CN103580746B - 基于多面体结构的光网络多故障保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多面体结构的光网络多故障保护方法，该方法包括：根据所述光网络的物理拓扑和预计将出现并发故障的链路的数目，构建所述多面体保护结构；以及在所构建的多面体保护结构的每一条链路上分配保护资源。通过上述技术方案，根据光网络的物理拓扑和预计将出现并发故障的链路的数目，构建所述多面体保护结构并利用所构建的多面体保护结构来对光网络进行保护，能够实现对多故障光网络进行有效地保护。

Description

基于多面体结构的光网络多故障保护方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体地，涉及一种基于多面体结构的光网络多故障保护方法。

背景技术

在光通信网络中，为了保证光信号远距离、低损耗的传输，整条光纤链路必须满足非常苛刻且敏感的物理条件，任何细微的几何形变或者轻微污染都会造成信号的巨大衰减，甚至中断通信。随着超大容量光网络规模的扩大和传输速率的提高，使得网络遭受自然灾害破坏、人工操作失误和软件配置错误等多重故障的概率增加，这些将降低光网络带宽提供的可靠性，增加保护恢复资源配置冗余和调度的复杂性。

预置圈（P圈或P-cycle）是W.D.Grover教授在1998年提出的概念，是一种基于环结构的网络保护方案。P-cycle是利用空闲资源预先设置的环形通道来实现网状网络中的快速保护。它区别于其他如增强环法、单向环双重覆盖法等基于环的保护方案的最大特点就是在允许工作通道任意选择路由的条件下，同时可对圈上和跨接区段上的链路故障提供保护。在单故障的情况下，p-cycle中的哈密尔顿圈达到最优的资源利用率。

为了实现多条并发链路故障的保护，已有文献提出了以p-cycle为基础的保护方案。这样的保护方案中，对于物理拓扑中每条链路，必须使得其处在多条物理路径不相交的圈（cycle）中，以使在多故障的情况下至少有一个cycle是没有受到故障的影响。但是根据理论证明和实际应用，对于多条链路并发故障情况下，p-cycle组合并不能达到最优的保护资源利用。

针对多条并发链路故障的光网络保护问题，现有技术中尚无良好的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种光通信网络中使用的保护方法以至少解决现有技术中存在的上述问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于多面体结构的光网络多故障保护方法，该方法包括：根据所述光网络的物理拓扑和预计将出现并发故障的链路的数目，构建所述多面体保护结构；以及在所构建的多面体保护结构的每一条链路上分配保护资源。

进一步地，所述构建所述多面体保护结构的步骤包括：确定所述光网络的物理拓扑中的跨接链路；以及从所述光网络的物理拓扑中去除所确定的跨接链路，由剩余的链路和节点组成所构建的多面体保护结构。

进一步地，所述确定所述光网络的物理拓扑中的跨接链路包括：对于所述光网络的物理拓扑的每一条链路，判断链路两端的节点是否都满足条件：度大于m+1，其中m为所述预计将出现并发故障的链路的数目；以及将满足所述条件的链路确定为所述跨接链路。

进一步地，所述在所构建的多面体保护结构的每一条链路上分配保护资源的步骤包括：根据所构建的多面体保护结构中具有最大工作资源的链路的工作资源数量以及具有最大工作资源的跨接链路的工作资源数量来分配所述保护资源。

进一步地，所述在所构建的多面体保护结构的每一条链路上分配保护资源的步骤包括：确定第一资源值，其中该第一资源值为所述具有最大工作资源的链路的工作资源数量乘以m；确定第二资源值，其中该第二资源值为所述具有最大工作资源的跨接链路的工作资源数量乘以m除以（m+1）；比较所述第一资源值和所述第二资源值；以及根据比较结果，以所述第一资源值和所述第二资源值中的较大者来分配所述保护资源到所构建的多面体保护结构的每一条链路。

进一步地，在确定所述光网络的物理拓扑中的跨接链路之前，该方法还包括：确定所述光网络的物理拓扑中存在哈密尔顿圈，在不存在所述哈密尔顿圈的情况下，确定所述光网络的物理拓扑中的跨接链路。

通过上述技术方案，根据光网络的物理拓扑和预计将出现并发故障的链路的数目，构建所述多面体保护结构并利用所构建的多面体保护结构来对光网络进行保护，能够实现对多故障光网络进行有效地保护；在所构建的多面体保护结构上分配保护资源，能够使网络具有较低的冗余度，提高了资源的利用率，并且能够使光网络在50ms以内进行保护倒换。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明实施方式的一种基于多面体结构的光网络多故障保护方法的流程图；

图2是根据本发明优选实施方式的一种基于多面体结构的光网络多故障保护方法的流程图；

图3是根据本发明优选实施方式的一种基于多面体结构的光网络多故障保护方法的流程图；

图4是示例的光网络拓扑示意图；

图5是本发明的方法可以实施的示例的COST239光网络拓扑示意图；

图6是示例的网络拓扑结构示意图；以及

图7是在预计出现并发故障的数目为2的情况下的保护倒换示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是根据本发明实施方式的一种基于多面体结构的光网络多故障保护方法的流程图。如图1所示，本发明提供的一种基于多面体结构的光网络多故障保护方法，包括：根据光网络的物理拓扑和预计将出现并发故障的链路的数目，构建多面体保护结构（S10）；以及在所构建的多面体保护结构的每一条链路上分配保护资源（S15）。其中，光网络的物理拓扑可以表示光网络中的所有链路和节点；预计将出现并发故障的链路数目可以根据需要例如网络规划要求进行设置。需要说明的是，这里的多面体保护结构可以包括完整的多面体保护结构（例如，超立方保护结构），还可以包括次或次优的多面体保护结构（例如，不规则的保护结构）。

通过上述技术方案，根据光网络的物理拓扑和预计将出现并发故障的链路的数目，构建多面体保护结构并利用所构建的多面体保护结构来对光网络进行保护，能够实现对多故障光网络进行有效地保护；在所构建的多面体保护结构上分配保护资源，能够使网络具有较低的冗余度，提高了资源的利用率，并且能够使光网络在50ms以内进行保护倒换，满足光网络的使用要求。

图2是根据本发明优选实施方式的一种基于多面体结构的光网络多故障保护方法的流程图。如图2所示，优选地，构建多面体保护结构的步骤（S10）可以包括：确定光网络的物理拓扑中的跨接链路（S11）；以及从光网络的物理拓扑中去除所确定的跨接链路，由剩余的链路和节点组成所构建的多面体保护结构（S12）。下面结合图4对跨接链路进行说明。图4是示例的光网络拓扑示意图。如图4所示网路拓扑，在双故障情况下，其中链路（a，b）和（c）都可以为跨接链路，但是只能有链路（a，b）或（c）中的一者为跨接链路，不能同时为跨接链路。当跨接链路（链路（a，b）或（c））确定以后，该光网络拓扑中剩余的链路就是多面体保护结构上的链路，这些链路和每条链路两端的节点一起组成所构建的多面体保护结构。现有技术中有多种确定跨接链路的方法，以下结合图3对本发明的一个优选的实施方式进行说明。

图3是根据本发明优选实施方式的一种基于多面体结构的光网络多故障保护方法的流程图。如图3所示，优选地，确定光网络的物理拓扑中的跨接链路（S11）包括：对于光网络的物理拓扑的每一条链路，判断链路两端的节点是否都满足条件：度大于m+1，其中m为预计将出现并发故障的链路的数目（S13）；以及将满足条件的链路确定为跨接链路（S14）。

图5是本发明的方法可以实施的示例的COST239光网络拓扑示意图。结合图5对图3所示的方法做进一步举例说明，这里假设：m=3，即网络中并发出现的链路故障数目为3，并且在当前光网络的物理链路中随机地出现；光网络中每条链路的资源以波长为单位，并且不需要考虑波长连续性限制。如图5中（a）所示，COST239光网络物理拓扑中，包括11个物理链路节点和25条物理链路。从图5中可以看出，节点的度（或自由度）大于4的节点为：节点2,3,4,6,9,10。因此，可以确定链路2-10,3-4和6-9为跨接链路，从而所构建的多面体保护结构如图5中（b）所示。

在一种优选的实施方式中，构建多面体保护结构的步骤还可以包括：确定光网络的物理拓扑中存在哈密尔顿圈（Hamilton-Cycle）；以及在不存在哈密尔顿圈的情况下，确定光网络的物理拓扑中的跨接链路。判断在光网络物理拓扑图中存在哈密尔顿圈，即在给定的光网络物理拓扑中，能不能找到这样的路径：从某一节点出发不重复地经过所有的节点（不必通过物理拓扑中每一条边（或链路）），最后又回到初始节点。对于在光网络物理拓扑存在哈密尔顿圈的情况下，多面体保护结构的构建方法已记载在申请人2011年11月2日提交的中国专利申请（申请号：201110341566.7）中，这里将其引用作为参考。对于光网络物理拓扑不存在哈密尔顿圈的情况，可以根据光网络的物理拓扑和预计将出现并发故障的链路的数目，构建多面体保护结构。需要说明的是，首先判断或确定光网络拓扑中是否存在哈密尔顿圈，目的是对网络拓扑的属性进行判断，从而可以判断网络可以构建的保护结构的类型（例如，超立方保护结构或不规则的保护结构），进而根据判断出的类型来构建保护结构。但是，是否事先知道网络可以构建的保护结构的类型并不会影响根据本发明的方法来构建多面体保护结构。作为举例，可以采用如下的贪婪算法来构建多面体保护结构而不需要考虑光网络的物理拓扑中是否存在哈密尔顿圈。作为举例的贪婪算法如下：

（1） $\mathrm{Poly}\_P\⇐G(V,E)$

（2）fore_ij∈E(i∈V,j∈V,i≠j)eachdo

（3）if(Degree(i)＞m+1&&Degree(j)＞m+1)do

（4）Poly_P＝Poly_P/e_ij

（5）endif

（6）endfor

（7）returnPoly_P

其中G(V,E)为所述光网络的物理拓扑，V为所述光网络的物理拓扑中节点的集合，E为所述光网络的物理拓扑中链路的集合，Poly_P为所述贪婪算法构建的所述多面体保护结构，Degree(i)为节点i的度，m为所述预计将出现并发故障的链路的数目。

在一种实施方式中，在所构建的多面体保护结构的每一条链路上分配保护资源的步骤（S15）可以包括：根据所构建的多面体保护结构中具有最大工作资源的链路的工作资源数量以及具有最大工作资源的跨接链路的工作资源数量来分配保护资源。在一种实施方式中，在所构建的多面体保护结构的每一条链路上分配保护资源的步骤可以包括：确定第一资源值，其中该第一资源值为具有最大工作资源的链路的工作资源数量乘以m；确定第二资源值，其中该第二资源值为具有最大工作资源的跨接链路的工作资源数量乘以m除以（m+1）；比较第一资源值和第二资源值；以及根据比较结果，以第一资源值和第二资源值中的较大者来分配保护资源到所构建的多面体保护结构的每一条链路。

以下结合附图对发明提供的基于多面体结构的光网络多故障保护方法的优势和特点进一步说明。其中，进行保护资源的分配时，以保护结构上工作容量最大的链路为基准，对于保护结构上的工作链路分配保护资源，链路资源以波长为最小的粒度；对于保护结构上的跨接链路，共享保护结构上的保护资源。图6是示例的网络拓扑结构示意图。其中，图6中（a）所示的光网络物理拓扑主体为正六面体。根据前述的内容，可以得到，在双故障情况下，根据现有技术的预制圈方法构建的六个p-cycle的保护结构如图6中（b）所示，其中，每个p-cycle的每一条链路上分配一个波长的保护波长。而根据本发明基于多面体结构的光网络多故障保护方法构建的正六面体如图6中（c）所示。其中，假设正六面体上每条链路的工作波长数目为1个波长，在双并发故障的情况下，作为举例，在保护结构上分配资源算法如下：

（1）Poly_P＝G(V_p,E_p)

（2）fore_ij∈E_p(i∈V_p,j∈V_p,i≠j)eachdo

（3）findthemaximumworkingwavelengthsnumberMAX_P

（4）endfor

（5）eachdo

（6）findthemaximumworkingwavelengthsnumberMAX_W

（7）endfor

（8）MAX=max(m*MAX_P，m*MAX_W/(m+1))

（9）AssignMAXwavelengthsinthePoly_P

其中保护结构为G(V_p,E_p)，V_p为保护结构节点集合，E_p为保护结构链路集合，MAX为对保护结构上的每一条链路需要分配的波长数目（本例中，得到MAX=2）。

根据网络冗余度的计算公式：冗余度=（网络保护资源的总量）/（网络工作资源的总量），可以得到在使用图6中（b）所示的六个p-cycle保护结构的情况下网络冗余度为：(4*6)/(12+0)=2；而在使用图6中（c）所示的正六面体保护结构的情况下网络冗余度为：(12*2)/(12+2*3)=4/3。根据最优的冗余度公式：m/（d-m），其中，m为故障链路数目（本例中，m=2），d为网络节点的平均度数（本例中，d=7/2），可以得到图6中（a）示出的网路的最优的冗余度为4/3。因此，使用根据本发明的基于多面体结构的光网络多故障保护方法构建的多面体保护结构实现了最优的网络冗余度和最好的保护资源利用效率。

图7是在预计出现并发故障的数目为2的情况下的保护倒换示意图。如图7所示，假设对于任意一个正六面体保护结构，一条链路上的业务可以组播到正六面体保护结构任意一条链路中去。根据以上得到的保护结构和分配的保护资源，可以构成两个正六面体的保护结构，其中，每个结构上的每一条链路都有一个保护波长。对于网络中随机出现的双链路故障，可以如图7中（b）所示，其中一个故障链路倒换到一个正六面体保护结构；如图7（c）所示，另外一个故障链路倒换到另一个正六面体保护结构。从而实现对光网络中并发多故障的保护。

本发明实施例所述的基于多面体结构的光网络多故障保护方法，将多面体结构和光网络多故障保护方法相结合，通过寻找最优的保护结构，实现保护资源的冗余度最低，最优的利用了光网络中空闲带宽资源并能够达到50ms的光网络恢复速度。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (4)

1.一种基于多面体结构的光网络多故障保护方法，该方法包括：

根据所述光网络的物理拓扑和预计将出现并发故障的链路的数目，构建所述多面体保护结构；以及

在所构建的多面体保护结构的每一条链路上分配保护资源；

其中，所述构建所述多面体保护结构的步骤包括：

确定所述光网络的物理拓扑中的跨接链路；以及

从所述光网络的物理拓扑中去除所确定的跨接链路，由剩余的链路和节点组成所构建的多面体保护结构；

其中，所述确定所述光网络的物理拓扑中的跨接链路包括：

对于所述光网络的物理拓扑的每一条链路，判断链路两端的节点是否都满足条件：度大于m+1，其中m为所述预计将出现并发故障的链路的数目；以及

将满足所述条件的链路确定为所述跨接链路。

2.根据权利要求1所述的光网络多故障保护方法，其特征在于，所述在所构建的多面体保护结构的每一条链路上分配保护资源的步骤包括：

根据所构建的多面体保护结构中具有最大工作资源的链路的工作资源数量以及具有最大工作资源的跨接链路的工作资源数量来分配所述保护资源。

3.根据权利要求2所述的光网络多故障保护方法，其特征在于，所述在所构建的多面体保护结构的每一条链路上分配保护资源的步骤包括：

确定第一资源值，其中该第一资源值为所述具有最大工作资源的链路的工作资源数量乘以m；

确定第二资源值，其中该第二资源值为所述具有最大工作资源的跨接链路的工作资源数量乘以m除以(m+1)；

比较所述第一资源值和所述第二资源值；以及

根据比较结果，以所述第一资源值和所述第二资源值中的较大者来分配所述保护资源到所构建的多面体保护结构的每一条链路。

4.根据权利要求1所述的光网络多故障保护方法，其特征在于，在确定所述光网络的物理拓扑中的跨接链路之前，该方法还包括：确定所述光网络的物理拓扑中存在哈密尔顿圈，

在不存在所述哈密尔顿圈的情况下，确定所述光网络的物理拓扑中的跨接链路。