CN102075428A - 联合路由设置方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种联合路由设置方法和装置。其中，该方法包括将跨越不同波分复用网络的物理拓扑转化为多纤辅助图；将请求业务的带宽划分为整数带宽和小数带宽；确定请求业务的源节点与目的节点之间各条链路的代价函数；为整数带宽部分寻找k条最短整数带宽备选通路，并从k条最短整数带宽备选通路中选择瓶颈带宽最大的一条通路作为整数带宽部分的标记交换路径；为小数带宽部分寻找k条最短小数带宽备选通路，并从k条最短小数带宽备选通路中选择路径影响函数值最小的一条通路作为小数带宽部分的标记交换路径。本发明将该业务的带宽划分为整数带宽和小数带宽部分，并根据代价函数和路径影响函数分别为这两部分带宽确定标记交换路径。

Description

联合路由设置方法和装置

技术领域

本发明涉及网络通信领域，特别地，涉及一种联合路由设置方法和装置。

背景技术

目前最流行的IP传送技术有三种，即，IP over ATM(AsynchronousTransfer Mode)、IP over SDH(Synchronous Digital Hierarchy)以及IPover WDM(Wavelength Division Multiplex)。这三种IP传送技术都在电信网发展的不同时期和网络的不同部分发挥自己应有的作用，三者将会共存互补。但从面向未来的视角来看，IP over WDM将是最具生命力的技术，其巨大的带宽潜力与爆炸式增长的IP业务是相当匹配的，因此，这种对IP业务来说最理想的传送技术将成为未来网络特别是骨干网的主导传送技术。

经研究表明，在IP over WDM中的一个关键问题是IP层和WDM层的联合路由问题，即，如何设置一条最优的通道来路由IP分组，将它由源路由器穿越多个光传送子网传送至目的路由器。

在现实中，一个大规模、大地域范围的传输网络往往是由多个网络提供商建造的，由于资金、规模和用户要求等原因，不同网络提供商建造的WDM网络可能拥有不同的网络系统容量设置，例如，一根光纤提供的波长数目可能不同，或者每个波长的带宽容量可能不同，或者两者兼有可能，这样就产生了如何对跨越具有不同单波长带宽容量(将一个WDM网络中的一个波长的带宽容量称为该网络的“单波长带宽容量”)的网络的IP业务流进行路由的问题。

目前已经存在一些解决IP/WDM网络路由问题的联合路由设置方法，但是，经发明人研究发现，这些现有的路由设置方法存在以下局限性：第一，解决选路子问题的方法大都属于固定选路(Fixed Routing，FR)策略，即，在为某对节点建立标记交换路径(Lab Switch Path，LSP)时，在唯一的路由上建立LSP，不能较好地考虑资源分配对全网的影响，这样将不利于节点对之间业务的均衡；第二，对联合路由的研究大多基于单纤辅助图模型，未考虑多纤情况，使得对路由设置方法性能的分析具有片面性；第三，当有业务从单波长的最大承载带宽较大的网络进入单波长的最大承载带宽较小的网络时无法对该业务进行合理的路由。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种联合路由设置方法和装置，能够在业务从单波长的最大承载带宽较大的网络进入单波长的最大承载带宽较小的网络时对该业务进行合理的路由，以充分考虑网络负载的均衡。

根据本发明的一方面，提出了一种联合路由设置方法，包括将跨越不同波分复用网络的物理拓扑转化为多纤辅助图；将请求业务的带宽划分为整数带宽和小数带宽；在多纤辅助图中，确定请求业务的源节点与目的节点之间各条链路的代价函数；利用各条链路的代价函数和最短路径算法在请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路中为整数带宽部分寻找k条最短整数带宽备选通路，并根据瓶颈带宽的大小从k条最短整数带宽备选通路中选择瓶颈带宽最大的一条通路作为整数带宽部分的标记交换路径；利用各条链路的代价函数和最短路径算法在请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路和逻辑链路中为小数带宽部分寻找k条最短小数带宽备选通路，并根据路径影响函数从k条最短小数带宽备选通路中选择路径影响函数值最小的一条通路作为小数带宽部分的标记交换路径。

根据本发明方法的一个实施例，路径影响函数与备选通路的瓶颈带宽和备选通路中的瓶颈链路数相关。

根据本发明方法的另一实施例，代价函数包括物理链路代价函数和逻辑链路代价函数，物理链路代价函数与相应链路的物理长度、建设费用以及物理跳数相关，逻辑链路代价函数与逻辑链路的剩余带宽和所经过的物理跳数相关。

根据本发明方法的又一实施例，该方法还包括在确定整数带宽部分的标记交换路径和小数带宽部分的标记交换路径后，删除所选物理链路并更新所选逻辑链路的剩余带宽；在释放整数带宽部分的标记交换路径和小数带宽部分的标记交换路径后，更新所释放逻辑链路的剩余带宽，在更新后的逻辑链路的剩余带宽为单波长带宽容量时，释放该逻辑链路并将该逻辑链路还原为物理链路。

根据本发明方法的再一实施例，在将请求业务的带宽划分为整数带宽和小数带宽之前，该方法还包括判断请求业务的类型，在请求业务为业务连接请求时，继续为业务连接请求确定标记交换路径，在请求业务为业务释放请求时，释放所占用的标记交换路径。

根据本发明方法的再一实施例，该方法还包括判断是否寻找到k条最短整数带宽备选通路和k条最短小数带宽备选通路；如果未寻找到一条最短整数带宽备选通路或一条最短小数带宽备选通路，则拒绝为请求业务建立标记交换路径。

根据本发明的另一方面，还提出了一种联合路由设置装置，包括多纤辅助图构建模块，用于将跨越不同波分复用网络的物理拓扑转化为多纤辅助图；带宽划分模块，用于将请求业务的带宽划分为整数带宽和小数带宽；代价函数确定模块，与多纤辅助图构建模块相连，用于在多纤辅助图中，确定请求业务的源节点与目的节点之间各条链路的代价函数；整数带宽LSP选择模块，与代价函数确定模块和带宽划分模块相连，用于利用各条链路的代价函数和最短路径算法在请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路中为整数带宽部分寻找k条最短整数带宽备选通路，并根据瓶颈带宽的大小从k条最短整数带宽备选通路中选择瓶颈带宽最大的一条通路作为整数带宽部分的标记交换路径；小数带宽LSP选择模块，与代价函数确定模块和带宽划分模块相连，用于利用各条链路的代价函数和最短路径算法在请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路和逻辑链路中为小数带宽部分寻找k条最短小数带宽备选通路，并根据路径影响函数从k条最短小数带宽备选通路中选择路径影响函数值最小的一条通路作为小数带宽部分的标记交换路径。

根据本发明装置的一个实施例，路径影响函数与备选通路的瓶颈带宽和备选通路中的瓶颈链路数相关。

根据本发明装置的另一实施例，代价函数包括物理链路代价函数和逻辑链路代价函数，物理链路代价函数与相应链路的物理长度、建设费用以及物理跳数相关，逻辑链路代价函数与逻辑链路的剩余带宽和所经过的物理跳数相关。

根据本发明装置的又一实施例，该装置还包括链路更新模块，与整数带宽LSP选择模块和小数带宽LSP选择模块相连，用于在确定整数带宽部分的标记交换路径和小数带宽部分的标记交换路径后，删除所选物理链路并更新所选逻辑链路的剩余带宽，以及在释放整数带宽部分的标记交换路径和小数带宽部分的标记交换路径后，更新所释放逻辑链路的剩余带宽，在更新后的逻辑链路的剩余带宽为单波长带宽容量时，释放该逻辑链路并将该逻辑链路还原为物理链路。

根据本发明装置的再一实施例，该装置还包括业务类型判断模块，与带宽划分模块相连，用于判断请求业务的类型，在请求业务为业务连接请求时，继续为业务连接请求确定标记交换路径，在请求业务为业务释放请求时，释放所占用的标记交换路径。

根据本发明装置的再一实施例，该装置还包括备选通路数判断模块，与整数带宽LSP选择模块和小数带宽LSP选择模块相连，用于判断是否寻找到k条最短整数带宽备选通路和k条最短小数带宽备选通路，如果未寻找到一条最短整数带宽备选通路或一条最短小数带宽备选通路，则拒绝为请求业务建立标记交换路径。

本发明提供的联合路由设置方法和装置，在业务从单波长的最大承载带宽较大的网络进入单波长的最大承载带宽较小的网络时，可以将该业务的带宽划分为整数带宽和小数带宽部分，并根据代价函数和路径影响函数分别为这两部分带宽确定标记交换路径，以为该业务进行合理的路由。此外，在进行通路的选取过程中利用路径影响函数来充分保证网络负载的均衡。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分。在附图中：

图1是本发明方法的一个实施例的流程示意图。

图2是本发明一个物理拓扑实例的示意图。

图3是与图2物理拓扑对应的一个多纤辅助图实例。

图4是本发明方法的另一实施例的流程示意图。

图5是本发明方法的又一实施例的流程示意图。

图6是本发明方法的再一实施例的流程示意图。

图7是本发明方法的再一实施例的流程示意图。

图8是本发明方法的再一实施例的流程示意图。

图9是本发明仿真中所使用的物理拓扑结构示意图。

图10示出了不同突发度H情况下CBP随均值M的变化曲线。

图11示出了不同突发度H情况下BTP随均值M的变化曲线。

图12是本发明装置的一个实施例的结构示意图。

图13是本发明装置的另一实施例的结构示意图。

图14是本发明装置的又一实施例的结构示意图。

图15是本发明装置的又一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。本发明的示例性实施例及其说明用于解释本发明，但并不构成对本发明的不当限定。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于一个确定系统的WDM网络，设该网络的单波长带宽容量为A，到达的业务带宽要求为B，当B＞A时，称之为“大带宽要求业务”，简称大业务；而B＜A时称为“小带宽要求业务”，简称小业务。当有业务从单波长的最大承载带宽较小的网络进入单波长的最大承载带宽较大的网络时，可以按常规的联合路由算法进行资源分配，但是当有业务从单波长的最大承载带宽较大的网络进入单波长的最大承载带宽较小的网络时，该业务对后者而言是一个大带宽要求的业务，此时如何在单波长的最大承载带宽较小的网络对该业务进行寻由和波长分配是一个非常复杂的问题，本发明的下述实施例解决了该情况下IP over WDM网络的联合路由问题。

在IP over WDM对等模型中，GMPLS(Generalized Multi-ProtocolLabel Switching)是实现统一控制平面的关键技术。网络节点可以是路由器，也可以是OXC(Optical Cross-connector)，用R代表所有路由器的集合，用X代表所有OXC的集合，即，N＝R∪X；属于R的节点可以按任意粒度对不同带宽的业务流进行复用和解复用，而且可以根据需要将业务流输出到合适的波长上，假定每个路由器都有足够的接口来处理所有到达它的业务流。属于X的节点只能进行波长交换，将一条输入光纤上的波长交换到另一条输出光纤上的同一波长上，二者通过波长接口连接。R集合中的一部分作为输入/输出节点对，假定所有业务流的源、宿节点都包含在这些节点对间，而且每次只有一个业务流动态到达源路由器，然后源路由器通过明晰路由为它建立一条满足带宽要求的LSP。

网络中的链路分为物理链路和逻辑链路(也称为虚波长链路)两种。物理链路是由实际存在的光纤链路抽象出来的，是双向链路，表示两相邻节点的连接关系；当LSP在物理拓扑上建立后，相应的路由器节点间的光路就被看作是一条逻辑链路或虚波长链路。逻辑链路是单向链路，两端是路由器节点，由一段或几段物理链路组成，逻辑链路可以被流量工程(Traffic Engineer，TE)路由计算利用。物理链路是永久存在的物理光纤链路，只是占用状态时刻变化。由于节点对之间光通道的建立和拆除都是动态的，所以逻辑链路是时刻在动态变化的。

图1是本发明方法的一个实施例的流程示意图。

如图1所示，该实施例可以包括以下步骤：

S102，基于以上IP over WDM对等模型将跨越不同波分复用网络的物理拓扑转化为多纤辅助图。

举例说明，假设网络的物理拓扑为G(N，L，F，W)，其中，N代表节点集，L代表双向链路集，F代表每条链路的光纤集，W代表每条光纤上的可用波长集。假定每条链路都由|F|对方向相反的单向光纤组成，每根光纤可支持的波长集都是{λ₁，λ₂，...，λ_|W|}，考虑的光路也是双向光路。上述物理拓扑中的节点数、链路数、光纤数、波长数分别用|N|、|L|、|F|、|W|表示。

IP over WDM网的联合路由是个NP-C问题，为解决联合路由算法，我们采用多纤辅助图模型，利用该模型可以一次性解决选路和带宽分配问题。在多纤辅助图中，上述物理拓扑G(N，L，F，W)被转化为|W|个互不相邻的子图G(N^λ，L^λ)，λ∈W，分别对应特定的波长，称为波长平面(Wavelength Plane，WP)。G(N，L，F，W)中的每个节点在辅助图中被复制|W|次，G(N，L，F，W)中节点i对应多纤辅助图中的节点i¹、i²、......、i^|W|。为计算路由，添加2个新节点，对应到达业务的源、目的节点，分别称为虚源节点(Virtual Source Node，VSN)和虚目的点(Virtual DestinationNode，VDN)。物理拓扑中的链路在每个波长平面中都被影射为|F|条弧段，每条弧段对应物理拓扑中的一对光纤。

多纤辅助图中的边取决于网络的当前可用资源，以及此时已建光路情况。具体可以分为4种类型：物理链路边(Physical Link Edge，PLE)、波长变换边(Wavelength Conversion Edge，WCE)、单向边(DirectedEdge，DE)和逻辑链路边(Logical Link Edge，LLE)。如果物理拓扑G中源节点与目的节点对(i，j)之间存在一条光纤链路，而且该光纤上的波长λ空闲，则在波长平面WP-λ上的节点对(i^λ，j^λ)之间存在1条PLE，逻辑链路边表示在物理拓扑G中节点i和j之间建立的一条光路，该光路使用波长λ，建立一条逻辑链路必然要占用WDM层部分节点间的物理链路。因此，在多纤辅助图中应该去掉相应的物理链路。如果节点i具有波长变换能力，那么在辅助图中节点i^λ和节点i^λ+1(λ＝1，2，...|W|-1)之间存在1条双向边，它具有无限带宽和0代价函数，称为波长变换边。当为请求建立连接时，将在辅助图中增加VSN和VDN，此时，在辅助图中需要添加两条单向边(DE)分别将VSN连接到节点s^λ和将节点d^λ连接到VDN(其中，λ取值从1到|W|)，且DE具有无限带宽和0代价函数。对于到达的连接业务请求，只需在辅助图上运行最短路径算法(例如，Dijkstra等)找出从VSN到VDN的最短路。如果存在，则该路可能由PLE、LLE、DE和WCE组成。在为请求建立LSP时，只需将找到的路径映射回物理拓扑，此时所有的WCE和DE被忽略。

图2是本发明一个物理拓扑实例的示意图。

图3是与图2物理拓扑对应的一个多纤辅助图实例。

如图2所示，为一个五节点、|F|＝2、|W|＝2的物理拓扑。如图3所示，为多纤辅助图模型，所有节点为路由器节点，图中表示了1、2节点之间已经存在一条带宽为0.4(设网络的单波长带宽容量为单位1)的逻辑链路(点画线)，也就是说在这两点间已经建立了一条LSP，并且其带宽已经被占用0.6，使用光纤1中的波长λ₂，因此，在辅助图中应该去掉λ₂对应的波长平面WP-2上相应节点对间的物理链路。此时，到达了一个新业务请求，源节点为1，目的节点为4，带宽请求为0.2，经过一定选路策略，在波长平面WP-1上选择了一条VSN→1¹→5¹→4¹→VDN的路径，则在1¹→5¹和5¹→4¹上建立逻辑链路，同时去掉相应的物理链路，且修改这两条逻辑链路的剩余带宽为0.8。

由于LSP的动态建立和拆除，逻辑链路的剩余带宽是动态变化的，如果一条逻辑链路的剩余带宽为0，则在辅助图中就应该删除这条逻辑链路，相反，如果一条逻辑链路的剩余带宽为1，则应该将该逻辑链路返还成WDM层中的物理链路。

S104，将请求业务的带宽划分为整数带宽和小数带宽。

在进行业务带宽拆分时尽量保持业务流的完整性，因为网络要为划分出来的不同部分分别寻由和建立连接，所以尽可能少地划分不同的带宽部分，以降低系统操作的复杂度。

举例说明，如果请求业务的带宽为2.1(设网络的单波长带宽容量为单位1)，则将带宽2.1分为整数带宽2和小数带宽0.1两个部分；如果请求业务的带宽为1.5，则将带宽1.5分为整数带宽1和小数带宽0.5两个部分。

S106，在多纤辅助图中，确定请求业务的源节点与目的节点之间各条链路的代价函数；

在一个实例中，该代价函数可以包括物理链路代价函数和逻辑链路代价函数，物理链路代价函数与相应链路的物理长度、建设费用以及物理跳数相关，逻辑链路代价函数与逻辑链路的剩余带宽和所经过的物理跳数相关。

S108，利用各条链路的代价函数和最短路径算法在请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路中为整数带宽部分寻找k条最短整数带宽备选通路，并根据瓶颈带宽(某条通路所经所有链路的剩余带宽的最小值)的大小从k条最短整数带宽备选通路中选择瓶颈带宽最大的一条通路作为整数带宽部分的标记交换路径。

S110，利用各条链路的代价函数和最短路径算法在请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路和逻辑链路中为小数带宽部分寻找k条最短小数带宽备选通路，并根据路径影响函数从k条最短小数带宽备选通路中选择路径影响函数值最小的一条通路作为小数带宽部分的标记交换路径。其中，路径影响函数与备选通路的瓶颈带宽和备选通路中的瓶颈链路数相关。

该实施例在业务从单波长的最大承载带宽较大的网络进入单波长的最大承载带宽较小的网络时，可以将该业务的带宽划分为整数带宽和小数带宽部分，并根据代价函数和路径影响函数分别为这两部分带宽确定标记交换路径，以为该业务进行合理的路由。此外，在进行通路的选取过程中利用路径影响函数来充分保证网络负载的均衡。同时，由于在路由设置过程中采用了多纤辅助图，不仅可以一次性解决选路和带宽分配问题，而且设置的路由能够更全面地考虑系统的性能。

图4是本发明方法的另一实施例的流程示意图。

如图4所示，该实施例可以包括以下步骤：

S202，将跨越不同的IP over WDM网络的物理拓扑转化为多纤辅助图；

S204，采用不同方式为多纤辅助图中的物理链路和逻辑链路确定其代价函数；

S206，将请求业务的带宽划分为两个部分1和n，其中，0＜n＜1；

S208，为带宽为1的部分选路和分配资源，在所有未被占用的物理链路中为该请求业务计算出k条备选路由，令P₁(k)代表所选的k条备选路由，其中k为正整数；

S210，从P₁(k)中选择瓶颈带宽最大的一条为带宽为1的部分建立标记交换路径；

S212，为带宽为n的部分选路和分配资源，在多纤辅助图中的所有未被占用的物理链路和逻辑链路中用最短路径算法为该请求业务计算出k条备选路由，令P₂(k)代表所选的k条备选路由；

S214，从P₂(k)中选择路径影响函数最小的备选路由为带宽为n的部分建立标记交换路径。

图5是本发明方法的又一实施例的流程示意图。

如图5所示，该实施例可以包括以下步骤：

S302，将跨越不同波分复用网络的物理拓扑转化为多纤辅助图。

S304，将请求业务的带宽划分为整数带宽和小数带宽。

S306，在多纤辅助图中，确定请求业务的源节点与目的节点之间各条链路的代价函数。

S308，利用各条链路的代价函数和最短路径算法在请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路中为整数带宽部分寻找k条最短整数带宽备选通路，并根据瓶颈带宽的大小从k条最短整数带宽备选通路中选择瓶颈带宽最大的一条通路作为整数带宽部分的标记交换路径。

S310，利用各条链路的代价函数和最短路径算法在请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路和逻辑链路中为小数带宽部分寻找k条最短小数带宽备选通路，并根据路径影响函数从k条最短小数带宽备选通路中选择路径影响函数值最小的一条通路作为小数带宽部分的标记交换路径。

S312，在确定整数带宽部分的标记交换路径和小数带宽部分的标记交换路径后，删除所选物理链路并更新所选逻辑链路的剩余带宽；

S314，如果该请求业务为业务释放请求，则在释放整数带宽部分的标记交换路径和小数带宽部分的标记交换路径后，更新所释放逻辑链路的剩余带宽，在更新后的逻辑链路的剩余带宽为单波长带宽容量时，释放该逻辑链路并将该逻辑链路还原为物理链路。

该实施例能够及时、动态地更新物理链路和逻辑链路的状态和带宽，以使所设置的联合路由更准确与合理。

图6是本发明方法的再一实施例的流程示意图。

如图6所示，该实施例可以包括以下步骤：

S402，将跨越不同波分复用网络的物理拓扑转化为多纤辅助图。

S404，判断请求业务的类型，在请求业务为业务连接请求时，继续为业务连接请求确定标记交换路径，在请求业务为业务释放请求时，释放所占用的标记交换路径。

S406，将请求业务的带宽划分为整数带宽和小数带宽。

S408，在多纤辅助图中，确定请求业务的源节点与目的节点之间各条链路的代价函数。

S410，利用各条链路的代价函数和最短路径算法在请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路中为整数带宽部分寻找k条最短整数带宽备选通路，并根据瓶颈带宽的大小从k条最短整数带宽备选通路中选择瓶颈带宽最大的一条通路作为整数带宽部分的标记交换路径。

S412，利用各条链路的代价函数和最短路径算法在请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路和逻辑链路中为小数带宽部分寻找k条最短小数带宽备选通路，并根据路径影响函数从k条最短小数带宽备选通路中选择路径影响函数值最小的一条通路作为小数带宽部分的标记交换路径。

图7是本发明方法的再一实施例的流程示意图。

如图7所示，该实施例可以包括以下步骤：

S502，将跨越不同波分复用网络的物理拓扑转化为多纤辅助图。

S504，将请求业务的带宽划分为整数带宽和小数带宽。

S506，在多纤辅助图中，确定请求业务的源节点与目的节点之间各条链路的代价函数。

S508，利用各条链路的代价函数和最短路径算法在请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路中为整数带宽部分寻找k条最短整数带宽备选通路。

S510，判断是否寻找到k条最短整数带宽备选通路，如果未寻找到一条最短整数带宽备选通路，则拒绝为请求业务建立标记交换路径，否则，根据瓶颈带宽的大小从k条最短整数带宽备选通路中选择瓶颈带宽最大的一条通路作为整数带宽部分的标记交换路径。

S512，利用各条链路的代价函数和最短路径算法在请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路和逻辑链路中为小数带宽部分寻找k条最短小数带宽备选通路。

S514，判断是否寻找到k条最短小数带宽备选通路，如果未寻找到一条最短小数带宽备选通路，则拒绝为请求业务建立标记交换路径，否则，根据路径影响函数从k条最短小数带宽备选通路中选择路径影响函数值最小的一条通路作为小数带宽部分的标记交换路径。

图8是本发明方法的再一实施例的流程示意图。

在该实施例中，假定到达的业务请求带宽为b，并且满足1＜b＜2(设网络的单波长带宽容量为单位1)，由于此业务对于网络来说是大带宽业务，所以需要对业务请求带宽进行划分。对于一个具有带宽要求b(1＜b＜2)的业务连接请求，至少应该划分为两个部分。以最少的两部分来划分，可以考虑1+n拆分策略，所谓1+n策略即将优先使用具有完整带宽的波长，将业务请求带宽划分为两部分1和n(0＜n＜1)分别进行路由和波长分配。该策略同时考虑了网络负载的均衡以及资源分配对网络的影响。

如图8所示，该实施例可以包括以下步骤：

S602，根据网络初始状态将跨越不同波分复用网络的物理拓扑转化为多纤辅助图。

S604，等待到达业务请求r(s，d，b)，如果是业务连接请求，则转到S606，如果是业务释放请求，则转到S622。

S606，将业务请求带宽b划分为两部分1和n(其中，0＜n＜1)，首先为带宽为1的部分寻找可用路径。为了实现简单，可以在辅助图中添加VSN和VDN以及相应的DE。

S608，将物理拓扑转化为多纤辅助图后，LSP的建立问题可以转化为在多纤辅助图上寻找一条从源路由器到宿路由器的代价最小通路的问题，此时，如何确定多纤辅助图中各链路的权值成为解决问题的关键。在辅助图中，对于物理链路

和逻辑链路

采用不同的方式确定它们的代价函数

和

其中，i表示源节点，j表示目标节点，λ为物理链路和逻辑链路所采用的波长。为带宽为1的部分选路和为带宽为n的部分选路代价函数的设置有所不同，首先为带宽为1的部分确定辅助图中物理链路的代价函数值，并设所有的逻辑链路代价函数值为∞，然后转至S610；

对于物理链路的代价函数

我们设：

$c\left(p_{i,j}^{\mathrm{\λ}}\right)=\left\{\begin{array}{cc}{c}_{\mathrm{ij}}& \begin{array}{cc}\mathrm{if}& o\left(p_{i,j}^{\mathrm{\λ}}\right)\end{array},=1\\ \∞,& \mathrm{others}\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，

是物理链路

的占用函数，在物理拓扑G中，如果节点i、j之间的所有光纤上波长λ的空闲数不为0，则占用函数o(p_i，j)＝1，如果空闲数为0，则o(p_i，j)＝0，c_ij是物理链路对应的基本代价函数，它由多种因素共同决定，例如，相应链路的物理长度、建设费用等，还可以假设c_ij为物理链路

所对应的物理跳数，即，对于所有的物理链路来说都为1。

对于逻辑链路

的代价函数

可表示为：

$c\left(l_{i,j}^{\mathrm{\λ}}\right)=\∞---\left(2\right)$

S610，根据上述物理链路

的代价函数在辅助图中|W|个波长平面上运行kpath-Dijkstra算法，计算出从VSN到VDN的k条最短通路P₁(k)(例如，k＝2)，要求P₁(k)通路的总代价函数C(P₁(k))：0＜C(P₁(k))＜+∞；

(a)如果一条通路都没有找到，则拒绝该LSP请求，并转至S604；

(b)如果找到k条最短路径P₁(k)，则转至S612。

S612，从这k条备选通路中找出所经链路瓶颈带宽最大的那条通路，如果多条备选通路的瓶颈带宽值相同，则按First-Fit原则选出一条通路，然后转至S614。

S614，为带宽为n的部分寻找可用路径，在辅助图中删除带宽小于n的逻辑链路，根据带宽要求n以及各个链路上的剩余带宽情况按照公式(1)确定物理链路以及按照下述公式(3)确定逻辑链路的代价函数值，然后转至S616；

对于逻辑链路

的代价函数

考虑到该逻辑链路的剩余带宽b_ij和所经过的物理跳数Hop，可以表示为：

$c\left(l_{i,j}^{\mathrm{\&lambda;}}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\&infin;,& \begin{array}{cc}\mathrm{if}& b_{\mathrm{ij}}<n\end{array}\\ \mathrm{Hop},& \mathrm{others}\end{array}\right.---\left(3\right)$

S616，根据上述物理链路

的代价函数

和逻辑链路

的代价函数

在辅助图中|W|个波长平面上中运行kpath-Dijkstra算法，计算出从VSN到VDN的k条最短通路P₂(k)，要求P₂(k)通路的总代价函数C(P₂(k))：0＜C(P₂(k))＜+∞；

(a)如果一条通路都没有找到，则拒绝该LSP请求，并转至S604；

(b)如果找到k条最短路径P₂(k)，则转至S618。

S618，从这k条备用通路中找出路径影响函数值最小的那条通路，如果多条备选通路的路径影响函数值相同，并且为最小值，则按First-Fit原则选出一条通路；

设p代表一对源节点与目的节点间的工作通路，L(p)代表p所经过的所有链路的集合，设一条通路p经过了L条链路(可能是物理链路，也可能是逻辑链路)，设在网络状态ψ下，每条链路l的剩余带宽为bc(ψ，l)，则该通路的瓶颈带宽BN(ψ，p)为该通路所经所有链路的剩余带宽的最小值，即，

$\mathrm{BN}(\mathrm{\&psi;},p)=\underset{l\&Element;p}{\min }\mathrm{bc}(\mathrm{\&psi;},l)---\left(4\right)$

定义指示性函数D(ψ，l，p)表示链路l(在通路p上)上的剩余带宽bc(ψ，l)与通路p上的瓶颈带宽之间的关系：

$D(\mathrm{\&psi;},l,p)=\left\{\begin{array}{ccc}1& \mathrm{if}& \mathrm{BN}(\mathrm{\&psi;},p)=\mathrm{bc}(\mathrm{\&psi;},1)\\ 0& \mathrm{if}& \mathrm{BN}(\mathrm{\&psi;},p)\&NotEqual;\mathrm{bc}(\mathrm{\&psi;},1)\end{array}\right.---\left(5\right)$

D(ψ，l，p)＝1表示链路l上的剩余带宽bc(ψ，l)恰好等于通路p的瓶颈带宽，则这条链路称为通路p的瓶颈链路。

令p代表到达的业务请求对应的一条备选通路，定义满足下列条件的通路的集合为备选通路p的“邻域”G(p^*)：如果一条通路p^*与备选通路p在链路上存在交集，即，p∩p^*≠Φ，且此通路p^*在当前状态下还存在可用带宽，即，LC(ψ，p^*)＞0，则通路p^*是G(p^*)中的元素，即，

G(p^*)＝{p^*：p∩p^*≠Φ and LC(ψ，p^*)＞0}    (6)

在该实施例中，用路径影响因子r(p^*)表示如果备选路径p作为工作通路对全网中任意通路p^*的影响。考虑p与p^*共享的链路集l∈L(p)∩L(p^*)，其中，L(p)与L(p^*)分别代表通路p与p^*所经过的所有链路的集合。p^*在l上遭遇的瓶颈链路总数用B(p^*，l)来表示，B(p^*，l)与p^*上的瓶颈带宽的比值就是r(p^*)。全网所有通路的r(p^*)的总和为路径影响函数R(p^*)，R(p^*)的数学表达式为：

$R\left(p^{*}\right)=\underset{p^{*}\&Subset;G\left(p^{*}\right)}{\mathrm{\&Sigma;}}\frac{\underset{l\&Subset;p\&cap;p^{*}}{\mathrm{\&Sigma;}}D(\mathrm{\&psi;},l,p^{*})}{\mathrm{BN}(\mathrm{\&psi;},p^{*})}---\left(7\right)$

可以利用R(p^*)来表示选择通路p为工作路由时对全网的影响，该算法对带宽为n的部分将从P₂(k)中选择使R(p^*)取得最小值的p作为工作通路，相应的数学描述为：

$p=\min \underset{p^{*}\&Subset;G\left(p^{*}\right)}{\mathrm{\&Sigma;}}\frac{\underset{l\&Subset;p\&cap;p^{*}}{\mathrm{\&Sigma;}}D(\mathrm{\&psi;},l,p^{*})}{\mathrm{BN}(\mathrm{\&psi;},p^{*})}---\left(8\right)$

从上述公式(8)可以看出，在进行工作通路选择时，尽量避免选择邻域中具有瓶颈带宽的链路，并且尽量避免选择具有较小瓶颈带宽的链路，进而在很大程度上均衡了全网的负载，并且对全网带宽的影响最小。

S620，分别在为带宽为1的部分所选通路以及为带宽为n的部分所选通路上建立相应带宽的LSP，然后，删除相应波长平面上该通路所经节点对间相应的物理链路，并修改这两条通路所在平面上相应链路的剩余带宽，再转至S604。

S622，释放该条LSP所占用的资源，修改该LSP所经逻辑链路上的剩余带宽值，如果某条逻辑链路的剩余带宽值达到单位1，则释放该条逻辑链路，将它还原为相应节点对间的物理链路，然后转至S604。

此外，发明人还对上述实施例的动态性能进行了仿真与分析，结果表明以动态连接阻塞率(CBP)、带宽吞吐率(BTP)为性能指标，上述实施例所采用的方法优于传统的FR算法。

图9是本发明仿真中所使用的物理拓扑结构示意图。

如图9所示，为多纤双向网络，设|F|＝2、|W|＝4。其中带阴影的节点为路由器节点，其余为OXC节点。所有业务连接请求动态到达网络节点，每次只到达一个请求，业务请求的源-目的节点对在(1，13)，(5，9)，(4，2)，(5，15)中随机选定，允许一对节点之间同时存在多条LSP。全网所有源-宿节点对间的业务强度都相同，即支持的业务为均匀业务。业务模型为自相似业务模型，采用FFT-FGN方法来快速生成自相似业务流。设用户业务流的带宽要求服从均匀分布，不失一般性，可以用单波长的传输速率作为带宽请求的基本单位，每个波长的容量为OC-48。业务请求带宽b为OC-1的整数倍，设在[48，66]之间均匀分布。对于到达的每个请求，需要为它建立LSP，一旦LSP建立请求被拒绝(阻塞)，就立即丢弃，即无等待队列。

图10示出了不同突发度H情况下CBP随均值M的变化曲线。

图11示出了不同突发度H情况下BTP随均值M的变化曲线。

如图10、图11所示，分别示出了多纤情况下(F＝2，W＝4)本发明与FR(链路代价值均为1)算法在不同突发度H下连接阻塞率CBP和带宽吞吐率BTP随均值M的变化曲线，其中，参数V＝60，菱形和正方形图标所示曲线为本发明的仿真曲线，三角形和短线图标所示曲线为FR算法的仿真曲线。

从以上两图中我们可以得到两个结论：其一是参数H值越大，两种算法的CBP越大，而BTP随着H值越大而越小，这主要是因为与自相似业务的长相关性密切相关，随着H值的增大，业务的突发性也就越强，网络性能也就越差。其二，无论是H＝0.7或是H＝0.9，本发明的CBP都低于FR算法，而本发明的BTP都高于FR算法，即以CBP和BTP为性能指标来看，本发明优于FR算法。为了验证结果的普适性，我们在其他不同的H值以及在不同的业务请求带宽情况下也做了仿真，结果同样是本发明优于FR算法，这是因为FR算法计算路由时，对物理链路的优化只是限制所经跳数最小，而在本发明中充分地利用了网络信息，选路时对物理链路的优化不仅考虑了跳数，而且还考虑了物理链路负载的均衡，据此进行的带宽分配能更利于促进网络资源的合理分配，从而动态性能较优。

图12是本发明装置的一个实施例的结构示意图。

如图12所示，该实施例的联合路由设置装置10可以包括：

多纤辅助图构建模块11，用于将跨越不同波分复用网络的物理拓扑转化为多纤辅助图；

带宽划分模块12，用于将请求业务的带宽划分为整数带宽和小数带宽；

代价函数确定模块13，与多纤辅助图构建模块11相连，用于在多纤辅助图中，确定请求业务的源节点与目的节点之间各条链路的代价函数，其中，代价函数可以包括物理链路代价函数和逻辑链路代价函数，物理链路代价函数与相应链路的物理长度、建设费用以及物理跳数相关，逻辑链路代价函数与逻辑链路的剩余带宽和所经过的物理跳数相关；

整数带宽LSP选择模块14，与代价函数确定模块13和带宽划分模块12相连，用于利用各条链路的代价函数和最短路径算法在请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路中为整数带宽部分寻找k条最短整数带宽备选通路，并根据瓶颈带宽的大小从k条最短整数带宽备选通路中选择瓶颈带宽最大的一条通路作为整数带宽部分的标记交换路径；

小数带宽LSP选择模块15，与代价函数确定模块13和带宽划分模块12相连，用于利用各条链路的代价函数和最短路径算法在请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路和逻辑链路中为小数带宽部分寻找k条最短小数带宽备选通路，并根据路径影响函数从k条最短小数带宽备选通路中选择路径影响函数值最小的一条通路作为小数带宽部分的标记交换路径，其中，路径影响函数与备选通路的瓶颈带宽和备选通路中的瓶颈链路数相关。

该实施例在业务从单波长的最大承载带宽较大的网络进入单波长的最大承载带宽较小的网络时，可以将该业务的带宽划分为整数带宽和小数带宽部分，并根据代价函数和路径影响函数分别为这两部分带宽确定标记交换路径，以为该业务进行合理的路由。此外，在进行通路的选取过程中利用路径影响函数来充分保证网络负载的均衡。同时，由于在路由设置过程中采用了多纤辅助图，不仅可以一次性解决选路和带宽分配问题，而且设置的路由能够更全面地考虑系统的性能。

图13是本发明装置的另一实施例的结构示意图。

如图13所示，与图12中的实施例相比，该实施例的联合路由设置装置20还可以包括：

链路更新模块21，与整数带宽LSP选择模块14和小数带宽LSP选择模块15相连，用于在确定整数带宽部分的标记交换路径和小数带宽部分的标记交换路径后，删除所选物理链路并更新所选逻辑链路的剩余带宽，以及在释放整数带宽部分的标记交换路径和小数带宽部分的标记交换路径后，更新所释放逻辑链路的剩余带宽，在更新后的逻辑链路的剩余带宽为单波长带宽容量时，释放该逻辑链路并将该逻辑链路还原为物理链路。

该实施例能够及时、动态地更新物理链路和逻辑链路的状态和带宽，以使所设置的联合路由更准确与合理。

图14是本发明装置的又一实施例的结构示意图。

如图14所示，与图12中的实施例相比，该实施例的联合路由设置装置30还可以包括：

业务类型判断模块31，与带宽划分模块12相连，用于判断请求业务的类型，在请求业务为业务连接请求时，继续为业务连接请求确定标记交换路径，在请求业务为业务释放请求时，释放所占用的标记交换路径。

图15是本发明装置的又一实施例的结构示意图。

如图15所示，与图12中的实施例相比，该实施例的联合路由设置装置40还可以包括：

备选通路数判断模块41，与整数带宽LSP选择模块14和小数带宽LSP选择模块15相连，用于判断是否寻找到k条最短整数带宽备选通路和k条最短小数带宽备选通路，如果未寻找到一条最短整数带宽备选通路或一条最短小数带宽备选通路，则拒绝为请求业务建立标记交换路径。

本发明的上述实施例采用了跨越不同网络的多纤备用选路算法，在该算法中将单纤辅助图模型扩展为多纤辅助图模型，基于多纤辅助图模型在路由的计算部分实现优化的备用选路策略，即尝试从多条路由组成的备用路由集中选择一条合适的路由来建立LSP，通过使用更多的当前网络状态信息尽可能地考虑网络负载的均衡。通过仿真分析表明，本发明能更精确地描述新建光路对全网状态的影响，据此进行的带宽分配能更利于促进网络资源的合理分配，从而有效提高网络资源利用效率、改善网络性能。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (12)

1.一种联合路由设置方法，其特征在于，包括：

将跨越不同波分复用网络的物理拓扑转化为多纤辅助图；

将请求业务的带宽划分为整数带宽和小数带宽；

在所述多纤辅助图中，确定所述请求业务的源节点与目的节点之间各条链路的代价函数；

利用各条链路的代价函数和最短路径算法在所述请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路中为整数带宽部分寻找k条最短整数带宽备选通路，并根据瓶颈带宽的大小从所述k条最短整数带宽备选通路中选择瓶颈带宽最大的一条通路作为整数带宽部分的标记交换路径；

利用各条链路的代价函数和最短路径算法在所述请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路和逻辑链路中为小数带宽部分寻找k条最短小数带宽备选通路，并根据路径影响函数从所述k条最短小数带宽备选通路中选择路径影响函数值最小的一条通路作为小数带宽部分的标记交换路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述路径影响函数与备选通路的瓶颈带宽和备选通路中的瓶颈链路数相关。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述代价函数包括物理链路代价函数和逻辑链路代价函数，所述物理链路代价函数与相应链路的物理长度、建设费用以及物理跳数相关，所述逻辑链路代价函数与逻辑链路的剩余带宽和所经过的物理跳数相关。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在确定整数带宽部分的标记交换路径和小数带宽部分的标记交换路径后，删除所选物理链路并更新所选逻辑链路的剩余带宽；

在释放整数带宽部分的标记交换路径和小数带宽部分的标记交换路径后，更新所释放逻辑链路的剩余带宽，在更新后的逻辑链路的剩余带宽为单波长带宽容量时，释放该逻辑链路并将该逻辑链路还原为物理链路。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将请求业务的带宽划分为整数带宽和小数带宽之前，所述方法还包括：

判断所述请求业务的类型，在所述请求业务为业务连接请求时，继续为所述业务连接请求确定标记交换路径，在所述请求业务为业务释放请求时，释放所占用的标记交换路径。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断是否寻找到k条最短整数带宽备选通路和k条最短小数带宽备选通路；

如果未寻找到一条最短整数带宽备选通路或一条最短小数带宽备选通路，则拒绝为所述请求业务建立标记交换路径。

7.一种联合路由设置装置，其特征在于，包括：

多纤辅助图构建模块，用于将跨越不同波分复用网络的物理拓扑转化为多纤辅助图；

带宽划分模块，用于将请求业务的带宽划分为整数带宽和小数带宽；

代价函数确定模块，与所述多纤辅助图构建模块相连，用于在所述多纤辅助图中，确定所述请求业务的源节点与目的节点之间各条链路的代价函数；

整数带宽LSP选择模块，与所述代价函数确定模块和所述带宽划分模块相连，用于利用各条链路的代价函数和最短路径算法在所述请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路中为整数带宽部分寻找k条最短整数带宽备选通路，并根据瓶颈带宽的大小从所述k条最短整数带宽备选通路中选择瓶颈带宽最大的一条通路作为整数带宽部分的标记交换路径；

小数带宽LSP选择模块，与所述代价函数确定模块和所述带宽划分模块相连，用于利用各条链路的代价函数和最短路径算法在所述请求业务的源节点与目的节点之间所有未被占用的物理链路和逻辑链路中为小数带宽部分寻找k条最短小数带宽备选通路，并根据路径影响函数从所述k条最短小数带宽备选通路中选择路径影响函数值最小的一条通路作为小数带宽部分的标记交换路径。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述路径影响函数与备选通路的瓶颈带宽和备选通路中的瓶颈链路数相关。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述代价函数包括物理链路代价函数和逻辑链路代价函数，所述物理链路代价函数与相应链路的物理长度、建设费用以及物理跳数相关，所述逻辑链路代价函数与逻辑链路的剩余带宽和所经过的物理跳数相关。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

链路更新模块，与所述整数带宽LSP选择模块和所述小数带宽LSP选择模块相连，用于在确定整数带宽部分的标记交换路径和小数带宽部分的标记交换路径后，删除所选物理链路并更新所选逻辑链路的剩余带宽，以及在释放整数带宽部分的标记交换路径和小数带宽部分的标记交换路径后，更新所释放逻辑链路的剩余带宽，在更新后的逻辑链路的剩余带宽为单波长带宽容量时，释放该逻辑链路并将该逻辑链路还原为物理链路。

11.根据权利7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

业务类型判断模块，与所述带宽划分模块相连，用于判断所述请求业务的类型，在所述请求业务为业务连接请求时，继续为所述业务连接请求确定标记交换路径，在所述请求业务为业务释放请求时，释放所占用的标记交换路径。

12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

备选通路数判断模块，与所述整数带宽LSP选择模块和所述小数带宽LSP选择模块相连，用于判断是否寻找到k条最短整数带宽备选通路和k条最短小数带宽备选通路，如果未寻找到一条最短整数带宽备选通路或一条最短小数带宽备选通路，则拒绝为所述请求业务建立标记交换路径。

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