CN101909004A - 基于边缘roadm环结构的多域光网络路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于边缘ROADM环结构的多域光网络路由方法，主要是为了避免随着光网络节点数的增加和网络容量的扩大造成的整个网络的整体性能下降而设计。本发明包括以下步骤：首先，将构成所述多域光网络的每个路由域采用多维度ROADM节点构成其边界节点；其次，将边界节点个数大于1的路由域的所有边界节点依次经光纤首尾相连，构成一主边缘ROADM环；最后，对所述多域光网络的域内路由请求或跨域路由请求进行路由计算。本发明通过对多域光网络的拓扑结构及其配套的路由方法进行合理设计，降低其对最优路由的敏感性，从而提升整体网络性能。

Description

基于边缘ROADM环结构的多域光网络路由方法

技术领域

本发明涉及光网络通信技术领域，尤其涉及一种多域光网络路由方法。

背景技术

随着光网络节点数的增加和网络容量的扩大，基于链路-状态的路由算法的时间复杂度、空间复杂度及其所产生的信令网带宽均急剧增加，从而造成整个网络的不稳定。解决这个问题的有效方法是将整个网络划分为多个路由域，采用多域光网络路由技术完成端到端路由计算。

目前的多域光网络路由方法主要有逐域路由、分层路由以及PCE(PathComputation Element：路径计算单元)路由三种。

第一种，逐域路由首先通过IGP/BGP协议(IGP：Interior Gateway Protocol，内部网关协议；BGP：Border Gateway Protocol，边界网关协议)确定路由所经过的路由域的边界节点，而后通过OSPF(Open Shortest Path First，开放式最短路径优先)协议计算各路由域的域内分段路由，并将这些分段路由组成完整的端到端路由。由于通过IGP/BGP协议只能获得域外节点的可达性信息，因此逐域路由不能保证路由计算结果的最优性。

第二种，分层路由需要对每个路由域的拓扑进行抽象，并组成一个全网抽象拓扑，用于域间路由的计算。最简单的拓扑抽象方法是点抽象，即将每个路由域抽象为一个点，并和所有域间链路共同组成全网抽象拓扑。边界节点的全连接或星型抽象是复杂一些的拓扑抽象方法，对于这两种拓扑抽象，在全网抽象拓扑上会包含所有路由域的边界节点信息以及域内抽象链路信息。然而，无论进行哪种拓扑抽象，均会造成路由计算所需拓扑信息的不完整，无法保证路由计算结果的最优性，从而会带来路由存在但无法计算出来的问题。

第三种，PCE路由能够在域序列确定的情况下，通过一种分布式的反向递归算法计算得到在该域序列下的最优路由，从而可在一定条件上解决逐域路由及分层路由无法得到最优路由的问题。但是，PCE路由的路由计算时延较大，同时最优域序列的确定十分困难，因此路由的整体最优性仍难以保证。

综上所述，当前的多域光网络路由方法均无法很好的解决路由计算最优性问题，进而造成了整个网络的阻塞率高，网络不稳定。

发明内容

为了克服上述的缺陷，本发明提供一种能够降低多域光网络路由计算复杂度，及网络阻塞率的基于边缘ROADM(Reconfigurable Optical Add-dropMultiplexer，可重构的光分插复用器)环结构的多域光网络路由方法。

为达到上述目的，本发明提出一种基于边缘ROADM环结构的多域光网络路由方法，包括以下步骤：

(1)将构成所述多域光网络的每个路由域采用多维度ROADM节点构成其边界节点；

(2)将边界节点个数大于1的路由域的所有边界节点依次经光纤首尾相连，构成一主边缘ROADM环；

(3)对所述多域光网络的域内路由请求或跨域路由请求进行路由计算。

进一步地，对于所述多域光网络的域内路由请求的路由计算采用普通的链路-状态路由算法。

进一步地，对于所述多域光网络的跨域路由请求的路由计算，包括以下步骤：

(1)将多域光网络中的每个路由域抽象为一个点；

(2)上述的代表每一个路由域的点之间经域间链路连接，构成全网点抽象拓扑；

(3)在上述全网点抽象拓扑上采用域间链路开销计算公式计算域间链路开销，并根据域间链路开销，采用普通的链路-状态路由算法计算域间路由及其所经过的每个路由域的入端口节点和出端口节点；

(4)依据上述入端口节点和出端口节点分别计算出每个路由域的域内路由。

特别地，步骤(2)中还包括，将边界节点个数大于1的路由域的全部或部分的边界节点依次经光纤首尾相连，构成一个或多个副边缘ROADM环；其作用是增加边缘ROADM环的总带宽及分配给每个边界节点的带宽。副边缘ROADM环可根据实际业务负载的分布，确定需要连接的边界节点。

进一步地，域间链路l_ij开销

计算公式，具体为：

$c_{\mathrm{ij}}^{*}=c_{\max }-c_{\mathrm{ij}}\·c_j$

$c_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{cc}{B}_a\left(l_{\mathrm{ij}}\right)/B_{\mathrm{\&phi;}}& (B_a\left(l_{\mathrm{ij}}\right)\&GreaterEqual;B_{\mathrm{\&phi;}})\\ 0& (B_a\left(l_{\mathrm{ij}}\right)<B_{\mathrm{\&phi;}})\end{array}\right\}$

$c_j=\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}\{B_a\left(R_{\mathrm{jk}}\right)/B_{\mathrm{\&phi;}}|(B_a\left(R_{\mathrm{jk}}\right)\&GreaterEqual;B_{\mathrm{\&phi;}})\}$

其中，l_ij为由边界节点i到边界节点j的一条有向域间链路；B_φ为路由请求带宽；B_a(l_ij)为链路l_ij的剩余带宽；B_a(B_jk)为边界节点j在其所在的第k个边缘ROADM环的剩余出端口带宽(k＝0代表主边缘ROADM环，k＞0代表副边缘ROADM  环)；c_max为预先设定的链路开销值，有c_max＝max({B_ij|(j，j∈N)})·max({B_k|(k∈N)})/B_φ ²，其中，B_ij为链路l_ij的总带宽，B_k为边界节点k在其所在边缘ROADM环的总出端口带宽，N为边界节点集合。

本发明的所述基于边缘ROADM环结构的多光网络路由方法，将各路由域的边界节点连接起来构成主边缘ROADM环，对于多域光网络的域内路由请求，只需使用普通的链路-状态路由算法在源节点和目的节点所在路由域内完成路由计算；对于多域光网络的跨域路由请求，可通过网络控制平面将每一个所述路由域抽象为一个点，这些点与所有域间链路共同组成一个全网点抽象拓扑，在全网点抽象拓扑上根据域间链路开销计算域间路由及其所经过的每个路由域的入端口节点和出端口节点，再依据入端口节点和出端口节点分别计算出各路由域的域内路由，进而完成了完整的跨域路由的计算。

本发明提供的基于边缘ROADM环结构的多光网络路由方法对路由所经路由域的入端口节点和出端口节点不敏感，不需追求路由计算的最优性，且有效降低了多域光网络路由计算的复杂度，提高了网络的稳定性；较现有光网络跨域路由方法存在明显优势，有着广泛的实施前景。

附图说明

图1为本发明基于边缘ROADM环结构的多域光网络路由方法构建主/副边缘ROADM环的实施例示意图；

图2为现有技术的多域光网络拓扑示意图；

图3为本发明基于边缘ROADM环结构的多域光网络路由方法的多域光网络拓扑示意图；

图4为图3的全网点抽象拓扑示意图；

图5为本发明基于边缘ROADM环结构的多域光网络路由方法的仿真结果与现有技术仿真结果的网路阻塞率曲线图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细描述。

图1为根据本发明的一个实施例的基于边缘ROADM环结构的路由域示意图。该路由域共有6个多维度ROADM边界节点，编号为E1、E2、E3、E4、E5和E6。这六个边界节点通过光纤连接在一起，组成了一个双向主边缘ROADM环4。当边界节点个数较多时，若只有一个主边缘ROADM环，每一个边界节点所分配到的带宽就相对较少。因此，就需要增加副边缘ROADM环，采用副边缘ROADM环可增加边缘ROADM环的总带宽及分配给每个边界节点的带宽。副边缘ROADM环还可以根据实际业务负载的分布，仅连接部分边界节点。本实施例中，双向副边缘ROADM环5是由E2、E4和E6三个边界节点通过光纤首尾相连构成的。假设网络中所有链路均为空闲，主边缘ROADM环4和副边缘ROADM环5的带宽均为8(单向)，域间链路6、7、8、9、10和11的带宽均为32，路由请求带宽B_φ＝1，c_max为1024，以下分别计算全网点抽象拓扑中域间链路l_A1和l_B4的开销

和

根据域间链路l_ij开销

计算公式，

$c_{\mathrm{ij}}^{*}=c_{\max }-c_{\mathrm{ij}}\&CenterDot;c_j$

$c_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{cc}{B}_a\left(l_{\mathrm{ij}}\right)/B_{\mathrm{\&phi;}}& (B_a\left(l_{\mathrm{ij}}\right)\&GreaterEqual;B_{\mathrm{\&phi;}})\\ 0& (B_a\left(l_{\mathrm{ij}}\right)<B_{\mathrm{\&phi;}})\end{array}\right\}$

$c_j=\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}\{B_a\left(R_{\mathrm{jk}}\right)/B_{\mathrm{\&phi;}}|(B_a\left(R_{\mathrm{jk}}\right)\&GreaterEqual;B_{\mathrm{\&phi;}})\}$

得：

$c_{A1}^{*}=c_{\max }-c_{A1}\&CenterDot;c_1=1024-32\&CenterDot;16=512$

$c_{B4}^{*}=c_{\max }-c_{B4}\&CenterDot;c_4=1024-32\&CenterDot;32=0$

其中B_a(R₁₀)表示节点E1在其所在的主边缘ROADM环4的剩余出端口带宽，B_a(R₄₁)表示节点E4在其所在的副边缘ROADM环5的剩余出端口带宽。

图2为现有技术的多域光网络拓扑示意图，图中显示了现有技术下的网络拓扑，多域光网络有三个路由域，每个路由域有14个节点，其中3个为边界节点(图中■为边界节点，●为给路由域内节点)。每两个路由域间有两条域间链路。

图3为本发明基于边缘ROADM环结构的多域光网络路由方法的多域光网络拓扑示意图，较图2增加了三个主边缘ROADM环1、2和3，环上链路的容量与域间、域内链路容量均相同。为保证两个拓扑能提供相同的网络容量，本图中的每个路由域均去掉了3条域内链路(图中虚线标示)，链路的去除遵循最小化节点度数方差的原则，即在去除3条域内链路的所有可能的方案里，取去除后节点度数方差最小的方案。如果这样的方案有多个，则随机从中选取一个。

图4为图3的全网点抽象拓扑示意图，在进行跨域路由计算时，首先，采用域间链路开销计算公式计算全网点抽象拓扑上域间链路开销，并根据域间链路开销，采用普通的链路-状态路由算法计算域间路由及其所经过的每个路由域的入端口节点和出端口节点。然后，根据这些入端口节点和出端口节点分别计算各路由域内路由，从而完成了完整的跨域路由的计算。

本发明中所述的普通的链路-状态路由算法具体步骤如下：

(1)发现路由器的邻居节点，并确定其网络地址；

(2)测量上述路由器到各邻居节点的延迟或开销；

(3)创建链路状态分组；

(4)将上述状态分组发送给其他路由器；

(5)计算出到每个其他路由器的最短路径。

下面结合图3和图4对本发明基于边缘ROADM环结构的多域光网络路由方法的跨域路由计算的过程进行详细的说明。

计算一条由域2的节点S到域3的节点D的跨域路由(如图3所示)，假设所有域内链路的开销均为16。

首先，根据域间链路开销在全网点抽象拓扑(如图4所示)上计算得到最短域间路由(2B-1A)+(1B-3A)，开销为32。然后，采用普通的链路-状态路由算法分别计算得到域1、域2、域3内的最短域内路由(S-2A-2B)、(1A-1B)、(3A-D)。最终，得出完整的跨域路由为(S-2A-2B-1A-1B-3A-D)，总开销为96。

图5为本发明基于边缘ROADM环结构的多域光网络路由方法的仿真结果与现有技术仿真结果的网路阻塞率曲线图。网络仿真采用如图2、图3所示的多域光网络，将多域光网络抽象为全网点抽象拓扑(图4所示)。网络中所有链路均为8波长。仿真业务为波长粒度，遵循泊松过程(即累计随机时间发生次数的最基本的独立增量过程)，且均匀分布在各个网络节点上。从图中可以看出，本发明所提出的基于边缘ROADM环结构的多域光网络路由方法较现有技术能够大幅度降低跨域路由阻塞率，特别在低负载环境下，该性能的改善尤为明显。同时，由于边缘ROADM环的存在减少了跨域路由对穿越域的域内链路资源的占用，本发明所提出的多域光网络路由方法的域内路由阻塞率也得到了一定程度的降低。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于边缘ROADM环结构的多域光网络路由方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将构成所述多域光网络的每个路由域采用多维度ROADM节点构成其边界节点；

(2)将边界节点个数大于1的路由域的所有边界节点依次经光纤首尾相连，构成一主边缘ROADM环；

(3)对所述多域光网络的域内路由请求或跨域路由请求进行路由计算。

2.根据权利要求1所述基于边缘ROADM环结构的多域光网络路由方法，其特征在于，对于所述多域光网络的域内路由请求的路由计算采用普通的链路一状态路由算法。

3.根据权利要求1所述基于边缘ROADM环结构的多域光网络路由方法，其特征在于，对于所述多域光网络的跨域路由请求的路由计算，包括以下步骤：

(1)将多域光网络中的每个路由域抽象为一个点；

(2)上述的代表每一个路由域的点之间经域间链路连接，构成全网点抽象拓扑；

(3)在上述全网点抽象拓扑上采用域间链路开销计算公式计算域间链路开销，并基于域间链路开销，采用普通的链路一状态路由算法计算域间路由及其所经过的每个路由域的入端口节点和出端口节点；

(4)依据上述入端口节点和出端口节点分别计算出每个路由域的域内路由。

4.根据权利要求1所述基于边缘ROADM环结构的多域光网络路由方法，其特征在于，步骤(2)中还包括，将边界节点个数大于1的路由域的全部或部分的边界节点依次经光纤首尾相连，构成一个或多个副边缘ROADM环。

5.根据权利要求1所述基于边缘ROADM环结构的多域光网络路由方法，其特征在于，域间链路l_ij开销

计算公式，具体为：

$c_{\mathrm{ij}}^{*}=c_{\max }-c_{\mathrm{ij}}\&CenterDot;c_j$

$c_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{cc}{B}_a\left(l_{\mathrm{ij}}\right)/B_{\mathrm{\&phi;}}& (B_a\left(l_{\mathrm{ij}}\right)\&GreaterEqual;B_{\mathrm{\&phi;}})\\ 0& (B_a\left(l_{\mathrm{ij}}\right)<B_{\mathrm{\&phi;}})\end{array}\right\}$

$c_j=\underset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}\{B_a\left(R_{\mathrm{jk}}\right)/B_{\mathrm{\&phi;}}|(B_a\left(R_{\mathrm{jk}}\right)\&GreaterEqual;B_{\mathrm{\&phi;}})\}$

其中，l_ij为由边界节点i到边界节点j的一条有向域间链路；B_φ为路由请求带宽；B_a(l_ij)为链路l_ij的剩余带宽；B_a(R_ij)为边界节点j在其所在的第k个边缘ROADM环的剩余出端口带宽；c_max为预先设定的链路开销值，有c_max＝maX({B_ij|(i，j∈N)})·max({B_k|(k∈N)})/B_φ ²，其中，B_ij为链路l_ij的总带宽，B_k为边界节点k在其所在边缘ROADM环的总出端口带宽，N为边界节点集合。

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