CN101834690A - 一种波长分配的计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波长分配的计算方法，包括：为路由路径上的各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵；从路由路径上的首节点开始，依次对各节点的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，直到路由路径上的尾节点。本发明还同时公开了一种波长分配的计算装置，运用该方法和装置可降低波长分配的计算时间。

Description

一种波长分配的计算方法及装置

技术领域

本发明涉及光通信技术领域中的波长分配技术，尤其涉及一种波长分配的计算方法及装置。

背景技术

在当前的光层组网技术中，最常用的是密集型光波复用(DWDM)技术，DWDM技术能将多个波长复用到一根光纤中，用以提高现有光纤骨干网的带宽。传统的DWDM系统本质上还是一个点到点的线路系统，大多数的光层组网只能通过终端站(TM)来实现光层线路系统的构建，随后出现的光分插复用器(OADM)逐渐实现从点到点的组网向环网发展。但是，OADM只能上下一个或多个固定数目的波长，节点的路由是确定的，因此，OADM并没有真正实现灵活的光层组网；然而，可重构型光分插复用器(ROADM)则可通过软件控制某个波长在节点内灵活上下路或进行穿通，实现光网络的动态重构，与TM或OADM组成的光网络相比，ROADM组成的光网络能真正实现业务的灵活调度，因此ROADM被广泛应用于目前的光网络中。

现有的波长变换技术主要基于光电光(OEO)转换技术，但由于OEO转换器件在ROADM中的数量是有限的，因此ROADM不能完全实现波长变换，所以在节点中的ROADM不能进行波长变换时，两个节点上各自进行波长交换的端口之间的波长必须是相同的，该约束称为波长连续性约束。

在ROADM组成的光网络中，计算路由时还需进行波长分配。波长分配过程中，为了解决上文所述的波长连续性约束的限制，引入了路由与波长分配(RWA)算法，即：在网络中某对节点间有光路建立请求时，首先在源节点和目的节点之间寻找一条路由，然后在该路由上分配波长。目前，主要通过波长图分层算法来实现RWA算法，波长图分层算法主要为：将每个波长抽象为节点，通过抽象所得节点与原节点间链路的选择来实现波长指配，即：将每个波长抽象为节点，等价于在原有节点数目的基础上又增加了多个节点，所增加的节点数与所有波长的总数相同，相应的，波长分配相当于节点与节点间的链路选择，该方法所形成的新的路由路径拓扑图的复杂程度大大提高。可见，该方法在节点和波长数目较少时可用性较强，但是当网络中的节点数目较多或者波长个数较多时，波长分配的复杂程度大大增加，对应的计算时间呈几何增长，使得波长分配的计算效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种波长分配的计算方法及装置，可降低波长分配的计算时间。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种波长分配的计算方法，该方法包括：

为路由路径上的各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵；从路由路径上的首节点开始，依次对各节点的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，直到路由路径上的尾节点。

其中，所述节点按类型的不同分为：光光节点、电电节点、光电节点和电光节点。

其中，所述节点内部波长连通性矩阵的构造方法为：根据各节点的不同类型为各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵，具体为：

所述节点为光光节点时，所构造的节点内部波长连通性矩阵为n*n阶矩阵；

所述节点为电电节点时，所构造的节点内部波长连通性矩阵为1*1阶矩阵；

所述节点为光电节点时，所构造的节点内部波长连通性矩阵为n*1阶矩阵；

所述节点为电光节点时，所构造的节点内部波长连通性矩阵为1*n阶矩阵；

所述n为波长的总个数。

上述方案中，所述依次对各节点的节点内部波长连通性矩阵进行计算的方法，具体为：

先对首节点和第二个节点各自对应的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，所得结果形成一个新矩阵，再将计算所得的新矩阵与第三个节点的节点内部波长连通性矩阵执行矩阵运算，所得结果再与第四个节点的节点内部波长连通性矩阵执行矩阵运算，直到最后一个节点完成矩阵运算。

其中，所述设置的矩阵运算设为Δ，所述按设置的矩阵运算方法进行计算为：

$Z=\mathrm{X\ΔY}=\underset{r=1}{\overset{n}{\mathrm{Min}}}(x_{\mathrm{ir}}+y_{\mathrm{rj}});$ 其中，

所述X和Y表示路由路径上任意两个节点的节点内部波长连通性矩阵；所述n表示波长的总个数；所述x_ir和y_rj为矩阵X和Y中的元素。

其中，所述矩阵Z中的任一元素z_ij表示为：z_ij＝Min(x_i1+y_1j，x_i2+y_2j，…，x_in+y_nj)，表示从矩阵X对应节点的入端口波长i到矩阵Y对应节点的出端口通波长j的最小连通代价。

其中，所述对任两个节点的节点内部波长连通性矩阵进行运算时，该方法进一步包括：同时记录下Z中各元素z_ij取最小值时对应的r，即最小的x_ir+y_rj中的r。

其中，对所有节点的节点内部波长连通性矩阵计算结束后，该方法还包括：在矩阵计算所得的结果矩阵中选择取值最小的矩阵元素，根据该元素的对应的r序列在路由路径上的节点间执行波长分配操作。

本发明还提供了一种波长分配的计算装置，该装置包括：矩阵构造模块和矩阵运算模块；其中，

所述矩阵构造模块，用于为路由路径上的各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵，并将构造结果发送到矩阵运算模块；

所述矩阵运算模块，用于从路由路径上的首节点开始，依次对矩阵构造模块构造的各节点的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，直到路由路径上的尾节点。

该装置进一步包括波长分配模块，用于根据矩阵运算模块的计算结果执行波长分配操作；相应的，

所述矩阵运算模块，进一步用于将计算结果发送到波长分配模块。

本发明提供的波长分配的计算方法及装置，为路由路径上的各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵；从路由路径上的首节点开始，依次对各节点的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，直到路由路径上的尾节点。本发明的波长分配计算即为对构造的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，所设置的矩阵运算方法对应的计算原理简单，计算的核心思想仅为取最小值；此外，在计算过程中，可利用现有数学领域中矩阵运算时的优化方法对本发明的计算过程进行简化处理，如：可将复杂的矩阵先进行简化后再进行矩阵运算，或采用分布式矩阵运算方法等。可见，本发明波长分配的计算方法和原理相对现有的波长图分层算法来说理论性强且实现简单，因而可降低波长分配的计算时间。

附图说明

图1为本发明波长分配的计算方法实现流程示意图；

图2为本发明实施例路由路径的拓扑图；

图3为本发明波长分配的计算装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：为路由路径上的各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵；从路由路径上的首节点开始，依次对各节点的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，直到路由路径上的尾节点；进一步地，根据计算结果进行波长分配。

本发明中，根据各节点对OEO转换器件的使用将现有光网络中的所有节点分为四种类型，分别为：光光节点、电电节点、光电节点和电光节点；其中，所述光光节点的入端口和出端口都使用波长资源；所述电电节点的入端口和出端口都使用时隙资源；所述光电节点的入端口使用波长资源，出端口使用时隙资源；所述电光节点的入端口使用时隙资源，出端口使用波长资源。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明波长分配的计算方法实现流程示意图，如图1所示，该流程的实现步骤如下：

步骤101：为路由路径上的各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵；

具体为：路由路径上的各节点根据自身的不同类型分别构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵。其中，所述节点按类型分为：光光节点、电电节点、光电节点和电光节点，对于这四种节点，设波长直通时的连通代价为0，所述波长直通即为：某节点入端口接收的波长不经过光电光转换而直接从该节点出端口发出；设波长经过光电光转换需要一定的连通代价时，连通代价为k，所述k满足0＜k＜∞；设节点入端口的波长和出端口的波长无法连通的连通代价为∞。

上述四种节点对应的节点内部波长连通性矩阵的构造方法如下：

1)对于光光节点，由于光光节点的入端口和出端口都使用波长资源，为光光节点构造一个n*n阶矩阵来对节点内部波长连通性进行建模，可表示为：

公式(1)

其中，所述n为波长的总个数，A中的任一元素a_ij表示波长i和波长j间的连通代价，a_ij的取值为[0，∞]。A_ij＝0时，可得i＝j，表示波长i从节点的入端口直通到出端口；a_ij＝k时，表示入端口使用波长i、出端口使用波长j时需要的连通代价为k；a_ij＝∞时，表示入端口使用波长i、出端口使用波长j时是无法连通的。

2)对于电电节点，由于电电节点的入端口和出端口都使用时隙资源，则为电电节点构造一个1*1阶矩阵来对节点内部波长连通性进行建模，可表示为：

B＝(b)     公式(2)

其中，所述b的取值只可能为0或者∞，因为电电节点的出、入端口均使用时隙资源，不存在波长选择的问题，所以只存在连通和不连通的问题，即：b＝0时，电电节点的入端口和出端口存在可连通的时隙，b＝∞时，电电节点的入端口和出端口不存在可连通的时隙。

3)对于光电节点，由于光电节点的入端口使用波长资源，出端口使用时隙资源，可为光电节点构造一个n*1阶矩阵来对节点内部波长连通性进行建模，可表示为：

公式(3)

其中，所述c_i1的取值为[0，∞]，c_i1＝0时，可得i＝1，表示波长1从节点的入端口直通到出端口；c_i1＝k时，表示入端口使用波长i时的连通代价为k；c_i1＝∞时，表示入端口使用波长i时是无法连通的。

4)对于电光节点，由于电光节点的入端口使用时隙资源，出端口使用波长资源，可为电光节点构造一个1*n阶矩阵来对节点内部波长连通性进行建模，可表示为：

D＝(d₁₁ … d_1n)          公式(4)

其中，所述d_1j的取值为[0，∞]，d_1j＝0时，可得j＝1，表示波长1从节点的出端口输出时，节点的入端口和出端口直通；d_1j＝k时，表示出端口使用波长j时的连通代价为k；d_1j＝∞时，表示出端口使用波长j时是无法连通的。

步骤102：从路由路径上的首节点开始，依次对各节点的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，直到路由路径上的尾节点；

具体为：光网络管理系统侧从路由路径上的首节点开始，首先对首节点和第二个节点各自对应的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，所得结果形成一个新矩阵，再将计算所得的新矩阵与第三个节点的节点内部波长连通性矩阵执行矩阵运算，所得结果再与第四个节点的节点内部波长连通性矩阵执行矩阵运算，以此类推，直到路由路径上的最后一个节点完成矩阵运算。

本发明中，将所述对节点内部波长连通性矩阵进行的矩阵运算设为Δ，运算公式可表示为：

$Z=\mathrm{X\ΔY}=\underset{r=1}{\overset{n}{\mathrm{Min}}}(x_{\mathrm{ir}}+y_{\mathrm{rj}})$ 公式(5)

其中，所述X和Y表示路由路径上任意两个节点的节点内部波长连通性矩阵；所述n表示波长的总个数；所述x_ir和y_rj为X和Y两矩阵中的元素。设XΔY的结果为矩阵Z，矩阵Z中的任一元素z_ij则表示为：

z_ij＝Min(x_i1+y_1j，x_i2+y_2j，…，x_in+y_nj)     公式(6)

其中，假设矩阵X和Y分别对应节点A1和节点A2，那么，z_ij则表示从节点A1入端口波长i到节点A2出端口通波长j的最小连通代价。从公式(6)可得，矩阵Z中的所有元素z_ij都是通过一次取最小值得到的。

这里，如果路由路径上有多个节点，对应的节点内部波长连通性矩阵依次为：A1，A2…Am，那么Z＝A₁ΔA₂Δ…ΔA_m的结果则表示从首节点A1的入端口波长到尾节点Am的出端口通波长的最小连通代价，即：从首节点A1开始依次对路径上各节点的节点内部波长连通性矩阵进行矩阵运算，直到尾节点Am，最终的结果矩阵Z表示从首节点入端口到尾节点出端口的最小连通代价。

本发明在矩阵运算过程中，计算任两个节点的节点内部波长连通性矩阵的运算结果矩阵Z时，还需同时记录下矩阵Z的各元素z_ij取最小值时对应的r，即最小的x_ir+y_rj中的r，其中，所述z_ij不等于∞(如果z_ij等于∞说明首节点入端口的波长i不能连通到尾节点出端口波长j)，那么，所有矩阵进行运算后所得的结果矩阵Z中的每个元素z_ij均对应一个r序列，用于后续在节点间进行波长分配。例如：对节点A1和节点A2的节点内部波长连通性矩阵进行矩阵运算时，同时记录每个元素z_ij的x_ir+y_rj取最小值时对应的r，那么如果最终选择z_ij进行波长分配，节点A1和节点A2间分配的波长就为波长r，也就是说从节点A1的出端口到节点A2的入端口间分配的波长为波长r，具体的：

如果节点A1和节点A2的节点内部波长连通性矩阵分别为2*2阶矩阵A和B，矩阵A的元素为a₁₁、a₁₂、a₂₁和a₂₂，矩阵B的元素为b₁₁、b₁₂、b₂₁和b₂₂，计算AΔB的结果为矩阵C，矩阵C同样包括四个元素c₁₁、c₁₂、c₂₁和c₂₂，以元素c₁₁进行波长分配为例，c₁₁＝Min(a₁₁+b₁₁，a₁₂+b₂₁)，如果在a₁₁+b₁₁和a₁₂+b₂₁中，a₁₂+b₂₁较小，又因为a₁₂+b₂₁对应的r为2，那么节点A1和节点A2间存在如下的波长分配1-2-1，即：波长1从节点A1的入端口，经过节点A1转换为波长2进入节点A2，经过节点A2转换为波长1从节点A2的出端口出来。

这里，在本步骤的计算过程中，可利用现有数学领域中矩阵运算时的优化方法对本发明的计算过程进行简化处理，如：可将复杂的矩阵先进行简化后再进行矩阵运算，或采用分布式矩阵运算方法等，降低波长分配计算的复杂程度，因而可降低波长分配的计算时间。

本发明还包括步骤103：在矩阵计算所得的结果矩阵中选择取值最小的矩阵元素，根据该元素对应的r序列在路由路径上的节点间执行波长分配操作；

具体为：经步骤102所述的矩阵计算过程得到最终的结果矩阵，该结果矩阵中所有取值为非∞的元素z_ij都分别对应一个用于波长分配的r序列，也就是说，结果矩阵中的每个元素z_ij对应一种波长分配方法。

这里，由于波长资源有着不同的连通代价，而对于不同的波长分配序列r，波长资源在各节点和链路上的使用也不同，因此，波长序列有不同的连通代价。从这些波长序列r中，如果选择波长资源连通代价最小的r序列在路由路径上的节点间进行波长分配，将可达到波长最优分配的效果。其中，所述波长资源连通代价最小的r序列，即为结果矩阵中取值最小的元素z_ij对应的r序列，所述z_ij不等于∞。

下面结合两个实施例对本发明波长分配的计算方法进行详细描述。

实施例一

本实施例的路由路径上有六个节点，如图2所示，分别为节点A、节点B、节点C、节点D、节点E和节点F，节点A为首节点，为电电节点；节点B为电光节点；节点C为光光节点；节点D为光光节点；节点E为光电节点；节点F为尾节点，为电电节点。

为节点A至节点F构造的节点内部波长连通性矩阵分别为：1*1阶矩阵A、1*n阶矩阵B、n*n阶矩阵C、n*n阶矩阵D、n*1阶矩阵E和1*1阶矩阵F，然后从节点A开始进行矩阵运算如下：

矩阵A(1*1)和矩阵B(1*n)做Δ运算，设运算结果为矩阵B1(1*n)，并记录B1(1*n)对应的r；

矩阵B1(1*n)和矩阵C(n*n)做Δ运算，设运算结果为矩阵C1(1*n)，并记录C1(1*n)对应的r；

矩阵C1(1*n)和矩阵D(n*n)做Δ运算，设运算结果为矩阵D1(1*n)，并记录D1(1*n)对应的r；

矩阵D1(1*n)和矩阵E(n*1)做Δ运算，设运算结果为矩阵E1(1*1)，并记录E1(1*1)对应的r；

矩阵E1(1*1)和矩阵F(1*1)做Δ运算，设运算结果为矩阵F1(1*1)，并记录F1(1*1)对应的r；

经过上述计算过程，矩阵F1(1*1)就体现了从首节点A的入端口到尾节点F的出端口的波长连通性，因为矩阵运算结果矩阵F1中只有一个元素，所以根据已记录的该元素对应的r序列在路由路径上进行波长分配。

实施例二

本实施例的路由路径上只有两个节点，设其分别为图2中的节点C和节点D，节点C为首节点，为光光节点；节点D为尾节点，也为光光节点。

为节点C和节点D构造的节点内部波长连通性矩阵分别为：n*n阶矩阵C和n*n阶矩阵D，然后从节点C开始进行矩阵运算如下：

矩阵C(n*n)和矩阵D(n*n)做Δ运算，设运算结果为矩阵D1(n*n)，并记录D1(n*n)对应的r；

经过上述计算过程，矩阵D1(n*n)就体现了从首节点C的入端口到尾节点D的出端口的波长连通性，从矩阵运算结果矩阵D1中选择取值最小的非∞元素d_ij，利用已记录的与d_ij对应的r序列在路由路径上进行波长分配，该分配即为最优波长分配。

为实现上述方法，本发明还提供了一种波长分配的计算装置，如图3所示，该装置包括：各节点上的矩阵构造模块和光网络管理系统侧的矩阵运算模块；其中，

所述矩阵构造模块，用于为路由路径上的各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵，并将构造结果发送到光网络管理系统侧的矩阵运算模块；

所述矩阵运算模块，用于从路由路径上的首节点开始，依次对各节点上的矩阵构造模块构造的各节点的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，直到路由路径上的尾节点。

该装置进一步包括光网络管理系统侧的波长分配模块，用于根据矩阵运算模块的计算结果执行波长分配操作；相应的，

所述矩阵运算模块，进一步用于将计算结果发送到波长分配模块。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种波长分配的计算方法，其特征在于，该方法包括：

为路由路径上的各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵；从路由路径上的首节点开始，依次对各节点的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，直到路由路径上的尾节点。

2.根据权利要求1所述的波长分配的计算方法，其特征在于，所述节点按类型的不同分为：光光节点、电电节点、光电节点和电光节点。

3.根据权利要求2所述的波长分配的计算方法，其特征在于，所述节点内部波长连通性矩阵的构造方法为：根据各节点的不同类型为各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵，具体为：

所述节点为光光节点时，所构造的节点内部波长连通性矩阵为n*n阶矩阵；

所述节点为电电节点时，所构造的节点内部波长连通性矩阵为1*1阶矩阵；

所述节点为光电节点时，所构造的节点内部波长连通性矩阵为n*1阶矩阵；

所述节点为电光节点时，所构造的节点内部波长连通性矩阵为1*n阶矩阵；

所述n为波长的总个数。

4.根据权利要求1至3任一项所述的波长分配的计算方法，其特征在于，所述依次对各节点的节点内部波长连通性矩阵进行计算的方法，具体为：

先对首节点和第二个节点各自对应的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，所得结果形成一个新矩阵，再将计算所得的新矩阵与第三个节点的节点内部波长连通性矩阵执行矩阵运算，所得结果再与第四个节点的节点内部波长连通性矩阵执行矩阵运算，直到最后一个节点完成矩阵运算。

5.根据权利要求4所述的波长分配的计算方法，其特征在于，所述设置的矩阵运算设为Δ，所述按设置的矩阵运算方法进行计算为：

$Z=\mathrm{X\ΔY}=\underset{r=1}{\overset{n}{\mathrm{Min}}}(x_{\mathrm{ir}}+y_{\mathrm{rj}});$ 其中，

所述X和Y表示路由路径上任意两个节点的节点内部波长连通性矩阵；所述n表示波长的总个数；所述x_ir和y_rj为矩阵X和Y中的元素。

6.根据权利要求5所述的波长分配的计算方法，其特征在于，所述矩阵Z中的任一元素z_ij表示为：z_ij＝Min(x_i1+y_1j，x_i2+y_2j，…，x_in+y_nj)，表示从矩阵X对应节点的入端口波长i到矩阵Y对应节点的出端口通波长j的最小连通代价。

7.根据权利要求5或6所述的波长分配的计算方法，其特征在于，所述对任两个节点的节点内部波长连通性矩阵进行运算时，该方法进一步包括：同时记录下Z中各元素z_ij取最小值时对应的r，即最小的x_ir+y_rj中的r。

8.根据权利要求7所述的波长分配的计算方法，其特征在于，对所有节点的节点内部波长连通性矩阵计算结束后，该方法还包括：在矩阵计算所得的结果矩阵中选择取值最小的矩阵元素，根据该元素的对应的r序列在路由路径上的节点间执行波长分配操作。

9.一种波长分配的计算装置，其特征在于，该装置包括：矩阵构造模块和矩阵运算模块；其中，

所述矩阵构造模块，用于为路由路径上的各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵，并将构造结果发送到矩阵运算模块；

所述矩阵运算模块，用于从路由路径上的首节点开始，依次对矩阵构造模块构造的各节点的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，直到路由路径上的尾节点。

10.根据权利要求9所述的波长分配的计算装置，其特征在于，该装置进一步包括波长分配模块，用于根据矩阵运算模块的计算结果执行波长分配操作；相应的，

所述矩阵运算模块，进一步用于将计算结果发送到波长分配模块。

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