CN102347795B - 基于多面体拓扑结构的光网络共享保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光网络技术领域。公开了一种基于多面体拓扑结构的光网络共享保护方法(p-Polyhedron)，包括以下步骤：S1、判断在光网络物理拓扑图中是否能生成哈密尔顿圈，若是，则生成哈密尔顿圈，且进一步判断所生成的哈密尔顿圈是否为所述拓扑图中最大的哈密尔顿圈，若是最大的哈密尔顿圈，则执行步骤S2；S2、根据多面体中节点个数与节点度数之间关系，构造多面体保护拓扑，并对所生成的多面体保护拓扑中的多面体上的链路预留空闲资源，从而实现并发多故障保护，其中，链路上没有被任何业务占用的资源称为空闲资源。本发明通过引入多面体的结构可以很好地解决了并发多故障的保护和容错问题。

Description

基于多面体拓扑结构的光网络共享保护方法

技术领域

本发明涉及光网络技术领域，具体涉及一种基于多面体拓扑结构的光网络共享保护方法。

背景技术

生存性的研究与网络的组网复杂性和网络形态有密切的关系，网络规模的扩大，使得多重故障并发发生的概率增加，这将降低光网络带宽提供的可靠性，增加保护恢复资源配置冗余和调度的复杂性。随着光网络的发展，Pbit/s传输是未来的发展趋势，多业务端到端质量需求和光网络多重故障生存性之间存在复杂的关系，影响到业务端到端的可靠传送。传统的光网络生存性机制对业务逐个进行端到端的保护/恢复，其特点为：时间长，效率低，不能适应Pbit/s级信息流的需求。考虑未来Pbit/s超大容量交换和组网中故障影响，组网异常复杂具有多层多域架构，更重要的是具有混合的可变带宽光交换与汇聚，这使得网络的组网和交换模式发生了革新。同时，需要充分考虑路由不稳定性的影响和时空标记资源的调配，解决大容量传送下带来的数据容错及多重故障并发保护问题。

当光网络发生故障时，其保护能力使得业务一般在几百毫秒内能够得到恢复，而故障本身（例如，光缆被剪断）可能不会在几个小时内被修复。在物理修复当前故障的这段时间内（例如，抢修光缆），第二次，甚至第三次的故障可能发生。

在Mbit/s粒度的网络中，多采用点到点保护，而Gbit/s中，演变成了保护环，随着网络向全光网演进，在以WDM Mesh网为代表的Tbit/s级光交换中，应对多粒度的需求，具有智能控制平面辅助下的多种保护恢复方式开始主导。

现有的光网络保护模式的不足如下：

1.专用（1+1或1:1）保护：在工作和保护资源同时发生故障（空间随机，时间并发）时，其100%的保护质量要求无法得到满足。由于多重故障引起工作路径和预设的备用路径同时中断，此时光网络的生存性一定会降级。

2.P圈的保护技术：从环保护技术衍生出来的P圈技术采用的是基于保护资源预配置的方式，属于生存性技术中的保护技术，体现了一种基于跨接链路的保护方式和保护思想。不仅提供圈上链路的保护，而且允许工作通道在网络资源图上选择最短的直达路由。但P圈技术不能提供同一环上的双故障保护以及多重故障并发保护。

3.拓扑和流量工程（TE）：在连续发生多次空间随机的故障后，由于网络连接和资源占用状态发生改变，相关的拓扑和TE信息无法进行有效泛洪，导致拓扑和TE信息的同步难以实现。节点是根据过时的拓扑和TE信息进行选路和资源分配，有可能在进行实时的选路恢复时，正好选择的路由也中断，而拓扑信息并没有及时地更新，造成选择的恢复路由也会中断，从而会降低多故障光网络实施可靠恢复的能力。在传统的计算保护路径的过程中，备用路径与其工作路径都是共享风险组不相关的，然而对所有的备用路径之间的共享风险组相关性，一般并没有过多的要求。因此，在多故障的情形下，如果新发生的故障影响到备用路径的连通性(由于多故障导致所有的备用链路都不再连通)，网络就不能保证业务能够得到很好的恢复，会给网络的服务质量造成很大的问题。这是多故障相对于单故障生存性复杂的关键问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：如何解决大容量传送情况下带来的数据容错及多重故障并发保护问题。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于多面体拓扑结构的光网络共享保护方法，包括以下步骤：

S1、判断在光网络物理拓扑图中是否能生成哈密尔顿圈，若是，则生成哈密尔顿圈，且进一步判断所生成的哈密尔顿圈是否为所述拓扑图中最大的哈密尔顿圈，若是最大的哈密尔顿圈，则执行步骤S2；

S2、根据多面体中节点个数与节点度数之间关系，构造多面体保护拓扑，并对所生成的多面体保护拓扑中的多面体上的链路预留空闲资源，从而实现并发多故障保护，其中，链路上没有被任何业务占用的资源称为空闲资源。

优选地，在步骤S1中，若判断在光网络物理拓扑图中不能生成哈密尔顿圈，则采用故障恢复技术进行多故障恢复。

优选地，步骤S2具体包括：

S21、初始化网络中未被保护的工作资源矩阵A，确定网络所有的工作资源为未被保护的工作资源分布，初始化网络预留空闲资源G_r，设置网络中每条链路的最初预留空闲资源为零，修正未被保护的工作资源网络G_u中每条链路代价为1，在这里代表1跳，并且在修改后的网络G_u中根据多面体中节点个数与节点度数之间关系，构造多面体保护拓扑，在多面体保护拓扑中计算未被保护的工作资源网络G_u中未被保护的工作资源的最大值并记为MAX_-c，首先修改网络中每条链路的未被保护的工作资源c为MAX_-c十1—c，并将修改后的未被保护的工作资源网络G_u记作G_u’，对多面体保护拓扑中未被保护的工作资源最多的链路，修改该链路在预留空闲资源G_r中对应边的预留波长数w为w十1，即该多面体分配的容量为1个波长，对未被保护的工作资源网络G_u中的链路，修改对应边的未被保护的工作波长数w’，若链路是体上的边，则修改为w’—1，若链路是体的跨接边，则修改为w’—N，N—1为能保护的并发多故障数，其它情况不改变链路未被保护的工作波长数，这样，为该多面体分配的容量C为1个波长，若波长数w’小于1，则将该链路在未被保护的工作资源网络G_u中对应的边从网络中删除；其中，链路上被业务占用的资源称为工作资源；

S22、遍历网络中每条链路上的未被保护的工作资源，判断网络中是否还存在未被保护的工作资源，若在未被保护的工作资源网络G_u中还有链路上未被保护的工作资源，则转步骤S21，否则，在未被保护的工作资源网络G_u中所有的链路的未被保护的资源都为零，才转入步骤S23；

S23、当光网络物理拓扑图中节点c’和节点d之间的节点或链路中出现N-1个并发故障时，在完成空闲资源预留的N’条链路中找出一条保护链路，对节点c’与节点d之间的故障进行保护倒换，即把业务从故障链路倒换到保护链路，如果没有完成保护倒换则在多面体保护拓扑中把发生故障的边删除，再构造多面体保护拓扑进行资源配置即转入步骤S21，找出给定节点间的无故障链路进行多故障保护。

优选地，若构造超正六面体保护拓扑，则构造方法如下：

对于给定的物理拓扑图，记找出的最大哈密尔顿圈的节点数为M，令

其中

表示向下取整，m表示节点的度数，m≥1，如果m=log₂M，则形成的正多面体为完全超正六面体H_m,否则形成的是非完全超正六面体，令其中a_i＝0或1，用bin_m(n)表示整数n的m位二进制串，则bin_m(n)＝(a_m-1，a_m-2，...，a₁，a₀)，即从左到右，第一位为a_m-1，第二位为a_m-2，第m位为a₀，如果其中的第b₁位、第b₂位、…、第b_k位为1，则所形成的m维超正六面体共有k个非空子正六面体H₁、H₂、…、H_k,其维数分别为m-b₁、m-b₂、…、m-b_k，其中子正六面体H₁的节点标号从0到

第p个非空子正六面体H_p包括标号从 $2^{m-b_1}+\·\·\·+2^{{m-b}_{p-1}}$ 到 $2^{m-b_1}+\·\·\·{+2}^{m-b_{p-1}}+2^{{m-b}_p}-1$ 的节点，对每一节点p，计算出p所在的子正六面体：节点p位于子正六面体H_q中，当且仅当m位二进制数bin_m(p)与bin_m(n)的前b_q-1位相同，而与第b_q位不同；节点p与q相邻，当且仅当bin_m(p)与bin_m(q)有一位不同，其中，k、p、q、b_p、b_q、b₁～b_k都是非负整数。

优选地，若构造超正四面体保护拓扑，则构造方法如下：

对于给定的物理拓扑图，记找出的最大哈密尔顿圈的节点数为M，令

其中

表示向下取整，其中m≥3，如果m=1+log₂M，则形成的正多面体为完全超正四面体H_m，否则形成的是非完全超正四面体，令

a_i＝0或1，用bin_m(n)表示整数n的m位二进制串，则bin_m(n)＝(a_m-1，a_m-2，...，a₁，a₀)即从左到右，第一位为a_m-1，第二位为a_m-2，第m位为a₀，如果其中的第b₁位、第b₂位、…、第b_k位为1，则所形成的m维超正四面体共有k个非空子正四面体H₁、H₂、...、H_k,其维数分别为m-b₁+1、m-b₂+1、…、m-b_k+1，其中子正四面体H₁的节点标号从0到第p个非空子正四面体H_p包括标号从

到

的节点，对每一节点p，计算出p所在的子正四面体：节点p位于子正四面体H_q中，当且仅当m位二进制数bin_m(p)与bin_m(n)的前b_q-1位相同，而与第b_q位不同；节点p与q相邻，当且仅当bin_m(p)与bin_m(q)有一位不同，其中，k、p、q、b_p、b_q、b₁～b_k都是非负整数。

优选地，若构造超正十二面体保护拓扑，则构造方法如下：

对于给定的物理网络拓扑，记找出的最大哈密尔顿圈的节点数为M，令

其中

表示向下取整，其中m≥3，如果

则形成的正多面体为完全超正十二面体H_m，否则形成的是非完全超正十二面体；令

其中a_i＝0或1，用bin_m(n)表示整数n的m位二进制串，则bin_m(n)＝(a_m-1，a_m-2，...，a₁，a₀)，即从左到右，第一位为a_m-1，第二位为a_m-2，第m位为a₀，如果其中的第b₁位、第b₂位、…、第b_k位为1，则所形成的m维超正十二面体共有k个非空子正十二面体H₁、H₂、...、H_k，其维数分别为m-b₁+1、m-b₂+1、...、m-b_k+1，

其中，子正十二面体H₁的节点标号从0到

第p个非空子正十二面体H_p包括标号从 $2^m+\·\·\·+2^{m-p+2}+2^{{m-b}_1}+\·\·\·+2^{{m-b}_{p-1}}$ 到 $2^m+\·\·\·+2^{m-p+1}+2^{m-b_1}+\·\·\·+2^{{m-b}_p}-1$ 的节点，对每一节点p，我们可以计算出p所在的子正十二面体：节点p位于子正十二面体H_q中，当且仅当m位二进制数bin_m(p)与bin_m(n)的前b_q-1位相同，而与第b_q位不同；节点p与q相邻，当且仅当bin_m(p)与bin_m(q)有一位不同，其中，k、p、q、b_p、b_q、b₁～b_k都是非负整数。

优选地，若构造超正八面体保护拓扑，则构造方法如下：

对于给定的物理网络拓扑，记找出的最大哈密尔顿圈的节点数为M，令

其中

表示向下取整，其中m≥4，如果则形成的正多面体为完全超正八面体或正二十面体H_m，否则形成的是非完全超正八面体或非完全超正二十面体，令

其中a_i＝0或1，用bin_m(n)表示整数n的m位二进制串，则bin_m(n)＝(a_m-1，a_m-2，...，a₁，a₀)，即从左到右，第一位为a_m-1，第二位为a_m-2，第m位为a₀，如果其中的第b₁位、第b₂位、…、第b_k位为1，则所形成的m维超正八面体共有k个非空子正八面体H₁、H₂、...、H_k，其维数分别为m-b₁+3、m-b₂+3、...、m-b_k+3，

其中子正八面体H₁的节点标号从0到

第p个非空子正八面体H_p包括标号从到 ${3*2}^{m-b_1}+\·\·\·{+3*2}^{{m-b}_{p-1}}+3*2^{{m-b}_p}-1$ 的节点，对每一节点p，计算出p所在的子正八面体：节点p位于子正八面体H_q中，当且仅当m位二进制数bin_m(p)与bin_m(n)的前b_q-1位相同，而与第b_q位不同；节点p与q相邻，当且仅当bin_m(p)与bin_m(q)有一位不同，其中，k、p、q、b_p、b_q、b₁～b_k都是非负整数。

优选地，若构造超正二十面体保护拓扑，则构造方法如下：

对于给定的物理网络拓扑，记找出的最大哈密尔顿圈的节点数为M，令

其中

表示向下取整，其中m≥4，如果

则形成的正多面体为完全超正八面体或正二十面体H_m，否则形成的是非完全超正八面体或非完全超正二十面体，令其中a_i＝0或1，用bin_m(n)表示整数n的m位二进制串，则bin_m(n)＝(a_m-1，a_m-2，...，a₁，a₀)，即从左到右，第一位为a_m-1，第二位为a_m-2，第m位为a₀，如果其中的第b₁位、第b₂位、…、第b_k位为1，则所形成的m维超正二十面体共有k个非空子正二十面体H₁、H₂、…、H_k，其维数分别为m-b₁+3、m-b₂+3、...、m-b_k+3，其中子正二十面体H₁的节点标号从0到

第p个非空子正二十面体H_p包括标号从

到 ${3*2}^{m-b_1}+\·\·\·{+3*2}^{{m-b}_{p-1}}+3*2^{{m-b}_p}-1$ 的节点，对每一节点p，计算出p所在的子正二十面体：节点p位于子正二十面体H_q中，当且仅当m位二进制数bin_m(p)与bin_m(n)的前b_q-1位相同，而与第b_q位不同；节点p与q相邻，当且仅当bin_m(p)与bin_m(q)有一位不同，其中，k、p、q、b_p、b_q、b₁～b_k都是非负整数。

（三）有益效果

本发明是通过引入多面体的结构可以很好地解决了并发多故障的容错和保护问题。本发明提出了一种在光网络中构造多面体保护拓扑方法以及基于多面体的多故障保护方法，这种方法把立体化、规则化、可扩展性的思想运用到大容量光网络的容错和保护中。通过在超正多面体中一个节点或一个节点集到另一个节点或另一个节点集之间找出其不交叉路径越多容错性越好，多重故障保护性越好，同时网络的并行性有较大改善。超正多面体每个节点仅接受其节点度数个信息，当节点增大时仍保持稳定，具有较好的可扩展性能。由于采用低维多面体组成高维多面体方式，形成的过程是一个分布式实现的过程，因此结构在形成时简单、花时少。节点的加入与退出采用补充或缩减低维立方体的方式，不会触及整个结构，因此无论是单个节点的加入与退出还是多个节点的加入与退出都是方便的，结构有较强的稳定性。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明实施例中使用的COST239光网络物理拓扑图；

图3是本发明实施例中生成的不完全正二十面体保护拓扑。

具体实施方式

下面对于本发明所提出的一种基于多面体拓扑结构的光网络共享保护方法，结合附图和实施例详细说明。

本发明把立体化、规则化、可扩展性的思想运用到大容量光网络的容错和保护中。

多面体的任意两个节点之间有多条并行连接，例如，在有N个节点的超立方体中，任意两个节点之间有log₂N条并行连接。并行连接（不交叉连接）是指在一个网络中从一个节点或一个节点集到另一个节点或另一个节点集传送信号的连接，这些连接除了源宿节点相同以外，所经过的路径没有相同的。对于可控管光网络中多重故障下超大容量光网络生存性的研究，关键是找出一个节点或一个节点集到另一个节点或另一个节点集之间尽可能多的不交叉路径，其不交叉路径越多则容错性越好，多重故障保护性越好，同时网络的并行性有较大改善。因为在多面体中有较多的并行路径、良好的连通性、容错性、可扩展性和较短的路径长度，在大容量光网络物理拓扑中，发现多重故障这一问题可以通过构建多面体保护拓扑，在多面体保护拓扑中进行并行容错路由，找出一个节点或一个节点集到另一个节点或另一个节点集之间尽可能多的不交叉路径来解决。

一个多面体是一个三维形体（所述三维是指空间的维度），它由有限个多边形组成，每个面都是某个多面体的一部分，面相交于边，每条边是直线段，而边交于点，称为节点。超正多面体的维数是指体中每个节点的度数。在数学的图论中经证明只存在超正四面体、超正六面体、超正八面体、超正十二面体和超正二十面体。

如图1所示，本发明的方法包括步骤：

S1、判断在光网络物理拓扑图中是否能生成哈密尔顿圈，若是，则生成哈密尔顿圈，且进一步判断所生成的哈密尔顿圈是否为所述拓扑图中最大的哈密尔顿圈，若是最大的哈密尔顿圈，则执行步骤S2；若判断在光网络物理拓扑图中不能生成哈密尔顿圈，则采用现有的故障恢复技术进行多故障恢复；

S2、根据多面体中节点个数与节点度数之间关系，构造多面体保护拓扑，并对所生成的多面体保护拓扑中的多面体上的链路预留空闲资源，从而实现并发多故障保护，其中，链路上没有被任何业务占用的资源称为空闲资源。

多面体保护拓扑构造方法基于的思想：一个m维完全正多面体可以由两个m-1维子完全正多面体组合形成，当节点数不够组成一个完整的m维正多面体时，一定可形成非完全正多面体或者形成结构完整的多个维数低于m的子正多面体（维数都互不相同）。

本发明设计构造多面体的方法考虑到物理网络拓扑的可能情况，具体策略如下：按照一定的方法先构造正多面体，在此基础上把剩余的节点和链路连接到正多面体形成多面体。

在研究了多面体中节点个数与节点度数之间关系的基础上，根据物理网络拓扑的情况，得出步骤S2中构造多面体保护拓扑的方法如下：

（1）超正六面体（超立方体）保护拓扑构造方法：

对于给定的物理网络拓扑，记找出的最大哈密尔顿圈的节点数为M，令

其中

表示向下取整，m表示节点的度数，m≥1，如果m=log₂M，则形成的正多面体为完全超正六面体H_m，否则形成的是非完全超正六面体。令

其中a_i＝0或1。用bin_m(n)表示整数n的m位二进制串，则bin_m(n)＝(a_m-1，a_m-2，...，a₁，a₀)即从左到右，第一位为a_m-1，第二位为a_m-2，第m位为a₀，如果其中的第b₁位、第b₂位、…、第b_k位为1，则所形成的m维超正六面体共有k个非空子正六面体H₁、H₂、…、H_k，其维数分别为m-b₁、m-b₂、...、m-b_k，其中子正六面体H₁的节点标号从0到

第p个非空子正六面体H_p包括标号从 $2^{m-b_1}+\·\·\·+2^{{m-b}_{p-1}}$ 到 $2^{m-b_1}+\·\·\·{+2}^{m-b_{p-1}}+2^{{m-b}_p}-1$ 的节点。对每一节点p，可以计算出p所在的子正六面体：节点p位于子正六面体H_q中当且仅当m位二进制数bin_m(p)与bin_m(n)的前b_q-1位相同，而与第b_q位不同。节点p与q相邻当且仅当bin_m(p)与bin_m(q)有一位不同，其中，k、p、q、b_p、b_q、b₁～b_k都是非负整数。

（2）超正四面体保护拓扑构造方法：

对于给定的物理网络拓扑，记找出的最大哈密尔顿圈节点数为M，令其中m≥3，如果m=1+log₂M，则形成的正多面体为完全超正四面体H_m，否则形成的是非完全超正四面体。令

a_i＝0或1。我们用bin_m(n)表示整数n的m位二进制串，则bin_m(n)＝(a_m-1，a_m-2，...，a₁，a₀)，即从左到右，第一位为a_m-1，第二位为a_m-2，第m位为a₀，如果其中的第b₁位、第b₂位、…、第b_k位为1，则所形成的m维超正四面体共有k个非空子正四面体H₁、H₂、…、H_k，其维数分别为m-b₁+1、m-b₂+1、...、m-b_k+1，其中子正四面体H₁的节点标号从0到第p个非空子正四面体H_p包括标号从 $2^{m-b_1}+\·\·\·+2^{{m-b}_{p-1}}$ 到 $2^{m-b_1}+\·\·\·{+2}^{m-b_{p-1}}+2^{{m-b}_p}-1$ 的节点。对每一节点p，可以计算出p所在的子正四面体：节点p位于子正四面体H_q中当且仅当m位二进制数bin_m(p)与bin_m(n)的前b_q-1位相同，而与第b_q位不同。节点p与q相邻当且仅当bin_m(p)与bin_m(q)有一位不同。

（3）超正十二面体保护拓扑构造方法：

对于给定的物理网络拓扑，记找出最大的哈密尔顿圈节点数为M，令其中m≥3，如果

则形成的正多面体为完全超正十二面体H_m，否则形成的是非完全超正十二面体。令

其中a_i＝0或1。用bin_m(n)表示整数n的m位二进制串，则bin_m(n)＝(a_m-1，a_m-2，...，a₁，a₀)，即从左到右，第一位为a_m-1，第二位为a_m-2，第m位为a₀，如果其中的第b₁位、第b₂位、…、第b_k位为1，则所形成的m维超正十二面体共有k个非空子正十二面体H₁、H₂、…、H_k，其维数分别为m-b₁+1、m-b₂+1、...、m-b_k+1，其中子正十二面体H₁的节点标号从0到

第p个非空子正十二面体H_p包括标号从 $2^m+\·\·\·+2^{m-p+2}+2^{{m-b}_1}+\·\·\·+2^{{m-b}_{p-1}}$ 到 $2^m+\·\·\·+2^{m-p+1}+2^{m-b_1}+\·\·\·+2^{{m-b}_p}-1$ 的节点。对每一节点p，可以计算出p所在的子正十二面体：节点p位于子正十二面体H_q中当且仅当m位二进制数bin_m(p)与bin_m(n)的前b_q-1位相同，而与第b_q位不同。节点p与q相邻当且仅当bin_m(p)与bin_m(q)有一位不同。

（4）超正八面体、正二十面体保护拓扑构造方法：

对于给定的物理网络拓扑，记找出的最大哈密尔顿圈节点数为M，令

其中m≥4如果

则形成的正多面体为完全超正八面体或正二十面体H_m，否则形成的是非完全超正八面体或非完全超正二十面体。令

其中

用bin_m(n)表示整数n的m位二进制串，则bin_m(n)＝(a_m-1，a_m-2，...，a₁，a₀)，即从左到右，第一位为a_m-1，第二位为a_m-2，第m位为a₀，如果其中的第b₁位、第b₂位、…、第b_k位为1，则所形成的m维超正八面体共有k个非空子正八面体H₁、H₂、...、H_k,其维数分别为m-b₁+3、m-b₂+3、...、m-b_k+3，其中子正八面体H₁的节点标号从0到

第p个非空子正八面体H_p包括标号从 $3*2^{m-b_1}+\·\·\·+3*2^{{m-b}_{p-1}}$ 到 ${3*2}^{m-b_1}+\·\·\·{+3*2}^{{m-b}_{p-1}}+3*2^{{m-b}_p}-1$ 的节点。对每一节点p，我们可以计算出p所在的子正八面体：节点p位于子正八面体H_q中当且仅当m位二进制数bin_m(p)与bin_m(n)的前b_q-1位相同，而与第b_q位不同。节点p与q相邻当且仅当bin_m(p)与bin_m(q)有一位不同。

或所形成的m维超正二十面体共有k个非空子正二十面体H₁、H₂、…、H_k，其维数分别为m-b₁+3、m-b₂+3、...、m-b_k+3，其中子正二十面体H₁的节点标号从0到

第p个非空子正二十面体H_p包括标号从到 ${3*2}^{m-b_1}+\·\·\·{+3*2}^{{m-b}_{p-1}}+3*2^{{m-b}_p}-1$ 的节点。对每一节点p，计算出p所在的子正二十面体：节点p位于子正二十面体H_q中当且仅当m位二进制数bin_m(p)与bin_m(n)的前b_q-1位相同，而与第b_q位不同。节点p与q相邻当且仅当bin_m(p)与bin_m(q)有一位不同。

上述超正多面体保护拓扑的构造中，对于节点间的连接，设计有物理连接与逻辑连接。物理连接就是逻辑网络拓扑中的相邻节点之间的链路，即物理网络中的一条链路，逻辑连接的形成采取实用策略，即当传输需要时，可以由多条相关物理链路组成。物理连接与逻辑连接的建立最大限度地利用了正多面体的连接特性，同时也使逻辑连接的建立变得简单而有效，并解决了节点在传输时中途退出引发的问题。

网络中每条链路的资源根据用途可以粗略的分为:工作资源和空闲资源。链路上被业务占用的资源称为工作资源，链路上没有被任何业务占用的资源称为空闲资源。网络中空闲资源的分配情况不但直接影响到网络故障的保护能力而且对保护时间也有一定影响。空闲资源的占有率越高，网络的故障保护能力越强，但是网络的成本也越高，因此，如何合理地分配网络的空闲资源，使之既能满足保护性能的要求，又能最大程度地节约成本，这是一个最优化问题。

多面体保护方案是通过在网络空闲资源中预先建立多面体为链路故障提供保护，因此必需为构造出来的备选多面体分配空闲资源，才能使备选多面体真实的配置到网络中，为网络链路上的工作资源提供保护通路。一个配置了空闲资源的多面体，可以同时为体上链路的工作资源和跨接链路的工作资源提供保护。

首先假定网络中每条链路的空闲资源无限多，链路上能被用于保护的资源至少不小于所有的工作资源，然后合理的配置多面体，为网络中每条链路上的工作资源提供100%的保护，最终目的是使得配置多面体所需要预留的空闲资源最少。使配置的多面体所占用的空闲资源总和最小，也就是使网络的成本最低化。

步骤S2具体包括：

S21、初始化网络中未被保护的工作资源矩阵A（即工作资源构成的矩阵），确定网络所有的工作资源为未被保护的工作资源分布，初始化网络预留空闲资源G_r，设置网络中每条链路的最初预留空闲资源为零，也就是没有预留任何空闲资源，则修正未被保护的工作资源网络G_u（即工作资源构成的网络）中每条链路代价为1，在这里代表1跳，并且在修改后的网络G_u中根据多面体中节点个数与节点度数之间关系，构造多面体保护拓扑（如果不能在未被保护的工作资源网络G_u中构造出证多面体，至少能构造出不完全正多面体），在多面体保护拓扑中计算未被保护的工作资源网络G_u中未被保护的工作资源的最大值并存储记为MAX_-c，首先修改网络中每条链路的未被保护的工作资源c为MAX_-c十1—c，并将修改后的未被保护的工作资源网络G_u记作G_u’，对多面体保护拓扑中未被保护的工作资源最多的链路，修改该链路在预留空闲资源G_r中对应边的预留波长数w为w十1，即该多面体分配的容量为1个波长，对未被保护的工作资源网络G_u中的链路，修改对应边的未被保护的工作波长数w’，若链路是体上的边，则修改为w’—1，若链路是体的跨接边，则修改为w’—N，N—1为能保护的并发多故障数，其它情况不改变链路未被保护的工作波长数，这样，为该多面体分配的容量C为1个波长，也就实现了在未被保护的工作资源网络G_u更新该多面体可以保护的工作资源。若波长数w’小于1，说明该链路上已经没有未被保护的工作资源，则将该链路在未被保护的工作资源网络G_u中对应的边从网络中删除；其中，链路上被业务占用的资源称为工作资源；

S22、遍历网络中每条链路上的未被保护的工作资源，判断网络中是否还存在未被保护的工作资源，若在未被保护的工作资源网络G_u中还有链路上未被保护的工作资源，说明网络还需要继续配置资源，则转步骤S21，否则，在未被保护的工作资源网络G_u中所有的链路的未被保护的资源都为零，说明配置的多面体已经实现对网络并发故障的100%保护，因此才转入步骤S23；

S23、当光网络物理拓扑图中节点c’和节点d之间的节点或链路中出现N-1个并发故障时，在完成空闲资源预留的N’条链路中找出一条保护链路，对节点c’与节点d之间的故障进行保护倒换，即把业务从故障链路倒换到保护链路，如果没有完成保护倒换则在多面体保护拓扑中把发生故障的边删除，再构造多面体保护拓扑进行资源配置即转入步骤S21，找出给定节点间的无故障链路进行多故障保护。

以COST239为例说明本发明中的方法。

先找出如图2的网络中的哈密尔顿圈，这个圈有11个节点，满足

其中m≥4，所以可以形成一个不完全正二十面体保护拓扑。

所形成的不完全正二十面体如图3所示，根据上述方法对多面体体上的链路L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10、L11、L12、L13、L14、L15、L17、L18、L19、L20、L21、L22、L24、L25、L26配置空闲资源，而对体内跨接链路L1、L16、L22、L23只需配置工作资源无需配置空闲资源即可用体上的空闲资源保护。在多面体保护拓扑图3中任意2个节点间可以找到最少4条不相交的并行链路。例如节点10和节点5之间，有四条不相交的链路：（1）L4，L2，L21，L13;(2)L6，L8，L12;(3)L7，L24，L19，L14;(4)L25，L15。节点0和节点4之间有五条不相交的链路：(1)L1，L8，L16;(2)L2，L21，L17;(3)L3，L20;(4)L4，L25，L15，L14;(5)L5，L19。

如图3所示，链路L4，L6，L7同时发生故障，节点10和节点5之间还有链路L25，L15连通，利用其上配置的空闲资源就完成了多故障的保护。在多故障的光网络中这种方法比以前各种方法能更准确快速的找出可用的保护路径，可以对m-1个故障进行保护，说明了本发明的正确性和有效性。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种基于多面体拓扑结构的光网络共享保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、判断在光网络物理拓扑图中是否能生成哈密尔顿圈，若是，则生成哈密尔顿圈，且进一步判断所生成的哈密尔顿圈是否为所述拓扑图中最大的哈密尔顿圈，若是最大的哈密尔顿圈，则执行步骤S2；

S2、根据多面体中节点个数与节点度数之间关系，构造多面体保护拓扑，并对所生成的多面体保护拓扑中的多面体上的链路预留空闲资源，从而实现并发多故障保护，其中，链路上没有被任何业务占用的资源称为空闲资源；

其中，步骤S2具体包括：

S21、初始化网络中未被保护的工作资源矩阵A，确定网络所有的工作资源为未被保护的工作资源分布，初始化网络预留空闲资源G_r，设置网络中每条链路的最初预留空闲资源为零，修正未被保护的工作资源网络G_u中每条链路代价为1，在这里代表1跳，并且在修改后的网络G_u中根据多面体中节点个数与节点度数之间关系，构造多面体保护拓扑，在多面体保护拓扑中计算未被保护的工作资源网络G_u中未被保护的工作资源的最大值并记为MAX_-c，首先修改网络中每条链路的未被保护的工作资源c为MAX_-c+1—c，并将修改后的未被保护的工作资源网络G_u记作G_u’，对多面体保护拓扑中未被保护的工作资源最多的链路，修改该链路在预留空闲资源G_r中对应边的预留波长数w为w+1，即该多面体分配的容量为1个波长，对未被保护的工作资源网络G_u中的链路，修改对应边的未被保护的工作波长数w’，若链路是体上的边，则修改为w’—1，若链路是体的跨接边，则修改为w’—N，N—1为能保护的并发多故障数，其它情况不改变链路未被保护的工作波长数，这样，为该多面体分配的容量C为1个波长，若波长数w’小于1，则将该链路在未被保护的工作资源网络G_u中对应的边从网络中删除；其中，链路上被业务占用的资源称为工作资源；

S22、遍历网络中每条链路上的未被保护的工作资源，判断网络中是否还存在未被保护的工作资源，若在未被保护的工作资源网络G_u中还有链路上未被保护的工作资源，则转步骤S21，否则，在未被保护的工作资源网络G_u中所有的链路的未被保护的资源都为零，才转入步骤S23；

S23、当光网络物理拓扑图中节点c’和节点d之间的节点或链路中出现N-1个并发故障时，在完成空闲资源预留的N’条链路中找出一条保护链路，对节点c’与节点d之间的故障进行保护倒换，即把业务从故障链路倒换到保护链路，如果没有完成保护倒换则在多面体保护拓扑中把发生故障的边删除，再构造多面体保护拓扑进行资源配置即转入步骤S21，找出给定节点间的无故障链路进行多故障保护。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，若判断在光网络物理拓扑图中不能生成哈密尔顿圈，则采用故障恢复技术进行多故障恢复。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若构造超正六面体保护拓扑，则构造方法如下：

对于给定的物理拓扑图，记找出的最大哈密尔顿圈的节点数为M，令

其中

表示向下取整，m表示节点的度数，m≥1，如果m=log₂M，则形成的正多面体为完全超正六面体H_m，否则形成的是非完全超正六面体，令其中a_i=0或1，用bin_m（n）表示整数n的m位二进制串，则bin_m（n）=（a_m-1，a_m-2，...,a₁，a₀），即从左到右，第一位为a_m-1，第二位为a_m-2，第m位为a₀，如果其中的第b₁位、第b₂位、…、第b_k位为1，则所形成的m维超正六面体共有k个非空子正六面体H₁、H₂、…、H_k，其维数分别为m-b₁、m-b₂、…、m-b_k，其中子正六面体H₁的节点标号从0到

第p个非空子正六面体H_p包括标号从 $2^{m-b_1}+\·\·\·+2^{{m-b}_{p-1}}$ 到 $2^{m-b_1}+\·\·\·{+2}^{m-b_{p-1}}+2^{{m-b}_p}-1$ 的节点，对每一节点p，计算出p所在的子正六面体：节点p位于子正六面体H_q中，当且仅当m位二进制数bin_m（p）与bin_m（n）的前b_q-1位相同，而与第b_q位不同；节点p与q相邻，当且仅当bin_m（p）与bin_m（q）有一位不同，其中，k、p、q、b_p、b_q、b₁～b_k都是非负整数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若构造超正四面体保护拓扑，则构造方法如下：

对于给定的物理拓扑图，记找出的最大哈密尔顿圈的节点数为M，令

其中

表示向下取整，其中m≥3，如果m=1+log₂M，则形成的正多面体为完全超正四面体H_m，否则形成的是非完全超正四面体，令

a_i=0或1，用bin_m（n）表示整数n的m位二进制串，则bin_m（n）=（a_m-1，a_m-2，...,a₁，a₀），即从左到右，第一位为a_m-1，第二位为a_m-2，第m位为a₀，如果其中的第b₁位、第b₂位、…、第b_k位为1，则所形成的m维超正四面体共有k个非空子正四面体H₁、H₂、…、H_k，其维数分别为m-b₁+1、m-b₂+1、…、m-b_k+1，其中子正四面体H₁的节点标号从0到

第p个非空子正四面体H_p包括标号从 $2^{m-b_1}+\·\·\·+2^{{m-b}_{p-1}}$ 到 $2^{m-b_1}+\·\·\·{+2}^{m-b_{p-1}}+2^{{m-b}_p}-1$ 的节点，对每一节点p，计算出p所在的子正四面体：节点p位于子正四面体H_q中，当且仅当m位二进制数bin_m（p）与bin_m（n）的前b_q-1位相同，而与第b_q位不同；节点p与q相邻，当且仅当bin_m（p）与bin_m（q）有一位不同，其中，k、p、q、b_p、b_q、b₁～b_k都是非负整数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若构造超正十二面体保护拓扑，则构造方法如下：

对于给定的物理网络拓扑，记找出的最大哈密尔顿圈的节点数为M，令

其中表示向下取整，其中m≥3，如果

则形成的正多面体为完全超正十二面体H_m，否则形成的是非完全超正十二面体；令

其中a_i=0或1，用bin_m（n）表示整数n的m位二进制串，则bin_m（n）=（a_m-1，a_m-2，...,a₁，a₀），即从左到右，第一位为a_m-1，第二位为a_m-2，第m位为a₀，如果其中的第b₁位、第b₂位、…、第b_k位为1，则所形成的m维超正十二面体共有k个非空子正十二面体H₁、H₂、…、H_k，其维数分别为m-b₁+1、m-b₂+1、…、m-b_k+1，

其中，子正十二面体H₁的节点标号从0到

第p个非空子正十二面体H_p包括标号从

到

的节点，对每一节点p，我们可以计算出p所在的子正十二面体：节点p位于子正十二面体H_q中，当且仅当m位二进制数bin_m（p）与bin_m（n）的前b_q-1位相同，而与第b_q位不同；节点p与q相邻，当且仅当bin_m（p）与bin_m（q）有一位不同，其中，k、p、q、b_p、b_q、b₁～b_k都是非负整数。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若构造超正八面体保护拓扑，则构造方法如下：

对于给定的物理网络拓扑，记找出的最大哈密尔顿圈的节点数为M，令

其中

表示向下取整，其中m≥4，如果

则形成的正多面体为完全超正八面体或正二十面体H_m，否则形成的是非完全超正八面体或非完全超正二十面体，令

其中a_i=0或1，用bin_m（n）表示整数n的m位二进制串，则bin_m（n）=（a_m-1，a_m-2，...,a₁，a₀），即从左到右，第一位为a_m-1，第二位为a_m-2，第m位为a₀，如果其中的第b₁位、第b₂位、…、第b_k位为1，则所形成的m维超正八面体共有k个非空子正八面体H₁、H₂、…、H_k，其维数分别为m-b₁+3、m-b₂+3、…、m-b_k+3，

其中子正八面体H₁的节点标号从0到

第p个非空子正八面体H_p包括标号从

到

的节点，对每一节点p，计算出p所在的子正八面体：节点p位于子正八面体H_q中，当且仅当m位二进制数bin_m（p）与bin_m（n）的前b_q-1位相同，而与第b_q位不同；节点p与q相邻，当且仅当bin_m（p）与bin_m（q）有一位不同，其中，k、p、q、b_p、b_q、b₁～b_k都是非负整数。

7.如权利要求1～6中任一项所述的方法，其特征在于，若构造超正二十面体保护拓扑，则构造方法如下：

对于给定的物理网络拓扑，记找出的最大哈密尔顿圈的节点数为M，令

其中

表示向下取整，其中m≥4，如果则形成的正多面体为完全超正八面体或正二十面体H_m，否则形成的是非完全超正八面体或非完全超正二十面体，令

其中a_i=0或1，用bin_m（n）表示整数n的m位二进制串，则bin_m（n）=（a_m-1，a_m-2，...,a₁，a₀），即从左到右，第一位为a_m-1，第二位为a_m-2，第m位为a₀，如果其中的第b₁位、第b₂位、…、第b_k位为1，则所形成的m维超正二十面体共有k个非空子正二十面体H₁、H₂、…、H_k，其维数分别为m-b₁+3、m-b₂+3、…、m-b_k+3，其中子正二十面体H1的节点标号从0到

第p个非空子正二十面体H_p包括标号从 $3*2^{m-b_1}+\·\·\·+3*2^{{m-b}_{p-1}}$ 到 ${3*2}^{m-b_1}+\·\·\·{+3*2}^{{m-b}_{p-1}}+3*2^{{m-b}_p}-1$ 的节点，对每一节点p，计算出p所在的子正二十面体：节点p位于子正二十面体H_q中，当且仅当m位二进制数bin_m（p）与bin_m（n）的前b_q-1位相同，而与第b_q位不同；节点p与q相邻，当且仅当bin_m（p）与bin_m（q）有一位不同，其中，k、p、q、b_p、b_q、b₁～b_k都是非负整数。

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