CN101409596A - 一种动态业务的波长路由光网络规划方法 - Google Patents

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本发明涉及一种动态业务的波长路由光网络规划方法，属于光网络通信技术领域。设置并输入光网络规划所需参数，利用静态优化方法得到静态优化的光网络中每个光交叉节点的收发机数目和每根光纤的复用波长数，将其作为动态业务模拟的输入，得到网络阻塞率。根据网络阻塞率调整业务随机抖动的强度，多次调用静态优化方法完成光网络规划。本发明方法的优点是：该方法基于静态优化方法，保证了规划结果的全局优化特性，同时通过阻塞率验证，规划所得到的波长路由光网络可适应业务动态特性，使动态业务下网络阻塞率低于阻塞率上限。

Description

一种动态业务的波长路由光网络规划方法
技术领域
本发明涉及一种动态业务的波长路由光网络规划方法，属于光网络通信技术领域。
背景技术
当前，波分复用(WDM)系统正在通信领域中得到越来越广泛的应用，并且智能光传送网技术也随着市场需求的推动而不断发展。已有的光网络规划方法属于静态优化方法，可在网络拓扑和网络业务确定的情况下，利用线性规划，启发式算法等数学方法得到全局优化的网络资源配置方案，从而最小化网络建设成本。在静态光网络中，现有优化方法经济，实用。
然而，随着数据通信、多媒体等新型业务的不断涌现，业务的随机性增强，节点业务负载随时间抖动增大。为了适应业务的动态性，2000年初提出了G.8080标准以组建智能光网络。由于智能光网络根据业务请求实时建立和拆除连接，网络对节点、链路资源的需求变得不确定。传统的静态优化方法缺乏对业务抖动的估计，因此所规划的智能光网络在承载动态业务时阻塞率性能并不理想。
如果在静态优化方法中引入动态业务的随机抖动因素，就能够使规划的光网络更符合动态业务的应用需求。同时考虑到随机业务难以用精确的数学模型估算业务抖动，需要一种探测的方法对随机抖动进行估计。
发明内容
本发明的目的是提出一种动态业务的波长路由光网络规划方法，在现有静态规划方法基础上，引入业务随机抖动的估算方法和动态业务模拟，通过多次迭代优化，以得到一个适应业务动态特性的波长路由光网络，在动态业务下网络阻塞率低于阻塞率上限。
本发明提出的一种动态业务的波长路由光网络规划方法，包括以下步骤：
(1)设置并输入进行光网络规划所需要的参数，包括：
网络的拓扑结构参数、网络的静态业务分布参数、网络的动态业务输入参数、网络阻塞率上限值、随机业务强度的步长增量S1和步长减量S2；
(2)设置初始化随机抖动强度为0，与输入的静态业务分布参数中的平均请求带宽叠加得到当前请求带宽，
分别设置初始化调用次数、抖动增加标识和减弱标识为0；
(3)根据上述网络的拓扑结构参数和网络的静态业务分布参数，利用静态优化方法得到静态优化的光网络中每个光交叉节点的收发机数目和每根光纤的复用波长数，并将静态优化方法调用次数加1；
(4)将上述收发机数目和复用波长数作为动态业务模拟的输入，分别统计网络拒绝带宽和请求带宽，将统计结果相除，得到网络阻塞率；
(5)将上述网络阻塞率与上述初始设置的网络阻塞率上限进行比较，若网络阻塞率大于初始设置的上限，进行步骤(7)，若网络阻塞率小于或等于初始设置的上限，则进行步骤(6)；
(6)判断静态优化方法调用次数，若为1，则输出与当前业务负载相对应的规划方案，若不为1，则将上述初始设置的抖动减弱标识重新设置为1，并将随机抖动强度重新设置为当前随机抖动强度与上述设置的随机业务强度的步长减量S2之差，进行步骤(8)；
(7)将上述初始设置的抖动增加标识重新设置为1，对抖动减弱标识进行判断，若为零，则将随机抖动强度重新设置为当前随机抖动强度与上述设置的随机业务强度的步长增量S1之和，若不为零，则输出与前一次业务负载相对应的规划方案；
(8)将上述重新设置的随机抖动强度作为当前随机抖动强度，将当前随机抖动强度与上述初始设置的静态业务分布参数中的平均请求带宽叠加得到当前请求带宽，将该当前请求带宽作为遗传静态优化的输入，进行静态优化；
(9)重复步骤(3)-(8)。
本发明提出的动态业务的波长路由光网络规划方法，其特点和优点是：在现有静态规划方法基础上，通过动态业务模拟计算网络阻塞率，并根据网络阻塞率调整业务随机抖动的强度多次调用静态优化方法进行优化。通过本发明方法对波长路由光网络进行规划，得到的规划方案可适应业务随机性，在动态业务下网络阻塞率低于阻塞率上限。图2所示为本发明一个实施例的效果示意图，从中可以看出，第一次调用静态规划方法时，根据初始输入的静态业务分布参数中的平均请求带宽进行优化，等效于现有的规划方法，在动态业务下网络阻塞率超过26％。通过本发明所描述的方法多次调用静态优化方法后，网络阻塞率显著下降。如图2所示，在本发明一个实施例中，进行了7次调用后规划完成，输出第6次调用静态优化方法的规划方案，相应的网络阻塞率低于阻塞率上限1％。由此可见，通过发明所描述的方法对波长路由光网络进行规划，可得到一个适应业务动态特性的波长路由光网络。
附图说明
图1是本发明提出的动态业务的光网络规划方法的流程框图。
图2是本发明一个实施例的效果图。
具体实施方式
本发明提出的动态业务的波长路由光网络规划方法，其流程框图如图1所示，包括以下步骤：
(1)设置并输入进行光网络规划所需要的参数，所输入的参数在后续规划中使用，这些参数包括：
网络的拓扑结构参数，包括节点数，链路数，波长数，节点与链路连接关系矩阵，每个波长的带宽；本实施例采用节点数N＝14的NSFNET网络拓扑结构，设定每个波长的带宽为16；
网络的静态业务分布参数，每个静态业务包括源节点，目的节点，以及平均请求带宽信息。该分布可为均匀分布(各节点对间平均请求带宽相同)或不均匀分布(各节点对间平均请求带宽不同)，本实施例采用均匀分布，各节点对间平均请求带宽为8爱尔兰；
网络的动态业务输入参数，包括业务到达的概率分布，业务服务时间的概率分布，业务请求带宽的概率分布，平均请求带宽；本实施例设置业务到达遵循泊松(Poisson)过程，业务到达的时间间隔遵循负指数分布，服务时间遵循负指数分布，业务请求带宽为1-16间均匀分布的正整数；
网络阻塞率上限值，本实施例将网络阻塞率上限设置为1％；
随机业务强度的步长增量S1和步长减量S2，本发明实施例中将S1设置为2，S2设置为1，S1和S2的设置影响规划收敛速度。
(2)设置初始化随机抖动强度为0，与输入的静态业务分布参数中的平均请求带宽叠加得到当前请求带宽，规划过程中根据网络阻塞率变化对随机抖动强度进行增减，随机抖动强度增加，业务请求带宽强弱变化剧烈，网络阻塞率升高。
分别设置初始化调用次数、抖动增加标识和减弱标识为0；调用次数表示网络调用静态优化的次数，抖动增加标识表示规划过程是否经历随机抖动强度递增的过程，抖动减弱标识表示规划过程是否经历随机抖动强度递减的过程。
(3)根据上述网络的拓扑结构参数和网络的静态业务分布参数，利用静态优化方法得到静态优化的光网络中每个光交叉节点的收发机数目和每根光纤的复用波长数，并保存当前规划方案，将静态优化方法调用次数加1。
本实施例选用现代优化方法中比较成熟的遗传方法对光网络进行静态优化，也可以选用模拟退火、蚁群等其他静态优化方法。
(4)将上述收发机数目和复用波长数作为动态业务模拟的输入，分别统计网络拒绝带宽和请求带宽，将统计结果相除，得到网络阻塞率。
动态业务模拟的过程是：随机产生100000个业务，组成一个业务序列，业务到达的概率分布，业务服务时间的概率分布，业务请求带宽的概率分布，平均请求带宽到达时间间隔，服务时间，符合上述动态业务输入参数的要求。
其中业务到达的处理，包括：
(a)将请求带宽重新设置为当前请求带宽与该业务的请求带宽之和；
(b)根据网络收发机数目、复用波长数、光通路数目和每条光通路的占用带宽，调用最短路径路由方法为业务计算工作路径；若上述计算得到的工作路径是由网络中已经建立了的一条或两条以上的连接业务的源节点和目的节点之间的光通道组成，且上述的光通路上可用带宽与该业务请求带宽之和小于网络的拓扑结构参数中的每个波长的带宽参数，则依次重新设置工作路径上光通道的占用带宽为当前光通道的占用带宽和该业务的请求带宽之和；若上述计算得到的工作路径需要在网络中新建立一条光通路，如果工作路径上光纤链路波长占用数加1小于或等于上述动态业务模拟输入的复用波长数，并且源节点收发机占用数加1小于或等于上述动态业务模拟输入的收发机数目，则依次将工作路径上光纤链路波长占用数加1，分别将源节点和目的节点的收发机占用数加1，将新建的光通路的占用带宽设置为该业务的请求带宽；若上述计算得到的工作路径需要在网络中新建立一条光通路，但工作路径上光纤链路波长占用数加1大于上述动态业务模拟输入的复用波长数，或者源节点收发机占用数加1大于上述动态业务模拟输入的收发机数目，则该业务被拒绝，将网络拒绝带宽重新设置为当前拒绝带宽与该业务的请求带宽之和。
业务服务时间结束后，对业务离去的处理，包括：
依次将工作路径上光通道的占用带宽重新设置为当前光通道的占用带宽与离去业务的请求带宽之差；若工作路径上的光通道的占用带宽为零，则拆除该光通道，依次将拆除光通道上的光纤链路波长占用数减1，分别将光通道的源节点和目的节点的收发机占用数减1。
(5)将上述网络阻塞率与上述初始设置的网络阻塞率上限进行比较，若网络阻塞率大于初始设置的上限，进行步骤(7)，若网络阻塞率小于或等于初始设置的上限，则进行步骤(6)。
(6)判断静态优化方法调用次数，若为1，则输出与当前业务负载相对应的规划方案，若不为1，则将上述初始设置的抖动减弱标识重新设置为1，并将随机抖动强度重新设置为当前随机抖动强度与上述设置的随机业务强度的步长减量S2之差，进行步骤(8)。
(7)将上述初始设置的抖动增加标识重新设置为1，对抖动减弱标识进行判断，若为零，则将随机抖动强度重新设置为当前随机抖动强度与上述设置的随机业务强度的步长增量S1之和，若不为零，则输出与前一次业务负载相对应的规划方案。
(8)将上述重新设置的随机抖动强度作为当前随机抖动强度，将当前随机抖动强度与上述初始设置的静态业务分布参数中的平均请求带宽叠加得到当前请求带宽，用当前规划方案替换前一次规划方案，将该当前请求带宽作为遗传静态优化的输入，进行静态优化。
(9)重复上述步骤(3)-(8)，完成动态业务的波长路由光网络的整体规划。

Claims (1)

1、一种动态业务的波长路由光网络规划方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)设置并输入进行光网络规划所需要的参数，包括：
网络的拓扑结构参数、网络的静态业务分布参数、网络的动态业务输入参数、网络阻塞率上限值、随机业务强度的步长增量S1和步长减量S2；
(2)设置初始化随机抖动强度为0，与输入的静态业务分布参数中的平均请求带宽叠加得到当前请求带宽，
分别设置初始化调用次数、抖动增加标识和减弱标识为0；
(3)根据上述网络的拓扑结构参数和网络的静态业务分布参数，利用静态优化方法得到静态优化的光网络中每个光交叉节点的收发机数目和每根光纤的复用波长数，并将静态优化方法调用次数加1；
(4)将上述收发机数目和复用波长数作为动态业务模拟的输入，分别统计网络拒绝带宽和请求带宽，将统计结果相除，得到网络阻塞率；
(5)将上述网络阻塞率与上述初始设置的网络阻塞率上限进行比较，若网络阻塞率大于初始设置的上限，进行步骤(7)，若网络阻塞率小于或等于初始设置的上限，则进行步骤(6)；
(6)判断静态优化方法调用次数，若为1，则输出与当前业务负载相对应的规划方案，若不为1，则将上述初始设置的抖动减弱标识重新设置为1，并将随机抖动强度重新设置为当前随机抖动强度与上述设置的随机业务强度的步长减量S2之差，进行步骤(8)；
(7)将上述初始设置的抖动增加标识重新设置为1，对抖动减弱标识进行判断，若为零，则将随机抖动强度重新设置为当前随机抖动强度与上述设置的随机业务强度的步长增量S1之和，若不为零，则输出与前一次业务负载相对应的规划方案；
(8)将上述重新设置的随机抖动强度作为当前随机抖动强度，将当前随机抖动强度与上述初始设置的静态业务分布参数中的平均请求带宽叠加得到当前请求带宽，将该当前请求带宽作为遗传静态优化的输入，进行静态优化；
(9)重复步骤(3)-(8)。
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