CN101155433B - 业务保护方法以及路由设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信领域，本发明公开了业务保护方法以及路由设备，本发明方法包括：一种业务保护方法，其特征是，包括：获取用户对所述业务要求的业务恢复时间；确定所述业务的工作通路；确定所述工作通路的工作子通路；确定检测工作子通路发生故障的最大时间，根据所述检测工作子通路发生故障的最大时间和所述业务要求的业务恢复时间，确定需要建立的保护子通路的切换时间上限；选取切换时间小于或等于所述需要建立的保护子通路的切换时间上限的路径，作为保护子通路；当所述工作通路发生故障时，将所述业务切换至选取的保护子通路。

Description

业务保护方法以及路由设备

技术领域

本发明涉及通信领域，特别的涉及一种业务保护方法以及路由设备。

背景技术

近年来，随着数据业务需求的不断增大，网络链路速率已经发展到10Gbits/s，甚至更高，因此波分复用(wavelength Division Multiplexing，简称WDM)光网络已经广泛应用。利用WDM技术，可以将多个不同波长的光信号复用到单一光纤中进行传输，这样，单一光纤的失效必然将导致大量数据丢失，致使很多业务连接中断。因此WDM光网络的生存性问题成为了网络设计的重要部分。保护机制是目前应用广泛的一种WDM光网络的生存技术。

保护机制是指，在连接建立初期就给工作路预先确定出保护通路，并预留保护带宽资源，一旦工作路失效，便立即将失效工作路上的业务切换到保护通路上进行传输，恢复失效业务。保护机制由于预留了保护带宽，由于当工作发生失效后，业务恢复时间(具体是，从工作路发生到失效发生的工作路上的业务切换至保护通路上所间隔的时间)较短，对用户使用感受影响也相对较低。

保护机制可以根据路由方式的不同分为通路保护、链路保护和保护子通路。如图1所示为该三种保护机制示意图，如图1中的101所示，通路保护是为业务的工作通路寻找一条端到端的、并且与工作通路相分离的保护通路。如图1中的103所示，链路保护，是对工作通路上的每链路，寻找一条与该链路分离的保护通路。如图1中的102所示，保护子通路是最近提出的一种新的保护机制，其原理是将工作通路按照不同的策略进行分段，这些分段称为工作子通路，然后，为每个工作子通路寻找与该工作子通路分离的保护子通路。通常来说，在上述三种保护机制中，通路保护的资源利用率较高，链路保护故障恢复时间较短，而保护子通路则可以在资源利用率和故障恢复时间之间取得性能的折中。

根据是否允许共用保护带宽资源，保护机制又分为专用保护和共享保护。专用保护是指，保护通路上的预留带宽资源只能用于专门保护其对应的工作路，这部分预留带宽资源是不能被其它的工作路所共享的。而共享保护是指，保护通路上的预留带宽资源可以被不同的工作路所共享，即几条不会同时失效的工作路所对应的保护通路可以共享保护带宽资源。专用保护的保护通路上的光交叉连接设备(Optical Cross Connection，一般称OXC)节点是在建立保护通路时预先配置好的，当发生故障后，工作通路上的业务可以很快地切换到保护通路上；而共享保护通路的OXC节点在发生故障前不能被配置，故只有在故障发生后，针对故障进行配置，而配置过程需要耗费一定的时间。因此，共享保护所实现的业务恢复时间需要比专用保护稍长，但是相对专用保护可以实现更高的资源利用率，节省大量的带宽资源。

以下对于目前应用较多的基于保护子通路和共享保护的保护方法作简要介绍。

第一种是，Pin-Han Ho和Hussein.T.Mouftah在美国电气和电子工程师协会通信杂志，2002年，40期，第97至103页，题目为“在WDM光网络中的一种基于共享保护机制的业务保护方法”(Pin-Han Ho，Hussein.T.Mouftah，Aframework for service-guaranteed shared protection in WDM mesh networks，IEEEComnunication Magazine，2002，40：pp.97-103.)文献中提出了一种端到端共享保护的启发式方法(Short Leep Shared Protection，简称SLSP)。该方法的核心思想是，将每条工作通路分为几个相互重叠，且跳数相等的保护域(Protectiondomain)，每个保护域又分别包含了工作子通路和保护子通路，其中每保护子通路必须和它对应的工作子通路保持SRLG分离。

如图2所示，为使用SLSP方法的示意图，如图示，工作通路21-22-23-24-...-32-33-34被划分为三个保护域，在每个保护域中，分别就对应的工作子通路计算出它的保护子通路。比如，在保护域202中工作子通路：25-26-27-28-29-30对应的保护子通路为：节点25出发到节点30结束的路径：25-34-36-37-38-39-40-30，该保护子通路必须和它对应的工作子通路保持SRLG分离。由图2可见，相邻两保护域之间有重叠部分，即相邻两个工作子通路之间有重叠的链路，比如，在保护域201和保护域202之中的两工作子通路都包含了链路：25-26，这样设计的好处在于可以防止节点失效。

根据多协议标记交换(Multi-Protocol Label Switching，简称MPLS)协议中的术语，SLSP方法将每个保护域中的工作子通路的源节点和目的节点分别定义为：路径交换标签交换路由器(Path Switch Label switched router，简称PSL)、路径合并标签交换路由器(Path Merge Label switched router，简称PML)，每个保护域的直径被定义为该域中最短路径的跳数。不同保护域的直径对应不同的保护方法。当直径等于1时，显然SLSP方法为链路保护；当直径等于工作通路的跳数时，SLSP方法为通路保护。通常，该直径的大小与业务恢复时间有密切联系，直径越小恢复时间越短，直径越大，恢复时间越长。

由上描述可知，在该方法中，业务恢复时间的限制只通过限制工作子通路的跳数来实现，并不能够限制对应的保护子通路的跳数。由于业务恢复时间同时与工作子通路和保护子通路相关，因此该方法并不能够严格限制业务恢复时间。

第二种是，K.P.Gumnadi、M.J.Pradeep以及C.S.R.Murthy在美国电气和电子工程师协会/美国计算机协会《网络传输》，2003年，11期(1)第81至103页，题目为“针对对多次放射网络中的独立实时通信的一种有效的保护方法(K.P.Gumnadi，M.J.Pradeep，C.S.R.Murthy，An efficientprimary-segmented backup scheme for dependable real-time comnunication inmultihop networks，IEEE/ACM Transactions on Networking，2003，11(1)：81-94.)文献中，提出了一种启发式的共享保护子通路方法，文献作者建议了将该方法扩展到资源预留协议(Resource Reservation Protocol，简称RSVP)中，其优点在于该方案之需要对RSVP协议进行简单的扩展即可实现。该方法针对确定性的网络，可以计算出具有最小代价的工作通路和保护子通路。该方法使用了辅助图的思想。如图3所示为该使用辅助图方法的示意图。如图示，图中图号：31、32、33...40分别表示网络中的节点，其中节点40为源节点S、节点33为、目的节点D。

该方法具体如下：

(1)构造如图3所示的双向辅助图G301，确定从源节点S到目的节点D的最短路径，将其设置为工作通路。如图中的路径：节点40-节点41-节点38-节点32-节点33。

(2)在已得到的辅助图G301中，将工作通路上的正向边全部删除，将工作通路上的反向边的代价设置为0。所有从其它节点(不在工作通路上的节点)指向工作通路上的节点的边，全部改成指向工作通路上的上一节点的边，保持这些边的代价不变。例如：在辅助图G301中，从节点34指向节点35的边，改为从节点34指向节点38(节点38为工作通路上的节点35的上一节点)的边，并保持该边的代价不变。这样我们得到辅助图G’302。

(3)在辅助图G’302中确定最短路径作为保护通路。可以发现，保护通路和工作路交叉节点，这些交叉节点就把保护通路分为几个保护子通路，将该步骤中的最短路径还原到辅助图G301中，得到辅助图G”303，就可以得到实际的保护子通路。

例如，根据辅助图G’302中确定的保护通路为：节点40-节点37-节点34-节点41-节点35-节点36-节点33，其中链路：节点31-节点35对应了工作通路上的分段，还原到辅助图G301，得到辅助图G”303，我们可以推出，保护子通路：节点40-节点37-节点34-节点31-节点32和节点35节点-36节点-33，其对应的工作子通路分别为，路径：节点40-节点41-节点38-节点35-节点32、路径：节点35-节点32-节点33。

很明显，由于该方法在确定保护子通路时，仅仅是以最小化代价为目的，并没有对保护子通路的跳数进行限制，无法保证业务恢复时间。

第三种是，D.Xu、Y.Xiong和C.Qia在美国电气和电子工程师协会《通信中的路由杂志》，2003年，21期，第1320至1331页，题目为“共享保护子通路方法”文献(D.Xu，Y.Xiong，C.Qiao，Novel Algorithms for Shared SegmentProtection，IEEE Journal on Selected Areas In Comnunications，2003，(21)：1320-1331.)中，提出了一种启发式方法PROtection using Muitiple Segments(简称PROMISE)，该方法可以在资源利用率、算法复杂度以及业务恢复时间之间取得一定的折中。其具体实现如下：

在该方法中，将工作通路分成几个工作子通路的原则是：第一：保护子通路与工作子通路必须是节点分离，而不是链路分离的；第二：工作子通路上的每条链路属于一个或两个工作子通路；第三：每个工作子通路不能是其它的工作子通路的子集；第四：为了节省业务恢复时间，规定同时属于两个工作子通路的链路，被第二个子通路的保护子通路所保护。

图4所示为使用PROMISE方法的示意图，如图示，该方法具体如下：

假设工作通路上的节点编号为：0、1、2...H；其中节点0位源节点，节电H为目的节点。令Di为从节点i到节点H的最优保护子通路；令BSm，i为从节点m到节点i的一条保护子通路。

整个方法是从目的节点H开始向前逐跳寻找最优保护子通路。假设已经找到从节点i到节点H的最有保护子通路，遍历BSm，i(i＝i+1)，令Dm＝min(Dm，Combine(Di，BSm，i))，其中函数min(A，B)是指选取A、B中代价较小的一方；函数Combine(C，D)是指C、D的组合，如图4中的路径401和402的组合为两路径的连接后组成的路径。

通过函数Dm＝min(Dm，Combine(Di，BSm，i))，就可以得到从节点m到节点H的最优保护子通路Dm，然后再向m的前一节点重复这步骤，直到到达源节点停止，最终可以找到D0，即最优解。

由上可见，该PROMISE方法在确定保护子通路的时候没有限制子通路的跳数，由于采用了共享鼓励的策略，该方法所确定的保护子通路可能经过很长的跳数，而保护子通路跳数过大，必然导致业务恢复时间过长，因此，该方法无法限制业务恢复时间。

由上可见，现有的WDM网络中的子通路方法基本都是以优化网络资源为最终目的的，约束方面最多只考虑了工作子通路的跳数限制，均没考虑业务实际恢复时间。虽然限制工作子通路或保护子通路的跳数，从直观上来看，是缩短了工作子通路或保护子通路的长度，可以缩短业务恢复时间，但是，业务恢复时间除了与跳数有关之外，同时的与工作子通路和保护子通路长度有关，因此，对跳数的限制并不能够限制该路径的实际距离，并不能够严格的限制业务恢复时间。

而随着WDM网络的发展，目前很多高实时性业务对业务恢复时间的要求越来越高，较长的业务恢复时间对这些业务来讲是无法容忍的。因此有的用户已经将业务恢复时间作为一项明确的网络服务质量(Quality of Service，简称QoS)要求，提供给服务提供商，要求在网络故障发生时，服务商提供给自己的业务连接必须向有足够短的业务恢复时间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种业务保护方法，根据用户提出的业务恢复时间要求，为所述业务建立工作通道，并且为所述工作通路配置保护子通路，使得在工作子通路的任意链路失效的情况下，使用保护子通路对业务进行恢复，使得恢复时间满足用户提出的业务恢复时间要求。

本发明要解决的技术问题是还提供一种路由设备，根据用户提出的业务恢复时间要求，为所述业务建立工作通道，并且为所述工作通路配置保护子通路，使得在工作子通路的任意链路失效的情况下，可以使用保护子通路对业务进行恢复，使得恢复时间满足用户提出的业务恢复时间要求。

为解决上述第一技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种业务保护方法，包括：

获取用户对所述业务要求的业务恢复时间；

确定所述业务的工作通路；

确定所述工作通路的工作子通路；

确定检测工作子通路发生故障的最大时间，根据所述检测工作子通路发生故障的最大时间和所述业务要求的业务恢复时间，确定需要建立的保护子通路的切换时间上限；

选取切换时间小于或等于所述需要建立的保护子通路的切换时间上限的路径，作为保护子通路；

当所述工作通路发生故障时，将所述业务切换至选取的保护子通路。

为解决上述第二技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种路由设备，包括：

业务恢复时间读取单元，用于读取用户对业务请求接收单元接收业务所要求的业务恢复时间；

工作通路配置单元，用于为所述业务请求接收单元接收的业务请求，配置工作通路；

工作子通路选取单元，对所述工作通路配置单元所配置的工作通路进行划分，确定工作子通路；

故障检测时间上限确定单元，用于确定检测所述工作子通路发生故障的最大时间；

保护子通路切换时间上限确定单元，用于根据所述检测工作子通路发生故障的最大时间和所述业务要求的业务恢复时间，确定需要建立的保护子通路的切换时间上限；

切换时间确定单元，用于确定将所述业务切换至所述保护子通路的切换时间；

保护子通路配置单元，选取切换时间小于或等于所述需要建立的保护子通路的切换时间上限的路径，作为保护子通路；

链路失效检测单元，用于检测网络中是否有链路发生失效；

工作通路切换单元，当所述链路失效检测单元检测到工作通路失效时，将所述业务由所述工作通路切换至所述保护子通路上传输。

由以上技术方案可以看出，由于在为所述业务的工作通路配置保护子通路时，根据所述检测工作子通路发生故障的最大时间和所述业务要求的业务恢复时间，确定需要建立的保护子通路的切换时间上限；选取切换时间小于或等于所述需要建立的保护子通路的切换时间上限的路径，作为保护子通路。保证在最恶劣的情况下，使用所述保护子通路来恢复所述业务的时间小于所述业务的恢复时间的上限参数，确保了在工作通路的任意链路发生失效的情况下，使用相应保护子通路对业务进行恢复的时间一定严格小于用户提出的业务恢复时间要求。

附图说明

图1为通路保护、链路保护以及保护子通路示意图；

图2为SLSP方法示意图；

图3为现有技术中的根据辅助图确定保护子通路方法示意图；

图4为PROMISE方法示意图；

图5为实施例1方法流程示意图；

图6为实施例2的方法流程示意图；

图7为实施例2中的辅助图构造示意图；

图8为实施例3的路由结构示意图；

图9为实施例4的路由结构示意图；

图10为实施例5的路由结构示意图；

图11为实施例6的路由结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例目的在于根据用户提出的业务恢复时间要求，为所述业务建立工作通道，并且为所述工作通路配置保护子通路，保证在工作子通路的任意链路失效的情况下，采用保护子通路对业务进行恢复，使得恢复时间满足用户提出的业务恢复时间要求。其核心思想是，接收业务请求，获取用户对所述业务要求的业务恢复时间；获取所述业务的工作通路；获取所述工作通路的工作子通路；根据用户对所述业务要求的业务恢复时间，在所述工作子通路上最接近所述工作子通路的终结节点的链路发生故障的情况，确定所述工作子通路对应的保护子通路的时延上限；选取时延上限小于或等于所述时延上限的路径，作为所述保护子通路；当所述工作通路发生故障时，将所述业务切换至所述保护子通路进行传输。保证了当工作通路的任意链路发生失效时，使用相应保护子通路对业务进行恢复的时间一定严格小于用户提出的业务恢复时间要求。

为了使得本领域的技术人员更好的理解本发明内容，以下结合附图以及具体实施例进行详细说明：

假设对于业务请求r(s，d，b)用户业务的业务恢复时间最大为D，其中业务请求r(s，d，b)中的s表示业务源节点，d表示业务目的节点，b表示业务请求带宽，使用本发明方法，为业务请求r(s，d，b)配置工作通路和保护子通路的方法如下。

如图5所示为使用本发明方法对业务请求进行处理的流程示意图，如图示，本发明包括以下步骤：

步骤501：等待业务请求的到达。

步骤502：业务请求到达。

当有业务请求r(s，d，b)到达时，读取该业务请求要求的业务恢复时间的上限参数D，并且读取业务r(s，d，b)的源节点s，所需要到达的目的节点d，业务请求带宽b。

步骤503：确定全网络链路代价。

根据业务请求带宽b，为计算工作通路，在全网络内根据以下函数式(1)设置链路lmn的代价：

其中，cost_mn表示链路lmn代价，fmn表示链路lmn的空闲带宽。由于工作通路占用的带宽只能是空闲带宽，因此在确定工作通路时，首先将那些空闲带宽不够(fmn＜b)的链路剔除掉，因此在函数式(1)中我们把这些链路的代价设置为正无穷大。

在此，除了根据函数式(1)设定链路lmn的代价外，还可以根据以下函数式(2)设定网络中的各链路的代价：

由函数(2)可见，该式使用了负载均衡的思想，当fmn＞b时，业务请求带宽b在fmn中所占的比重越大，则链路lmn的代价越大。其中参数a和λ用来调整代价的增长趋势。利用函数式(2)设定网络各链路的代价，在确定工作链路时，可以尽可能的避开那些快要达到拥塞状态的链路，使工作通路所占用的资源平均的分布到网络各个链路之间。可见，在确定工作通路时，使用函数式(2)设定链路代价，优于使用函数式(1)。

步骤504：确定工作通路。

根据函数式(1)、或函数式(2)设置完全网络的各链路的代价后，再利用Dijkstra算法确定出从源节点s到目的节点d的最小代价路径，作为工作通路(标记为wp*)。

步骤505：判断是否能够找到工作通路，如果是则执行步骤506；否则，执行步骤517。

如果在整个网络中从源节点s到目的节点的路径代价均为正无穷大，则当前网络无法为业务请求r(s，d，b)配置工作通路，则执行步骤517，否则，执行步骤506。

步骤506：遍历工作通路上的任意节点对，作为保护子通路。

对于工作通路上的任意两个节点，得到以这两个节点为起始节点和终结节点的工作子通路。

步骤507：判断是否遍历工作通路的任意节点对，如果是，则执行步骤511，否则执行步骤508。

步骤508：对于该节点对之间的工作子通路，调整全网链路代价。

针对步骤507中获取的工作子通路，开始确定该工作子通路的保护子通路，这里我们确定保护子通路时，采用基于SRLG分离和允许保护资源共享的策略。首先，引入下面的布尔变量f_i，mn ^j，srlg(k)可以表示为：

其中函数式(3)中，f_i，mn ^j，srlg(k)的含义为，当第i条工作通路上的第j个工作子通路(标记为sub_wp_i ^j)属于第k个SRLG(标记为srlg(k))，即sub_wp_i ^j上的某条链路属于第k个SRLG(在函数式(3)中，表示为且工作子通路sub_wp_i ^j对应的保护子通路(标记为sub_bp_i ^j)经过链路lmn时，f_i，mn ^j，srlg(k)等于1；否则等于0。

在为新到的业务请求r(s，d，b)确定工作通路wp*前。链路lmn上的预留保护带宽(标记为rw_mn)为：

${\mathrm{rw}}_{\mathrm{mn}}=\max \{\underset{i=1}{\overset{\left|\mathrm{WP}\right|}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{|\mathrm{sub}\_\mathrm{wp}\left(i\right)|}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{i,\mathrm{mn}}^{j,\mathrm{srlg}\left(k\right)}\×{\mathrm{rb}}_{\mathrm{wp}\left(i\right)}\}\∀\mathrm{srlg}\left(k\right)\∈\mathrm{SRLG}---\left(4\right)$

其中，函数式(4)中的WP为当前网络中所有的工作通路集合，|WP|表示当前网络中所有工作通路的条数；sub_wp(i)表示第i条工作通路的工作子通路集合，|sub_wp(i)|表示sub_wp(i)的工作子通路的条数；rb_wp(i)表示wp(i)的请求带宽；SRLG是所有共享风险链路组的集合。函数式(4)表示，如果经过某一链路lmn的保护子通路所保护的工作子通路之间不是SRLG分离的，则这些保护子通路在链路lmn上不能共享带宽资源，需要分配在lmn上的预留保护带宽资源取决于到底哪个SRLG失效后会触发最多的保护子通路径过lmn，且这些被触发的保护子通路所占用的带宽资源之和最大。

假设链路lmn保护了新找到的工作通路wp*，将wp*加入到WP中，然后重新确定此链路lmn上需要预留的保护带宽rw_mn’：

${{\mathrm{rw}}_{\mathrm{mn}}}^{\′}=\max \{\underset{i=1}{\overset{\left|\mathrm{WP}\right|}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{|\mathrm{sub}\_\mathrm{wp}\left(i\right)|}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{i,\mathrm{mn}}^{j,\mathrm{srlg}\left(k\right)}\×{\mathrm{rb}}_{\mathrm{wp}\left(i\right)}\}\mathrm{wp}*\→\mathrm{wp},\∀\mathrm{srlg}\left(k\right)\∈\mathrm{SRLG}---\left(5\right)$

这样，rw_mn’-rw_mn就表示链路lmn需要付出多少空闲带宽来保护工作通路wp*。对于工作通路wp*上的某一工作子通路(标记为sub_wp*)，在为其确定保护子通路时，链路lmn上的代价函数为：

在函数式(6)中，为sub_wp*确定的保护子通路必须与sub_wp*保持SRLG分离，因此当链路lmn与sub_wp*不SRLG分离时，我们将链路lmn的代价设为正无穷大；当链路lmn需要新分配给用于保护sub_wp*的空闲带宽大于链路上现有的空闲带宽(即(rw′_mn-rw_mn)＞fmn时，该链路则无法保护工作子通路sub_wp*，于是此时我们将链路lmn的代价也设为正无穷大。当然在函数式(6)中所述的“其他”情况下，链路代价也可以设置为其他的固定数值，比如5。

在确定保护子通路时除了可以按照函数式(6)进行设定网络的各链路的代价外，还可以按照以下函数式(17)设定链路的代价：

由函数式(17)可见，该函数式采用了负载均衡的思想，当fmn≥rw′_mn-rw_mn且lmn与sub_wp*相SRLG分离时，需要新分配的空闲带宽rw′_mn-rw_mn在fmn中所占的比重越大，则链路lmn的代价也越大。其中参数b和参数γ用来调整代价的增长趋势。利用函数式(17)在确定保护子通路的时候也可以尽量避开那些快要达到拥塞状态的链路，是保护资源所占用的资源平均的分布到网络各个链路之间。

由上可见，在确定保护子通路的代价时，根据函数式(6)、(17)设定网络各链路代价，是在考虑保护子通路与工作通路SRLG分离的条件下设置的，如果不考虑虽然两个分离的情况，具体可以根据以下函数式(18)、(19)设定链路代价：

所不同的是，使用根据函数式(6)、(17)可以保证，最终获取的保护子通路可以在单SRLG失效的情况下，保护子通路可以为业务提供100％的保护。

步骤509：调整全网络链路时延。

业务恢复时间定义为，从工作通路上的某链路发生失效到经过该失效链路的业务被成功切换到对应的保护通路上所间隔的时间，包括检测故障时间和保护通路切换时间。其中，检测故障时间为工作通路上的某链路发生失效到链路的上游节点检测到该业务失效的时间间隔，保护通路切换时间为从切换开始到业务被成功切换到对应的保护通路上的时间间隔。由于本发明考虑了业务恢复时间的限制，因此我们首先将详细分析故障发生后的业务恢复过程，并推出业务恢复时间的确定方法。

首先我们参考保护子通路策略，对业务恢复过程进行剖析。当工作通路中的保护子通路上的某一链路发生失效后，该链路的上游节点检测到该失效，然后此节点向负责该失效链路的保护子通路的起始节点发送一个警告信令，通知该起始节点有链路失效发生。该起始节点收到警告信令后，则会沿着对应的保护子通路的终结节点发送一个配置信令。由于我们采用的是共享保护策略，因此，保护子通路上的OXC在发生失效前是没有提前配置的。当失效发生后，当配置信令逐跳经过这些OXC时，这些OXC才会被配置。当工作子通路的终结节点收到配置信令并且保护子通路上的所有OXC都被配置成功后，它会沿着保护子通路向工作子通路的起始节点，发送一个确认信令。当工作子通路的起始节点接收到该确认信令后，该节点则将业务切换至保护子通路上进行传输，整个恢复过程的示意图如图6所示。

通过上面的剖析，我们可以得到业务恢复时间Tr可以表示为以下函数式(7)：

Tr＝Td+Tala+Tcon+Tx+Tack    (7)

在函数式(7)中，Tr是失效链路的上游节点从链路发生失效到检测到该失效所经历的时间；Tala是失效链路上的上游节点从发出警告信令到该警告信令到达工作子通路的起始节点所经历的时间；Tcon是起始节点发送的配置信令通过保护子通路到达终结节点所经历的时间；Tack是终结节点发出的确认信令沿着保护子通路的反向到达起始节点所经历的时间；Tx是保护子通路上的OXC的配置时间，一般的每个OXC的配置时间是相同的。Tala、Tcon、Tack三者都包含信令在链路上的传输时间和经过节点的处理时间，即：

$\mathrm{Tala}=\underset{\mathrm{lij}\∈\mathrm{swp}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{tij}+\underset{\mathrm{ni}\∈\mathrm{swp}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{ti}---\left(8\right)$

$\mathrm{Tcon}=\mathrm{Tack}=\underset{\mathrm{lij}\∈\mathrm{bp}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{tij}+\underset{\mathrm{ni}\∈\mathrm{bp}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{ti}---\left(9\right)$

tij＝dis(lij)/s    (10)

其中，lij表示从第i个节点ni到第j个节点nj的光纤链路，tij表示信令在光纤链路lij上的传输时间，即链路lij的长度dis(lij)除以光信号的在光纤链路中的传输速度s，如函数式(10)所示，通常的，S等于2×10⁸米/秒。ti表示信令经过节点ni时的节点处理时间。swp表示工作子通路上从起始节点到失效链路上游节点之间的那段路径。bp表示保护子通路。

经过上面的分析，我们发现当保护子通路包含了某一链路lij，且该保护子通路被激活时，配置信令和确认信令都会从不同的方向经过该链路。因此我们将配置信令和确认信令经过链路lij所耗费的总的时间定义为链路lij的“时延”(标记为delay(lij))，因此链路的时间包含了配置信令和确认信令经过该链路两侧节点是的处理时间，这里我们将信令在节点出的处理时间通过“折半”的方式折算到链路的时延中，链路时延按照以下函数式(11)确定：

delay(lij)＝2×1/2×(ti+tj)+2×tij    (11)

利用函数式(11)，我们把配置信令和确认信令在链路上的传输时间和在链路两侧节点的处理时间结合在了一起，统一表示为链路的时延delay(lij)。容易推出：

$\mathrm{Tcon}+\mathrm{Tack}=\underset{\mathrm{lij}\∈\mathrm{bp}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{delay}\left(\mathrm{lij}\right)---\left(12\right)$

函数式(12)等号由侧就是保护子通路的时延，即保护子通路径过所有链路的时延的总和。

步骤510：选取路径时延满足业务恢复时间要求，并且路径代价最小的路径作为保护子通路，如果找到，则标记为一条候选保护子通路。

要求工作子通路和保护子通路所能实现的业务恢复时间必须小于或等于业务用户的业务恢复时间上限D，则必须满足：

Tr≤D    (13)

结合函数式(7)和函数式(13)得到：

Tcon+Tack≤D-Td-Tala-Tx    (14)

即： $\underset{\mathrm{lij}\∈\mathrm{bp}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{delay}\left(\mathrm{lij}\right)\≤D-\mathrm{Td}-\mathrm{Tala}-\mathrm{Tx}---\left(15\right)$

在确定了工作子通路后，以工作子通路上最靠近终结节点的链路发生失效为例，我们可以确定出函数式(15)中不等号由侧的值，令：

D′＝D-Td-Tala-Tx    (16)

此时，D’就是保护子通路的时延上限。很明显，如果找到的保护子通路的时延不大于D’(即满足函数式(15)的要求)，则在最坏的情况下，工作子通路和保护子通路所能实现的业务恢复时间也一定满足函数式(15)的要求。更一般的，在任何链路失效的情况下，该工作子通路和保护子通路所能够实现的业务恢复时间都严格小于或等于用户提出的业务恢复时间的上限D。

在确定了路径时延需要满足的条件之后，我们查找时延受限的最短路径作为该工作子通路的保护子通路。该方法可以描述为：在一个光网络中，已知每条链路的时延和代价，给定一个连接请求(包括起始节点、终结节点、时延上限D)，要求在网络中确定出一条从起始节点指向终结节点的路径，该路径必须满足以下两个条件：

第一：路径的时延(路径所经过的所有链路上的时延总和)不能大于给定的时延上限。

第二：路径的代价(路径所经过的所有链路的代价之和)是最小的。

以下我们对该时延受限的最短路径的查找确定方法进行描述：

假设一个网络G(N，E)其中N是所有节点的集合，E是所有链路的集合，每条链路都属于一个或多个SRLG。|N|和|E|分别表示节点和链路的个数。不失一般性的，我们把工作子通路所有的节点顺序编号为：1，2，3...|N|，把所有的链路顺序编号为：1，2，3...|E|。我们引入下面一些符号：

ni：表示第i个节点，i∈1，2，3...|N|；

lij：表示从ni指向nj的那条链路，lij∈1，2，3...|E|；

cost(lij)：表示链路lij的代价；

delay(lij)：表示链路lij的时延；

r(s，d，b)：表示一个源节点为s，目的节点为d，请求带宽为b的业务连接请求，值得说明的是，在工作子通路中，该源节点s具体为工作子通路的起始节点，目的节点d具体为工作子通路的终结节点；

D：表示用户要求的业务恢复时间上限；

D′：表示保护子通路的时延上限；

CTS(i)：表示当前节点ni到起始节点s的最短路径代价；

DTS(i)：表示当前节点ni到起始节点s的最短路径的时延；

DTD(i)：表示当前节点ni到终结节点d的最小时延路径的时延；

pre_d(i)：表示当前节点ni到终结节点的最小时延路径上的一节点；

pre_s(i)：表示当前节点ni到起始节点s的最短路径的上一节点。

下面我们以伪代码的形式描述时延受限的最短路径(保护子通路)的查找方法：

1    begin

2    S＝φ；S＝N；

3    DTD(i)＝∞ for each node n_i∈N；

4    DTD(i)＝0 and pre_d(d)＝d；

5    While |S|＜|N| do

6    begin

7    let n_i∈S be a node for which DTD(i)＝min{DTD(i)，j∈S}；

8    S＝S∪{ni}；

9    S＝S-{ni}；

10   for each lij∈E do

11   if DTD(i)+delay(lij)＜DTD(j)

12   then DTD(j)＝DTD(i)+delay(lij)and pre_d(j)＝ni；

13   end；

14   S＝φ；S＝N；

15   CTS(i)＝∞ for each node ni∈N；

16   CTS(s)＝0 and pre_s(s)＝s；

17   While|S|＜|N|do

18   begin

19   let ni∈S be a node for which CTS(i)＝min{CTS(j)，j∈S}；

20   S＝S∪{ni}；

21   S＝S-{ni}；

22   for each lij∈E do

23   if CTS(i)+cost(lij)＜CTS(j)and DTS(i)+delay(lij)+DTD(j)≤D’

24   then CTS(j)＝CTS(i)+cost(lij)and Pre_s(j)＝ni；

25   end；

26   end。

以下对上面的为代码进行简单的描述。为代码中的S和S是作为临时变量的节点的集合，S表示已经遍历过的节点，S表示还没有遍历过的节点。伪代码的2至13行表示，从终结节点d出发，以链路上的时延作为链路权重，利用传统的Dijkstra方法构造了全网基于终结节点d的最小时延树。对于每个节点ni，将其到终结节点的最短时延路径上的上一节点记录在pre_d(i)中，将这条最短时延路径的时延记录在DTD(i)中；伪代码的14至25行，表示从起始节点s出发，以链路上的代价作为链路权重，利用稍作修改的Dijkstra方法构造了全网基于起始节点s的代价最小树。这里对Dijkstra方法的修改部分体现在伪代码的23行，在当前节点ni向它的相邻节点nj进行试探的时侯，当只有保证了ni到nj这条新的路径上的代价必须小于nj的CTS(j)值以外，还必须保证从ni到nj的这条路径的后续(即从nj到终结节点d)一定能够找到一条满足端到端时延要求的路径，只有同时满足了这两点要求后，才对节点nj的CTS(j)和pre_s(j)标记进行更新(即松弛)。

当执行完上述操作后，类似于Dijkstra方法，我们从终结节点d开始，通过节点d的标记pre_d(d)找到从起始节点s到终结节点d，并且满足时延要求的最短路径的上一个节点。再通过新找到的节点的标记pre_s()信息，继续寻找上一节点。如此反复直到找寻到起始节点s为止。最终我们通过这种反向的方法确定该路径。

通过分析可知，本发明的这种时延受限的最短路径方法的复杂度约为Dijkstra方法的复杂度的两倍，可见该方法具有较低的计算复杂度。

利用上述方法，确定以工作通路上的任意两节点为起始节点和终结节点的工作子通路的符合条件的保护子通路，如果能够找到该符合条件的路径，则将记录下该路径，并使其对应其工作子通路。

执行完步骤510后，返回步骤507，判断是否遍历工作通路上的任意节点对，如果遍历后，则对于任意节点对的工作子通路则找到其对应的保护子通路，并标记各保护子通路以及工作子通路，根据资源配置情况或用户指定的路由策略，为各链路指配相应的保护子通路。指配完后，执行步骤516。

步骤516：为工作通路和最终选择的保护子通路集合分配带宽资源，连接建立成功。并返回步骤501。

根据步骤510中的指配，回到实际网络中，为工作通路和相应的保护子通路分配带宽资源，建立连接，并在建立连接后，返回步骤501，等待下一个业务请求的到来。

步骤517：阻塞该业务。并转跳至步骤501。

由上可见，本发明通过对网络链路的时延值进行特殊的设置，确定时延满足用户要求的业务恢复时间要求的最短路径作为保护子通路，通过对工作通路确定出一系列的保护子通路，可以在单SRLG失效的假设下为业务提供100％的保护能力：当某一SRLG发生失效(即属于该SRLG的所有链路的任一或所有同时失效)时，所有经过该SRLG的工作通路上的业务都能够被成功切换到对应的保护子通路上去，完成对所有失效业务的保护。

实施例2：

如图6所示为本实施例方法流程示意图，如图示，本实施例与实施例1所不同的是：

第一：本实施例在步骤410中，记录下以工作通路的任意节点对为起始节点和终结节点的工作子通路的保护子通路后，记录该保护子通路，并标记为候选保护子通路。

第二：当步骤507中判断是否遍历工作通路上的任意节点对，如果遍历后，则在执行步骤516之前进一步执行以下步骤：

步骤511：将工作通路加入辅助图中。

如图7所示，引入一个辅助图，其中保留工作通路，将工作通路上的所有正向边的代价设为正无穷大，反向边的代价设为0(如图中的箭头线边旁边的数字表示该边的代价)。

步骤512：把候选保护子通路以有向边的形式加入辅助图中。

对于步骤510中确定出的所有候选保护子通路，在辅助图中分别表示为一条边(如图7中的虚线箭头边所示)，这些边在辅助图中的起始节点和终结节点分别为该候选保护子通路在工作子通上的起点和终点，给这些边设置一个正向(从工作通路的源节点指向工作通路的目的节点)的代价，代价值为对应的候选保护子通路的代价(即候选保护子通路径过所有链路的代价的总和)。

步骤513：在辅助图中确定从工作通路的源节点到目的节点的最小代价路径。

在辅助图中，利用Dijkstra方法确定从工作通路源节点701到目的节点702的最小代价路径。

步骤514：判定路径代价是否为无穷，如果是，则执行步骤517；否则执行步骤515。

如果从工作通路源节点到目的节点的路径代价为正无穷大，则执行步骤514；否则执行步骤513。

步骤515：遍历该路径，得到最终选择的保护子通路集合。

遍历从该工作通路源节点到目的节点的最小代价路径上的每条边，如果该边是图7中的一条虚线箭头，则找到该虚线箭头所对应的保护子通路，并记录下该保护子通路。遍历后，我们将得到最终选择的保护子通路的集合。很明显，最终选择的保护子通路的集合，为步骤510中的候选保护子通路的集合的子集，我们最终选取的保护子通路集合是所有候选保护子通路集合中代价最小的一个可行解。确定最终保护子通路以后，执行步骤516，为工作通路和相应的保护子通路分配带宽资源，建立连接，并在建立连接后，返回步骤501，等待下一个业务请求的到来。

本实施例进一步的利用辅助图的辅助方法，确定选取出具有最小代价和的保护子通路集合作为最终的保护子通路，相对于实施例1进一步的降低了保护子通路的代价。

实施例3：

如图8所示为使用本发明方法的一种路由设备结构示意图，如图示，本路由设备包括：

业务请求接收单元801，用于接收业务请求。

业务恢复时间读取单元802，用于读取用户对业务请求接收单元801接收的业务所要求的业务恢复时间的参数。

工作通路配置单元803，用于为业务请求接收单元801接收的业务请求，配置工作通路；

工作子通路选取单元804，对所述工作通路配置单元所配置的工作通路进行划分，确定工作子通路；

比如，选取以所述工作通路上的任意两节点，分别为起始节点、终结节点的路径，为所述工作子通路。

故障检测时间上限确定单元816，用于确定检测所述工作子通路发生故障的最大时间。

保护子通路切换时间上限确定单元805，用于根据所述检测工作子通路发生故障的最大时间和所述业务要求的业务恢复时间，确定需要建立的保护子通路的切换时间上限；

切换时间确定单元806，用于确定将所述业务切换至所述路径的切换时间；

保护子通路配置单元807，用于选取切换时间小于或等于所述需要建立的保护子通路的切换时间上限的路径，作为保护子通路。

链路失效检测单元808，用于检测网络中是否有链路发生失效；

工作通路切换单元809，当链路失效检测单元808检测到工作通路中有链路发生失效(即工作通路失效)时，将工作通路上的业务由原工作通路，切换至保护子通路配置单元807为该业务配置的保护子通路上进行传输。

由上可见，由于本发明路由设备为业务配置保护子通路时，根据所述检测工作子通路发生故障的最大时间和所述业务要求的业务恢复时间，确定需要建立的保护子通路的切换时间上限；选取切换时间小于或等于所述需要建立的保护子通路的切换时间上限的路径，作为保护子通路。保证在最恶劣的情况下，使用所述保护子通路来恢复所述业务的时间小于所述业务的恢复时间的上限参数，确保了在工作通路的任意链路发生失效的情况下，使用相应保护子通路对业务进行恢复的时间一定严格小于用户提出的业务恢复时间要求。

实施例4：

图9为本实施例的路由结构示意图，如图示，本实施例与实施例3所不同的是，本实施例的路由设备进一步包括：

SRLG信息存储单元810，用于存储经由本路由设备的通路的SRLG信息。

SRLG信息存储单元810根据工作通路配置单元803、保护子通路配置单元807的工作通路、保护子通路配置情况，更新SRLG信息。

SRLG判定单元811，用于根据SRLG信息存储单元810所存储的SRLG信息，判定保护子通路配置单元807所配置的保护子通路是否与所述工作通路SRLG分离；

保护子通路配置单元807根据SRLG判定单元811的判断结果，只选取与工作通路SRLG分离的路径作为保护子通路。

由上可见，本实施例在选取保护子通路过程中，在实施例3的基础上，进一步增加了与其对应的工作通路SRLG分离的条件，只选取与工作通路SRLG分离的路径作为最终的保护子通路。保证了在单SRLG失效的情况下，保护子通路可以为业务提供100％的保护。

实施例5：

图10为本实施例的路由结构示意图，如图示，在本实施例中，工作通路配置单元803通过选取代价最小的路径作为工作通路，本实施例相对于实施例4中的路由设备进一步包括：

链路代价设定单元812，用于根据给定的规则，设定网络各链路的代价。

在为业务确定工作通路时，可以根据实施例1中的函数式(1)或函数式(2)设定网络中各链路的代价。

在为工作通路确定保护子通路时，可以根据实施例1中的函数式(6)或函数式(17)、(18)、(19)来设定网络中各链路的代价。

链路代价确定单元813，根据链路代价设定单元812设定的网络中各链路代价，确定路径代价。

在确定工作通路时，确定业务的源节点到目的节点的所有路径的代价。

在确定保护子通路时，确定工作子通路的起始节点到工作子通路的终结节点的路径代价。

工作通路配置单元803，根据链路代价确定单元813确定的从所述业务请求的源节点到所述目的节点的路径代价，选取代价最小的路径作为所述工作通路。

第二保护子通路选取单元814，用于从保护子通路配置单元807选取的所述工作保护子通路中，进一步根据链路代价确定单元813确定的各路径的代价，选取代价最小的路径，作为所述保护子通路。

可见本实施例中，在选取工作通路、保护子通路时，进一步考虑链路代价因素，有利于减少业务传输的代价。

实施例6：

图11为本实施例的路由结构示意图，如图示，本实施例与实施例5所不同的是，本实施例中的路由设备进一步包括：

第三保护子通路选取单元815，用于从第二保护子通路选取单元814所选取的所有保护子路径中，进一步根据链路代价确定单元813确定的各路径的代价，选取由所述业务的源节点到目的节点的代价和最小的路径，作为最终保护子通路的集合。

可见本实施例，利用第三保护子通路选取单元815从第一保护子通路选取单元814选取的符合条件的所有保护子通路中，进一步确定选取由所述业务的源节点到目的节点的代价和最小的路径，作为最终的保护子通路的集合，相对于实施例5，进一步的降低了保护子通路的代价。

以上对本发明所提供的一种业务保护方法以及路由设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (16)

1.一种业务保护方法，其特征是，包括：

获取用户对所述业务要求的业务恢复时间；

确定所述业务的工作通路；

确定所述工作通路的工作子通路；

确定检测所述工作子通路发生故障的最大时间，根据所述检测所述工作子通路发生故障的最大时间和所述业务要求的业务恢复时间，确定需要建立的保护子通路的切换时间上限；

选取切换时间小于或等于所述需要建立的保护子通路的切换时间上限的路径，作为保护子通路；

当所述工作通路发生故障时，将所述业务切换至选取的保护子通路。

2.根据权利要求1所述的业务保护方法，其特征是，所述确定检测所述工作子通路发生故障的最大时间，具体为：在所述工作子通路上，以最接近所述工作子通路的终结点的链路发生故障到链路的上游节点检测到所述故障的时间间隔，作为检测工作子通路发生故障的最大时间。

3.根据权利要求2所述的业务保护方法，其特征是，所述链路发生故障到链路的上游节点检测到所述故障的时间间隔包括：链路的上游节点从链路发生失效到检测到失效所经历的时间、失效链路的上游节点从发出警告信令到所述信令到达所述工作子通路起始节点所经历的时间、所述路径上的光交叉连接设备OXC的配置时间三者之和的差值。

4.根据权利要求1所述的业务保护方法，其特征是，在所述选取保护子通路步骤中，进一步：

选取与所述工作通路的共享风险链路组SRLG分离的路径，作为所述保护子通路。

5.根据权利要求1所述的业务保护方法，其特征是，在选取所述保护子通路步骤中，进一步包括：

根据链路的空闲带宽、所述链路需要为所述业务增加的预留带宽，设定网络各链路的代价；

根据各链路的代价，确定所述路径的代价；

选取代价最小的路径作为所述保护子通路。

6.根据权利要求5所述的业务保护方法，其特征是，所述设定网络各链路的代价，包括：

如果所述链路的空闲带宽小于所述需要为所述业务增加的预留带宽，则将所述链路的代价设定为正无穷大，否则：

将所述链路的代价设定为一固定值。

7.根据权利要求5所述的业务保护方法，其特征是，所述设定网络各链路的代价，包括：

如果所述链路的空闲带宽小于所述需要为所述业务增加的预留带宽，则将所述链路的代价设定为正无穷大，否则：

将所述链路的代价为：所述链路需要为所述业务增加的预留带宽占所述链路的空闲带宽的比重或所述比重的权值，使的所述比重越大，所述链路代价越大。

8.根据权利要求6或7所述的业务保护方法，其特征是，所述确定所述工作通路的保护子通路，进一步包括：

从所有保护子通路中，选取由所述业务的源节点到目的节点的代价和最小的路径，作为所述保护子通路的集合。

9.根据权利要求1所述的业务保护方法，其特征是，确定所述业务的工作通路，具体包括：

获取用户对所述业务要求的从业务源节点到目的节点的传输时间上限；

根据从所述源节点到目的节点之间各链路的业务传输时间，确定从所述源节点到目的节点之间各通路的业务传输时间；

获取所述通路的业务传输时间小于或等于所述传输时间上限的通路；

根据所述业务的请求带宽，设定网络各链路的代价；

根据所述各链路的代价，确定所述通路的代价；

从所述业务传输时间小于或等于所述传输时间上限的通路中，选取通路的代价最小的通路作为所述工作通路。

10.根据权利要求9所述的业务保护方法，其特征是，根据所述业务的请求带宽，设定网络各链路的代价，具体为：

如果所述链路的空闲带宽小于所述业务的请求带宽，则将所述链路的代价设定为正无穷大；否则：

将所述链路的代价设定为一固定值。

11.根据权利要求9所述的业务保护方法，其特征是，根据所述业务的请求带宽，设定网络各链路的代价，具体为，

如果所述链路的空闲带宽小于所述业务的请求带宽，则将所述链路的代价设定为正无穷大；否则：

将所述链路的代价设定为：所述请求带宽在所述链路空闲带宽的比重或所述比重的权值。

12.一种路由设备，其特征是，包括：

业务恢复时间读取单元，用于读取用户对业务请求接收单元接收业务所要求的业务恢复时间；

工作通路配置单元，用于为所述业务请求接收单元接收的业务请求，配置工作通路；

工作子通路选取单元，对所述工作通路配置单元所配置的工作通路进行划分，确定工作子通路；

故障检测时间上限确定单元，用于确定检测所述工作子通路发生故障的最大时间；

保护子通路切换时间上限确定单元，用于根据所述检测工作子通路发生故障的最大时间和所述业务要求的业务恢复时间，确定需要建立的保护子通路的切换时间上限；

切换时间确定单元，用于确定将所述业务切换至所述保护子通路的切换时间；

保护子通路配置单元，选取切换时间小于或等于所述需要建立的保护子通路的切换时间上限的路径，作为保护子通路；

链路失效检测单元，用于检测网络中是否有链路发生失效；

工作通路切换单元，当所述链路失效检测单元检测到工作通路失效时，将所述业务由所述工作通路切换至所述保护子通路上传输。

13.根据权利要求12所述的路由设备，其特征是，所述路由设备进一步包括：

SRLG信息存储单元，用于存储通路的SRLG信息；

SRLG分离判定单元，用于根据所述SRLG信息存储单元所存储的SRLG信息，判定所述保护子通路配置单元所配置的保护子通路，是否与所述工作通路SRLG分离；

所述保护子通路配置单元，进一步选取与所述工作通路SRLG相分离的路径作为所述保护子通路。

14.根据权利要求12或13所述的路由设备，其特征是，所述路由设备进一步包括：

链路代价设定单元，用于设定网络各链路的代价；

链路代价确定单元，用于根据所述链路代价设定单元设定的链路代价，确定路径代价；

所述工作通路配置单元，根据所述链路代价确定单元确定的路径的代价，选取从所述业务的源节点到目的节点代价最小的路径，作为所述工作通路。

15.根据权利要求14所述的路由设备，其特征是，所述路由设备进一步包括：

第二保护子通路选取单元，用于从所述保护子通路配置单元选取的所述保护子通路中，选取代价最小的路径，作为所述保护子通路。

16.根据权利要求15所述的路由设备，其特征是，所述路由设备进一步包括：

第三保护子通路选取单元，用于从所述第二保护子通路选取单元所选取的所有保护子通路中，进一步选取由所述业务的源节点到目的节点的代价和最小的路径，作为最终保护子通路的集合。

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