CN102215080B

CN102215080B - 一种多域光网络动态保护方法

Info

Publication number: CN102215080B
Application number: CN201110156534XA
Authority: CN
Inventors: 沈建华; 梁兵; 杨帆; 于飞; 程希
Original assignee: Nanjing Post and Telecommunication University
Current assignee: Nanjing Post and Telecommunication University; Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2011-06-13
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2031-06-13
Also published as: CN102215080A

Abstract

本发明公开了一种多域光网络动态保护方法，属于光通信技术领域。本发明将多域光网络通过分布式的拓扑聚合后形成逻辑拓扑图，首先计算出工作通道对应的松散逻辑路径，针对域内和域间路径分别采取不同的保护机制。在域内以节点数以及业务量负荷进行保护路径的选择，采用非等值负载机制避免出现业务负载过多地集聚在最短路径上，而其他路径资源利用率低的情况。发生故障前，为工作路径计算出的保护带宽可以传送其他业务；当故障发生后，如果保护路径未被占用，工作路径传送的业务立即切换至保护带宽；如果保护路径已被使用，则根据拟切换至保护路径的业务和正在保护路径上传送的业务的优先级确定保护路径的切换。本发明能够有效提高多域光网络的生存性。

Description

一种多域光网络动态保护方法

技术领域

本发明涉及光网络保护方法，尤其涉及一种多域光网络动态保护方法，属于光通信技术领域。

背景技术

网络生存性( survivability) 泛指网络经受各种类型失效，甚至灾难性大故障后仍能维持可接受的业务质量的能力。光网络的生存性策略主要包括保护（protection）和恢复（restoration）两种机制。

保护机制是指在故障发生前为光网络承载的业务提供预留的保护资源，当光网络中发生故障时，故障业务切换至保护资源进行传送。通常有以下三种方式： 1+1、1:1和M:N [王建全，张永健等．光网络的保护恢复的研究[J] ．光通信研究，2004：7-10]。

(1) 1+1方式下，通常有两个通道，即工作通道和保护通道。两个通道上均传送业务，接收端比较接收到的两路信号质量的优劣，选取质量较好的一路进行接收。这种方式优点是故障切换只需要在接收端完成，系统简单，设备投资少，缺点是带宽利用率低。

(2) 1:1方式下，也有工作通道和保护通道两个通道，但正常工作时仅在工作通道上传送信号，保护通道资源预留。当工作通道上的接收信号劣化或失效时可切换至保护通道传送信号。这种保护方式需要发送端和接收端同时切换，系统较复杂，设备投资比较高，优点是带宽利用率较高。

(3) M:N 方式下，是N 条工作通道共享M 条保护通道。这种方式下，带宽利用率最高，缺点是系统结构复杂。

保护机制的选取与实际网络的拓扑有着密切的关系，可以根据不同的需要选择相应的保护机制，有效的实现网络的保护。

恢复机制是利用节点之间可用的任何容量，包括预留的专用空闲备用容量、网络当前空闲的容量乃至低优先级业务可释放的额外容量来切换受故障影响的业务。恢复机制的实质是在准确知道故障点的位置前提下，通过与网络选路算法相似的恢复算法在网络中寻找失效路由的替代路由。相比保护机制，恢复机制可大大节省备用资源，但恢复切换需要较长的时间，对于实时性要求较高的业务难以满足需求。

多域光网络生存性是针对当前光网络中存在多个域（管理域、地理域、设备域等）的实际情况提出的。多域光传送网络生存性指在出现故障时保持业务连贯性的能力，针对未来光网络中多业务驱动、分布式控制的特性，多域光网络生存性机制应当实现增强网络自愈能力、提高资源利用率、提供差异化服务等要求。然而，由于多域光网络的路由与资源分配复杂，这就带来了一些新的问题：如路由需要掌握域内拓扑、状态信息和穿越其他域时的代价等，单域信息共享和分发，跨越多域光网络的性能监控，故障定位和报告，安全性，控制平面标准化，有效的域间路由协议，穿越多域光网络的SLA协商及保证，互操作问题等等。

传统的多域光网络生存性研究研究大多集中在静态(或离线)保护路由算法。即对于给定的网络拓扑，静态保护需要掌握全局拓扑、链路容量和即将到来的请求流量，并为每条链路分配固定的工作和备份容量。在实际网络环境中，由于流量变化频繁而且不可预测，在对网络流量缺乏先验知识的条件下，静态保护算法难以满足需求。需要研究动态(在线)的保护路由：即对每一个到达的流量需求搜索一对分离的工作和备份通道，并使带宽消耗最小化。动态保护路由是一个NP问题，特别是需要入口节点掌握网络中每条链路的全局信息(部分的或完整的)和完整的网络拓扑信息。然而，在多域光网络（包括典型的多技术多厂商网络环境）中，各个单域网络的拓扑及带宽分配信息被限制在单域范围内，只有聚合信息对外部域可见，要让某个节点掌握全局信息是不现实的，即所谓的可扩展性约束。基于可扩展性约束，已有的解决方案难以满足多域光网络生存性的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服可扩展性约束导致的多域光网络生存性较低的不足，提供一种多域光网络动态保护方法，可有效提高多域光网络的生存性。

本发明的思路是将多域光网络通过分布式的拓扑聚合后形成逻辑拓扑图，首先计算出工作通道对应的松散逻辑路径，针对域内和域间路径分别采取不同的保护机制。域内保护路径计算中，以节点数以及业务量负荷确定保护路径选择，采用非等值负载机制避免出现业务负载过多地集聚在最短路径上，而其他路径资源利用率低的情况。具体而言，本发明采用以下技术方案：

一种多域光网络动态保护方法，对每一个到达的业务搜索一对分离的工作和备份通

道，包括以下步骤：

步骤A、将多域光网络通过分布式的拓扑聚合后形成一个逻辑拓扑图，采用分布式网络的路径计算方法，计算出工作通道对应的松散路径，这条路径是由工作通道所涉及域的抽象节点构成的；其中，工作通道的选择是通过分层路由的方式实现：最底层的各个节点先通过泛洪机制将各自的本地链路状态信息扩散到各自所在的域内，然后将各个域抽象成一个逻辑点，各个逻辑点将自己所代表域的详细信息进行抽象压缩并泛洪出去，该过程一直持续到最高层，通过逐层泛洪，得到源节点和宿节点之间经过的域和边界节点；

步骤B、对于每一单域，按照如下方法确定到达的业务的工作和备份通道：

步骤B1、搜索出该域中域入点与域出点之间所有可用路径；

步骤B2、按照下式计算各条可用路径的时间消耗，

Figure 201110156534X100002DEST_PATH_IMAGE001

，

式中，Cost表示该路径的时间消耗，N 表示该路径的节点数，M 表示该路径上的业务量，a , b , c 是预设的参数；

步骤B3、为当前业务选择时间消耗最小的可用路径作为其工作通道；以时间消耗次小的可用路径作为保护路径，在该路径上为该业务动态计算保护带宽，但先不分配，可用于其它业务的传送；

步骤B4、将选出的路径的业务量加1；新的业务到达，转步骤B2。

进一步地，步骤B3中，当存在两条或两条以上时间消耗相等的路径时，选择其中节点数最少的路径。

更近一步地，当单域中某条路径出现故障时，判断其保护路径上的保护带宽是否被其它业务占用，如否，则将故障路径上传送的业务切换至保护路径传送；如是，则比较两个业务之间的优先级，如故障路径上业务的优先级较高，则将故障路径上业务切换至其保护路径，而将占用其保护路径的业务切换至该业务的保护路径；如故障路径上业务的优先级较低，则将故障路径上业务切换至占用其保护路径的业务的保护路径；依此类推，优先级最低的业务通过恢复机制实现传输。

优选地，步骤B1中采用Dijkstra算法搜索可用路径。

本发明将多域光网络通过分布式的拓扑聚合后形成逻辑拓扑图，首先计算出工作通道对应的松散逻辑路径，针对域内和域间路径分别采取不同的保护机制。在域内以节点数以及业务量负荷进行保护路径的选择，采用非等值负载机制避免出现业务负载过多地集聚在最短路径上，而其他路径资源利用率低的情况。发生故障前，为工作路径计算出的保护带宽可以传送其他业务；当故障发生后，如果保护路径未被占用，工作路径传送的业务立即切换至保护带宽；如果保护路径已被使用，则对拟切换至保护路径的业务和正在保护路径上传送的业务进行优先级比较。若前者优先级高，则后者切换到自身对应的保护路径；若前者优先级低，则切换到后者的保护路径上，直至优先级最低的业务因为没有保护路径而只能选择恢复机制实现传输。

附图说明

图1为本发明的多域光网络的网络拓扑结构图；

图2为本发明的非等值负载路径选择示意图；

图3为本发明的保护方法在故障发生后的保护流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

如图1所示，首先，根据原始拓扑生成边界节点的全连接拓扑。在全连接拓扑中，每一个节点是原始拓扑中的一个边界节点(即与其它域有直接连接的节点)，每一条边上的链路参数根据原始拓扑中连接对应的两个节点的部分或所有路径(path)的属性来确定。

当一个业务到达时，根据逻辑拓扑图计算一条松散的逻辑路径，工作路径可能经过多个域，域内和域间可以采取了不同的保护机制。其中，域间工作通道的选择是通过分层路由的方式实现：最底层的各个节点先通过泛洪机制将各自的本地链路状态信息扩散到各自所在的域内，然后将各个域抽象成一个逻辑点，各个逻辑点将自己所代表域的详细信息进行抽象压缩并泛洪出去，该过程一直持续到最高层，通过逐层泛洪，得到源节点和宿节点之间经过的域和边界节点。

在域内本发明引入了非等值负载机制，充分利用各链路资源，并根据节点数以及业务量大小确定预留保护带宽比例，为防止工作路径和保护路径在同一条链路，提出了异路保护的方法。

本发明中引入几个变量，Cost表示某条工作路径的时间消耗，N 表示某条路径的节点数，M 表示某条路径上的业务量。假设Cost和N，M成正比，由如下公式：

(1)

a , b , c是动态保护中所取的系数，其取值由节点数、业务量的影响大小来决定，如果节点数对于整个时间消耗影响较大，则参数a的值就较大，反之依然为方便起见，令a=b=c=1. 所以上式简化为

(2)

具体实现如下：

如附图2所示，该图是工作路径经过的一个域。为说明需要，假定：有100个业务等待传送，该100个业务所需带宽相同且都是连续业务，依次从图2所示的域经过，域入点为A，域出点为B。该域采用的是Dijkstra算法，根据该算法得到三条A→B的路径，从上至下分别为P1、P2、P3，假设P1、P2、P3所在的光纤容量相等。各路径节点数N（因为光信号在节点的处理时间远远地大于光在链路传输的时间，所以传输时间忽略不计）分别为3、5、8。初始时，三条路径上的业务量都是0，令 P1、P2、P3的Cost、节点数和业务量分别为Cost1、Cost2、Cost3和N1、N2、N3以及M1、M2、M3。所以初始时，M1=M2=M3=0，N1=3，N2=5，N3=8，根据公式（2）得：

Figure 201110156534X100002DEST_PATH_IMAGE003

（3）

显然cost1=3的路径最短，当一个业务进入该域时，它会根据最短路径原则选择路径P1。根据异路保护原则（某条工作路径的保护路径由次短路径所在的光纤提供，最长路径上的业务由最短路径所在光纤提供保护路径）所以在P2所在的光纤上为P1动态计算保护带宽（但先不分配，只有出现故障的时候，才会分配保护带宽），在发生故障前，为P1计算出的保护带宽可以传送其他业务，但当故障发生后，如果P1保护路径没有被占用的话，那么业务就会立即切换过来，如果保护路径被使用，那么准备切换到保护路径上的业务会和正在保护路径上传送的业务比较优先级，如果前者优先级高，则后者切换到它的保护路径；如果前者优先级低，则切换到后者的保护路径上，依次类推，直到优先级最低的业务因为没有保护路径而只能选择恢复机制实现传输。则此时P1、P2、P3所在光纤计算出的保护带宽的比例是0：1：0。

当第一个业务在P1上建立且没有释放时，将P1的M1值加1，P1、P2、P3所在光纤的工作带宽的比例是1：0：0，计算出的保护带宽的比例是0：1：0。此时P1路径的Cost1为4。Cost1还是最小，所以当第二个业务到达时，根据最短路径原则，还是选择P1，当第二个业务建立时，M1=2， P1、P2、P3所在光纤的工作带宽的比例为2：0：0，计算出的保护带宽的比例是0：2：0，此时P1的cost1值再加1，Cost1=Cost2=5，原则上第三个业务选择P1和P2的概率相等。为确保优先选择最短路径，约定如Cost相等，业务选择节点数N小的路径。所以当第三条业务建立时，还是会选择P1。M1=3，P1、P2、P3所在光纤的工作带宽比例为3：0：0，保护带宽比例为0：3：0。而此时Cost1=6，Cost2=5为最小。

当第四条业务建立时，根据最短路径原则，业务选择P2传送，保护路径由P3所在的光纤提供。P1、P2、P3所在光纤的工作带宽比例为3：1：0，保护带宽比例为0：3：1。Cost2的值变成6，和cost1一样，但是P1的节点数少于P2，所以下一个业务会选择P1，这样业务会在P1和P2上一次递增。直到 Cost1=Cost2=9，这时P1、P2、P3所在光纤的工作带宽比例为6：4：0，保护带宽比例为0：6：4。由于Cost3=8最小，下一个业务会选择路径P3。因为最长工作路径上的保护路径由最短路径所在的光纤提供，所以P3由P1所在的光纤提供保护带宽。P1、P2、P3所在光纤的工作带宽比例变为6：4：1，保护带宽比例变为1：6：4。之后业务在三条路径上交替传输。当100个业务传完的时候，P1、P2、P3所在光纤的工作带宽比例为37：32：29，保护带宽比例为29：32：37。

当某条路径发生故障时，业务会根据保护机制切换到相应的保护路径上，比如见图2：当P1路径上的C处故障发生后，如果P1保护路径没有被占用的话，那么P1上的业务1就会根据计算的保护路径切换到P2所在的光纤上；如果保护路径被业务2使用，那么准备切换到保护路径上的业务1会和正在保护路径上传送的业务2比较优先级：如果业务1优先级高，业务1就切换到P2所在光纤的保护路径上，而业务2切换到它的保护路径即P3所在的光纤上；否则业务1切换到业务2的保护路径P3所在的光纤上，依次类推，直到优先级最低的业务因为没有保护路径而只能选择恢复机制实现传输。具体流程见图3所示。

Claims

1.一种多域光网络动态保护方法，对每一个到达的业务搜索一对分离的工作和备份通道，其特征在于，包括以下步骤：

步骤B1、搜索出该域中域入点与域出点之间所有可用路径；

步骤B2、按照下式计算各条可用路径的时间消耗，

Figure 201110156534X100001DEST_PATH_IMAGE001

，

步骤B3、为当前业务选择时间消耗最小的可用路径作为其工作通道；以时间消耗次小的可用路径作为备份通道，在该路径上为该业务动态计算保护带宽，但先不分配，可用于其它业务的传送；

2.如权利要求1所述多域光网络动态保护方法，其特征在于，步骤B3中，当存在两条或两条以上时间消耗相等的路径时，选择其中节点数最少的路径。

3.如权利要求2所述多域光网络动态保护方法，其特征在于，当单域中某条路径出现故障时，判断其备份通道上的保护带宽是否被其它业务占用，如否，则将故障路径上传送的业务切换至备份通道传送；如是，则比较两个业务之间的优先级，如故障路径上业务的优先级较高，则将故障路径上业务切换至其备份通道，而将占用其备份通道的业务切换至该业务的备份通道；如故障路径上业务的优先级较低，则将故障路径上业务切换至占用其备份通道的业务的备份通道；依此类推，优先级最低的业务通过恢复机制实现传输。

4.如权利要求1-3任一项所述多域光网络动态保护方法，其特征在于，步骤B1中采用Dijkstra算法搜索可用路径。