CN101321124A - 波长可变换光网络双链路故障的分支路由搜索恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种应用于波长可变换的WDM网状网、针对其双链路故障，使用分支路由搜索的共享恢复方法。它考虑到在双链路故障恢复时，第二条恢复路径的启用概率小于第一条，即第二条的共享程度高于第一条，在计算两条恢复路径时使用了不同的权值设置。该方法的基本流程是，在工作路径计算中使用KSP算法算出K条可能工作路径，再逐条针对这些可能工作路径计算出K条第一恢复路径和K条第二恢复路径。从而可以对工作路径和恢复路径的多种组合进行搜索，增加路由成功的概率。本方法不但可以在双链路故障下对工作业务100％的恢复，还充分利用双链路故障下备用容量的共享能力，减少了需要预留的备用容量大小，提高了网络资源的利用率。

Description

波长可变换光网络双链路故障的分支路由搜索恢复方法

技术领域

本发明属于通信领域，主要涉及光纤网络技术中路由恢复等技术内容。尤其是一种适用于波长可变换的WDM(波分复用)网状网、针对其双链路故障，使用分支路由搜索的共享恢复方法。

背景技术

随着业务需求和光网络技术的发展，由光传送网向智能光网络转变是光网络发的必然趋势，而光网络的拓扑结构也必然由传统的环型结构向网状网结构转变。同时智能光网络的资源动态按需分配、智能化的连接管理等特性为灵活的生存性机制提供了前提。另外，为了解决光网络波长连续性限制的问题，引入波长转换器也是智能光网络未来的发展方向。所以波长可变换的WDM网状网，是智能光网络的生存性研究中比较常见的一种网络模型。为了提供生存性支持，需要使用冗余的备份路径来对工作路径进行保护或恢复，备用路径的路径计算，资源预留，通道分配及交叉配置是与配置网状网备用路径相关的四项网络功能。根据这四项功能的配置发生在故障前还是故障后，网状网生存性机制可以分为保护机制和恢复机制。保护机制是指采用预先规划的方法分配网络资源，用硬件冗余的办法来保证网络对故障的恢复；恢复机制是指网络失效后，动态寻找可用资源并采用重选路由的方法绕过失效部件。恢复机制是一种更高级的机制，需上层网管的介入。保护机制由于资源已经预留，故失效恢复时间短，但灵活不足；恢复机制的灵活性优于保护机制，但恢复时间较长。恢复与保护的区别在于交叉配置功能的完成时间，即恢复机制中备用路径在故障发生前可能已经进行了路径计算，资源预留和通道分配等功能的一项或多项，但是还没有完成交叉配置功能，当故障发生后，备用路径才通过信令被完全建立起来。在现有的研究中，一些方法假设网络在某一时刻至多有一根光纤发生故障，即所谓的单链路故障。而网络规模的不断扩大，双链路发生故障的可能大大增加，对双链路故障的研究具有重要的实际意义。

为了对双链路故障进行100％的恢复，第m个业务请求的工作路径p_m需要由两条备用路径b_m ¹和b_m ²进行保护，这三条路径彼此使用的链路不能相交。如果链路故障i影响工作路径p_m，则由第一条备用路径b_m ¹承载p_m上的业务。如果此时又发生链路故障j影响到第一条备用路径b_m ¹，则由第二条备用路径b_m ²承载p_m上的业务。

这样，就需要在工作路径p_m上完成资源预留，通道分配和交叉配置；而在备份路径b_m ¹和b_m ²上则要完成资源的预留。因此双链路故障的恢复方法主要解决的问题是保证网络在双链路故障时100％的恢复的同时，最大限度减少预留的备用容量。现有的方法是基于专用保护的方式，备用容量的利用率不高；而现有共享恢复方法对两条恢复路径的共享程度相同，不能充分发挥备用资源共享的能力。

发明内容

本发明的目的在于提出一种应用于波长可变换的WDM网状网、针对其双链路故障，使用分支路由搜索的共享恢复方法，以解决现有技术中网络资源利用率低等问题。它考虑到在双链路故障恢复时，第二条恢复路径的启用概率小于第一条恢复路径，所以它使得第二条恢复路径的共享程度高于第一条恢复路径的共享程度，在计算两条恢复路径时使用了不同的权值设置。

本发明中的采用分支路由搜索算法进行路由计算技术方案如下：

在对双链路故障的恢复中，每个业务请求的工作路径都要使用两条恢复路径对其进行保护。而这三条路径之间不能有共同的链路，对于网络中的所有业务请求，这个条件都需要满足。因此，双链路故障的恢复要求网络拓扑有很高的节点度，并且在业务负载比较大时，可能由于部分链路的可用资源不足，造成这些链路不能被本次业务请求使用，这时成功的计算出这三条路径会更加困难。因此，这里使用了分支路由搜索的方法。该方法的基本流程是，在工作路径计算中使用KSP(K shortest Paths，K条最短路径)算法(计算出从源节点到目的节点的K条最短路径，K为正整数)，这样将得到K条可能工作路径，再逐条针对这些可能工作路径计算出K条第一恢复路径，以此类推再计算出K条第二恢复路径。这样就可以对工作路径和恢复路径的多种组合进行搜索，从而增加路由成功的概率。

本发明的有益效果是：不但可以在双链路故障下对工作业务提供100％的恢复，还充分利用双链路故障下备用容量的共享能力，减少了需要预留的备用容量大小，提高了网络资源的利用率。

附图说明

下面结合附图和实施例对发明做进一步说明。

图1使用分支路由搜索算法计算工作路径和恢复路径

图2链路权值计算的三个步骤(以计算第一条恢复路径为例)

具体实施方式

下面以采用集中/分布式的恢复模型为例，说明如何使用本发明的方法进行路由恢复。所谓集中/分布式即利用一个集中式的“路由服务器”计算备用路径，而利用分布式控制平面建立和拆除工作/备用路径。

如图1所示，这里设置K＝2，这是因为当K＞2后，计算的分支过多，复杂度高，不适合于一般的拓扑。图中从第1步到第14步逐个执行，如果计算出b_m ²，则方法终止；如果在某个分支计算失败，则退回上一个分支点，继续计算。注意，在计算第二条恢复路径时，没有使用KSP方法，而只是使用了最短路方法(SP)，同样是出于控制计算分支数的考虑。

首先，计算工作路径和恢复路径的路由：

本发明中把一条链路的带宽(波长资源)分为三类：可用带宽、备用带宽和工作带宽。令A_k、B_k和S_k分别表示某条链路k上的可用带宽、备用带宽和工作带宽的总量。其中工作带宽是指分配给工作路径占用的带宽，备用带宽是指为恢复路径预留的带宽，可用带宽是指可以分配给新的工作路径或恢复路径的带宽。发明内容中已经说明，本方法使用分支路由搜索算法对工作路径和恢复路径的多种路由组合进行搜索，所以这里只以一个可能的计算路线为例进行说明(图1中的虚线所示的计算路线)，其它的计算路线原理与之相同。

当第m个业务请求到达时：

(1)链路权值设置和计算工作路径：

A.链路权值设置：

计算工作路径时，链路k的权值用w_k表示，业务请求带宽用bw表示。通过如下的公式(1)计算每条链路k∈G的权值：

B.算路：

在链路权值为w_k的拓扑G上利用KSP算法选择权值最小的K(这里K＝2)条路径作为工作路径的两个备选，本条计算路线选用第一条工作路径，继续计算恢复路径。

(2)链路权值设置和计算恢复路径：

本方法中将计算b_m ¹或b_m ²时的链路k的权值设置为：假设所选择的b_m ¹或b_m ²包含链路k时，在考虑备用资源共享的情况下需要在链路k上新预留备用容量值。令w_k ¹和w_k ²分别代表计算b_m ¹和b_m ²时链路k的权值。这样就可以在链路权值为w_k ¹或w_k ²的网络中选择b_m ¹或b_m ²，以最小化网络中需要为第m个业务请求的第一条或第二条备用路径新预留的备用容量。

“路由服务器”需要维护一个数组failother_k[i][j]，它代表链路k上用来对双链路故障f_i，j进行恢复的备用容量的值。注意到failother_k[i][j]与failother_k[j][i]相同。在双链路故障的假设条件下，任意两个不同的双链路故障都不会同时发生，所以为不同双链路故障预留的备用容量可以彼此共享。

确定w_k ¹和w_k ²的值，需要分三步完成，如图2所示，以计算第一条恢复路径时链路权值的设置为例的计算过程如下。在第一步中，确定在任何双链路故障情况下，链路k上可能与b_m ¹(b_m ²)同时被启用的已有备用容量的最大值，分别记为Z_k ¹(Z_k ²)。换言之，Z_k ¹(Z_k ²)代表了不能与b_m ¹(b_m ²)共享的已有备用容量的最大值。在第二步中，得到链路k上可以与b_m ¹(b_m ²)共享的已有容量大小，它等于已有备用容量的总量减去Z_k ¹(Z_k ²)。在第三步中，比较当前业务请求的带宽与链路k上的可共享容量的大小。如果业务请求的带宽bw小于或等于可共享容量，则不需要新预留任何备用容量；否则，需要新预留的备用容量等于bw减去可共享容量的值。至此可以得出w_k ¹或w_k ²的值。

下面是计算恢复路径的具体步骤：

A.链路权值设置和计算第一恢复路径：

a)将p_m上的链路从网络拓扑G中删除；

b)计算B_k。

要确定在任何双链路故障情况下，链路k上可能与b_m ¹(b_m ²)同时被启用的已有备用容量的最大值。B_k的值在共享恢复中可以由公式(2)得到，其中E为网络中链路的集合。

$B_k=\underset{i,j\∈E}{\max }\left({\mathrm{failother}}_k\right[i\left]\right[j\left]\right)---\left(2\right)$

c)计算Z_k ¹。

第一条备用路径b_m ¹当且仅当工作路径p_m失效而b_m ¹本身不失效时才被启用。因此，链路k上任意可能在双链路故障f_i，j(i∈p_m， $j\∈E-{b_m}^1$ )下被启用的已有备用容量都不能与b_m ¹共享。但由于这时b_m ¹还没有计算出来，所以实际计算的是链路k上任意可能在双链故障f_i，j(i∈p_m，j∈E)下被启用的备用容量，这样计算得到的值会略高于f_i，j(i∈p_m， $j\∈E-{b_m}^1$ )的情况。这样，不能与b_m ¹共享的已有备用容量的值可以通过公式(3)计算：

$Z_k^1=\underset{i\∈p_m,j\∈E}{\max }\left({\mathrm{failother}}_k\right[i\left]\right[j\left]\right)---\left(3\right)$

d)计算w_k ¹

w_k ¹通过公式(4)计算，其中ε是一个极小的数值以保证选择最小跳数的路径：

e)算路：KSP

在链路权值为w_k ¹的拓扑上利用KSP方法选择权值最小的路径作为第一条恢复路径b_m ¹

B.链路权值设置和计算第二恢复路径：

a)将p_m和b_m ¹上的链路从当前拓扑G上删除；

b)计算B_k，

与计算第一条恢复路径时相同，可以省去这一步，直接使用前面结果。

c)计算Z_k ²。

第二条备用路径b_m ²当且仅当工作路径p_m失效而且第一条备用路径b_m ¹也失效时才被启用。因此，链路k上任意可能在双链路故障f_i，j(i∈p_m， $j\∈{b_m}^1$ )下被启用的已有备用容量都不能与b_m ²共享。这样，不能与b_m ²共享的已有备用容量的值可以通过公式(5)计算：

$Z_k^2=\underset{i\∈p_m,j\∈b_m^1}{\max }\left({\mathrm{failother}}_k\right[i\left]\right[j\left]\right)---\left(5\right)$

d)计算w_k ²

w_k ²通过公式(6)计算，其中ε是一个极小的数值以保证选择最小跳数的路径：

e)算路

在链路权值为w_k ²的拓扑G上利用最短路方法选择权值最小的路径作为第二条备用路径b_m ²然后，进行资源分配和更新：

当工作路径和两条备用路径计算完成后，需要对failother_k[i][j]和S_k，B_k，A_k的值进行如下更新：

A.对于任意链路 $k\∈{b_m}^1,$ i∈p_m， $j\∈E-{b_m}^1,$ 令

failother_k[i][j]＝failother_k[i][j]+bw

如果链路 $j\∉p_m$ ，则令failother_k[j][i]＝failother_k[i][j]；

B.对于任意链路 $k\∈{b_m}^2,$ i∈p_m， $j\∈{b_m}^1,$ 令

failother_k[i][j]＝failother_k[i][j]+bw

failother_k[j][i]＝failother_k[i][j]；

C.根据公式(2)更新B_k；

D.对于任意链路k∈p_m，S_k＝S_k+bw；

E.对于任意链路k∈p_m，b_m ¹或b_m ²，A_k＝T_k-S_k-B_k。

至此，使用本发明的方法对采用集中/分布式的恢复模型进行的路由恢复就完成了。

需要注意的是，尽管本发明已参照具体实施方式进行描述和举例说明，并且在具体实施方式中给出了当K＝2时使用KSP算法进行计算的具体过程。但是并不意味着本发明限于这些描述的实施方式。本领域技术人员可以从中衍生出许多不同的变体，它们都将覆盖于本发明权利要求的真实精神和范围中。同时要说明的是，本发明中的技术方案并不专门针对哪一种特定的光纤通信系统。

Claims (7)

1.一种用于波长可变换WDM网状网双链路故障的分支路由搜索共享恢复方法，适用于波长可变换的WDW网状网中至多有两根光纤发生故障的情况，网络中每个业务请求的工作路径都要使用两条恢复路径对其进行保护，且这三条路径之间不能有共同的链路，其特征在于：

使用本方法进行路由恢复主要包括以下两个步骤，

首先，采用分支路由搜索算法计算工作路径和恢复路径的路由；考虑了第二条恢复路径的启用概率小于第一条恢复路径的因素，所以使得第二条恢复路径的共享程度高于第一条恢复路径的共享程度，在计算两条恢复路径时使用了不同的权值设置；

然后，进行资源的分配和更新。

2.根据权利要求1所述的用于波长可变换WDM网状网双链路故障的分支路由搜索共享恢复方法，其特征在于：

采用分支路由搜索算法进行路由计算的流程是，

在工作路径计算中使用KSP算法计算出从源节点到目的节点的K条最短路径，K为正整数，这样将得到K条可能工作路径；

再逐条针对这些可能工作路径计算出K条第一恢复路径；

以此类推再计算出K条第二恢复路径，算法终止；如果在某个分支计算失败，则退回上一个分支点，继续计算；

这样就可以对工作路径和恢复路径的多种组合进行搜索，从而增加路由成功的概率。

3.根据权利要求2所述的用于波长可变换WDM网状网双链路故障的分支路由搜索共享恢复方法，其特征在于：

在计算第一恢复路径时使用的是KSP算法，计算第二恢复路径时使用的是SP算法；

并且考虑到在双链路故障恢复时，第二条恢复路径的启用概率小于第一条恢复路径，所以使得第二条恢复路径的共享程度高于第一条恢复路径的共享程度，在计算两条恢复路径时对其进行不同的权值设置。

4.根据权利要求2或3所述的用于波长可变换WDM网状网双链路故障的分支路由搜索共享恢复方法，其特征在于：

当第m个业务请求到达时，采用分支路由搜索算法进行路由计算的过程中使用KSP算法计算工作路径p_m的步骤是，

第一步，设置链路k的权值w_k，公式如下，其中bw为业务请求带宽，A_k为可用带宽，k∈拓扑G

第二步，在链路权值为w_k的拓扑G上利用KSP算法选择权值最小的K条路径作为工作路径的备选。

5.根据权利要求4所述的用于波长可变换WDM网状网双链路故障的分支路由搜索共享恢复方法，其特征在于：

计算第一恢复路径的步骤是，

第一步，将p_m上的链路从网络拓扑G中删除；

第二步，计算备用带宽B_k，公式如下，其中E为网络中链路的集合，failother_k[i][j]是路由服务器需要维护的一个数组，它代表链路k上用来对双链路故障f_i，j进行恢复的备用容量的值

$B_k=\underset{i,j\∈E}{\max }\left({\mathrm{failother}}_k\right[i\left]\right[j\left]\right);$

第三步，计算不能与第一条备用路径b_m ¹共享的已有备用容量的值Z_k ¹，公式如下 $Z_k^1=\underset{i\∈p_m,j\∈E}{\max }\left({\mathrm{failother}}_k\right[i\left]\right[j\left]\right),$ 其中f_i，j(i∈p_m，j∈E)；

第四步，计算第一恢复路径的权值w_k ¹，公式如下，其中ε是一个极小的数值以保证选择最小跳数的路径

第五步，在链路权值为w_k ¹的拓扑G上利用KSP方法选择权值最小的路径作为第一条恢复路径b_m ¹。

6.根据权利要求5所述的用于波长可变换WDM网状网双链路故障的分支路由搜索共享恢复方法，其特征在于：

计算第二恢复路径的步骤是，

第一步，将p_m和b_m ¹上的链路从当前拓扑G上删除；

第二步，计算B_k，与计算第一条恢复路径时相同；

第三步，计算不能与第二条备用路径b_m ²共享的已有备用容量的值Z_k ²，公式如下 $Z_k^2=\underset{i\∈p_m,j\∈b_m^1}{\max }\left({\mathrm{failother}}_k\right[i\left]\right[j\left]\right),$ 其中f_i，j(i∈p_m，j∈b_m ¹)；

第四步，计算第二恢复路径的权值w_k ²，公式如下，其中ε是一个极小的数值以保证选择最小跳数的路径

第五步，在链路权值为w_k ²的拓扑G上利用最短路方法选择权值最小的路径作为第二条备用路径b_m ²。

7.根据权利要求6所述的用于波长可变换WDM网状网双链路故障的分支路由搜索共享恢复方法，其特征在于：

当工作路径和两条备用路径计算完成后，需要对failother_k[i][j]和S_k，B_k，A_k的值进行如下更新：

A.对于任意链路k∈b_m ¹，i∈p_m，j∈E-b_m ¹，令

failother_k[i][j]＝failother_k[i][j]+bw

如果链路 $j\∉p_m,$ 则令failother_k[j][i]＝failother_k[i][j]；

B.对于任意链路k∈b_m ²，i∈p_m，j∈b_m ¹，令

failother_k[i][j]＝failother_k[i][j]+bw

failother_k[j][i]＝failother_k[i][j]；

C.更新B_k，公式如下 $B_k=\underset{i,j\∈E}{\max }\left({\mathrm{failother}}_k\right[i\left]\right[j\left]\right);$

D.对于任意链路k∈p_m，S_k＝S_k+bw；

E.对于任意链路k∈p_m，b_m ¹或b_m ²，A_k＝T_k-S_k-B_k。