作路由找到有效的保护路由，则开始在其它波长平面计算有效的工作路由；如果可以为之找到有效的保护路由，则算法结束。

设备选工作路由的数量为K_A，备选保护路由的数量为K_B，则整个算法的时间复杂度为O(2WK_AK_BN)。虽然在实际运行中，TSTG和TGWB的平均计算时间要少于COTG算法，但由于时间复杂度计算的是算法在最差情况下的计算时间，因此TSTG和TGWB算法的时间复杂度也是O(2WK_AK_BN)。因此，两者的算法时间复杂度相等。而无论本发明提出的COTG算法还是传统的TSTG和TGWB算法，其算法时间复杂度都是基于FAR的，因此要比基于AR的流量梳理问题的时间复杂度低。在基于AR的流量疏导问题中，Dijkstra算法的时间复杂度为O(N²)，搜索疏导工作路由需要遍历所有的波长平面，而搜索对应的疏导备选路由同样需要遍历所有的波长平面，算法最多需要调用W+W²次最短路算法，因此，算法的时间复杂度一般为O(WN²+W²N²)。

本实施例在算法中只考虑无波长变换能力的逻辑单跳(singlehop，SH)路由。为了验证算法的性能，针对不规则的实际网络拓扑NSFNET进行了仿真，该网络的拓扑结构如图6所示。在仿真中，每条链路由一对方向相反的单向光纤组成，每条链路中的波长数目和每个节点上的收发器数目都相同，每个波长的容量为OC-48(2.5G)，业务连接请求r＝(s，d，x)的请求带宽为三种{OC-3，OC-12，OC-48}，即带宽粒度分别为155M，622M和2.5G 3个速率等级。通过标准化可得到X＝{1，4，16}。假设三种速率的业务在网络中发生的几率相等，业务均匀分布于每个节点，业务到达服从泊松分布，即全网总的到达率为λ，连接的持续时间服从均值1/μ的指数分布，每次试验动态产生10⁶个业务连接建立请求。所有业务的服务等级都是相同的，都要求提供1+1的专用保护。在不考虑额外业务的情况下，1+1保护和1∶1保护在资源的占用上是相同的。在仿真中取备选疏导工作路由和保护路由的数目都是4，即K_A＝K_B＝4。

仿真将本发明中提出的COTG算法与相关技术中两个传统算法进行了对比，分别是在联合优化中只考虑链路负载均衡的TGWB(Traffic Grooming With Balancing)算法和考虑业务均衡的顺序工作优先流量梳理(TSTG，Traditional Sequential Traffic Grooming)算法。同时，为了仿真比较，本发明将顺序工作优先流量梳理中考虑业务影响的STGO(Sequential Traffic Grooming with Optimization)算法业务进行了仿真，STGO与本发明提出的COTG的区别在于联合优化还是顺序优化工作和保护路由。四种算法的区别见表1。

图8为不同业务量情况下的四种算法的阻塞率比较，其中4F4W和4F8W中4F表示网络资源为4根光纤，8W分别表示每根光纤承载4个波长和8个波长。从图中可以看出，四种算法的阻塞率整体都在较低的水平上，随着业务的增大，阻塞率依次增大。仿真结果表明，STGO和COTG均得到优越的网络性能。两者都利用了本发明提出的创新的疏导路由选择方法，由于都不仅考虑了疏导业务流量的均衡分配，并同时考虑了链路网络业务的瓶颈链路影响和全网的收发器与波长资源的综合利用，两者的全网平均阻塞率性能明显优于只考虑均衡情况的TGWB和TSTG。如图8所示。在两者本身的比较中，考虑工作路由和保护路由联合优化的COTG算法的全网平均阻塞率略低于利用顺序工作优先TSTG算法，并且当波长数增大时，阻塞率优势略突出。这说明，本发明提出的疏导工作路由和保护路由的联合优化方法比顺序工作优先方法有一定优势，但优势不太突出。这是因为在多纤情况下，COTG更能在专用保护的流量疏导问题中，准确的找到最优解，即合适的工作-保护路由对，对于波长数增大来说，由于瓶颈链路影响，COTG算法的业务梳理能力更强。另外，在仿真过程中可以得到，由于算法根据全网收发器数目和波长资源的合理利用，综合考虑了逻辑拓扑和物理拓扑的结合，所以算法的运行时间性能也得到较大改善。并且，COTG算法的阻塞率要低于TSTG。

算法名称	均衡	考虑业务链路影响	联合优化	使用本发明的主要创新
					TSTG	是	否	否	否
TGWB	是	否	是	否
					STGO	是	是	否	是
COTG	是	是	是	是

                      表1

在本实施例所进行的仿真中，按照流量梳理的优化目标，取每个节点的网络收发器数为波长数的两倍，由于算法的网络性能有很大改善，所以此收发器数是最大可能的收发器数量，实际的使用数量要更少。图9在不同网络资源占用情况下的收发器使用比较，从图中可以看出，在相同资源条件下，相对于TGWB和TSTG来说，COTG或STGO占用更少的收发器资源，也即它的流量梳理能力更强，能够更好的节省网络资源，降低网络成本。在图9(a)中，网络波长资源较少，当业务量较小时，TGWB的收发器占用率比TSTG低，但比COTG或STGO高，随着业务量的增大，TGWB的收发器占用率增高，这说明业务量越大，考虑链路网络业务的瓶颈链路影响和全网的收发器与波长资源的综合利用的算法COTG或STGO流量梳理能力越强，从而使得收发器的使用减少更明显。同时，即随着波长数得增大，COTG或STGO的优势更明显。

设备实施例

在本实施例中，提供了一种用于ASON专用保护的业务梳理装置。

如图10所示，该装置包括：寻找模块1002，用于在ASON的逻辑拓扑中寻找备选工作路径和备选保护路径；确定模块1004，用于如果接收到业务连接请求，则计算每条备选工作路径的权重和每条备选保护路径权重，以此确定工作-保护路径对；以及承载模块1006，用于以工作-保护路径对承载业务。

综上所述，在目前的传输网骨干网和城域网中，存在大量的子波长小颗粒业务信号，因此在网络规划与优化中考虑流量梳理是非常重要的。本发明采用的是收敛速度快，效率高的固定备选流量疏导路由方案。在实际网络规划过程中，可以根据给定业务和链路可能的占用情况离线计算和配置路由，并进行资源(波长和收发器)分配，在网络运行中或者在ASON网络规划与优化中，更能够根据网络状态选择最优的疏导业务流量工作和保护路径。从算法的原理和仿真结果表明，本发明所提出的专用保护中的业务梳理方法，能够较好的降低网络的阻塞率，并能快速、有效减少网络资源的使用，节省网络的建设和维护成本。同时，与其他复杂的算法比较，本发明实现容易，网络配置原理简单，时间复杂度低，因此能够在传输网络尤其ASON网络规划与优化中得到很好的应用。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。应该明白，这些具体实施中的变化对于本领域的技术人员来说是显而易见的，不脱离本发明的精神保护范围。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种业务承载方法，其特征在于，包括以下步骤：

在交换网络的逻辑拓扑中寻找备选工作路径和备选保护路径；

如果接收到业务连接请求，则计算每条所述备选工作路径的权重和每条所述备选保护路径权重，以此确定工作-保护路径对；以及

以所述工作-保护路径对承载所述业务。

2.根据权利要求1所述的业务梳理方法，其特征在于，使用K-Shortest Path算法在所述逻辑拓扑中寻找所述备选工作路径和所述备选保护路径。

3.根据权利要求1所述的业务梳理方法，其特征在于，使用下式计算每条所述备选工作路径的权重和每条所述备选保护路径权重：

$\mathrm{\ω}(\mathrm{\ψ},p)=\underset{l\⋐p}{\mathrm{\Σ}}\frac{C_l\underset{{\mathrm{\ω}\⋐\mathrm{\Ω}}^{*}(\mathrm{\ψ},p)}{\mathrm{\Σ}}D(\mathrm{\ψ},l,p)}{\underset{w\∈\mathrm{\Ω}(\mathrm{\ψ},p)}{\mathrm{\Σ}}\frac{c(\mathrm{\ψ},l,w)X}{x}}$

ω(ψ，p)表示每条所述备选工作路径的权重和每条所述备选保护路径权重，C_l为链路l在未承载任何业务时的最大可用容量，ψ为所述交换网络的当前网络状态，c(ψ，l，w)为链路l上波长w在当前时刻的可用容量，X/x为流量梳理的业务因子，为在链路l中，遍历每个波长对D(ψ，l，p)求和；

D(ψ，l，p)是指示性函数，表示链路l在路径p上的剩余带宽c(ψ，l)与路径p上的瓶颈带宽之间的关系，D(ψ，l，p)＝1表示链路l上的剩余带宽c(ψ，l)恰好等于路径p的瓶颈带宽，则这条链路称为路径p的瓶颈链路，否则，D(ψ，l，p)＝0；

为在链路l中，遍历每个波长对可用容量求和，其值越大，ω(ψ，p)越小。

4.根据权利要求3所述的业务梳理方法，其特征在于，确定工作-保护路径对具体包括：

计算 $p_A^{*}=\min \left\{\mathrm{\ω}(\mathrm{\ψ},p)\right\}$ 和 $p_B^{*}=\min \left\{\mathrm{\ω}(\mathrm{\ψ},p)\right\};$

其中p_A ^*表示权重最小的所述备选工作路径，p_B ^*表示权重最小的所述备选保护路径

由p_A ^*和p_B ^*构成所述工作-保护路径对。

5.根据权利要求3所述的业务梳理方法，其特征在于，确定工作-保护路径对具体包括：

计算ω(ψ，p_A，p_B)＝α_A·ω(ψ，p_A)+α_B·ω(ψ，p_B)

其中，α_A和α_B是常数，分别表示对工作通道和保护通道的偏重程度，(p_A，p_B)表示所述工作-保护路径对，ω(ψ，p_A，p_B)表示工作-备份路径对(p_A，p_B)在当前网络状态ψ下的权重，ω(ψ，p_A)和ω(ψ，p_B)分别表示工作和保护路由在当前网络状态ψ下的权重；

取 $\mathrm{\ω}(\mathrm{\ψ},p_A^{*},p_B^{*})=\underset{(p_A,p_B)\∈P_{(A,B)(i,j)}}{\min }\left[\mathrm{\ω}(\mathrm{\ψ},p_A,p_B)\right]$ 所述工作-保护路径对。

6.根据权利要求5所述的业务梳理方法，其特征在于，根据路由的物理长度、成本、可用性确定α_A和α_B的值。

7.根据权利要求1所述的业务梳理方法，其特征在于，所述交换网络是自动交换光网络，以所述工作-保护路径对承载所述业务具体包括：在所述工作-保护路径对的工作路径上建立用于所述业务连接请求的LSP，同时在所述工作-保护路径对的保护路径上预留相应的带宽资源，为所述工作路径和所述保护路径分配网络波长资源，选用所述波长资源中利用带宽最小但不完全空闲的光纤。

8.根据权利要求1所述的业务梳理方法，其特征在于，以所述工作-保护路径对承载所述业务还包括：修改两条路径相应链路的剩余带宽值，为所述业务连接请求分配相应的带宽以及节点处的收发器资源，将业务优先疏导到已建的光纤波长中，否则建立新的波长光路，然后相应地更新ASON的逻辑拓扑和物理拓扑。

9.根据权利要求7所述的业务梳理方法，其特征在于，分配波长具体包括以下步骤：分别在p_A ^*和p_B ^*上选择可用容量最大的波长作为疏导所述业务的工作波长w_A ^*和w_B ^*。

10.根据权利要求9所述的业务梳理方法，其特征在于，使用下式分配波长：

$\left\{\begin{array}{c}c(\mathrm{\ψ},p_A^{*},w_A^{*})=\underset{1\≤w\≤W}{\max }\left[c(\mathrm{\ψ},p_A^{*},w)\right]\\ c(\mathrm{\ψ},p_B^{*},w_B^{*})=\underset{1\≤\mathrm{wW}}{\max }\left[c(\mathrm{\ψ},p_B^{*},w)\right]\end{array}\right.$

其中，w_A ^*和w_B ^*表示疏导业务流量的工作波长，c(ψ，p，w)表示通道p上波长w在当前网络状态ψ下的可用容量。

11.一种用于交换网络的业务承载装置，其特征在于，包括：

寻找模块，用于在所述交换网络的逻辑拓扑中寻找备选工作路径和备选保护路径；

确定模块，用于如果接收到业务连接请求，则计算每条所述备选工作路径的权重和每条所述备选保护路径权重，以此确定工作-保护路径对；以及

承载模块，用于以所述工作-保护路径对承载所述业务。

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