CN102611573A - 一种缩短抗毁光网络内故障恢复时间的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缩短抗毁光网络内故障恢复时间的方法，通过考虑保护路径上的OXC设备的开关预配置状态，根据OXC设备开关的预置状态设置保护路径，在光网络恢复时，打交叉的OXC设备数量减少，所耗费的时间也相应减少，缩短了故障恢复的时间。本发明不仅可以得到环状网的恢复速度，并且也可获得格状网的灵活性，充分利用了两种网络的优势，也不会增大网络管理的复杂度。

Description

一种缩短抗毁光网络内故障恢复时间的方法

技术领域

本发明属于光网络生存性技术领域，更为具体地讲，涉及一种缩短抗毁光网络内故障恢复时间的方法。

背景技术

光网络生存性打破了传统网络安全的概念，其更加强调在网络经受攻击、故障或自然灾害的时候能够及时的恢复主要功能的能力。随着光网络上频繁的安全问题的出现，光网络生存性受到越来越多的关注且已成为当今网络理论研究的热点。然而，光网络生存性研究仍处于起始阶段，当前还未形成成熟的理论体系，缺少统一规范。对生存性网络的保护和恢复设计是一个难题。

光网络生存性的主要特性是当光网络遇到攻击或故障时，能够提供必要的恢复服务。完成这些恢复服务后，光网络应能维持原无故障时的基本性能参数，诸如数据完整性、隐秘性等等。

为了确保光网络故障后能提供主要服务的能力，生存性光网络必须有四个要素，包括对攻击的抵抗力、识别力、故障后的恢复能力、对未来风险的自适应处理能力。

光网络故障后的恢复能力主要采用光网络的P圈保护技术，这是一种新的保护方式，其将环(Ring)网的优势和格状(Mesh)网的优势结合起来，同时具有环网快速的恢复与格状网络很高的资源使用效率。P圈的概念可适用于各种类型的网络，例如WDM，IP，MPLS，SDH，SONET以及下一代具有智能的ASON网络。P圈保护是利用网状网中的空闲链路资源来预先设置环形通道，即P圈，它可以实现格状网络中的快速保护，同时允许工作通道在网络资源图上选择最短的直达路由。通常在光网络故障之前设置好P圈，并且预先设计出发生各种故障时P圈需进行的实时倒换动作。尽管在倒换功能及网络拓扑两方面，P圈保护和环网保护相似，但P圈保护与目前基于环的保护系统，包括1+1，单向通道保护环UPSR，双向线路倒换环BLSR，共享备用通路保护SBPP等并不相同，因为它不仅能对环上链路(on-cycle)的故障提供保护，还能为跨接链路(straddling span)的故障提供保护。

但是P圈保护有其局限性。在许多情况下，要获得高的资源利用率必须配置足够大的P圈。但实际光网络运行时，光链路是动态变化的，所以需要不断的调整P圈的尺寸，从而资源利用率也随着P圈的缩小而降低。网络服务商也需要不断的重新优化P圈的配置，这样就增大了光网络管理的负担。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种缩短抗毁光网络内故障恢复时间的方法，在减少恢复时间的同时，不增加光网络管理的负担。

为实现上述发明目的，本发明缩短抗毁光网络内故障恢复时间的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、在一个给定光网络G(V，N，W)中，为每一随机时刻到达的业务Tr分配网络资源：使用最短路径算法求取路径最短的工作路径，记为Pr，并为其分配一空闲波长，其中，V为节点集合，N为链路集合，W为波长集合；

(2)、将各业务的工作路径所占链路删除，用最短路径算法求取最短路径Br，最短路径Br所包含的节点集合记为Z；

(3)、节点集合Z与其邻接的所有节点组成节点集合Z’；

(4)、在节点集合Z’中找出一条路径P，使得工作路径Pr出现故障的情况下，启动这条路径P作为保护路径时，路径P上所有节点的OXC(光交叉连接，Optical Cross-connect)设备所耗费的平均交叉时间t_sw之和最小；

平均交叉时间t_sw为：

$t_{\mathrm{sw}}=\frac{m}{n+m}{t}_b---\left(1\right)$

其中，m为当前需要OXC做一次交叉才能完成切换的保护路径总量，n为不需OXC做交叉就可完成切换的保护路径总量，t_b为OXC做一次交叉所用时间。

作为本发明的进步改进，由于光网络中，节点集合Z’中的节点数量可能较大，在节点集合Z’中的节点构成的路径中需找路径P，需要计算的路径数量也也会非常巨大，这样，会增加寻找的时间，因此，在步骤(4)中，寻找路径P时，如果节点集合Z’中节点构成的路径数量超过设定阈值时，则在阈值数量路径范围内寻找路径P。

本发明的发明目的是这样实现的：

光网络的WDM层中OXC设备的打交叉来对业务进行切换所耗费的时间占去光网络恢复时间的一大部分，在5-10毫秒左右，对该参数进行优化对缩短恢复时间起到关键作用。本发明缩短抗毁光网络内故障恢复时间的方法，通过考虑保护路径上的OXC设备的开关预配置状态，根据OXC设备开关的预置状态设置保护路径，在光网络恢复时，打交叉的OXC设备数量减少，所耗费的时间也相应减少，缩短了故障恢复的时间。本发明不仅可以得到环状网的恢复速度，并且也可获得格状网的灵活性，充分利用了两种网络的优势，也不会增大网络管理的复杂度。

附图说明

图1是一种光网络在两种不同情况下的拓扑图；

图2是节点的OXC设备的内交叉状态图；

图3是本发明缩短抗毁光网络内故障恢复时间的方法一具体实施方式的流程图；

图4是本发明缩短抗毁光网络内故障恢复时间的方法一具体实施方式下保护路径寻找示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

在光网络中，能够快速恢复被故障中断的业务是生存性网络的首要要求，所以重点对业务故障下的切换时间、恢复时间等时间参数做研究，是一项重要的研究内容。光网络的WDM层中OXC设备的打交叉来对业务进行切换所耗费的时间占去恢复时间的一大部分，在5-10毫秒左右，对该参数进行优化对缩短恢复时间起到关键作用。

图1是一种光网络在两种不同情况下的拓扑图。

如图1所示的拓扑，在E点有分支。图1(a)中，拓扑中有工作路径Pr1即路径AD承载业务Tr1，工作路径Pr2即路径BC承载业务Tr2，此外，还有工作路径Pr1的保护路径P1即路径AED和工作路径Pr2的保护路径P1即路径BAEC。

在这里，假设正常情况下节点E的OXC设备的交叉打到了AED的方向，在工作路径Pr1故障的时候保护路径P1启动，节点E的OXC设备不用重新动作做交叉，但当工作路径Pr2故障时候，保护路径P2启动，这时节点E的OXC设备需要重新动作将交叉打在了AEC方向，那么业务Tr2切换到保护路径P2上所用的时间就应该加上节点E的重新动作的时间，使得业务Tr2的切换时间加长。

图1(b)中，正常情况下节点E的OXC设备的交叉打在了AEC的方向，工作路径Pr1的保护路径P1变为了路径ACD，这样无论工作路径Pr1，即业务Tr1还是工作路径Pr2，即业务Tr2故障，切换到保护路径P1或P2上时，节点E的OXC设备都不需要再重新动作做交叉。通过图1中的情况可知，光网络中的中间节点的OXC的正常情况下打交叉的方向影响到故障下业务恢复时间。

在本发明中，定义了一个时间参数，即平均交叉时间t_sw，平均交叉时间t_sw为：

$t_{\mathrm{sw}}=\frac{m}{n+m}{t}_b---\left(1\right)$

其中，m为当前需要OXC做一次交叉才能完成切换的保护路径总量，n为不需OXC做交叉就可完成切换的保护路径总量，t_b为OXC做一次交叉所用时间，参数t_b一般在5-10ms。

图2是节点的OXC设备的内交叉状态图。

如图2所示，光网络中有一中间节点的OXC设备，假设有m条保护路径经过i2到o1，n条保护路径经i1到o2，此时节点的OXC设备正交叉在i1o2上，那么那m条i2到o1的保护路径所保护的业务需要切换的时候，节点的OXC设备就要重新将打到i1o2的交叉给切换到i2o1上，那么这n+m条保护路径在节点上的平均打交叉的时间，即平均交叉时间t_sw就是式子(1)。

图3是本发明缩短抗毁光网络内故障恢复时间的方法一具体实施方式的流程图。

如图3所示，在本实施例中，本发明缩短抗毁光网络内故障恢复时间的方法包括：

(1)、读入光网络物理拓扑并初始化；

(2)、为到达的业务Tr分配网络资源：使用最短路由算法求取路径最短的工作路径Pr，并为其分配一空闲波长；

(3)、将工作路径Pr所占链路删除，用最短路径法求取最短路径Br，最短路径Br所包含的节点集合记为Z；

(4)、节点集合Z与其邻接的所有节点组成节点集合Z’；

(5)、在节点集合Z’中找出一条路径P，使得工作路径Pr出现故障的情况下，启动这条路径P作为保护路径时，路径P上所有节点的OXC(光交叉连接，OpticalCross-connect)设备所耗费的平均交叉时间t_sw之和最小；

(6)、等待业务到达，返回步骤(2)。

图4是本发明缩短抗毁光网络内故障恢复时间的方法一具体实施方式下保护路径寻找示意图。

图4所示是一个五节点的小型光网络，假设网络已经承载业务Tr2，且其工作路径为Pr2、保护路径为P2，在某时刻到来业务Tr1，如图4(a)所示，此时需要为业务Tr1分配工作路径Pr1和保护路径P1。工作路径Pr1依据最短路径算法求取，在本实施例中为AD。

删除工作路径Pr1所占链路业务，业务Tr1的保护通路的计算拓扑图更新为图4(b)。按照以下步骤求取保护路径P1：

a)、最短路由算法求出路径Br1，如图4(c)所示，路径Br1上的节点集合Z1为节点A、E和D，其中E为中间节点；节点集合Z1与其邻接的所有节点B、C组成节点集合Z1’；

b)、根据公式(1)，节点集合Z’中找到路径AED，计算该路径上节点的OXC设备的平均交叉时间t_sw，得节点E点的OXC设备的平均交叉时间t_sw：

$t_{\mathrm{sw}}=\frac{1}{2}{t}_b;$

其他节点A、B、C、D的平均交叉时间t_sw均为0；

c)、在拓扑图(b)中路径还可以选择路径AECD，如图4(d)所示，这条路径中，中间节点集合与也为E和C，与保护路径为P2相同，根据公式(1)，它们的OXC设备的平均交叉时间t_sw都为0；

d)、根据步骤b)和c)的结果进行比较，图4(d)中的路径P1所求平均交叉时间t_sw之和最小，故选取AECD作为业务Tr1的保护路径P1。

本发明创新之处在于利用中间节点的OXC设备的开关预置状态来设计光网络的保护路径，通过OXC设备的开关预置可将光网络内链路OXC的开关连成一个环状网，从而可实现在大型Mesh网内实现与环状网技术的结合，使得保护路径兼顾了环状网的快速恢复，减少了恢复时间，又具有Mesh网的灵活性。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种缩短抗毁光网络内故障恢复时间的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、在一个给定光网络G(V，N，W)中，为每一随机时刻到达的业务Tr分配网络资源：使用最短路径算法求取路径最短的工作路径，记为Pr，并为其分配一空闲波长，其中，V为节点集合，N为链路集合，W为波长集合；

(2)、将各业务的工作路径所占链路删除，用最短路径算法求取最短路径Br，最短路径Br所包含的节点集合记为Z；

(3)、节点集合Z与其邻接的所有节点组成节点集合Z’；

(4)、在节点集合Z’中找出一条路径P，使得工作路径Pr出现故障的情况下，启动这条路径P作为保护路径时，路径P上所有节点的OXC(光交叉连接，Optical Cross-connect)设备所耗费的平均交叉时间t_sw之和最小；

平均交叉时间t_sw为：

$t_{\mathrm{sw}}=\frac{m}{n+m}{t}_b$

其中，m为当前需要OXC做一次交叉才能完成切换的保护路径总量，n为不需OXC做交叉就可完成切换的保护路径总量，t_b为OXC做一次交叉所用时间。

2.根据权利要求1所述的缩短抗毁光网络内故障恢复时间的方法，其特征在于，在步骤(4)中，寻找路径P时，如果节点集合Z’中节点构成的路径数量超过设定阈值时，则在阈值数量路径范围内寻找路径P。

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