CN103051537B - Ip电路业务传输调度方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种IP电路业务传输调度方法和系统，该方法包括步骤：计算IP电路需求对的第一最短路由路径和第二最短路由路径；并根据其建立电路拓扑矩阵，所述电路拓扑矩阵的行对应各个IP电路需求对，列对应IP电路网络上的边；利用设定的翻转变量对所述电路拓扑矩阵的行进行属性翻转，获取当所述电路拓扑矩阵各列中为主备用属性的边达到设定数量时，所述电路拓扑矩阵对应的最优翻转变量；根据所述最优翻转变量对所述电路拓扑矩阵进行翻转得到最优电路拓扑矩阵，根据所述最优电路拓扑矩阵对IP电路业务传输进行调度。本发明的技术，可以实现IP电路业务传输调度过程智能化，调度成本低、效率高，而且可以给出更优化的调度方案，调度效果好。

Description

IP电路业务传输调度方法和系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种IP电路业务传输调度方法和系统。

背景技术

目前进行IP电路路由业务调度时，通常采用人工的经验进行调度。人工的设计只能设计出一种可行的方案，无法给出最优的方案，因此比较浪费资源和财力。

IP电路业务调度中，一般将城市看成是节点，城市间的线路看成是边，这样城市间的线路(如光缆)就构成一个网络结构。一般而言，在核心节点城市包括两个站点，为保护数据链路的规划和维护、保护网络建设和维护管理以及节省长长中继的使用，将线路划分为主用属性、备用属性及同时具有主用和备用的主备用属性三种。为使网络更加安全，在电路结构中应尽量避免同时具有主用和备用属性。

目前在安排IP网电路路由业务时，主要依赖人工经验完成。对于每对电路需求，首先人工寻找到2条完全分开的路由，然后再指配路由及电路的属性，这种技术，主要依赖人工设计，工作量大、耗时长，调度成本高、效率低，而且只能给出一个可行方案，难以找到最优的调度方案，调度效果差。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种调度成本低、效率高及调度效果更好的IP电路业务传输调度方法和系统。

一种IP电路业务传输调度方法，包括如下步骤：

计算各个IP电路需求对在IP电路网络上相互不重复的第一最短路由路径和第二最短路由路径；其中，所述第一最短路由路径经过的边为主用属性、第二最短路由路径经过的边为备用属性；

根据所有IP电路需求对对应的第一最短路由路径、第二最短路由路径建立电路拓扑矩阵，所述电路拓扑矩阵的行对应各个IP电路需求对，列对应IP电路网络上的边；

利用设定的翻转变量对所述电路拓扑矩阵的行进行属性翻转，获取当所述电路拓扑矩阵各列中为主备用属性的边达到设定数量时，所述电路拓扑矩阵对应的最优翻转变量；

根据所述最优翻转变量对所述电路拓扑矩阵进行翻转得到最优电路拓扑矩阵，根据所述最优电路拓扑矩阵对IP电路业务传输进行调度。

一种IP电路业务传输调度系统，包括：

双路由计算模块，用于计算各个IP电路需求对在IP电路网络上相互不重复的第一最短路由路径和第二最短路由路径；其中，所述第一最短路由路径经过的边为主用属性、第二最短路由路径经过的边为备用属性；

矩阵创建模块，用于根据所有IP电路需求对对应的第一最短路由路径、第二最短路由路径建立电路拓扑矩阵，所述电路拓扑矩阵的行对应各个IP电路需求对，列对应IP电路网络上的边；

变量计算模块，用于利用设定的翻转变量对所述电路拓扑矩阵的列进行属性翻转，获取当所述电路拓扑矩阵各列中为主备用属性的边达到设定数量时，所述电路拓扑矩阵对应的最优翻转变量；

调度模块，用于根据所述最优翻转变量对所述电路拓扑矩阵进行翻转得到最优电路拓扑矩阵，根据所述最优电路拓扑矩阵对IP电路业务传输进行调度。

上述IP电路业务传输调度方法和系统，充分考虑实际的需求，从优化的角度来安排调度，首先计算最短双路由路径，能有效地抵抗线路中断对数据网的影响，使得网络更加安全，同时，将矩阵和属性结合起来，充分地利用了矩阵的优势，建立电路拓扑矩阵，在满足约束条件下求取最优翻转变量对电路拓扑矩阵进行翻转处理，求得最优电路拓扑矩阵，进而得到IP电路路由业务调度的最佳调度方案，实现调度过程智能化，调度成本低、效率高，而且可以给出更优化的调度方案，调度效果好。

附图说明

图1为一个实施例的IP电路业务传输调度方法流程图；

图2为一个实施例的IP电路业务传输调度方系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的IP电路业务传输调度方法的具体实施方式作详细描述。

图1示出了一个实施例的IP电路业务传输调度方法流程图，主要包括如下步骤：

步骤S10：计算各个IP电路需求对在IP电路网络上相互不重复的第一最短路由路径和第二最短路由路径；其中，所述第一最短路由路径经过的边为主用属性、第二最短路由路径经过的边为备用属性。

在本步骤中，主要是设计双路由路径来抵抗线路(一般为光缆)中断对数据网产生的影响，使网络更加安全有效。

通过线路完全分开的双路由路径，即两条路由路径间不允许存在重复的线路，允许线路经过同一个节点(一般将城市作为一个节点)，节点之间的线路为路径，则节点之间的线路距离即为节点间的权值，据此，将IP电路业务传输调度方案转换为带权值的网络优化方案，即在通信网络图上寻找一对边不重复的最短路由路径。

在一个实施例中，计算过程包括如下步骤：

步骤S101，根据IP电路需求对确定IP电路网络的起点(包括第一起点和第二起点)与终点(包括第一终点和第二终点)，利用Dijkstra算法计算从所述起点到终点的最短路由路径，得到第一最短路由路径。

其中，IP电路需求对即工程上同时存在的两条路由路径，其起点和终点可以相同，也可以完全不同；当起点和终点相同时，第一起点与第二起点指代同一起点，第一终点与第二终点指代同一终点。

步骤S102，将IP电路网络的第一最短路由路径删除；具体的，通过删除可以避免路径重复。

步骤S103，利用Dijkstra算法计算第二起点到第二终点的最短路由路径，得到第二最短路由路径。

基于Dijkstra算法可以找到一条从起点到其它各个节点的最短路径，而通过上述实施例的步骤，可以得到两条完全分开的最短路由路径。对所有的IP电路需求对分别执行上述求解最短双路由过程，即可得到所有的IP电路可经过的最短双路由路径。

步骤S20：根据所有IP电路需求对对应的第一最短路由路径、第二最短路由路径建立电路拓扑矩阵，所述电路拓扑矩阵的行对应各个IP电路需求对，列对应IP电路网络上的边。

在本步骤中，主要是设计数学模型，用于调节在IP电路网络的边属性，使得IP电路中的线路被设为主备用属性的边的数量最少，从而提高了调度方案的安全性。

具体的，由于节点一般都具有主用、备用或者主备用属性，从而决定了其对应在IP电路网络上的边也是具有主用、备用或者主备用属性三种情况。

将第一最短路由路径的各条边的属性设置为主用属性，将第二最短路由路径的各条边的属性设置为备用属性，对所有的IP电路均执行上述设置。然后对各对路由的第一最短路由路径和第二最短路由路径的各条边依据设定的方式进行赋值，即进行“0”“1”“-1”赋值，可得到一个电路拓扑矩阵，记为H，该矩阵的行是IP电路业务的电路需求对数n，列是在通信网络图中边的条数m。

例如，对与第i对路由，若其经过的边为主用属性，则矩阵H的第i行相对应的列记为“1”，同理，若其经过的边为备用属性，则矩阵H的第i行相对应的列记为“-1”，没有经过的边，记为“0”。据此，可以建立一个n行m列的电路拓扑矩阵H，例如：

$H=\left[\begin{array}{c}0011-10-100-100-10001100\\ 110-1011-1-1000000000-10\end{array}\right]$

则对于上述电路需求对的路由路径，第一最短路由路径经过了第3、4、17、18条边，且为主用属性；第二最短路由路径经过了第5、7、10、13条边，且为备用属性，其中，第4条边具有主备用属性。

步骤S30：利用设定的翻转变量对所述电路拓扑矩阵的行进行属性翻转，获取当所述电路拓扑矩阵各列中为主备用属性的边达到设定数量时，所述电路拓扑矩阵对应的最优翻转变量。

在本步骤中，主要是通过设置翻转变量，用于对电路拓扑矩阵进行翻转，从而调节电路拓扑矩阵使得其具有主备用属性的边的数量尽可能少。

在一个实施例中，首先设置用于对所述电路拓扑矩阵进行翻转的翻转变量，再求取翻转变量中的一个最优取值，即最优翻转变量，使得根据该最优翻转变量对电路拓扑矩阵进行翻转后，电路拓扑矩阵中各列所对应的IP电路网络上为主备用属性的边的数量尽可能少。

具体的翻转的过程，即对电路拓扑矩阵的各列元素执行修改，例如要将第i对电路需求对的属性互换，则将电路拓扑矩阵的第i行乘以-1，最后使得电路拓扑矩阵的每一列中异号的个数最少。

据此，可以建立0-1整数非线性规划属性模型，具体地，设置翻转变量Y，其中Y为n维向量，即Y＝Y₁,Y₂,…Y_i；i＝1,2,…n，其定义可以表示如下：

为了便于模型的求解，设0-1变量X_i,i＝1,…,n，则X＝(X₁,X₂,…,X_n)，要将Y_i转换0-1变量X_i，即令Y_i＝2X_i-1。

电路拓扑矩阵记为H，要使IP电路网络上为主备用属性的边的数量尽可能少，即要求电路拓扑矩阵H中每列的异号总数尽可能少，即计算的值，对于电路拓扑矩阵H来说，若该值为0，则说明电路拓扑矩阵H的第j列中的非零元素全部同号，若该值小于0，则说明电路拓扑矩阵H的第j列中的非零元素存在异号，而由于该值不大于0，据此，设置分段函数F_j,j＝1,…,m，当时，F_j为0，当时，F_j为1，即

本实施例中是要求电路拓扑矩阵H的每列中异号的总数最少，即要求解目标函数：对于建立的0-1整数非线性规划属性模型，具体如下：

$\min \underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{F}_j$

Y_i＝2X_i-1,i＝1,…,n

X_i∈{0,1}

式中，为目标函数，其余部分为约束条件。

求解上述目标函数，得到的Y值就是最优翻转变量。由于目标函数为单目标优化，为了提高求解所述目标函数的准确性，作为一个优选的实施例，可以采用遗传算法进行求解，具体计算过程如下：

步骤S301，根据所述整数非线性规划属性模型建立适应度函数，所述适应度函数为 $f\left(x\right)=-\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{F}_j;$

步骤S302，以向量X的元素为个体产生设定数量的初始种群，作为产生最优翻转变量的原始翻转变量。

在本实施例中，由于变量X为n维的向量，所以无需进行编码过程，可以直接将变量X中的元素作为个体，产生初始种群。

步骤S303，根据所述适应度函数值对种群中的个体进行遗传操作获得新个体，所述遗传操作包括选择、交叉及变异操作。

具体的，计算个体适应度函数值；根据个体的适应度函数值和选择原则进行选择操作；根据交叉原则和交叉概率进行双亲结合以产生后代；根据变异原则和变异概率，对个体进行变异，从而产生新的个体。

步骤S304，在预设终止条件时终止遗传操作，提取种群个体中最大的适应度函数值。

对于预设终止条件，根据实际情况而定，遗传操作次数越多，能找到最优结果的几率越大。设置一定操作次数，可以使得电路拓扑矩阵各列中为主备用属性的边达到设定数量范围内。

步骤S305，根据所述最大的适应度函数值获得最优翻转变量；具体的，在终止时适应度函数值对应的翻转变量即为最优翻转变量。

步骤S40：根据所述最优翻转变量对所述电路拓扑矩阵进行翻转得到最优电路拓扑矩阵，根据所述最优电路拓扑矩阵对IP电路业务传输进行调度。

在本步骤中，主要是获取最优电路拓扑矩阵，并根据其对IP电路业务传输进行调度。

在一个实施例中，步骤S40的调度过程具体包括如下步骤：

步骤S401，将最优翻转变量与电路拓扑矩阵进行相乘得到最优电路拓扑矩阵；具体的，若最优翻转变量的第i个基因为0，则相应电路拓扑矩阵H的第i行不变；若最优翻转变量的第i个基因为1，则相应电路拓扑矩阵H的第i行进行翻转，即电路拓扑矩阵H第i行乘以-1；通过翻转后，在该最优电路拓扑矩阵中，各列中包含1和-1的异号数量最少。

步骤S402，根据最优电路拓扑矩阵的各个元素对应的属性将IP电路网络的边设置为对应的主用属性、备用属性或主备用属性。

例如，“1”对应于主用属性，-1对应于备用属性，同时包括“1”和“-1”则为主备用属性，而为“0”时，表示路由路径没有经过该条边。

步骤S403，根据设置的IP电路网络的主用属性、备用属性或主备用属性对IP电路业务传输进行调度。

具体地，即根据上述设置好的的IP电路网络的主用属性、备用属性或主备用属性与IP电路进行对应，例如，可以将节点对应于城市的枢纽楼，而边对应于连接两个城市之间的光缆，然后得到具体IP电路业务传输调度方案，根据该方案对IP电路业务进行调度。

下面结合附图对本发明的IP电路业务传输调度方法的具体实施方式作详细描述。

图2示出了一个实施例的IP电路业务传输调度方系统结构图，主要包括：双路由计算模块、矩阵创建模块、变量计算模块以及调度模块。

双路由计算模块，用于计算各个IP电路需求对在IP电路网络上相互不重复的第一最短路由路径和第二最短路由路径；其中，所述第一最短路由路径经过的边为主用属性、第二最短路由路径经过的边为备用属性；

矩阵创建模块，用于根据所有IP电路需求对对应的第一最短路由路径、第二最短路由路径建立电路拓扑矩阵，所述电路拓扑矩阵的行对应各个IP电路需求对，列对应IP电路网络上的边；

变量计算模块，用于利用设定的翻转变量对所述电路拓扑矩阵的行进行属性翻转，获取当所述电路拓扑矩阵各列中为主备用属性的边达到设定数量时，所述电路拓扑矩阵对应的最优翻转变量；

调度模块，用于根据所述最优翻转变量对所述电路拓扑矩阵进行翻转得到最优电路拓扑矩阵，根据所述最优电路拓扑矩阵对IP电路业务传输进行调度。

在一个实施例中，所述双路由计算模块包括：第一路由计算单元、路径删除单元以及第二路由计算单元。

第一路由计算单元，用于根据IP电路需求对确定IP电路网络的起点与终点，利用Dijkstra算法计算从所述第一起点到第一终点的最短路由路径，得到第一最短路由路径。

路径删除单元，用于将IP电路网络的第一最短路由路径删除。

第二路由计算单元，用于利用Dijkstra算法计算第二起点到第二终点的最短路由路径，得到第二最短路由路径。

在一个实施例中，所述矩阵创建模块包括：模型建立单元和变量计算单元。

模型建立单元，用于根据所述电路拓扑矩阵建立整数非线性规划属性模型，所述模型包括如下：

$\min \underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{F}_j$

Y_i＝2X_i-1,i＝1,…,n

X_i∈{0,1}

式中，为目标函数，其余部分为约束条件。

变量计算单元，用于求解所述目标函数获得最优翻转变量。

在一个实施例中，所述变量计算单元包括：适应度函数设置单元、初始种群产生单元、遗传操作单元、最优个体提取单元以及翻转变量获取单元。

适应度函数设置单元，用于根据所述整数非线性规划属性模型建立适应度函数，所述适应度函数为

初始种群产生单元，用于以变量X的元素为个体产生设定数量的初始种群；

遗传操作单元，用于根据所述适应度函数值对种群中的个体进行遗传操作，所述遗传操作包括选择、交叉及变异操作；

最优个体提取单元，用于在预设终止条件时终止遗传操作，提取种群个体中最大的适应度函数值；

翻转变量获取单元，用于根据所述最大的适应度函数值获得最优翻转变量。

在一个实施例中，所述调度模块包括：路径设置单元和业务调度单元。

路径设置单元，用于根据最优电路拓扑矩阵的各个元素对应的属性将IP电路网络的边设置为对应的主用属性、备用属性或主备用属性；

业务调度单元，用于根据设置的IP电路网络的主用属性、备用属性或主备用属性对IP电路业务传输进行调度。

本发明的IP电路业务传输调度系统与本发明的IP电路业务传输调度方法一一对应，在上述IP电路业务传输调度方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于IP电路业务传输调度系统的实施例中，在此不再赘述。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种IP电路业务传输调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

计算各个IP电路需求对在IP电路网络上相互不重复的第一最短路由路径和第二最短路由路径；其中，所述第一最短路由路径经过的边为主用属性、第二最短路由路径经过的边为备用属性；

根据所有IP电路需求对对应的第一最短路由路径、第二最短路由路径建立n行m列的电路拓扑矩阵H，所述电路拓扑矩阵的行对应各个IP电路需求对，列对应IP电路网络上的边；其中，若第i对路由经过的边为主用属性，则矩阵H的第i行相对应的列记为1；若第i对路由经过的边为备用属性，则矩阵H的第i行相对应的列记为-1，没有经过的边，相对应的列记为0，若某列同时包括“1”和“-1”，则该列对应的边为主备用属性；

利用设定的翻转变量对所述电路拓扑矩阵的行进行属性翻转，获取当所述电路拓扑矩阵各列中为主备用属性的边达到设定数量时，所述电路拓扑矩阵对应的最优翻转变量；具体包括：

根据所述电路拓扑矩阵建立整数非线性规划属性模型，所述模型包括如下：

Y_i＝2X_i-1,i＝1,…，n

X_i∈{0,1}；

式中，为目标函数；Y为翻转变量，H为电路拓扑矩阵，n、m分别为电路拓扑矩阵H的行、列数；求解所述目标函数获得最优翻转变量；

根据所述最优翻转变量对所述电路拓扑矩阵进行翻转得到最优电路拓扑矩阵，根据所述最优电路拓扑矩阵对IP电路业务传输进行调度。

2.根据权利要求1所述的IP电路业务传输调度方法，其特征在于，所述计算各个IP电路需求对在IP电路网络上相互不重复的第一最短路由路径和第二最短路由路径的步骤包括：

根据IP电路需求对确定IP电路网络的起点与终点，利用Dijkstra算法计算从第一起点到第一终点的最短路由路径，得到第一最短路由路径；

将IP电路网络的第一最短路由路径删除；

利用Dijkstra算法计算第二起点到第二终点的最短路由路径，得到第二最短路由路径。

3.根据权利要求1所述的IP电路业务传输调度方法，其特征在于，所述求解所述目标函数获得最优翻转变量的步骤包括：

根据所述整数非线性规划属性模型建立适应度函数，所述适应度函数为 $f\left(x\right)=-\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{F}_j;$

以变量X的元素为个体产生设定数量的初始种群；

根据适应度函数值对种群中的个体进行遗传操作，所述遗传操作包括选择、交叉及变异操作；

在预设终止条件时终止遗传操作，提取种群个体中最大的适应度函数值；

根据所述最大的适应度函数值获得最优翻转变量。

4.根据权利要求1所述的IP电路业务传输调度方法，其特征在于，所述根据所述最优电路拓扑矩阵对IP电路业务传输进行调度的步骤包括：

根据最优电路拓扑矩阵的各个元素对应的属性将IP电路网络的边设置为对应的主用属性、备用属性或主备用属性；

根据设置的IP电路网络的主用属性、备用属性或主备用属性对IP电路业务传输进行调度。

5.一种IP电路业务传输调度系统，其特征在于，包括：

双路由计算模块，用于计算各个IP电路需求对在IP电路网络上相互不重复的第一最短路由路径和第二最短路由路径；其中，所述第一最短路由路径经过的边为主用属性、第二最短路由路径经过的边为备用属性；

矩阵创建模块，用于根据所有IP电路需求对对应的第一最短路由路径、第二最短路由路径建立n行m列的电路拓扑矩阵H，所述电路拓扑矩阵的行对应各个IP电路需求对，列对应IP电路网络上的边；其中，若第i对路由经过的边为主用属性，则矩阵H的第i行相对应的列记为1；若第i对路由经过的边为备用属性，则矩阵H的第i行相对应的列记为-1，没有经过的边，相对应的列记为0，若某列同时包括“1”和“-1”，则该列对应的边为主备用属性；

变量计算模块，用于利用设定的翻转变量对所述电路拓扑矩阵的行进行属性翻转，获取当所述电路拓扑矩阵各列中为主备用属性的边达到设定数量时，所述电路拓扑矩阵对应的最优翻转变量；

所述矩阵创建模块包括：模型建立单元和变量计算单元；所述模型建立单元，用于根据所述电路拓扑矩阵建立整数非线性规划属性模型，所述模型包括如下：

Y_i＝2X_i-1,i＝1,…，n

X_i∈{0,1}；

式中，为目标函数；Y为翻转变量，H为电路拓扑矩阵，n、m分别为电路拓扑矩阵H的行、列数；所述变量计算单元，用于求解所述目标函数获得最优翻转变量；

调度模块，用于根据所述最优翻转变量对所述电路拓扑矩阵进行翻转得到最优电路拓扑矩阵，根据所述最优电路拓扑矩阵对IP电路业务传输进行调度。

6.根据权利要求5所述的IP电路业务传输调度系统，其特征在于，所述双路由计算模块包括：

第一路由计算单元，用于根据IP电路需求对确定IP电路网络的起点与终点，利用Dijkstra算法计算从第一起点到第一终点的最短路由路径，得到第一最短路由路径；

路径删除单元，用于将IP电路网络的第一最短路由路径删除；

第二路由计算单元，用于利用Dijkstra算法计算第二起点到第二终点的最短路由路径，得到第二最短路由路径。

7.根据权利要求5所述的IP电路业务传输调度系统，其特征在于，所述变量计算单元包括：

适应度函数设置单元，用于根据所述整数非线性规划属性模型建立适应度函数，所述适应度函数为

初始种群产生单元，用于以变量X的元素为个体产生设定数量的初始种群；

遗传操作单元，用于根据适应度函数值对种群中的个体进行遗传操作，所述遗传操作包括选择、交叉及变异操作；

最优个体提取单元，用于在预设终止条件时终止遗传操作，提取种群个体中最大的适应度函数值；

翻转变量获取单元，用于根据所述最大的适应度函数值获得最优翻转变量。

8.根据权利要求5所述的IP电路业务传输调度系统，其特征在于，所述调度模块包括：

路径设置单元，用于根据最优电路拓扑矩阵的各个元素对应的属性将IP电路网络的边设置为对应的主用属性、备用属性或主备用属性；

业务调度单元，用于根据设置的IP电路网络的主用属性、备用属性或主备用属性对IP电路业务传输进行调度。