CN102325039A - 一种面向电力控制业务的ason网络优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向电力控制业务的ASON网络优化设计方法，本发明方法包括：a、将所要优化的网络拓扑扩充为全连通网络，计算得出候选删除链路集，根据该集合中的元素得到新的网络拓扑方案；b、用双向业务通道时延对称路径算法分析该方案是否符合业务要求，若符合，将此方案存入候选方案集中，否则回到a，根据候选删除链路集中的其他元素构造拓扑方案；c、分析完所有方案后，结合实际施工所需代价，将候选方案集中的网络拓扑依次同所要优化的网络进行比较，得出优化方案。采用本发明方法，可以实现对电力控制业务所使用的ASON网络进行优化，从而得出符合约束需求的网络拓扑，使网络的规划变得更为方便，大大降低优化成本。

Description

一种面向电力控制业务的ASON网络优化设计方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种面向电力控制业务的ASON网络，该优化方法的主要特征是以电力控制业务中所要求的双向业务通道时延对称为约束。

背景技术

    ASON是能够智能化地自动完成光网络交换连接功能的光传送网，由传送平面、控制平面和管理平面三个平面组成。ASON引入了独立的控制平面，使光传送网具备了自动完成网络带宽分配和动态配置电路的能力。IETF制订了通用多协议标签交换（GMPLS，Generalized multiprotocol label switching）协议应用于ASON控制平台。GMPLS提供存储包括带宽、时延等链路特性参数的机制，采用基于约束的最短路径优先(CSPF: Constraint-Based Shortest Path First)算法，动态计算数据流通过网络的最佳路径。

ASON承载电力控制业务时，针对继电保护的特殊性要求，需要考虑额外的路径约束。例如，单向业务通道时延小于5ms，端到端双向业务通道时延差小于330μs。现用的GMPLS约束路由算法，包括K最短路由算法(K Shortest Path)、整数线性规划算法、启发式算法等，均没有考虑端到端双向业务通道时延对称的约束条件，因此不能适用电力控制业务的承载。

本发明所要解决的问题是：提出一种优化设计方法，该方法面向承载电力控制业务的ASON网络，并且在继电保护所要求的时延约束以及SRLG分离约束条件下，最终得出符合业务需求的最优网络方案。

与本发明相近的公开专利，主要有以下3篇。

（1）“自动交换光网络中多约束条件下最短路径查找方法及装置(CN 200710140101)”

该专利公开了一种自动交换光网络中多约束条件下最短路径查找方法及装置，包括，索引单元、比较单元。发明的应用目标，是通过引入多索引的方法来计算最短路径，节省了计算次数，提高了速度。但，该发明所述内容不涉及SRLG分离约束，也不能涵盖电力控制业务的双向约束。

（2）“一种支持策略解析的多约束条件路由选择方法(CN 200910088758)”

该专利公开了一种支持策略解析的多约束条件路由选择方法，对路径计算限制因素进行有效分类，针对各种限制因素采用相应解决方案，考虑多个并发、预约或预测请求的全局优化处理，通过算法外在机制控制，得到在不同情况和需求下的最佳路径选择。但，该发明所述内容，不适用于电力控制业务的双向时延约束。

（3）“一种用于ASON批量路径计算的路由信息更新的方法（CN 200910148206）”

该专利公开了一种用于ASON批量路径计算的路由信息更新的方法，涉及路由信息更新，可以在批量建立业务时快速准确地预测网络中的路由信息变化，减少因多条业务抢占资源造成的业务建立失败几率；发明所述方法，能提高恢复业务的恢复成功率、缩短恢复时间。但该发明所述内容，不涉及约束路由。

（4）“一种在网络中实现通用多协议标记交换的方法（CN 03122897）”

该发明提供了一种在网络中实现通用多协议标记交换（GMPLS）的方法，设定网络中各流量工程链路所使用的标记空间类型及标记空间中标记的具体格式参数，采用资源享在建立、维护和删除标记交换路径。该发明解决不同路径不能使用同一物理资源的问题，提高网络资源的优化利用。但，该发明所述内容不涉及面向电力控制业务的ASON拓扑优化。

发明内容

    本发明提出了一种面向电力控制业务的ASON网络优化设计方法，为了方便描述该方法，定义以下变量符号：

G (V，E)：有向图，其中V为节点集合，E为链路集合；

C _e (d，b，s)：链路权值，d为传输距离、b为可用带宽，s为SRLG组标号；

S、T ? V：G中需要建立双向路径的两个节点；

L(P)：路径P经过的链路集合；

S _e  (P)：路径P经过的链路所属SRLG组标号集合；

P _SàT ：SàT的路径；

P _TàS ：TàS的路径；

D _SàT ：P _SàT 的传输时延；

D _TàS ：P _TàS 的传输时延；

R (S，T，w)：业务请求，S为源节点，T为目的节点，w为请求带宽；

D _max：单向通道时延约束值；

D _diff：双向通道时延差约束值。

该方法主要包括以下步骤：

    步骤S102：获取所要优化网络的拓扑信息，记为G ₀ (V，E)，将G ₀ (V，E)扩充为全连通网络拓扑图G ₁ (V，E)，新增加的链路其代价按实际需要设置；

    步骤S104：针对G ₁ (V，E)，计算得出候选删除链路集L _D （P），L _D （P）中的元素为某条链路或某些链路的组合，根据删除链路由少到多的顺序，将L _D （P）中的元素排序；

步骤S106：按照L _D （P）中元素的顺序，得到本次所选元素对应的链路删除方案，其拓扑记为G (V，E)；

步骤S108：运用双向业务通道时延对称路径算法分析G (V，E)是否满足业务需求，若满足，转步骤S110，否则，转步骤S106；

步骤S110：将方案G (V，E)存入候选方案集S _C （G）中；

步骤S112：分析L _D （P）中的元素是否已被遍历使用过，若没有，转步骤S106，否则，转步骤S114；

步骤S114：将S _C （G）中的每个方案与G ₀ (V，E)进行对比，并根据实际施工所需的代价，找出网络拓扑改动所耗代价最少的方案，选定为优化方案，记为G ₀′(V，E)。

以上步骤流程图见图1。

对于步骤S104中所述的计算L _D （P），规则为：删除某条链路或某些链路组合，网络中各节点仍可确保连通，即网络中不出现孤立节点；

对于步骤S114中所述的实际施工所需的代价，包括：布设链路的距离、技术难度、地理环境因素等；

    对于步骤S108中所述的双向业务通道时延对称路径算法主要包括以下步骤：

步骤S202：将G (V，E)中的任意两个节点进行组合，所有节点对组合存入U(V)中；

步骤S204：从U(V)中取出一个未经使用的节点对，分别记两节点为S、T，一个业务请求R (S，T，w)到达，计算链路代价；

    步骤S206：使用Dijkstra算法求出SàT最小时延路径P _SàT ；

步骤S208：比较D _SàT  <D _max是否成立，若小于，转步骤S210，否则表明网络无法满足业务需求，转步骤S106；

步骤S210：保存计算所得路径和时延值，将P _SàT 经过的链路存入L(P)中并将该链路所属的SRLG组存入S _e （P）中，修改网络的链路权值；

    步骤S212：使用Dijkstra算法求出TàS最小时延路径P _TàS ；

步骤S214：比较D _TàS  < D _max是否成立，若小于，转步骤S216，否则转步骤S224；

步骤S216：比较| D _SàT  - D _TàS  |< D _diff 是否成立，若小于，转步骤S218，否则转步骤S220；

步骤S218：判断U(V)中的节点对是否均被用过，若是，转步骤S110，否则转步骤S204；

    步骤S220：比较D _SàT   > D _TàS 是否成立，若大于，转步骤S222，否则转步骤S224；

步骤S222：清空P _TàS ，计算TàS相较上一条路径的次短路径记为P _TàS ，转步骤S214；

步骤S224：清空P _SàT ，计算SàT相较上一条路径的次短路径记为P _SàT ，转步骤S208。

以上所述双向业务通道时延对称路径算法流程图见图2。

对于步骤S204中提到的计算链路代价，具体做法为：当链路e上空闲容量小于业务请求带宽w时，链路e的动态代价为无穷，当链路e的空闲容量大于业务请求带宽w时，链路代价为链路距离d。

    对于步骤S210中提到的修改网络的链路权值，具体做法为：当链路e属于L(P)或链路e所在的SRLG组属于S _e (P)时，链路e的动态代价为无穷，否则，链路代价为链路距离d。

    以上为本发明所提出的网络优化方法的详细过程，针对ASON承载的电力控制业务所具有的时延约束要求，本方法将双向业务通道时延对称作为约束，具有独创性和新颖性，运用本发明所述方法，可以在网络优化设计以及改造时更方便的得出满足要求的网络拓扑方案，大大提高工作效率。

附图说明

    本说明书的附图用来提供对本发明的验证，其仿真拓扑用例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的应用限定。附图中：

图1  面向电力控制业务的ASON网络优化设计方法流程图。

图2  双向业务通道时延对称路径算法流程图。

图3  实施例拓扑图，其中实线为物理链路，虚线为逻辑链路。

图4  目标网络带SRLG的拓扑图。

图5  扩展后的全连通网络拓扑图。

图6  全连通网络带SRLG拓扑图。

图7  实施例优化设计流程图。

图8  方案1的网络拓扑图。

图9  方案1带SRLG的拓扑图。

图10 方案2的网络拓扑图。

图11 方案2带SRLG的拓扑图。

具体实施方式

为了证明本发明方法能够有效地优化面向电力控制业务的ASON网络，使用网络仿真软件GLASS（GMPLS Lightwave Agile Switching Simulator）对本方法的一个实施例进行仿真验证。

本次仿真使用的端到端双向业务通道时延对称路径算法，是在GLASS中名为“AlgorithmTemplate”对象类的基础上扩展实现的，其中，重载定义的calSrlg函数用来计算路径经过链路的SRLG集，重载定义的getCost函数用来计算链路代价。此外，新定义了名为“ResPath”和“BlPath”两个对象类，是对名为“Gragh”对象类的补充，用于为业务请求计算次短路径。

    本实施例拓扑信息如下：共由4个节点组成（为别为节点1、节点2、节点3和节点4），各节点之间的距离标于链路上，见图3。其中，节点1和节点3之间、节点2和节点4之间、节点2和节点3之间的链路只是逻辑上存在，在实际的物理链路上是不存在的。此外，节点2到节点4之间的链路分别与节点1到节点2之间、节点1到节点4之间的链路有相同的SRLG；节点1到节点3之间的链路分别与节点1到节点4之间、节点4到节点3之间的链路有相同的SRLG；节点2到节点3之间的链路分别与节点2到节点1之间、节点1到节点4之间、节点4到节点3之间的链路有相同的SRLG，其带SRLG的拓扑图如图4所示。

以下为本实施例的具体优化设计步骤：

步骤S302：将实施例中的网络扩展为全连通网络，网络拓扑见图5，带SRLG拓扑见图6；

步骤S304：计算候选删除链路集。本实施例中有4个节点，候选删除链路集中具有33个元素，即有33种链路删除方案，其中删除一条链路有6种方案，删除两条链路有15种方案，删除3条链路有12种方案；

步骤S306：用端到端双向业务通道时延对称路径算法分析以上每种方案是否符合业务需求（本实施例中设D _max为5ms，D _diff为0.33ms），若符合，将该拓扑方案存入候选方案集中，否则清除该方案；

步骤S308：结合实际工程部署代价，将实施例的网络拓扑与候选方案集中各拓扑方案分别进行比较，网络拓扑改动代价最少的方案选定为优化方案。

以上步骤见图7。

下面为步骤S304中两种方案的分析过程，方案1的网络拓扑见图8，带SRLG拓扑见图9，方案2网络拓扑见图10，带SRLG拓扑见图11。

方案1的仿真结果为：对于节点对1和2，找到两条SRLG分离的路径，经过的节点分别为1-2和2-3-4-1，单向时延分别为0.17ms和0.51ms，双向时延差为0.34ms，大于0.33ms，删除该方案。

方案2的仿真结果见表1，得到的每对SRLG分离路径单向时延都小于约束值5ms，双向路径时延差都小于约束值0.33ms，表明该拓扑方案能够满足业务需求，将其存入候选方案集中。

表1

按以上方法得到所有候选方案后，结合实际施工中所需的代价，将所有候选方案分别与实施例拓扑进行比较，得到拓扑改动代价最少的候选方案确定为优化方案。

通过上述实施例的仿真可以发现，本发明方法在分析和优化承载电力控制业务的ASON网络时是成功的，使用本方法能够对网络进行分析并对不符合需求的网络进行优化，从而得到符合业务约束要求的最优网络拓扑方案。

Claims (8)

1.一种面向电力控制业务的ASON网络优化设计方法，其特征在于，包括：

a、将所要优化的网络拓扑扩充为全连通网络，计算得出候选删除链路集，根据该集合中的元素得到新的网络拓扑方案；

b、用双向业务通道时延对称路径算法分析该方案是否符合业务要求，若符合，将此方案存入候选方案集中，否则回到a，根据候选删除链路集中的其他元素构造拓扑方案；

c、分析完所有方案后，结合实际施工所需代价，将候选方案集中的网络拓扑依次同所要优化的网络进行比较，得出优化方案。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，详细步骤包括：

步骤S102：获取所要优化网络的拓扑信息，记为G ₀ (V，E)，将G ₀ (V，E)扩充为全连通网络拓扑图G ₁ (V，E)，新增加的链路其代价按实际需要设置；

步骤S104：针对G ₁ (V，E)，计算得出候选删除链路集L _D （P），L _D （P）中的元素为某条链路或某些链路的组合，根据删除链路由少到多的顺序，将L _D （P）中的元素排序；

步骤S106：按照L _D （P）中元素的顺序，得到本次所选元素对应的链路删除方案，其拓扑记为G (V，E)；

步骤S108：运用双向业务通道时延对称路径算法分析G (V，E)是否满足业务需求，若满足，转步骤S110，否则，转步骤S106；

步骤S110：将方案G (V，E)存入候选方案集S _C （G）中；

步骤S112：分析L _D （P）中的元素是否已被遍历使用过，若没有，转步骤S106，否则，转步骤S114；

步骤S114：将S _C （G）中的每个方案与G ₀ (V，E)进行对比，并根据实际施工所需的代价，找出网络拓扑改动所耗代价最少的方案，选定为优化方案，记为G ₀′(V，E)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S102中所述的全连通网络是指任意两个节点都有直接的物理链路相连，不需经过第三节点就能直连的网络。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于a中所述计算得出候选删除链路集，具体规则为：删除某条链路或某些链路组合，网络中各节点仍可确保连通，即网络中不出现孤立节点。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，c中所述实际施工所需代价，包括：布设链路的距离、技术难度、地理环境因素等。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S108中所述的双向业务通道时延对称路径算法的详细步骤如下（其中部分变量的含义见发明内容）：

步骤S202：将G (V，E)中的任意两个节点进行组合，所有节点对组合存入U(V)中；

步骤S204：从U(V)中取出一个未经使用的节点对，分别记两节点为S、T，一个业务请求R (S，T，w)到达，计算链路代价；

    步骤S206：使用Dijkstra算法求出SàT最小时延路径P _SàT ；

步骤S208：比较D _SàT  <D _max是否成立，若小于，转步骤S210，否则表明网络无法满足业务需求，转步骤S106；

步骤S210：保存计算所得路径和时延值，将P _SàT 经过的链路存入L(P)中并将该链路所属的SRLG组存入S _e （P）中，修改网络的链路权值； 

    步骤S212：使用Dijkstra算法求出TàS最小时延路径P _TàS ；

步骤S214：比较D _TàS  < D _max是否成立，若小于，转步骤S216，否则转步骤S224；

步骤S216：比较| D _SàT  - D _TàS  |< D _diff是否成立，若小于，转步骤S218，否则转步骤S220；

步骤S218：判断U(V)中的节点对是否均被用过，若是，转步骤S110，否则转步骤S204；

    步骤S220：比较D _SàT   > D _TàS 是否成立，若大于，转步骤S222，否则转步骤S224；

步骤S222：清空P _TàS ，计算TàS相较上一条路径的次短路径记为P _TàS ，转步骤S214；

步骤S224：清空P _SàT ，计算SàT相较上一条路径的次短路径记为P _SàT ，转步骤S208。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对于步骤S204中提到的计算链路代价，具体做法为：当链路e上空闲容量小于业务请求带宽w时，链路e的动态代价为无穷，当链路e的空闲容量大于业务请求带宽w时，链路代价为链路距离d。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对于步骤S210中提到的修改网络的链路权值，具体做法为：当链路e属于L(P)或链路e所在的SRLG组属于S _e (P)时，链路e的动态代价为无穷，否则，链路代价为链路距离d。

Images