CN103259589B - 一种节能光网络中的虚拟备份容量抗毁保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于节能光网络生存性中的虚拟备份容量保护方法，属于通信网技术领域。该方法基于光网络共享通路保护机制，在采用睡眠模式的节能光网络中将工作通路和保护(备份)通路分别汇聚在不同的光纤中，针对通路汇聚约束与工作通路间链路分离共享约束的矛盾，通过在网络中设置虚拟链路容量的方法，扩展相关链路中的备份容量，在满足网络节能和业务保护平均可靠性要求的基础上，有效降低节能光网络抗毁保护方案中的阻塞率指标。

Description

一种节能光网络中的虚拟备份容量抗毁保护方法

技术领域

本发明属于通信网技术领域，具体涉及一种节能光网络中的虚拟备份容量抗毁保护方法。

背景技术

随着通信与信息技术的飞速发展以及互联网业务的爆炸性增长，各种具有超大容量、超高传输速率、超快处理速度的通信设备不断地被研制并应用到通信网络中，这使得通信与信息领域的能源消耗以惊人的速度不断增长。目前，通信与信息技术领域的电能消耗量已超过了全球电能消耗总量的8%，而其中，通信网的电能消耗量已超过14.8%，并不断呈现上升趋势。因此，网络节能技术正受到业界的广泛关注。随着波分复用WDM技术的不断发展，单根光纤的传输容量不断实现几何级的增长，而光网络因其巨大的数据和业务承载能力已成为当前和未来最具潜力的通信骨干网基础架构。在这样一个高速大容量的光传送网中，一旦出现网络组件(链路或节点)失效，将造成大量的数据和业务丢失。为了避免或减小网络组件失效对网络业务造成的影响，网络抗毁保护技术一直是光网络研究和应用领域的一个重要问题。

传统的光网络抗毁保护技术通常采用为每个业务连接配置一条工作通路和一条链路分离的保护(备份)通路的方法，当工作通路上的链路失效时，迅速将业务连接切换到相应的保护通路上去，从而维持必要的网络服务质量。而在网络节能需求的前提下，通常又会将保护(备份)通路上的相应网络设备置为低功耗的睡眠模式，如文献(WDM节能光网络中的抗毁保护算法研究,重庆邮电大学学报(自然科学版),2012.06,24(3):119-124)将工作通路和保护通路分别汇聚在不同的光纤中，并将非工作通路上的光纤和节点设备置为睡眠模式，以此实现光网络的节能。

为了实现最优的网络资源利用率，传统的抗毁保护技术通常采用备份资源共享的方法来减少对网络资源的占用和消耗。备份资源共享的约束条件是：当任意两条工作通路满足链路分离的条件时，其相应的保护通路可以共享备份资源，如图1所示：当链路失效时，需要链路提供2条备份波长，当链路失效时，需要链路提供1条备份波长，因此，链路需预留的最小备份波长数为2。通常的做法是尽量将工作通路和保护通路均匀地分布在网络中，这样在一定程度上既均衡了网络负载，同时也增加了备份资源的共享机会，使得在网络负载较高的情况下仍能取得较好的阻塞率性能，如图2所示：采用传统通路保护法建立2个由源节点到目标节点的业务连接，占用工作波长6条，备份波长3条，启用工作模式光纤6条(可看作消耗6个功率单位)。然而，在采用睡眠模式的节能光网络中，为了尽可能多的将非工作资源置为低功耗睡眠模式，通常会将工作通路和保护通路分别汇聚在不同的光纤中，这样却会减少工作通路间链路分离的情况，降低资源共享的机会，从而使网络的资源利用率和阻塞率性能下降，如图3所示：采用节能通路保护法建立2个由源节点到目标节点的业务连接，占用工作波长6条，备份波长6条，启用工作模式光纤3条(可看作消耗3个功率单位)。

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种针对单链路失效，提高网络资源利用率、降低节能光网络阻塞率指标的虚拟备份容量抗毁保护方法。为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种节能光网络中的虚拟备份容量抗毁保护方法，其特征在于包括以下步骤：

101、判断源节点为，目标节点为的业务连接请求为到达网状光网络的事件或离开网状光网络的事件，其中，代表所有网络节点的集合，代表所有双向链路的集合，当为到达事件时，则跳转至步骤102；当为离开事件时，则跳转至步骤106；

102、当为到达事件时，根据式调整网络中的所有光纤代价，根据式调整网络中的所有链路代价，其中，为网络中的一条双向光纤链路；为链路中的一条光纤，为光纤中承载的总波长数，为链路的基本代价，为链路的动态代价，为链路上的光纤的动态代价，为链路上的光纤中的工作波长数，为链路上的光纤中的备份波长数，利用算法在链路代价的基础上计算一条从源节点到目标节点的最短通路,如果该最短通路存在，则将其设为工作通路，跳转至步骤103；否则，拒绝请求，本次事件结束；

103、除工作通路上的链路外，根据式，为网络中的每一条链路计算需要预留的最小备份波长数，根据式调整网络中的所有光纤代价，根据式调整网络中的所有链路代价，其中，为工作通路穿越链路，而相应的保护通路穿越链路的业务连接数，为链路上的总的备份波长数，为链路上的虚拟备份波长数，为链路上预设的最大虚拟备份波长数，工作通路上的所有链路代价直接置为，利用算法在链路代价的基础上计算一条从源节点到目标节点的最短通路，如果该最短通路存在，则将其设为保护通路，跳转至步骤104；否则，拒绝请求，本次事件结束；

104、对工作通路上的每一条链路，选取光纤代价最小的光纤，分配一条空闲波长作为工作波长，如果该光纤处于睡眠模式，则将其切换到工作模式，跳转至步骤105；

105、对保护通路上的每一条链路，如果链路上需预留的最小备份波长数小于或等于总的备份波长数与虚拟备份波长数之和，则不用预留备份波长；否则，将链路上的光纤根据光纤代价的大小按升序排列，依次选择并考察排列中的光纤，若找到一条空闲波长，则将其预留为备份波长；否则，预留一条虚拟波长作为备份波长，本次事件结束；

106、当为离开事件时，对工作通路上的每一条链路，释放链路中相应光纤上的工作波长，并将其置为空闲状态，如果该光纤中已没有工作波长，则将其切换至低功耗睡眠模式，跳转至步骤107；

107、对保护通路上的每一条链路，如果链路上需预留的最小备份波长数等于总的备份波长数与虚拟备份波长数之和，则不需要释放备份波长；否则，需要释放一条备份波长：如果虚拟备份波长数大于0，则释放一条虚拟备份波长；否则，将链路上的光纤根据光纤代价的大小按降序排列，依次选择并考察排列中的光纤，若找到一条空闲波长，则将其释放并置为空闲状态，本次事件结束。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明中，在采用睡眠模式的节能光网络中将工作通路和保护(备份)通路分别汇聚在不同的光纤中，针对通路汇聚约束与工作通路间链路分离共享约束的矛盾，通过在网络中设置虚拟链路容量的方法，扩展相关链路中的备份容量，在满足网络节能和业务保护平均可靠性要求的基础上，有效降低节能光网络抗毁保护方案中的阻塞率指标。

附图说明

图1为备份波长共享方法；

图2为传统通路保护方法；

图3为节能通路保护方法；

图4为本发明一实施例节能光网络中的虚拟备份容量抗毁保护算法流程。

具体实施方式

下面结合附图给出一个非限定性的实施例对本发明作进一步地阐述。

参照图1-图4所示，

具有睡眠模式的WDM网状光网络。其中，代表所有网络节点的集合，代表所有双向链路的集合。每个节点中主要包含电子控制系统、基于微机电系统的光交换矩阵、波长转换器、光信号收发器等能耗设备，其中电子控制系统始终处于工作模式，其它设备均可在工作模式和低功耗睡眠模式间切换。每条链路由条光纤组成，每条光纤由一个功率放大器、若干个线路放大器、一个前置放大器，以及相应的若干光纤段组成，其中的能耗设备信号放大器均可在工作模式和低功耗睡眠模式间切换。

其中，本发明内容所涉及的符号说明如下：

：网络中的一条双向光纤链路。

：链路中的一条光纤。

：光纤中承载的总波长数。

：链路的基本代价，可由该链路的物理长度、功耗等因素决定。

：链路的动态代价。

：链路上的光纤的动态代价。

：链路上的总的备份波长数。

：链路上的光纤中的工作波长数。

：链路上的光纤中的备份波长数。

：源节点为，目的节点为的业务连接请求。

：工作通路。

：保护通路。

：工作通路穿越链路，而相应的保护通路穿越链路的业务连接数。

：链路上需要预留的最小备份波长数。

：链路上预设的最大虚拟备份波长数，根据实际网络中各组件的可靠性状态以及对网络的模拟仿真经验选取合适的值，以满足业务保护的平均可靠性要求。

：链路上预留的虚拟备份波长数。

另外，本发明的技术方案说明如下：

1.能耗方案：

1)每个节点中的电子控制系统始终处于工作模式，并维持额定功耗。

2)当一条工作通路对应的波长通道穿越一个节点时，将在光交换矩阵、波长转换器、光信号收发器等设备上产生相应的功耗。

3)当一条工作通路对应的波长通道穿越一条光纤时，该光纤链路中的功率放大器、线路放大器、前置放大器等设备处于工作模式并产生额定功耗。

4)网络中所有保护(备份)通路对应的节点设备与线路设备，以及空闲的节点设备与线路设备均切换至低功耗睡眠模式。

2.路由方案：

1)为注入网络的每一个业务连接请求建立一条工作通路和一条链路分离的保护通路，并且工作波长和备份波长不能处于同一条光纤中。工作通路和保护通路的计算均采用最短路算法，如：算法。

2)计算工作通路前，对每条链路中的光纤代价进行计算，以最小的光纤代价作为本链路的链路代价。光纤代价及链路代价的计算方法分别如式(1)和式(2)所示。

(1)

(2)

3)计算保护通路前，除了工作通路上的链路外，对每条链路中的光纤代价进行计算并作升序排列，以最小的光纤代价作为本链路的链路代价，工作通路上的所有链路代价直接置为。链路中需要预留的最小备份容量，光纤代价，以及链路代价的计算方法分别如式(3)，式(4)，以及式(2)所示。

(3)

(4)

3.资源配置及预留方案：

当一个业务连接请求所需的工作通路和保护通路计算成功后，将为工作通路所经过的每一条链路分配相应的工作波长，并为保护通路所经过的每一条链路预留相应的备份波长(本发明中备份波长和虚拟备份波长的预留均满足传统的备份资源共享约束)。

1)在工作通路经过的链路上，选择光纤代价最小的光纤，选取并占用该光纤中的一条空闲波长作为工作波长。

2)在保护通路经过的链路上，选择光纤代价最小的光纤。

①如果链路上需要预留的最小备份波长数小于或等于总的备份波长数与虚拟备份波长数之和，则不用预留备份波长。

②如果链路上需要预留的最小备份波长数大于总的备份波长数与虚拟备份波长数之和，则在升序排列的光纤中选择一条光纤代价小的作为备份光纤。

如果该光纤上含有空闲波长，则预留一条空闲波长作为备份波长。

如果该光纤上没有空闲波长，则选择下一条光纤，继续寻找一条空闲波长作为备份波长。

如果在非工作光纤中没有找到空闲波长，则在中预留一条虚拟波长作为备份波长。

4.资源释放方案：

当一个业务连接释放时，将工作通路和保护通路上对应的波长资源释放。

1)对工作通路上的每一条链路，将相应光纤上的工作波长释放并置为空闲波长。

2)对保护通路上的每一条链路，计算链路上需要预留的最小备份波长数，检查是否小于总的备份波长数与虚拟备份波长数之和。

①如果链路上需要预留的最小备份波长数等于总的备份波长数与虚拟备份波长数之和，则不释放备份波长。

②如果链路上需要预留的最小备份波长数小于总的备份波长数与虚拟备份波长数之和，则需要释放备份波长。

如果链路上的虚拟备份波长数大于0，则释放一个虚拟备份波长。

如果链路上的虚拟备份波长数等于0，则在降序排列的光纤中释放光纤代价最大的备份光纤中的一条备份波长。

本发明是一种针对节能光网络中单链路失效的通路保护方法，其具体实施方式可作为一种动态的在线保护算法。为了使本发明的技术方案更加清楚和具体，下面将给出该算法的工作流程(如图4所示)及详细执行步骤。

假设满足一定话务强度的业务连接请求随机独立地到达和离开网络。对到达事件，网络将为该连接请求计算一条工作通路和一条链路分离的保护通路，并为工作通路和保护通路分配和预留网络资源，相应的工作资源切换至工作模式，而保护资源及空闲资源置为低功耗睡眠模式。对离去事件，网络将为相应的业务连接释放工作资源和保护资源，并将所有空闲资源置为低功耗睡眠模式。

一种节能光网络中的虚拟备份容量抗毁保护方法，其具体实施算法包括以下步骤：

101、判断源节点为，目标节点为的业务连接请求为到达网状光网络的事件或离开网状光网络的事件，其中，代表所有网络节点的集合，代表所有双向链路的集合，当为到达事件时，则跳转至步骤102；当为离开事件时，则跳转至步骤106；

102、当为到达事件时，根据式调整网络中的所有光纤代价，根据式调整网络中的所有链路代价，其中，为网络中的一条双向光纤链路；为链路中的一条光纤，为光纤中承载的总波长数，为链路的基本代价，为链路的动态代价，为链路上的光纤的动态代价，为链路上的光纤中的工作波长数，为链路上的光纤中的备份波长数，利用算法在链路代价的基础上计算一条从源节点到目标节点的最短通路,如果该最短通路存在，则将其设为工作通路，跳转至步骤103；否则，拒绝请求，本次事件结束；

103、除工作通路上的链路外，根据式，为网络中的每一条链路计算需要预留的最小备份波长数，根据式调整网络中的所有光纤代价，根据式调整网络中的所有链路代价，其中，为工作通路穿越链路，而相应的保护通路穿越链路的业务连接数，为链路上的总的备份波长数，为链路上的虚拟备份波长数，为链路上预设的最大虚拟备份波长数，工作通路上的所有链路代价直接置为，利用算法在链路代价的基础上计算一条从源节点到目标节点的最短通路，如果该最短通路存在，则将其设为保护通路，跳转至步骤104；否则，拒绝请求，本次事件结束；

104、对工作通路上的每一条链路，选取光纤代价最小的光纤，分配一条空闲波长作为工作波长，如果该光纤处于睡眠模式，则将其切换到工作模式，跳转至步骤105；

105、对保护通路上的每一条链路，如果链路上需预留的最小备份波长数小于或等于总的备份波长数与虚拟备份波长数之和，则不用预留备份波长；否则，将链路上的光纤根据光纤代价的大小按升序排列，依次选择并考察排列中的光纤，若找到一条空闲波长，则将其预留为备份波长；否则，预留一条虚拟波长作为备份波长，本次事件结束；

106、当为离开事件时，对工作通路上的每一条链路，释放链路中相应光纤上的工作波长，并将其置为空闲状态，如果该光纤中已没有工作波长，则将其切换至低功耗睡眠模式，跳转至步骤107；

107、对保护通路上的每一条链路，如果链路上需预留的最小备份波长数等于总的备份波长数与虚拟备份波长数之和，则不需要释放备份波长；否则，需要释放一条备份波长：如果虚拟备份波长数大于0，则释放一条虚拟备份波长；否则，将链路上的光纤根据光纤代价的大小按降序排列，依次选择并考察排列中的光纤，若找到一条空闲波长，则将其释放并置为空闲状态，本次事件结束。

以上实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (1)

1.一种节能光网络中的虚拟备份容量抗毁保护方法，其特征在于包括以下步骤：

101、判断源节点为，目标节点为的业务连接请求为到达网状光网络的事件或离开网状光网络的事件，其中，代表所有网络节点的集合，代表所有双向链路的集合，当为到达事件时，则跳转至步骤102；当为离开事件时，则跳转至步骤106；

102、当为到达事件时，根据式调整网络中的所有光纤代价，根据式调整网络中的所有链路代价，其中，为网络中的一条双向光纤链路；为链路中的一条光纤，为光纤中承载的总波长数，为链路的基本代价，为链路的动态代价，为链路上的光纤的动态代价，为链路上的光纤中的工作波长数，为链路上的光纤中的备份波长数，利用算法在链路代价的基础上计算一条从源节点到目标节点的最短通路,如果该最短通路存在，则将其设为工作通路，跳转至步骤103；否则，拒绝请求，本次事件结束；

103、除工作通路上的链路外，根据式，为网络中的每一条链路计算需要预留的最小备份波长数，根据式调整网络中的所有光纤代价，根据式调整网络中的所有链路代价，其中，为工作通路穿越链路，而相应的保护通路穿越链路的业务连接数，为链路上的总的备份波长数，为链路上的虚拟备份波长数，为链路上预设的最大虚拟备份波长数，工作通路上的所有链路代价直接置为，利用算法在链路代价的基础上计算一条从源节点到目标节点的最短通路，如果该最短通路存在，则将其设为保护通路，跳转至步骤104；否则，拒绝请求，本次事件结束；

104、对工作通路上的每一条链路，选取光纤代价最小的光纤，分配一条空闲波长作为工作波长，如果该光纤处于睡眠模式，则将其切换到工作模式，跳转至步骤105；

105、对保护通路上的每一条链路，如果链路上需预留的最小备份波长数小于或等于总的备份波长数与虚拟备份波长数之和，则不用预留备份波长；否则，将链路上的光纤根据光纤代价的大小按升序排列，依次选择并考察排列中的光纤，若找到一条空闲波长，则将其预留为备份波长；否则，预留一条虚拟波长作为备份波长，本次事件结束；

106、当为离开事件时，对工作通路上的每一条链路，释放链路中相应光纤上的工作波长，并将其置为空闲状态，如果该光纤中已没有工作波长，则将其切换至低功耗睡眠模式，跳转至步骤107；

107、对保护通路上的每一条链路，如果链路上需预留的最小备份波长数等于总的备份波长数与虚拟备份波长数之和，则不需要释放备份波长；否则，需要释放一条备份波长：如果虚拟备份波长数大于0，则释放一条虚拟备份波长；否则，将链路上的光纤根据光纤代价的大小按降序排列，依次选择并考察排列中的光纤，若找到一条空闲波长，则将其释放并置为空闲状态，本次事件结束。