CN103179035A - 一种网络固定路径选择方法、装置及光传输网络 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种网络固定路径选择方法、装置及光传输网络，所述方法通过历史通信负载情况训练网络中每个节点对得到每个节点对的固定路径及其对应的概率值，即：通过对遍历到的每个节点对的固定路径减去或加上预先设定的负载值，完成整个光传输网络固定路径的训练过程，从而得到光传输网络中每个节点对之间的被选定过的固定路径及其对应的被选定的概率值，由此选取至少一条其概率值满足预设规则的固定路径作为该节点对的通信路径，完成一个光传输网络中每个节点对的路径选择。通过本申请实施例能够选定多于一条的固定路径作为对应节点对的通信路径，从而在进行实际网络数据传输时，避免了一条固定路径导致网络负载不均衡的情况。

Description

一种网络固定路径选择方法、装置及光传输网络

技术领域

本申请涉及网络通信技术领域，特别涉及一种网络固定路径选择方法、装置及光传输网络。

背景技术

随着互联网通信量的快速增长，波分复用（WDM）技术被广泛地用来构建具有大量光开关节点的大型光传送网。在波分复用网络里，每个终端节点均具有把一个输入波长转换成任何其他输出波长的全波长转换能力，终端节点通过适当的路由策略找到路由建立光路与其他终端节点进行通信。而上述路由策略即路径选择方案中较为常见的包括：基于最短固定路由算法Dkstra’s的路径选择方案。

在基于最短固定路由算法的路径选择方案中，网络控制系统较为简单，无需维护网络链路状态和实施诸如传统的OSPF-TE的路由协议。相反，每个节点只需要维护在网络中到其它节点路由的信息，每当有光路请求到达时，节点检查它的路由表获取一个相应的路由并沿着该路由建立一条光路。

然而，上述方案中，每个节点之间只有一个固定路径，由此尽管最短固定路由算法具有网络控制和操作上的简单特性，但同时会导致网络负载不均衡，甚至导致部分网络链路通信拥堵的情况。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种网络固定路径选择方法、装置及光传输网络，用以解决现有的基于最短固定路由算法的路径选择方案中，每个节点之间只有一个固定路径，会导致网络负载不均衡，甚至导致部分网络链路通信拥堵的技术问题。

本申请提供了一种网络固定路径选择方法，所述方法应用于光传输网络，所述光传输网络包括至少两个终端节点，每个所述终端节点分别与至少一个其他终端节点之间设置有数据链路，且每条数据链路的负载值为初始负载值，每两个所述终端节点组成一个节点对，每个所述节点对的终端节点之间包括至少一条路径，每条所述路径包括至少一条数据链路，所述方法包括：

步骤A：遍历所述光传输网络中的每个所述节点对，依次判断每个所述节点对是否已选定固定路径，如果是，对该节点对的当前固定路径中每条数据链路当前的负载值减去预设第一负载值，移除该节点对的当前固定路径，否则，利用最短固定路由算法选定该节点对的固定路径，对该节点对的当前固定路径中每条数据链路当前的负载值加上预设第二负载值；

其中，所述第一负载值及所述第二负载值均不同于所述初始负载值；

步骤B：循环执行上述步骤A，直到预设执行条件成立；

其中，所述预设执行条件包括循环次数满足预设限值或每个所述节点对本次遍历选定的固定路径与其上一次遍历选定的固定路径相同；

步骤C：记录上述步骤B中每个所述节点对被选定的固定路径，并计算每个所述固定路径被选定的概率值；

步骤D：在每个所述节点对中被选定的固定路径中，选取至少一个其概率值满足预设规则的固定路径作为该节点对的通信路径。

上述方法，优选的，在所述步骤D之后，所述方法还包括：

步骤E：接收路径通信请求，所述通信请求包括源终端节点标识及目标终端节点标识；

步骤F：依据所述源终端节点标识及所述目标终端节点标识，确定所述光传输网络中的通信节点对；

步骤G：在所述通信节点对的通信路径中，确定一个目标路径；

步骤H：沿所述目标路径建立光通道。

上述方法，优选的，所述步骤G包括：

步骤G01：确定所通信节点对的通信路径，对每个所述通信路径设置一个随机数范围值；

步骤G02：获取目标随机数，依据每个所述随机数范围值确定与所述目标随机数相对应的通信路径作为目标路径。

上述方法，优选的，在所述步骤H之后，所述方法还包括：

步骤I：获取光通道的建立结果，判断所述建立结果是否满足预设的通信标准，如果是，所述通信节点对通过建立的光通道进行数据传输，否则，在所述通信节点对的通信路径中的剩余路径中选择其概率值最大的通信路径作为新的目标路径，沿所述新的目标路径建立光通道，重新获取当前光通道的建立结果，直到所述通信节点的通信路径均无法建立光通道，生成通信请求阻塞的提示信息。

本申请还提供了一种网络固定路径选择装置，所述装置应用于光传输网络，所述光传输网络包括至少两个终端节点，每个所述终端节点分别与至少一个其他终端节点之间设置有数据链路，且每条数据链路的负载值为初始负载值，每两个所述终端节点组成一个节点对，每个所述节点对的终端节点之间包括至少一条路径，每条所述路径包括至少一条数据链路，所述装置包括：

遍历执行单元，用于遍历所述光传输网络中的每个所述节点对，依次判断每个所述节点对是否已选定固定路径，如果是，对该节点对的当前固定路径中每条数据链路当前的负载值减去预设第一负载值，移除该节点对的当前固定路径，否则，利用最短固定路由算法选定该节点对的固定路径，对该节点对的当前固定路径中每条数据链路当前的负载值加上预设第二负载值；

其中，所述第一负载值及所述第二负载值均不同于所述初始负载值；

循环触发单元，用于循环触发所述遍历执行单元，直到预设执行条件成立；

其中，所述预设执行条件包括循环次数满足预设限值或每个所述节点对本次遍历选定的固定路径与其上一次遍历选定的固定路径相同；

数据记录单元，用于记录所述循环触发单元在循环触发所述遍历执行单元过程中，每个所述节点对被选定的固定路径，并计算每个所述固定路径被选定的概率值；

路径选择单元，用于在每个所述节点对中被选定的固定路径中，选取至少一个其概率值满足预设规则的固定路径作为该节点对的通信路径。

上述装置，优选的，所述装置还包括：

请求接收单元，用于接收路径通信请求，所述通信请求包括源终端节点标识及目标终端节点标识；

节点对确定单元，用于依据所述源终端节点标识及所述目标终端节点标识，确定所述光传输网络中的通信节点对；

目标确定单元，用于在所述通信节点对的通信路径中，确定一个目标路径；

通道建立单元，用于沿所述目标路径建立光通道。

上述装置，优选的，所述目标确定单元包括：

范围值设定子单元，用于确定所通信节点对的通信路径，对每个所述通信路径设置一个随机数范围值；

目标确定子单元，用于获取目标随机数，依据每个所述随机数范围值确定与所述目标随机数相对应的通信路径作为目标路径。

上述装置，优选的，所述装置还包括：

结果分析单元，用于获取光通道的建立结果，判断所述建立结果是否满足预设的通信标准，如果是，所述通信节点对通过建立的光通道进行数据传输，否则，在所述通信节点对的通信路径中的剩余路径中选择其概率值最大的通信路径作为新的目标路径，沿所述新的目标路径建立光通道，重新获取当前光通道的建立结果，直到所述通信节点的通信路径均无法建立光通道，生成通信请求阻塞的提示信息。

本申请提供了一种光传输网络，包括至少两个终端节点及如上述任意一项所述的网络固定路径选择装置；

其中，所述光传输网络中每个所述终端节点分别与至少一个其他终端节点之间设置有数据链路，且每条数据链路的负载值为初始负载值，每两个所述终端节点组成一个节点对，每个所述节点对的终端节点之间包括至少一条路径，每条所述路径包括至少一条数据链路。

由上述方案可知，本申请提供的一种网络固定路径选择方法、装置及光传输网络，循环遍历网络中每个节点对的固定路径，通过对遍历到的固定路径减去或加上预先设定的负载值，完成整个光传输网络的训练过程，从而得到光传输网络中每个节点对之间的被选定过的固定路径及其对应的被选定的概率值，由此选取至少一条其概率值满足预设规则的固定路径作为该节点对的通信路径，既而完成一个光传输网络中每个节点对的路径选择。本申请相对于现有的基于最短固定路由算法的路径选择方案，不仅在网络控制和操作上具有与现有方案中相同的简单特性，同时能够选定一条或多于一条的固定路径作为对应节点对的通信路径，从而在进行实际网络数据传输时，避免了一条固定路径导致网络负载不均衡的情况，由选定的两条或两条以上的通信路径依次承载网络通信负载。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种网络固定路径选择方法实施例一的流程图；

图2为本申请实施例一中光传输网络的拓扑图；

图3为本申请实施例一中光传输网络的通信负载示意图；

图4为本申请实施例一的部分流程图；

图5为本申请实施例一中光传输网络的另一拓扑图；

图6为本申请实施例一中光传输网络的数据链路初始负载值示意图；

图7为本申请实施例一中光传输网络中某一固定路由示意图；

图8为本申请实施例一中光传输网络中负载动态变化的示意图；

图9为应用最短固定路由算法搜索最短路由的过程示意图；

图10为本申请实施例一中光传输网络中负载动态变化的另一示意图；

图11为本申请提供的一种网络固定路径选择方法实施例二的部分流程图；

图12为本申请提供的一种网络固定路径选择方法实施例二的部分流程图；

图13为本申请实施例二选取路径的示意图；

图14为本申请提供的一种网络固定路径选择装置实施例三的结构示意图；

图15为本申请实施例三实现其个单元功能的具体实现流程图；

图16为本申请提供的一种网络固定路径选择装置实施例四的部分结构示意图；

图17为本申请提供的一种网络固定路径选择装置实施例四的另一部分结构示意图；

图18为本申请实施例五进行仿真实验的网络拓扑图；

图19为本申请实施例五进行仿真实验的另一网络拓扑图；

图20为本申请实施例五进行仿真实验的又一网络拓扑图；

图21为应用本申请实施例五获取的路径数量分布图；

图22为应用本申请实施例五与现有最短固定路由算法进行仿真实验的性能对比图；

图23为应用本申请实施例五与现有最短固定路由算法进行仿真实验的另一性能对比图；

图24为应用本申请实施例五与现有最短固定路由算法进行仿真实验的又一性能对比图；

图25为应用本申请实施例五与现有最短固定路由算法进行仿真实验的又一性能对比图；

图26为应用本申请实施例五与现有最短固定路由算法进行仿真实验的又一性能对比图；

图27为应用本申请实施例五与现有最短固定路由算法进行仿真实验的又一性能对比图；

图28为应用本申请实施例五与现有最短固定路由算法进行仿真实验的又一性能对比图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

随着互联网通信量的快速增长，波分复用（WDM）技术被广泛地用来构建具有大量光开关节点的大型光传送网。在波分复用网络里，终端节点通过适当的路由策略找到路由建立光路并和其他节点进行通信。在实际应用中，各种光路-路由算法被提出来并得到了广泛的研究。这些算法包括最简单的Dijkstra’s最短固定路由算法以及更加有效率的诸如备用和自适应光路路由算法。

在波长路由光传输网络中，由于其简单的网络操作和控制的特点，固定最短路由算法被作为一个主要的光路服务建立策略。具体的说一旦一个节点对找到一条最短路径，这条路由总是被用来为将来节点对间的光路业务建立服务。因而这种固定路由策略并不需要一个复杂的网络控制和管理系统来维护网络中链路状态库。但是，由于固定最短路由策略使用每个节点对间的单一最短路由，这种策略经常导致网络负载分布不平衡与网络阻塞。

为了避免网络拥堵，自适应路由算法依据链路负载，动态的选择节点对之间的路由，从而实现网络通信负载的均衡。然而，这种路由策略必须维护网络中所有节点上链路状态并需要一个复杂的网络控制系统来支持链路状态广播（LSA）。基于OPSF协议的网络控制系统是典型的例子：网络中每一个链路上的资源剩余信息需要周期性地向全网络广播。因此，自适应路由策略虽然显示出更优的性能，但同时导致了更复杂的网络操作和更高昂的网络控制成本。

由上述可知，为了在改善网络堵塞的同时保持网络操作控制简单的特性，本发明提出了一种网路固定路径选择方法，即一个新的负载均衡的固定路由算法LBFR，通过一个基于预知网络通信负载矩阵的预先训练过程，该算法为每个节点对找到一个或多个固定路由，并使用这些路由来建立光路通道。不同于传统的只选择节点对间的唯一的最短路由，LBFR算法选择的一条或多条路由能很好地平衡网络中的负载。根据我们的仿真模型和理论模型结果，相较于传统的最短路径固定路由算法，LBFR算法能获得更低的网络阻塞率，而且随着网络连接度的增加，其性能的改善也变得更加显著。

参考图1，其示出了本申请提供的一种网络固定路径选择方法实施例一的流程图，所述方法应用于光传输网络，所述光传输网络包括至少两个终端节点，每个所述终端节点分别与至少一个其他终端节点之间设置有数据链路，且每条数据链路的负载值为初始负载值，每两个所述终端节点组成一个节点对，每个所述节点对的终端节点之间包括至少一条路径，每条所述路径包括至少一条数据链路，所述方法可以包括以下步骤：

步骤A：遍历所述光传输网络中的每个所述节点对，依次判断每个所述节点对是否已选定固定路径，如果是，对该节点对的当前固定路径中每条数据链路当前的负载值减去预设第一负载值，移除该节点对的当前固定路径，否则，利用最短固定路由算法选定该节点对的固定路径，对该节点对的当前固定路径中每条数据链路当前的负载值加上预设第二负载值；

其中，所述第一负载值及所述第二负载值均不同于所述初始负载值。

需要说明的是，所述负载值即为通信负载值，是指业务请求量强度，以为Erlang单位，可以通过对通信需求的预测或者查找历史通信需求的数据获得。如图2所示，为一个包含有4个节点5条数据链路的拓扑网络，图2中所示的网络会产生一个如图3所示的4×4的通信负载矩阵。由于各个终端节点之间的通信不考虑方向性，由此其通信负载矩阵具有对称性。本申请提出的LBFR算法基于上述通信负载对称，即每个节点之间的通信负载（Erlang）是预先知道的，为固定值，对于实际网络可以通过实际数据替换不影响本申请提出算法的应用效果。

优选的，参考图4，其示出了本申请实施例一的部分流程图，其中，所述步骤A可以通过以下步骤具体实现：

步骤A01：令n=1，其中，n>=1且n<=N，N为所述光传输网络中的节点对的数量值；

步骤A02：获取第n个节点对；

步骤A03：判断所述第n个节点对是否已经选定固定路径，如果是，执行步骤A04，否则，执行步骤A05；

步骤A04：对所述第n个节点对的当前固定路径中每条数据链路当前的负载值减去预设第一负载值，移除所述第n个节点对的当前固定路径。

需要说明的是，所述光传输网络中设置有节点对路由表，所述步骤A04中移除所述第n个节点对的当前固定路径是指：在所述第n个节点对的路由表中删除当前减去所述第一负载值的固定路径。

步骤A05：利用最短固定路由算法选定所述第n个节点对的固定路径，对所述第n个节点对的当前固定路径中每条数据链路的当前负载值加上预设第二负载值；

步骤A06：判断n是否小于N，如果是，n自身增加1，返回执行所述步骤A02。

需要说明的是，所述光传输网络中所有链路（即终端节点间的连接光纤），在采用波分复用的网络技术中每条链路可含有多个波长。如图5所示的6个节点9条数据链路的网络中假设其每条链路有最大可用波长数W。给该网络中每条链路附上权值（负载值），权值可作为路由搜索的依据，在选择路由（路径）时，以路由中所有链路权值之和最小为最后选择的路由。如图6所示，在本申请中使每条链路的初始负载值为一个较小的数值10^-4，由此防止链路权值为0导致无法进行路由搜索，例如，如果取较大值（为1），则会影响算法。需要指出的是，本申请中并不考虑路由链路的数量、长度等因素，只考虑减小网络的负载，所以最终把所有链路上的权值的初始值设为较小的值并且远远小于变化负载（如第一负载值及第二负载值）的值。在图7给出的例子中，我们选择（0，5）节点对的路由时最终会选择路由0-2-4-5。

其中，所述第一负载值与所述第二负载值均不同于所述初始负载值，优选的，所述第一负载值可以设置为ρ_nW，其中，ρ_n为本申请应用时采用的节点间通信负载矩阵中第n个节点对间的通信负载（单位为erlang），W是每条链路上最大可用波长数，ρ_nW即为该路由对于所经过链路增加的通信负载。

需要说明的是，所述第二负载值可以与所述第一负载值相同，不影响本申请提出算法的实际效果。

例如，图8中以6节点网络为例对上述步骤A的实现进行举例说明。其中，图8（a）中（Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8及Q9为各个数据链路的权值），(0，5)节点对间存在一条路由0-2-4-5，则按照上述方法步骤对于路由上三条链路的权值Q1、Q2和Q3分别减去ρ_nW，从而得到图8（b）所示的网络拓扑信息。

其中，最短固定路由Dijkstra’s算法是一种求单源最短路的算法，即从一个点开始到所有其他点的最短路。其基本原理是：每次新扩展一个距离最短（权值最小）的点，更新与其相邻的点的距离。当所有边权值都为正时，由于不会存在一个距离更短的没扩展过的点，所以这个点的距离永远不会再被改变，因而保证了算法的正确性。其搜索的依据可以是跳数，也可以是长度或者是每条边上的权值。图9中（a）是具有权值的4节点网络，而（b）（c）（d）依次展示了Dijkstra’s按照链路权值搜索最短路由的过程，即得到（1，4）的最短路由1-2-3-4。

而在所述步骤A05中，按照Dijkstra’s算法找到最短路由后必须在其权值上加上ρ_nW，如图10（a）（b）所示。

步骤B：循环执行上述步骤A，直到预设执行条件成立；

其中，所述预设执行条件包括循环次数满足预设限值或每个所述节点对本次遍历选定的固定路径与其上一次遍历选定的固定路径相同。

需要说明的是，所述循环执行上述步骤A直到所述执行条件成立是指，循环执行所述步骤A，直到所述光传输传输网络中所有的节点对均被访问遍历并找到节点对的固定路由，且每个所述节点对中本次遍历找到的固定路由与前一次或前多次遍历选定的固定路由相同；

或循环执行所述步骤A，直到所述光传输传输网络中所有的节点对均被访问遍历并找到节点对的固定路由，且每个所述节点对中均被访问遍历预设次数（足够多的次数）。所述预设限值可以设置为104，这一数值在具体的仿真实验中，被验证具有有效性。

步骤C：记录上述步骤B中每个所述节点对被选定的固定路径，并计算每个所述固定路径被选定的概率值。

需要说明的是，所述步骤B中，即，在循环执行所述步骤A的过程中，所述光传输网络中每个节点对中均会有至少一条固定路径被选定，由此，统计每个所述节点对被选定的固定路径，记录在每个所述节点对中每个被选定的固定路径被选定的次数以及该节点对选定固定路径的次数，并计算每个所述节点对中每个被选定的固定路径被选定的概率值。

步骤D：在每个所述节点对中被选定的固定路径中，选取至少一个其概率值满足预设规则的固定路径作为该节点对的通信路径。

需要说明的是，所述光传输网络中每个节点对被选定的固定路径为多条，且每条被选定的固定路径被选定的概率值相差较大，由此，在被选定的固定路径中选取一条或一条以上的固定路径作为该节点对的通信路径，其中，所述通信路径对应的概率值远大于该节点对中被选定的其他固定路径对应的概率值。

由上述方案可知，本申请提供的一种网络固定路径选择方法实施例一，即为LBFR算法实施例，循环遍历网络中每个节点对的固定路径，通过对遍历到的固定路径减去或加上预先设定的负载值，完成整个光传输网络的训练过程（模拟网络中负载值动态变动），从而得到负载变动的光传输网络中每个节点对之间的被选定过的固定路径及其对应的被选定的概率值，由此选取至少一条其概率值满足预设规则的固定路径作为该节点对的通信路径，既而完成一个光传输网络中每个节点对的路径选择。本申请实施例相对于现有的基于最短固定路由算法的路径选择方案，不仅在网络控制和操作上具有与现有方案中相同的简单特性，同时能够选定一条或多于一条的固定路径作为对应节点对的通信路径，从而在进行实际网络数据传输时，避免了一条固定路径导致网络负载不均衡的情况，由选定的两条或两条以上的通信路径依次承载网络通信负载。

参考图11，其示出了本申请提供的一种网络固定路径选择方法实施例二的部分流程图，在所述步骤D之后，所述方法还包括以下步骤：

步骤E：接收路径通信请求，所述通信请求包括源终端节点标识及目标终端节点标识。

需要说明的是，在本申请实施例一中所述步骤A至所述步骤D执行完成之后，完成所述光传输网络的路由训练过程，即所述光传输网络中每个所述节点对的路径收敛至一条或多条固定路径中，并依据每个固定路径的概率值，确定每个所述节点对的通信路径。其中，本申请LBFR算法收敛获得的路由集合受到网络中所有节点对间通负载分布的影响，不同的通信负载分布会导致最终不同的收敛路由集合,每个路由对应于其被选择的概率也在训练过后被记录下来在实际的操作过程中。

其中，所述源终端节点标识与目标终端节点标识包括其对应节点在所述光传输网络中的地址标识。

步骤F：依据所述源终端节点标识及所述目标终端节点标识，确定所述光传输网络中的通信节点对。

步骤G：在所述通信节点对的通信路径中，确定一个目标路径。

步骤H：沿所述目标路径建立光通道。

其中，所述通信路径即为上述每个所述节点对中经过训练收敛得到的一条或多条固定路径，所述步骤G即为在这些固定路径中确定一个目标路径，用以建立光通道传输数据。尽管在大多数情况下，在训练过程中节点对之间最终只收敛到一条路由，但一个节点对间的路由在两条甚至超过两条路由（在路由间轮换）的情况也存在。此外，当存在多条路由时，各个路由被选择的概率也是不同的，即一个主要路由将会被频繁选择，而剩下的路由偶尔被选择。当多条收敛路由出现时，节点间需要存储两个或两个以上的固定路由为光路建立提供选。

优选的，参考图12，为本申请实施例二的部分流程图，其中，所述步骤G可以通过以下方式具体实现：

步骤G01：确定所通信节点对的通信路径，对每个所述通信路径设置一个随机数范围值。

步骤G02：获取目标随机数，依据每个所述随机数范围值确定与所述目标随机数相对应的通信路径作为目标路径。

例如：当一个光路请求达到时，基于在训练过程中得到的每个路由被选择的概率，随即产生一个0-1之间的数。如图13所示，（0，5）节点对经过LBFR算法训练后产生两条路由（0-2-4-5或0-1-3-5）且其对应的选择概率都为0.5。随机产生一个数如果为0到0.5之间则选择路由0-2-4-5，若在0.5至1之间则选择0-1-3-5作为节点间通信的光路。这样的过程不同于传统的被称为备用路由的路由策略。在备用路由算法中，节点对间的路由选择是按照一定顺序的，即只有在路由列表中排在前面的路由无法使用时，后面的路由才可以尝试用于建立光路。

优选的，在所述步骤H之后，所述方法还包括：

步骤I：获取光通道的建立结果，判断所述建立结果是否满足预设的通信标准，如果是，所述通信节点对通过建立的光通道进行数据传输，否则，在所述通信节点对的通信路径中的剩余路径中选择其概率值最大的通信路径作为新的目标路径，沿所述新的目标路径建立光通道，重新获取当前光通道的建立结果，直到所述通信节点的通信路径均无法建立光通道，生成通信请求阻塞的提示信息。

其中，所述步骤I是指，在确定目标路径建立光通道之后，获取建立结果，判断所述建立结果是否表明光通道建立成功，如果是，此时所述通信节点对之间通过建立的光通道进行数据传输，否则，需要重新确定目标路径，即在该通信节点对的剩余通信路径中查询是否还含有未被确定为目标路径的通信路径，如果是，选择概率值高的通信路径为目标路径，否则，此时光通道无法正常建立，阻塞光通道建立请求，即阻塞路径通信请求。

参考图14，其示出了本申请提供的一种网络固定路径选择装置实施例三的结构示意图，所述应用于光传输网络，所述光传输网络包括至少两个终端节点，每个所述终端节点分别与至少一个其他终端节点之间设置有数据链路，且每条数据链路的负载值为初始负载值，每两个所述终端节点组成一个节点对，每个所述节点对的终端节点之间包括至少一条路径，每条所述路径包括至少一条数据链路，所述装置包括：

遍历执行单元1401，用于遍历所述光传输网络中的每个所述节点对，依次判断每个所述节点对是否已选定固定路径，如果是，对该节点对的当前固定路径中每条数据链路当前的负载值减去预设第一负载值，移除该节点对的当前固定路径，否则，利用最短固定路由算法选定该节点对的固定路径，对该节点对的当前固定路径中每条数据链路当前的负载值加上预设第二负载值；

其中，所述第一负载值及所述第二负载值均不同于所述初始负载值。

需要说明的是，所述负载值即为通信负载值，是指业务请求量强度，以为Erlang单位，可以通过对通信需求的预测或者查找历史通信需求的数据获得。如图2及图3所示。

需要说明的是，所述光传输网络中所有链路（即终端节点间的连接光纤），在采用波分复用的网络技术中每条链路可含有多个波长。如图5所示的6个节点9条数据链路的网络中假设其每条链路有最大可用波长数W。给该网络中每条链路附上权值（负载值），权值可作为路由搜索的依据，在选择路由（路径）时，以路由中所有链路权值之和最小为最后选择的路由。如图6所示，在本申请中使每条链路的初始负载值为一个较小的数值10^-4，由此防止链路权值为0导致无法进行路由搜索，例如，如果取较大值（为1），则在会影响算法。需要指出的是，本申请中并不考虑路由链路的数量、长度等因素，只考虑减小网络的负载，所以最终把所有链路上的权值的初始值设为较小的值并且远远小于变化负载（如第一负载值及第二负载值）的值。在图7给出的例子中，我们选择（0，5）节点对的路由时最终会选择路由0-2-4-5。

其中，所述第一负载值与所述第二负载值均不同于所述初始负载值，优选的，所述第一负载值可以设置为ρ_nW，其中，ρ_n为本申请应用时采用的节点间通信负载矩阵中第n个节点对间的通信负载（单位为erlang），W是每条链路上最大可用波长数，ρ_nW即为该路由对于所经过链路增加的通信负载。

需要说明的是，所述第二负载值可以与所述第一负载值相同，不影响本申请提出算法的实际效果。

例如，图8中以6节点网络为例对上述步骤A的实现进行举例说明。其中，图8（a）中（Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8及Q9为各个数据链路的权值），(0，5)节点对间存在一条路由0-2-4-5，则按照上述方法步骤对于路由上三条链路的权值Q1、Q2和Q3分别减去ρ_nW，从而得到图8（b）所示的网络拓扑信息。

其中，最短固定路由Dijkstra’s算法是一种求单源最短路的算法，即从一个点开始到所有其他点的最短路。其基本原理是：每次新扩展一个距离最短（权值最小）的点，更新与其相邻的点的距离。当所有边权值都为正时，由于不会存在一个距离更短的没扩展过的点，所以这个点的距离永远不会再被改变，因而保证了算法的正确性。其搜索的依据可以是跳数，也可以是长度或者是每条边上的权值。图9中（a）是具有权值的4节点网络，而（b）（c）（d）依次展示了Dijkstra’s按照链路权值搜索最短路由的过程，即得到（1，4）的最短路由1-2-3-4。

而在所述步骤A05中，按照Dijkstra’s算法找到最短路由后必须在其权值上加上ρ_nW，如图10（a）（b）所示。

循环触发单元1402，用于循环触发所述遍历执行单元，直到预设执行条件成立；

其中，所述预设执行条件包括循环次数满足预设限值或每个所述节点对本次遍历选定的固定路径与其上一次遍历选定的固定路径相同。所述循环触发单元1402与所述遍历执行单元1401相连接。

数据记录单元1403，用于记录所述循环触发单元在循环触发所述遍历执行单元过程中，每个所述节点对被选定的固定路径，并计算每个所述固定路径被选定的概率值。

路径选择单元1404，用于在每个所述节点对中被选定的固定路径中，选取至少一个其概率值满足预设规则的固定路径作为该节点对的通信路径。

需要说明的是，所述数据记录单元1403与所述循环触发单元1402相连接，所述路径选择单元1404与所述数据记录单元1403相连接。

参考图15，为本申请实施例三实现其个单元功能的具体实现流程图，其中：

初始化所述光传输网络的各个数据链路，即设置权值（负载）cost为较小值，并另n=1；

获取第n个节点对；

判断所述第n个节点对是否有固定路径，如果是，对所述第n个节点对的当前固定路径中每条数据链路当前的负载值减去ρ_nW，移除所述第n个节点对的当前固定路径，否则，利用最短固定路由算法选定所述第n个节点对的固定路径，对所述第n个节点对的当前固定路径中每条数据链路的当前负载值加上ρ_nW；

判断n是否小于N，如果是，n自身增加1，返回执行所述获取第n个节点对，否则，判断循所述执行条件（被选定路径收敛至固定一条或多条路径，或循环次数满足预设限值）是否成立，如果是，结束本申请实施例的训练过程，否则，令n=1，并返回执行所述获取第n个节点对。

由上述方案可知，本申请提供的一种网络固定路径选择装置实施例三，循环遍历网络中每个节点对的固定路径，通过对遍历到的固定路径减去或加上预先设定的负载值，完成整个光传输网络的训练过程（模拟网络中负载值动态变动），从而得到负载变动的光传输网络中每个节点对之间的被选定过的固定路径及其对应的被选定的概率值，由此选取至少一条其概率值满足预设规则的固定路径作为该节点对的通信路径，既而完成一个光传输网络中每个节点对的路径选择。本申请实施例相对于现有的基于最短固定路由算法的路径选择方案，不仅在网络控制和操作上具有与现有方案中相同的简单特性，同时能够选定一条或多于一条的固定路径作为对应节点对的通信路径，从而在进行实际网络数据传输时，避免了一条固定路径导致网络负载不均衡的情况，由选定的两条或两条以上的通信路径依次承载网络通信负载。

参考图16，其示出了本申请提供的一种网络固定路径选择装置实施例四的部分结构示意图，所述装置还包括：

请求接收单元1405，用于接收路径通信请求，所述通信请求包括源终端节点标识及目标终端节点标识。

节点对确定单元1406，用于依据所述源终端节点标识及所述目标终端节点标识，确定所述光传输网络中的通信节点对。

需要说明的是，所述节点对确定单元1406与所述请求接收单元1405相连接。

目标确定单元1407，用于在所述通信节点对的通信路径中，确定一个目标路径。

需要说明的是，所述目标确定单元1407与所述节点对确定单元1406相连接。

通道建立单元1408，用于沿所述目标路径建立光通道。

需要说明的是，所述通道建立单元1408与所述目标确定单元1407相连接。

参考图17，其示出了本申请提供的一种网络固定路径选择装置实施例四的另一部分结构示意图，其中，所述目标确定单元1407包括：

范围值设定子单元1471，用于确定所通信节点对的通信路径，对每个所述通信路径设置一个随机数范围值。

目标确定子单元1472，用于获取目标随机数，依据每个所述随机数范围值确定与所述目标随机数相对应的通信路径作为目标路径。

需要说明的是，所述目标确定子单元1472与所述范围值设定子单元1471相连接。

优选的，所述装置还包括：

结果分析单元，用于获取光通道的建立结果，判断所述建立结果是否满足预设的通信标准，如果是，所述通信节点对通过建立的光通道进行数据传输，否则，在所述通信节点对的通信路径中的剩余路径中选择其概率值最大的通信路径作为新的目标路径，沿所述新的目标路径建立光通道，重新获取当前光通道的建立结果，直到所述通信节点对的通信路径均被建立光通道，生成路径通信请求阻塞的提示信息。

本申请还提供了一种光传输网络实施例五，包括至少两个终端节点及如上述任意一项所述的网络固定路径选择装置；

其中，所述光传输网络中每个所述终端节点分别与至少一个其他终端节点之间设置有数据链路，且每条数据链路的负载值为初始负载值，每两个所述终端节点组成一个节点对，每个所述节点对的终端节点之间包括至少一条路径，每条所述路径包括至少一条数据链路。

需要说明的是，所述网络固定路径选择装置，用于遍历所述光传输网络中的每个所述节点对，依次判断每个所述节点对是否已选定固定路径，如果是，对该节点对的当前固定路径中每条数据链路当前的负载值减去预设第一负载值，移除该节点对的当前固定路径，否则，利用最短固定路由算法选定该节点对的固定路径，对该节点对的当前固定路径中每条数据链路当前的负载值加上预设第二负载值，循环执行上述遍历过程，直到预设执行条件成立，记录上述循环遍历过程中每个所述节点对被选定的固定路径，并计算每个所述固定路径被选定的概率值，在每个所述节点对中被选定的固定路径中，选取至少一个其概率值满足预设规则的固定路径作为该节点对的通信路径；

其中，所述第一负载值及所述第二负载值均不同于所述初始负载值，所述预设执行条件包括循环次数满足预设限值或每个所述节点对本次遍历选定的固定路径与其上一次遍历选定的固定路径相同；

为了评估提出的路由算法的性能，采用折算负载近似值方法来估算光路阻塞性能。在本申请的研究中设计对具备全波长转换能力的光网络（即VWP网络）的分析模型。在这样的网络中，每个节点假设都具备把一个输入波长转换成任何其它输出波长的全波长转换能力。传统的VWP光网络分析模型基于节点对间存在单一固定最短路由的假设。在本申请的研究中，通过LBFR算法预先训练过程之后，一个节点对间可以存在多条路径,而且这些路径将通过一定的概率被选择为光路建立提供服务。因而本申请扩展了单一固定路由分析模型来支持多路由的情形。

为了评估提出的LBFR算法的性能以及验证扩展的折算光路阻塞率分析模型的准确性，采用离散事件通信模型。具体地，假设光路服务请求的到达遵循泊松分布，而建立的光路持续时间则按照负指数分布。对任意一个节点对，如果一个新的光路请求达到，并且这个节点对之间存在多条带有不同选择概率的固定路由（包括单一路由的情况），采用流程图2中的方法去选择路由。首先基于路由的独立选择概率随机从节点对间的路由列表中选择一个路由，然后我们试图按照选中的路由建立一条光路。如果该路由没有足够的波长资源，尝试按照选择概率

由高到低地选择和尝试其它路由。如果有一个选择成功，建立该光路，反之，阻塞该光路请求。

对于路由释放，仿真过程移除已经建立的光路并释放被该光路占用的网络资源。通过持续仿真光路请求的到达和建立光路释放，能够统计所有被阻塞掉的光路请求。在一定数量（这里设定为10⁶次）的光路请求被仿真以后，可以估算出网络光路阻塞率。

为了体现出本申请所提出算法方案的性能，以下为模拟仿真实验分析：

基于三个测试网络，我们对LBFR算法进行了性能评估。图18至图20给出了这三个网络的拓扑图，它们包括：

图18：由21个节点和26个链路组成的ARPA-2网络（平均节点度2.5）；图19：由14个节点21条链路组成的NSFNET网络（平均节点度3.0）；图20：由10个节点和22个链路组成的SmallNet网络（平均节点度4.4）。

假设每个链路上的最大波长数是80，实施前文介绍的动态通信模型。在每个节点对间的光路请求到达率为λ（虽然可以允许不同的节点对间存在不同的到达率，在本发明的研究中假设所有的节点对间具有相同的通信请求到达率）。光路持续时间服从负指数分布，其时间均值假设为1/μ=1.0。因此，节点间的光路业务负载为ρ＝λ/μ＝λ.每个仿真结果都基于对至少10⁶个光路请求（即到达事件）进行仿真，然后计算阻塞率。

分别采用分析模型和离散事件仿真模型对于具有波长不连续（VWP）和波长连续光（WP）网络进行光路阻塞率评估。

（1）负载平衡路由

基于以上的仿真参数，首先运行LBFR算法为每个网络节点对找到一条或多条固定的路由。当所有节点间被选择的路由收敛或经过一定次数的训练迭代（设置的最大迭代次数是10000），训练过程将会终止。对存在多条收敛路径的节点对，记录每条路径被选择的次数，并将其除以总的迭代次数（即10000）来计算它们后续为建立光路请求的概率。

对于三个测试网，图21展示了LBFR训练过程停止后，节点对间拥有可选择固定路由的数量。其中，绝大多数节点对只有一条固定路由，但有一些节点对之间存在两条固定路由，三条路由的情形则非常少，只有在SmallNet网络中，有一个节点对之间存在三条收敛路由。需要说明的是，如果一个节点对间有单条路由，这一路由不一定是最短的，但是该路由能在网络中均衡负载。

具体地，在ARPA-2网络中，92.4%的节点对只有一条单一的路由,剩下的7.6%有两条；在NSFNET网络中，89.0%的节点对有单一的路由，剩下的11%有两条;在SmallNet网络中73.3%的节点对有一条的单一路由，24.4%节点对间有两条路由，剩下的2.2%节点对有3条路由。考虑到三个测试网络的平均连接度，可以观察到，随着连接度的增长，节点对有超过一条路由的比例增加。这是合理的，因为一个较高的连接度意味着在每个节点对之间存在更多的路由，也为路由收敛提供了更多的选择。

（2）光路阻塞性能

基于LBFR算法选择的路由，评估三个测试网络的光路阻塞性能。对于VWP网络，运用仿真和分析模型来评估，而对于WP网络，执行仿真模型：

1、VMP网络

图22展示了LBFR算法和传统的Dijkstra’s最短路由算法的结果性能。X轴表示节点对间以Erlang为单位的通信负载，y轴表示全网路光路阻塞率。图中有四条曲线。前两条曲线分别为Dijkstra’s最短路由算法的仿真和分析模型结果。后两条曲线为LBFR算法的仿真和分析模型结果。比较两个路由算法的结果，我们能发现虽然两个算法都具有简单的网络控制和操作特性，但LBFR算法可以获得比Dijkstra’s更优的全网络阻塞率性能。通过比较仿真模型和分析模型的结果，我们也发现分析模型可以精确地预测固定路由的阻塞性能，无论是节点对间存在一条固定路由，还是多条固定路由。

对第二个测试网络即NSFNET网络，类似的研究结果见图23。除了两个算法之间的性能差距变大，其它观察结果与现象和前面的结果很类似。NSFNET网络比ARPA-2网络有更高的网络连接度。这意味着随着网络连接度的增加LBFR算法性能更优。这种现象是合理的，因为一个更高的网络连接度意味着允许LBFR算法在节点对间更好地选择合适的路由，从而确保更好的网络负载均衡及更优的网络阻塞率。

如图24，类似的性能与网络连接度相联系的现象也在SmallNet网络的结果中展示。因为分析模型能很精确地评估网络阻塞率，这里只提供了分析模型的结果。SmallNet网络有更高的平均网络连接度，所以LBFR算法能比Dijkstra’s算法获得更好的性能。例如，在每个节点对间存在14.0(Erlang)的负载时，两个算法间的性能差异达到5000倍。

同时，本申请评估提出的LBFR算法在不同链路波长情形下的性能。基于每个节点对间有18.0(Erlang)负载的SmallNet网络，图25展示了随着链路波长数的改变，网络阻塞率改变的情况（由分析模型获得）。此时随着每条链路上波长数的增加，LBFR算法性能比Dijkstra’s算法更优，这也意味着在一个更多链路波长数的网络中，LBFR算法可以获得更多的益处。

2、WP网络

对于WP网络，应用本申请对三个测试网络进行了仿真研究。图26至图28展示了两个光路路由算法Dijkstra’s和LBFR在三个测试网络中的阻塞性能。类似于VWP网络，发现LBFR算法在性能上优于Dijkstra’s算法。而且，随着网络平均连接度的增加，两个算法间的性能差异也增大。这意味着，LBFR算法也是一种适用于WP网络的负载均衡算法。

通过在节点对间选择一条或多条固定路由，本申请提出的这个新的负载均衡的固定路由算法，可以均匀地分布网络通信负载和解决由传统单一固定路由所引起的网络拥堵。传统基于最短路径固定路由算法的优点在于简单的网络控制，但其承受着网络负载分布不均衡和网络拥堵的缺点。与此同时，为了评估光路节点对间（拥有多条路由）的光路阻塞性能,仿真研究表明该分析模型能准确地评估网络阻塞性能，此时，LBFR算法比传统的最短路由算法性能更优，不管在VWP网络或WP网络中，随着网络连接度和链路上波长数的增加，其性能改善更加明显。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种网络固定路径选择方法、装置及光传输网络进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (9)

1.一种网络固定路径选择方法，其特征在于，所述方法应用于光传输网络，所述光传输网络包括至少两个终端节点，每个所述终端节点分别与至少一个其他终端节点之间设置有数据链路，且每条数据链路的负载值为初始负载值，每两个所述终端节点组成一个节点对，每个所述节点对的终端节点之间包括至少一条路径，每条所述路径包括至少一条数据链路，所述方法包括：

步骤A：遍历所述光传输网络中的每个所述节点对，依次判断每个所述节点对是否已选定固定路径，如果是，对该节点对的当前固定路径中每条数据链路当前的负载值减去预设第一负载值，移除该节点对的当前固定路径，否则，利用最短固定路由算法选定该节点对的固定路径，对该节点对的当前固定路径中每条数据链路当前的负载值加上预设第二负载值；

其中，所述第一负载值及所述第二负载值均不同于所述初始负载值；

步骤B：循环执行上述步骤A，直到预设执行条件成立；

其中，所述预设执行条件包括循环次数满足预设限值或每个所述节点对本次遍历选定的固定路径与其上一次遍历选定的固定路径相同；

步骤C：记录上述步骤B中每个所述节点对被选定的固定路径，并计算每个所述固定路径被选定的概率值；

步骤D：在每个所述节点对中被选定的固定路径中，选取至少一个其概率值满足预设规则的固定路径作为该节点对的通信路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤D之后，所述方法还包括：

步骤E：接收路径通信请求，所述通信请求包括源终端节点标识及目标终端节点标识；

步骤F：依据所述源终端节点标识及所述目标终端节点标识，确定所述光传输网络中的通信节点对；

步骤G：在所述通信节点对的通信路径中，确定一个目标路径；

步骤H：沿所述目标路径建立光通道。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤G包括：

步骤G01：确定所通信节点对的通信路径，对每个所述通信路径设置一个随机数范围值；

步骤G02：获取目标随机数，依据每个所述随机数范围值确定与所述目标随机数相对应的通信路径作为目标路径。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤H之后，所述方法还包括：

步骤I：获取光通道的建立结果，判断所述建立结果是否满足预设的通信标准，如果是，所述通信节点对通过建立的光通道进行数据传输，否则，在所述通信节点对的通信路径中的剩余路径中选择其概率值最大的通信路径作为新的目标路径，沿所述新的目标路径建立光通道，重新获取当前光通道的建立结果，直到所述通信节点的通信路径均无法建立光通道，生成通信请求阻塞的提示信息。

5.一种网络固定路径选择装置，其特征在于，所述装置应用于光传输网络，所述光传输网络包括至少两个终端节点，每个所述终端节点分别与至少一个其他终端节点之间设置有数据链路，且每条数据链路的负载值为初始负载值，每两个所述终端节点组成一个节点对，每个所述节点对的终端节点之间包括至少一条路径，每条所述路径包括至少一条数据链路，所述装置包括：

遍历执行单元，用于遍历所述光传输网络中的每个所述节点对，依次判断每个所述节点对是否已选定固定路径，如果是，对该节点对的当前固定路径中每条数据链路当前的负载值减去预设第一负载值，移除该节点对的当前固定路径，否则，利用最短固定路由算法选定该节点对的固定路径，对该节点对的当前固定路径中每条数据链路当前的负载值加上预设第二负载值；

其中，所述第一负载值及所述第二负载值均不同于所述初始负载值；

循环触发单元，用于循环触发所述遍历执行单元，直到预设执行条件成立；

其中，所述预设执行条件包括循环次数满足预设限值或每个所述节点对本次遍历选定的固定路径与其上一次遍历选定的固定路径相同；

数据记录单元，用于记录所述循环触发单元在循环触发所述遍历执行单元过程中，每个所述节点对被选定的固定路径，并计算每个所述固定路径被选定的概率值；

路径选择单元，用于在每个所述节点对中被选定的固定路径中，选取至少一个其概率值满足预设规则的固定路径作为该节点对的通信路径。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

请求接收单元，用于接收路径通信请求，所述通信请求包括源终端节点标识及目标终端节点标识；

节点对确定单元，用于依据所述源终端节点标识及所述目标终端节点标识，确定所述光传输网络中的通信节点对；

目标确定单元，用于在所述通信节点对的通信路径中，确定一个目标路径；

通道建立单元，用于沿所述目标路径建立光通道。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述目标确定单元包括：

范围值设定子单元，用于确定所通信节点对的通信路径，对每个所述通信路径设置一个随机数范围值；

目标确定子单元，用于获取目标随机数，依据每个所述随机数范围值确定与所述目标随机数相对应的通信路径作为目标路径。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

结果分析单元，用于获取光通道的建立结果，判断所述建立结果是否满足预设的通信标准，如果是，所述通信节点对通过建立的光通道进行数据传输，否则，在所述通信节点对的通信路径中的剩余路径中选择其概率值最大的通信路径作为新的目标路径，沿所述新的目标路径建立光通道，重新获取当前光通道的建立结果，直到所述通信节点的通信路径均无法建立光通道，生成通信请求阻塞的提示信息。

9.一种光传输网络，其特征在于，包括至少两个终端节点及如上述权利要求5至8任意一项所述的网络固定路径选择装置；

其中，所述光传输网络中每个所述终端节点分别与至少一个其他终端节点之间设置有数据链路，且每条数据链路的负载值为初始负载值，每两个所述终端节点组成一个节点对，每个所述节点对的终端节点之间包括至少一条路径，每条所述路径包括至少一条数据链路。

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