CN102487352B - 业务分配方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种业务分配方法及装置，其中，业务分配方法包括：确定网络信息和业务需求；按照业务需求，使用改进的路由算法进行选路，并对网络资源进行预留分配；以及沿着选路后的路径逐个节点分配入标签和出标签，建立一条对应所述路径的标签转发路径(LSP)信息。上述业务分配方法及装置，通过使用改进的路由算法进行选路，较好地实现了在考虑QoS的同时，也保证了业务分配实际效率和可行性。

Description

业务分配方法及装置

技术领域

本发明涉及网络规划技术，尤其涉及一种业务分配方法及装置。

背景技术

随着网络电话(VoIP)、视频点播、IP虚拟专用网络(VPN)等新兴业务的发展，通信网络日益IP化、宽带化、智能化，传统的同步数字体系(SDH)传送网显得力不从心，分组传送网(PTN)应运而生。它保持了适应数据业务的特性，如分组交换、统计复用、面向连接、分组服务质量(QoS)机制、全业务统一承载等；继承了SDH传送网的传统优势，如丰富的操作维护(OAM)、良好的同步性能、完善的保护倒换和恢复、强大的网络管理等。在PTN的具体技术实现上，多协议标签交换传送子集(Multi Protocol LabelSwitching-Transport Profile，MPLS-TP)已经成为多业务承载的关键技术，它是多协议标签交换(MPLS)的一个子集，其建立端到端面向连接的分组的传送管道——标签转发路径(Label Switch Path，LSP)，在其上按标签进行数据分组的转发。

因特网工程任务组(IETF)将QoS定义为在传输数据时网络满足一系列服务要求，包括带宽、延迟、丢包率的改进及不同组网的指定网络流量等，同时确保为每种流量提供的优先权不会阻碍其他流量的过程。QoS既是MPLS-TP技术中的一个综合指标，用于衡量用户对使用服务的满意程度；QoS又是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。为了满足大容量、高速率、电信级的传送网QoS需求，在传统的尽力服务(Best-Effort)模型之外，新的服务质量模型相继被提出，目前主要有整合服务模型(IntServ)、差分服务模型(DiffServ)等。较于完备细粒度的IntServ模型，DiffServ将业务分成若干等级保证服务质量，虽然简单但更加经济可行和便于扩展，因而得到更广泛的应用。此外，MPLS流量工程(MPLS-TrafficEngineering，MPLS-TE)技术是一种重要的QoS保证技术，该技术可用于疏导网络流量，解决流量的拥塞和不平衡，同时实现快速重路由。为了满足网络IP化、多业务、大容量、电信级的需求，很多PTN的实现方案都借鉴MPLS-TE实现了DiffServ模型的QoS控制机制。

尽管如此，由于在具体进行业务分配时所采用的路由算法出于效率的考虑，往往只考虑了少量的网络拓扑信息和路由度量，比如最广泛使用的开放式最短路算法(OSPF)就只参考了网络拓扑和链路代价信息，而QoS参数如带宽、延时等均没有涉及，在实施QoS参数要求严格的PTN传送网络规划时便会捉襟见肘。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种业务分配方法及装置，以实现在考虑QoS的同时，保证业务分配的实际效率和可行性。

本发明提出了一种业务分配方法，该方法包括：

确定网络信息和业务需求；

按照业务需求，使用改进的路由算法进行选路，并对网络资源进行预留分配；以及

沿着选路后的路径逐个节点分配入标签和出标签，建立一条对应所述路径的标签转发路径(LSP)信息。

优选地，上述业务分配方法可具有如下特点：

所述改进的路由算法为：

Cost(e)＝(K₁*Cost₀(e)+K₂*Cost_b(e))*Cost_d(e)

其中，Cost(e)为改进的链路代价，Cost₀(e)为传统的链路代价，Cost_b(e)为带宽代价度量，Cost_d(e)为延迟度量，K₁、K₂均为系数。

优选地，上述业务分配方法还可具有如下特点：

${\mathrm{Cost}}_b\left(e\right)=\frac{r\left(e\right)+b}{b\left(e\right)}$

${\mathrm{Cost}}_d\left(e\right)=\frac{k*d\left(e\right)}{d}$

其中，d(e)＝function(b(e)，r(e)，d)，b(e)为一条链路的总带宽，r(e)为链路的已用带宽，d(e)为一条链路的延迟值，k为正整数，b和d分别为业务需求带宽和时延上限。

优选地，上述业务分配方法还可具有如下特点：所述网络资源包括链路带宽。

优选地，上述业务分配方法还可具有如下特点：在所述按照业务需求，使用改进的路由算法进行选路，并对网络资源进行预留分配的处理中，

根据业务需求，删除网络中不能承载业务带宽的链路，得到导出图；

使用改进后的路由算法构造改进的链路代价，使用BF算法进行k次迭代计算，直至遍历完所有链路，计算出满足服务质量(QoS)要求的最短路径。

本发明还提供了一种业务分配装置，所述装置包括：

确定模块，用于确定网络信息和业务需求；

选路模块，用于按照业务需求，使用改进的路由算法进行选路，并对网络资源进行预留分配；以及

建立模块，用于沿着选路后的路径逐个节点分配入标签和出标签，建立一条对应所述路径的标签转发路径(LSP)信息。

优选地，上述业务分配装置可具有如下特点：

所述改进的路由算法为：

Cost(e)＝(K₁*Cost₀(e)+K₂*Cost_b(e))*Cost_d(e)

其中，Cost(e)为改进的链路代价，Cost₀(e)为传统的链路代价，Cost_b(e)为带宽代价度量，Cost_d(e)为延迟度量，K₁、K₂均为系数。

优选地，上述业务分配装置还可具有如下特点：

${\mathrm{Cost}}_b\left(e\right)=\frac{r\left(e\right)+b}{b\left(e\right)}$

${\mathrm{Cost}}_d\left(e\right)=\frac{k*d\left(e\right)}{d}$

其中，d(e)＝function(b(e)，r(e)，d)，b(e)为一条链路的总带宽，r(e)为链路的已用带宽，d(e)为一条链路的延迟值，k为正整数，b和d分别为业务需求带宽和时延上限。

优选地，上述业务分配装置还可具有如下特点：所述网络资源包括链路带宽。

优选地，上述业务分配装置还可具有如下特点：

所述选路模块，进一步用于根据业务需求，删除网络中不能承载业务带宽的链路，得到导出图；使用改进后的路由算法构造改进的链路代价，使用BF算法进行k次迭代计算，直至遍历完所有链路，计算出满足服务质量(QoS)要求的最短路径。

上述业务分配方法及装置，通过使用改进的路由算法进行选路，较好地实现了在考虑QoS的同时，也保证了业务分配实际效率和可行性。

附图说明

图1为本发明业务分配方法实施例的流程图；

图2为本发明业务需求的示意图；

图3为本发明对应图2所示的业务需求的网络拓扑结构图；

图4为本发明建立的LSP的路径信息示意图；

图5为本发明业务分配装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本发明通过对现有的最短路算法进行扩展，能够快速有效地针对业务请求进行路由、QoS保障和LSP建立等操作，实现了在考虑QoS的同时，也保证了业务分配的实际效率和可行性。

QoS信息包括带宽、延迟、抖动和丢包率等等，除了得到这些参数确切值的困难，还要在满足这些所有要求的前提下寻找一条最优路由的问题是多项式复杂程度的非确定性问题(NP完全问题)。尽管如此，通过对网络设备实际性能的统计估算，可以得到这些信息，把它们转换到链路代价中，并对最短路算法进行扩展，可以得到一个启发式的算法。在本发明的实施例中只考虑QoS信息中的带宽和延时参数，其他的参数也可以转换，其使用的思想是相同的，此处不详细介绍；最短路算法基于图论中的Dijkstra算法(简称D算法)或Bellman-Ford算法(简称BF算法)，D算法对节点遍历，而BF算法对边遍历，并且具有层次性——每一层迭代可能得到对应跳数的一条路径。

给定一个网络G(V，E)，V为节点集，E为链路集，假定B为每条链路的总带宽集合，R为链路的已用带宽集合，D为一个每条链路的延迟值集合(实际网络延迟包含光纤传输延迟和节点处理的延迟，此处组合为一个值)，b(e)为一条链路的总带宽，r(e)为链路的已用带宽，d(e)为一条链路的延迟值，b和d分别为业务需求带宽和时延上限。同时还有每条链路长度集合L和单位长度代价A{α}，链路代价构造如下：

Cost(e)＝(K₁*Cost₀(e)+K₂*Cost_b(e))*Cost_d(e)            (1)

其中，Cost₀(e)＝l(e)*α                                (2)

${\mathrm{Cost}}_b\left(e\right)=\frac{r\left(e\right)+b}{b\left(e\right)}---\left(3\right)$

上式等号右边的括号中，第一项Cost₀(e)是传统的链路代价，第二项Cost_b(e)是带宽代价度量，第三项Cost_d(e)延迟度量的构造如下：

假设有s到t的一个请求，如果经过s路径P1＝{e1，e2，e3}或P2＝{e3，e4}都能到达t，如果假设每条链路的时延一样为d₀，两条路径的传统链路代价和带宽代价相同，即

$\underset{e\∈P1}{\mathrm{\Σ}}{K}_1*{\mathrm{Cost}}_0\left(e\right)+K_2*{\mathrm{Cost}}_b\left(e\right)=\underset{e\∈P2}{\mathrm{\Σ}}{K}_1*{\mathrm{Cost}}_0\left(e\right)+K_2*{\mathrm{Cost}}_b\left(e\right)---\left(4\right)$

很明显应该选择P2，因为P2的延时为而P1的延时为由此可见，在引入延度量时应该考虑路径跳数的影响，结合BF算法的特性，将k次迭代时的延时度量设为

${\mathrm{Cost}}_d\left(e\right)=\frac{k*d\left(e\right)}{d}---\left(5\right)$

在此基础上，应用BF算法可以得到更加符合QoS要求的路由。

式子(1)中的K₁和K₂为两种路由参量的权重，不同的值可以代表不同的路由策略偏好，在Cost_d(e)为1时，如果将K₁设置为0，就只考虑带宽，设置K₂为0算法就退化为原始的最小代价路由。链路的延时估计值可以设计成动态的，可以设置成类似

d(e)＝function(b(e)，r(e)，d)                    (6)

的形式，就可以动态地反映每个业务分配后的延时情况。此外，此算法属于启发式算法，前面分配的业务就可能由于后来的业务量增加致使延时带宽性能恶化，此类问题涉及负载均衡，留待后续研究扩展，可以设置一个较大的K₂值，为后来的需求预留一些资源。

如图1所示，为本发明业务分配方法实施例的流程图，该方法包括：

步骤101、确定网络信息和业务需求；

将PTN网络表示为一个有向网络图，包含链路集、点集，以及链路的长度、单位长度链路代价、总带宽、已用带宽和延迟等信息。现有一个业务需求，其包含源、目的节点，带宽和延迟上限(对应业务要达到DiffServ的QoS等级，参见表1)等；

表1 QoS等级表

步骤102、按照业务需求，使用改进的路由算法进行选路，并对网络资源进行预留分配；

该步骤可以包括：

步骤1021、根据业务需求，删除网络中不能承载业务带宽的链路，得到导出图；

步骤1022、将k设为1，记录一条默认最短路，代价为无穷大；

步骤1023、按照公式(1)构造改进的链路代价，使用BF算法进行第k次迭代计算：

a.如果得到源目的节点间的k跳最短路，且其代价之和小于默认最短路则替换之；

b.如果遍历完所有链路，转1024结束遍历，否则k加1，转步骤1023；

步骤1024、结束遍历，如果求得的最短路权值之和不为无穷，则为满足QoS要求的最短路径，更新链路容量并还原被删除的链路。

通过上述步骤1021-1024，可以得到符合QoS要求的最短路径；

步骤103、沿着选路后的路径逐个节点分配入标签和出标签，建立一条对应上述路径的标签转发路径(LSP)信息。

为每个节点分配入标签和出标签的目的是为了建立一条对应路径的LSP信息。

下面列举一实例来描述上述业务分配的过程，该过程包括：

步骤S10、确定网络信息和业务需求；

将网络表示为图G(E，V)，E为链路集，V为点集，L{l(e)}、A{α(e)}、B{b(e)}、R{r(e)}和D{d(e)}分别对应每条链路的长度、单位长度链路代价、总带宽、已用带宽和延迟；现有一个业务需求T(s，t，b，d)，其中，s和t分别为源节点和目标节点，b和d分别为带宽和延迟上限；业务需求可参见图2，与该业务需求对应的网络拓扑信息可参见图3；

步骤S20、根据步骤S10所确定的网络信息和业务需求，使用改进的路由算法进行业务路由，对网络资源(例如链路带宽)进行预留分配；

步骤S20具体可以包括以下步骤：

步骤S210、根据业务需求，删除网络中不能承载业务的带宽，即删除b(e)-r(e)＜b的链路，得到导出图；

步骤S220、将k设为1，记录一条默认最短路P，代价为无穷大；

步骤S230、按照式(1)构造链路代价，使用BF算法进行第k次迭代计算：

步骤S2310、如果得到s到t的k跳最短路P_k(s，t)，且其代价之和小于P，则替换之；

步骤S2320、如果遍历完所有链路，转S240结束遍历；否则，k加1，转S230；

步骤S240、结束遍历，如果P权值之和不为无穷，输出P为所求满足QoS要求的最短路径，更新链路容量并还原被删除的链路；

步骤S30、沿着路径P对应每个节点分配一个随机生成的标签，建立一条对应路径P的LSP信息，该LSP信息包含经过的节点链路、转发标签等，如图4所示，加粗部分标示出LSP的路径信息。

该随机生成的标签可以由入标签和出标签组成，以建立对应路径的LSP信息。

上述业务分配方法，通过使用改进的路由算法进行选路，较好地实现了在考虑QoS的同时，也保证了业务分配实际效率和可行性。

如图5所示，为本发明业务分配装置实施例的结构示意图，该装置包括确定模块51、选路模块52和建立模块53，其中，确定模块用于确定网络信息和业务需求；选路模块用于按照业务需求，使用改进的路由算法进行选路，并对网络资源进行预留分配；建立模块用于沿着选路后的路径逐个节点分配入标签和出标签，建立一条对应上述路径的标签转发路径(LSP)信息。

优选地，上述改进的路由算法为：

Cost(e)＝(K₁*Cost₀(e)+K₂*Cost_b(e))*Cost_d(e)

其中，Cost(e)为改进的链路代价，Cost₀(e)为传统的链路代价，Cost_b(e)为带宽代价度量，Cost_d(e)为延迟度量，K₁、K₂均为系数。

进一步地， 其中，d(e)＝function(b(e)，r(e)，d)，B为每条链路的总带宽集合，b(e)为一条链路的总带宽，R为链路的已用带宽集合，D为一个每条链路的延迟值集合，d(e)为一条链路的延迟值，E为链路集，k为正整数，b和d分别为业务需求带宽和时延上限。

另外，上述网络资源可以包括链路带宽等；上述选路模块可以进一步用于根据业务需求，删除网络中不能承载业务带宽的链路，得到导出图；使用改进后的路由算法构造改进的链路代价，使用BF算法进行k次迭代计算，直至遍历完所有链路，计算出满足服务质量(QoS)要求的最短路径。

上述业务分配装置所使用的改进的路由算法与上述业务分配方法实施例中使用的改进的路由算法相同，且完成业务分配的过程也相同，在此不赘述。

上述业务分配装置，通过确定模块确定网络信息和业务需求；通过选路模块按照业务需求，使用改进的路由算法进行选路，并对网络资源进行预留分配；通过建立模块沿着选路后的路径逐个节点分配入标签和出标签，建立一条对应上述路径的标签转发路径(LSP)信息，较好地实现了在考虑QoS的同时，也保证了业务分配的实际效率和可行性。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，上述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (6)

1.一种业务分配方法，其特征在于，所述方法包括：

确定网络信息和业务需求；

按照业务需求，使用改进的路由算法进行选路，并对网络资源进行预留分配；以及

沿着选路后的路径逐个节点分配入标签和出标签，建立一条对应所述路径的标签转发路径LSP信息；

所述改进的路由算法为：

Cost(e)(K₁*Cost₀(e)+K₂*Cost_b(e))*Cost_d(e)

其中，Cost(e)为改进的链路代价，Cost₀(e)为传统的链路代价，Cost_b(e)为带宽代价度量，Cost_d(e)为延迟度量，K₁为Cost₀(e)的权重，K₂为Cost_b(e)的权重；

${\mathrm{Cost}}_b\left(e\right)=\frac{r\left(e\right)+b}{b\left(e\right)}$

${\mathrm{Cost}}_d\left(e\right)=\frac{k*d\left(e\right)}{d}$

其中，d(e)function(b(e),r(e),d)，b(e)为一条链路的总带宽，r(e)为链路的已用带宽，d(e)为一条链路的延迟值，k为正整数，b和d分别为业务需求带宽和时延上限。

2.根据权利要求1所述的业务分配方法，其特征在于，所述网络资源包括链路带宽。

3.根据权利要求2所述的业务分配方法，其特征在于，在所述按照业务需求，使用改进的路由算法进行选路，并对网络资源进行预留分配的处理中，

根据业务需求，删除网络中不能承载业务带宽的链路，得到导出图；

使用改进后的路由算法构造改进的链路代价，使用贝尔曼—福德Bellman-Ford算法进行k次迭代计算，直至遍历完所有链路，计算出满足服务质量QoS要求的最短路径。

4.一种业务分配装置，其特征在于，所述装置包括：

确定模块，用于确定网络信息和业务需求；

选路模块，用于按照业务需求，使用改进的路由算法进行选路，并对网络资源进行预留分配；以及

建立模块，用于沿着选路后的路径逐个节点分配入标签和出标签，建立一条对应所述路径的标签转发路径LSP信息；

所述改进的路由算法为：

Cost(e)(K₁*Cost₀(e)+K₂*Cost_b(e))*Cost_d(e)

其中，Cost(e)为改进的链路代价，Cost₀(e)为传统的链路代价，Cost_b(e)为带宽代价度量，Cost_d(e)为延迟度量，K₁为Cost₀(e)的权重，K₂为Cost_b(e)的权重；

${\mathrm{Cost}}_b\left(e\right)=\frac{r\left(e\right)+b}{b\left(e\right)}$

${\mathrm{Cost}}_d\left(e\right)=\frac{k*d\left(e\right)}{d}$

其中，d(e)function(b(e),r(e),d)，b(e)为一条链路的总带宽，r(e)为链路的已用带宽，d(e)为一条链路的延迟值，k为正整数，b和d分别为业务需求带宽和时延上限。

5.根据权利要求4所述的业务分配装置，其特征在于，所述网络资源包括链路带宽。

6.根据权利要求5所述的业务分配装置，其特征在于：

所述选路模块，进一步用于根据业务需求，删除网络中不能承载业务带宽的链路，得到导出图；使用改进后的路由算法构造改进的链路代价，使用贝尔曼—福德Bellman-Ford算法进行k次迭代计算，直至遍历完所有链路，计算出满足服务质量QoS要求的最短路径。