CN101360347B - 波长路由光网络中的路由选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波长路由光网络中的路由选择方法，其在波长路由光网络的控制平面服务器上按以下步骤实现：服务器使用特定路由算法在每个波长平面为网络业务请求分别计算一条最短路由，并在预设的波长开销数据库中分别查询各路由所用波长的波长开销值，并与各自的路由开销值相加，得到各条路由的总开销值；进而选择总开销最小的路由进行动态建路。本发明的技术方案利用控制平面服务器维护的波长开销数据库对网络业务请求进行路由选择，在无需对现有网络路由模块进行较大改动的基础上，实现了并发业务请求处理冲突的避免，有效降低了波长路由光网络中并发业务请求的阻塞率，达到了较高的网络资源利用率，大大改善了网络的整体性能。

Description

波长路由光网络中的路由选择方法

技术领域

本发明属于光网络通信技术领域，尤其指一种波长路由光网络中的路由选择方法，用于避免光网络中的并发业务冲突。

背景技术

波分复用光网络依靠其无可比拟的带宽优势，在网络宽带化发展的进程上不可替代，在网络中扮演传输骨干的角色。随着波分复用光网络的不断发展，基于动态分布式波长路由的自动交换光网络因具有很高的动态性、可靠性和扩展性，被公认为下一代光网络的发展方向。然而，对于这种面向连接的分布式波长路由光网络，网络连接的建立以及链路状态改变后信息的泛洪均需要一定时间才能完成，这导致网络状态改变后，各个网络节点所维护的链路状态数据库无法实现立即同步。在一般情况下，由于网络连接请求的间隔时间远大于链路状态数据库同步所需的时间，不会对网络性能造成很大影响。但是，对于网络中时常出现的并发业务请求(短时间内在同一个网络节点上到达多个业务请求)，情况则大为不同，表现为当前一个业务的连接建立过程尚未完成时，后一个业务请求通常已经到达了。在这种情况下，后到达的业务请求的路由计算将建立在一个尚未完全同步的链路状态数据库之上，因而其路由计算结果并不一定符合当时网络的链路资源状态，从而导致该业务在实际建路过程中发生资源冲突。对于整个网络来说，这种资源冲突会导致全网建路阻塞率提高，网络性能恶化。

解决上述光网络并发冲突问题的一个直观方法是在每个光网络节点处建立一个本地临时建路信息数据库，用于保存由该节点发起的尚未完成的连接建立信息。当节点为新到达的连接请求计算路由时，首先在其维护的链路状态数据库中去除上述本地临时建路信息数据库中的链路信息，并将其保存至一个新的临时链路状态数据库。然后，该节点用新生成的临时链路状态数据库为新连接请求计算路由。通常称这种并发业务的冲突避免方法为“在建连接标记”法，利用该方法可在最大程度上避免并发冲突的发生。然而，这种方法会显著增加数据库维护和路由计算的空间及时间复杂度，并需要对现有网络路由模块进行较大改动，具有一定的商用化难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种波长路由光网络中的路由选择方法，以降低光网络中并发业务请求的阻塞率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案提出一种波长路由光网络中的路由选择方法，该方法在波长路由光网络的控制平面服务器上按以下步骤实现：

当网络业务请求到达时，所述服务器利用预设的链路状态数据库在每个波长平面使用最短路由算法寻找一条路由开销最小的路由，若找到多条路由，则所述服务器在预设的波长开销数据库中分别查询各条路由所用波长的波长开销值，并与各自的路由开销值相加，得到所述各条路由的总开销值；

服务器选择总开销最小的路由进行动态建路，并在建路前将所述波长开销数据库中所选路由使用波长的波长开销值设为一个预先设定的最大值，且设定之后所述波长开销值随时间衰减。

上述波长路由光网络中的路由选择方法中，该方法还包括所述服务器的初始化步骤：

在服务器中预设开放最短路由优先协议、记录光网络中可用链路的链路状态数据库、记录各波长开销值的波长开销数据库，以及便于光网络节点完成网络中光路建立及拆除的资源预留协议。

上述波长路由光网络中的路由选择方法中，所述服务器选择总开销最小的路由进行动态建路具体包括：

服务器采用所述资源预留协议为所述网络业务请求进行动态建路，并在建路成功后更新并同步各节点所维护的链路状态数据库。

上述波长路由光网络中的路由选择方法中，所述服务器使用最短路由算法为网络业务请求寻找路由开销最小的路由时，如果在所有波长平面仅找到一条路由，则服务器直接使用该路由为所述网络业务请求进行动态建路；如果不能找到路由，则视为光网络发生阻塞，输出建路失败信息，结束此次路由选择及建路过程。

上述波长路由光网络中的路由选择方法中，所述波长开销值随时间衰减的具体计算公式为：

$c_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}0,(t\&GreaterEqual;T_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}+\mathrm{\&tau;})\\ C_w\&CenterDot;(T_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}+\mathrm{\&tau;}-t)/\mathrm{\&tau;},(T_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}\&le;t<T_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}+\mathrm{\&tau;})\end{array}\right\}$

其中，t为当前时刻；c_λk(t)为波长λ_k在t时刻的波长开销值；C_w为预先设定的波长开销最大值，其应远大于光网络中最大可能的路由开销值；T_λk为波长λ_k的波长开销最近一次被设为C_w的时刻；τ为预先设定的波长开销衰减时间。

上述波长路由光网络中的路由选择方法中，将所述波长开销衰减时间τ设置为网络状态改变后各个网络节点所维护的链路状态数据库的平均数据同步时间。

上述波长路由光网络中的路由选择方法中，所述的路由开销为该路由所经过的每条链路的链路开销之和。

上述波长路由光网络中的路由选择方法中，所述最短路由算法为迪克斯特拉Dijkstra算法。

本发明的技术方案利用控制平面服务器维护的波长开销数据库对网络业务请求进行路由选择，在无需对现有网络路由模块进行较大改动的基础上，实现了并发业务请求处理冲突的避免，有效降低了波长路由光网络中并发业务请求的阻塞率，达到了较高的网络资源利用率，大大改善了网络的整体性能。

附图说明

图1为本发明波长路由光网络中的路由选择方法实施例流程图；

图2为四节点双波长有向网络的并发业务处理示意图；

图3为四节点双波长有向网络的非并发业务处理示意图；

图4为网络并发业务建路阻塞率比较图；

图5为网络资源利用率比较图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为本发明波长路由光网络中的路由选择方法实施例流程图，如图所示，本实施例的完整流程包括以下步骤：

S101、网络节点启动，进行协议初始化；

协议初始化包括在控制平面服务器中预设开放最短路由优先(OSPF，Open Shortest Path First)协议、记录光网络中可用链路的链路状态数据库(Link State Datebase)、记录各波长开销值的波长开销数据库(Wavelength Cost Database)，以及便于光网络节点完成网络中光路建立及拆除的资源预留协议。

S102、波长开销初始化；

将波长开销数据库中所有波长λ_k对应的波长开销值c_λk(t)设置为初始值0。

S103、服务器对收到的消息进行判断；

如果是网络业务建路请求消息则转步骤S104继续路由选择处理，否则转对应的其他消息处理模块处理(如图中S103”所示)。

S104、服务器使用最短路由算法为网络业务请求寻找最短路由；

服务器对步骤S101中预设的链路状态数据库里每一个波长的子数据库使用最短路由算法，例如迪克斯特拉(Dijkstra)算法，生成每一个波长的光网络路由表；并在每一个波长的光网络路由表中为该网络业务请求分别寻找一条路由开销最小的路由。其中，路由开销即分别为其路由所经过的每条链路的链路开销之和。

S105、服务器判断是否找到至少一条路由；

如果是则转步骤S106继续路由选择流程，否则判断网络发生阻塞，输出建路失败信息(如图中S105’所示)，从而结束此次路由选择及建路过程。

在步骤S104中，每个波长子数据库最多可找到一条路由，但可能存在某个波长平面比较拥塞的情况，导致一条路由也找不到。因此，在全网所有波长平面可找到的总路由数目最多为波长数，最少为0条。也有可能出现在所有波长平面仅找到一条路由的情况，此时不言而喻即可使用该路由为网络业务请求建路。

S106、服务器计算所选各路由的波长开销值；

服务器利用步骤S101中预设的波长开销数据库并使用下述公式对步骤S105中所选各路由的波长开销值进行计算：

$c_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}0,(t\&GreaterEqual;T_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}+\mathrm{\&tau;})\\ C_w\&CenterDot;(T_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}+\mathrm{\&tau;}-t)/\mathrm{\&tau;},(T_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}\&le;t<T_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}+\mathrm{\&tau;})\end{array}\right\}---\left(1\right)$

其中，c_λk(t)为波长λ_k在t时刻的波长开销值，其在步骤S102的初始化过程中赋予的初始值为0；C_w为预先设定的波长开销最大值，其应远大于光网络中最大可能的路由开销值；T_λk为波长λ_k的波长开销最近一次被设为最大值C_w的时刻，其也应在步骤S102对c_λk(t)进行初始化的同时被设为初始值0；τ为预先设定的波长开销衰减时间，其可设置为网络状态改变后各个网络节点所维护的链路状态数据库的平均数据同步时间。

S107、服务器计算各路由的总开销值，并选择总开销值最小的路由建路；

将步骤S106得到的各路由波长开销值与步骤S104中计算的路由开销值相加，得到各条路由的总开销值，从中选择总开销最小的路由进行动态建路。将该路由占用的波长标记为λ^*，则服务器在建路前将波长开销数据库中该波长对应的波长开销值C_λ*设为最大值C_w(如图中S107’所示)，设定之后该波长开销值即按照公式(1)随时间衰减。同时，波长开销数据库中将记录此次设定最大值C_w的时刻即为： $T_{{\mathrm{\&lambda;}}^{*}}=t.$

至于服务器的具体建路流程则与现有技术相同，其采用步骤S101中预设的资源预留协议为网络业务请求进行动态建路，并在建路成功后更新并同步各节点所维护的链路状态数据库。

下面以四节点双波长有向Mesh网中的应用实例对本发明的路由选择方法进一步加以阐述。该实例采用如图2所示的网络拓扑，在该网络中存在两个静态业务P1和P2，其长时间占用网络资源。首先设定波长开销的衰减时间τ为100ms，波长开销的最大值C_w为10，波长1和波长2的波长开销初始值均为0。

在某一时刻，网络节点4上到达了一个业务请求：业务1{4→1}。依据流程，该节点的服务器在网络的两个波长平面上为此业务计算最短路由。考虑到波长2的链路{4→2}及{3→2}已经被业务P1、P2所占用，计算的最短路由结果为波长1的{4→2→1}及波长2的{4→3→1}，其路由开销分别为2和3。此时，波长1和波长2的波长开销均为初始值0，因此，两条路由的总开销依旧为2和3。之后，节点4选择总开销最小的波长1的{4→2→1}为业务1进行建路，并在其维护的波长开销数据库中将波长1的波长开销改为C_w＝10。

紧接着，网络节点4上又到达了一个业务请求：业务2{4→2}；依据其到达时间的不同，其处理存在以下A、B两种情况。

A、业务2与业务1的到达时间间隔为10ms小于τ，因此可视为并发业务，则处理过程如下：

在网络的两个波长平面上为业务2计算最短路由。由于此时业务1的建路信息尚未完成全网同步，其使用的波长1的链路{4→2}及{2→1}在节点4的链路状态数据库中仍为空闲状态，因此计算的最短路由结果为波长1的{4→2}及波长2的{4→3→1→2}，其路由开销分别为1和4。此时，根据线性衰减模式下波长开销值的计算公式(1)计算得到波长1的波长开销为9。波长2的波长开销依然为初始值0。因此，两条路由的总开销分别为10和4。之后，节点4选择总开销最小的波长2的{4→3→1→2}为业务2进行建路(图2)，并在其维护的波长开销数据库中将波长2的波长开销改为C_w＝10。

B、业务2与业务1的到达时间间隔为1s大于，因此可视为非并发业务，则处理过程如下：

在网络的两个波长平面上为业务2计算最短路由。由于此时业务1的建路信息已完成全网同步，其使用的波长1的链路{4→2}及{2→1}在节点4的链路状态数据库中为占用状态，因此计算的最短路由结果为波长1的{4→3→2}及波长2的{4→3→1→2}，其路由开销分别为2和4。此时，根据线性衰减模式下波长开销值的计算公式(1)计算得到波长1的波长开销为0。波长2的波长开销依然为初始值0。因此，两条路由的总开销依旧为2和4。之后，节点4选择总开销最小的波长1的{4→3→2}为业务2进行建路(图3)，并在其维护的波长开销数据库中将波长1的波长开销改为C_w＝10。

根据对避免并发业务冲突起关键性作用的波长开销数据库的维护特性，上述本发明波长路由光网络中的路由选择方法可称为“波长标记轮换”法。图4为采用本发明的“波长标记轮换”、现有技术的“在建连接标记”以及现有动态光网络路由策略的网络并发业务建路阻塞率特性比较图。其中，网络仿真采用8波长NSFNET网络拓扑，网络业务到达遵循Poisson过程，并平均分配在各个节点上，业务强度为2Erlang/节点，平均并发业务数目为5。业务服务时间遵循负指数分布，平均服务时间μ^-1为2秒。如图所示，“波长标记轮换”法的并发业务建路阻塞率指标较现有动态光网络路由策略明显改善，并非常接近“在建连接标记”方法的性能。从图中可以看到，在各种并发业务比例下，“波长标记轮换”方法的阻塞率指标均控制在10％以下，达到了很好的并发冲突避免效果。

图5为采用“波长标记轮换”、“在建连接标记”以及现有动态光网络路由策略的网络资源利用率特性比较图，其仿真网络参数与图2相同。如图所示可以看出，现有动态光网络路由策略的网络资源利用率在并发业务比例大于5％后随该比例的扩大急剧下降，网络性能迅速恶化。相比之下，“波长标记轮换”方法在各种并发业务比例下均达到了和“在建连接标记”方法相近的较高的网络资源利用率，大大改善了网络的整体性能。

如上所述，本发明的技术方案利用控制平面服务器维护的波长开销数据库对网络业务请求进行路由选择，在无需对现有网络路由模块进行较大改动的基础上，实现了并发业务请求处理冲突的避免，有效降低了波长路由光网络中并发业务请求的阻塞率，达到了较高的网络资源利用率，大大改善了网络的整体性能。

以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到一些雷同、替代方案，均应落入本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种波长路由光网络中的路由选择方法，其特征在于，该方法在波长路由光网络的控制平面服务器上按以下步骤实现：

当网络业务请求到达时，所述服务器利用预设的链路状态数据库在每个波长平面使用最短路由算法寻找一条路由开销最小的路由，若找到多条路由，则所述服务器在预设的波长开销数据库中分别查询各条路由所用波长的波长开销值，并与各自的路由开销值相加，得到所述各条路由的总开销值；

服务器选择总开销最小的路由进行动态建路，并在建路前将所述波长开销数据库中所选路由使用波长的波长开销值设为一个预先设定的最大值，且设定之后所述波长开销值随时间衰减。

2.如权利要求1所述波长路由光网络中的路由选择方法，其特征在于，该方法还包括所述服务器的初始化步骤：

在服务器中预设开放最短路由优先协议、记录光网络中可用链路的链路状态数据库、记录各波长开销值的波长开销数据库，以及便于光网络节点完成网络中光路建立及拆除的资源预留协议。

3.如权利要求2所述波长路由光网络中的路由选择方法，其特征在于，所述服务器选择总开销最小的路由进行动态建路具体包括：

服务器采用所述资源预留协议为所述网络业务请求进行动态建路，并在建路成功后更新并同步各节点所维护的链路状态数据库。

4.如权利要求1所述波长路由光网络中的路由选择方法，其特征在于，所述服务器使用最短路由算法为网络业务请求寻找路由开销最小的路由时，如果在所有波长平面仅找到一条路由，则服务器直接使用该路由为所述网络业务请求进行动态建路。

5.如权利要求1所述波长路由光网络中的路由选择方法，其特征在于，所述服务器使用最短路由算法为网络业务请求寻找路由开销最小的路由时，如果在所有波长平面均不能找到路由，则视为光网络发生阻塞，输出建路失败信息，结束此次路由选择及建路过程。

6.如权利要求1所述波长路由光网络中的路由选择方法，其特征在于，所述波长开销值随时间衰减的具体计算公式为：

$c_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}0,(t\&GreaterEqual;T_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}+\mathrm{\&tau;})\\ C_w\&CenterDot;(T_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}+\mathrm{\&tau;}-t)/\mathrm{\&tau;},(T_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}\&le;t<T_{{\mathrm{\&lambda;}}_k}+\mathrm{\&tau;})\end{array}\right\}$

其中，t为当前时刻；c_λk(t)为波长λ_k在t时刻的波长开销值；C_W为预先设定的波长开销最大值，其应远大于光网络中最大可能的路由开销值；T_λk为波长λ_k的波长开销最近一次被设为C_W的时刻；τ为预先设定的波长开销衰减时间。

7.如权利要求6所述波长路由光网络中的路由选择方法，其特征在于，将所述波长开销衰减时间τ设置为网络状态改变后各个网络节点所维护的链路状态数据库的平均数据同步时间。

8.如权利要求1～7任一项所述波长路由光网络中的路由选择方法，其特征在于，所述的路由开销为该路由所经过的每条链路的链路开销之和。

9.如权利要求1～7任一项所述波长路由光网络中的路由选择方法，其特征在于，所述最短路由算法为迪克斯特拉Dijkstra算法。

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