CN103647598A - 一种基于智能光网络的通信多等级保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于智能光网络的通信多等级保护方法，属于通信网络技术领域，本发明利用智能光网络的可编程和自动调节功能，利用了光网络传输带宽高，延迟小的特点，并将不同重要程度的业务请求进行区分保护，解决了由于单个光纤断裂易导致重大影响的问题，一方面，区分等级的保护可以提供有针对性的保护，高等级业务使用高保护级服务，低等级业务使用低保护级服务，提高了资源利用率，并简化寻找保护路径的难度，降低了运算时间；另一方面，通过中保护级和低保护级的共享保护功能，提高带宽利用率的同时，也可使相应的预留网络资源进行休眠，节省电能消耗。
Description
技术领域
本发明属于通信网络技术领域，具体涉及一种基于智能光网络的通信多等级保护方法。
背景技术
近年来，WDM光传输网络有了长足的进步，无论是从光传输技术还是光传输网络的部署和应用都日趋成熟。光网络所携带的超大容量信息，考虑到通信中断将会带来的巨大经济损失和对社会所造成的严重影响，健壮的光网络生存性必定为电信运营商和设备制造商所追求，更是网络设计者必须首先考虑的问题。智能光网络(ION)的引入是对传统的光传送网技术的重大改善,以自动交换光网络(ASON)为代表的智能光网络技术不仅可以实现业务连接的动态建立和拆除,还可以实现许多新功能。因此，研究面向ASON的抗毁技术是十分有必要的。
光网络生存性的问题是随着光网络的发展而发展，从最初的点对点网络所采用的保护切换到环形网所采用的自愈环技术直至现在的网状网所采用的快速重构恢复技术，网络拓扑结构的日益复杂，客观上也使得网络生存性的解决方案变得更为灵活。一个完整的生存性策略包括以下几个部分:故障的发现、定位、声明和解除。
保护和恢复均是在网络故障条件下，使受损的业务得以重新运行的具体措施。保护是指利用节点间预先分配的容量实施网络保护。保护往往处于本地网元或远端网元的控制下，无需外部网管系统的介入，保护倒换时间很短，但备用资源无法在网络范围内共享，资源利用率低。恢复则通常利用节点之间可用的任何容量，还需要准确地知道故障点的位置，其实质是在网络中寻找失效路由的替代路由，因而恢复算法与网络选路算法相同。为提高网络的生存性，往往采用保护的办法，主要为保证故障情况下的时效性和可靠性，同时为了保证网络资源的合理化利用，这就变成了以网络生存性为约束条件的资源优化的问题。
所以针对光网络的保护机制，一般可分为专用保护机制、共享保护机制和混合保护机制。专用保护机制（Dedicated Protection，DP），即在业务到来时就找到两条链路分离的路径，分别为工作路径和保护路径，保护路径只是实现预留资源，只有当工作路径失效时，保护路径才开始工作；共享保护机制（Shared Protection，SP），即两条链路分离的工作路径可以共享保护链路，因为据统计光网络的失效往往都是单链路失效，所以只要工作路径是链路分离的，那么它们彼此之间可以共享保护路径的带宽，但是这条用于保护的物理链路只能用来以后寻找保护路径之用，同理用于工作路径的物理链路只能用来以后寻找工作路径之用；混合保护机制（Mixed Protection，MP），即不区分工作物理链路和保护物理链路，在寻找工作路径和保护路径时，可以自由的在任意物理链路间进行选择，只要保证同一个业务请求的工作路径和保护路径链路分离即可。
生存性对于光网络的重要性现在己经得到业界的广泛重视，在光网络快速发展的今天，研究光网络的生存性技术，提出实用化的解决方法，已经成为发展和建设光网络必须解决的一个关键问题。所以，针对上面提出的三种保护机制，我们提出了区分保护等级的抗毁办法。因为专用保护的等级最高，共享保护次之，然后为混合保护，我们可以把它们看作高保护级、中保护级和低保护级，所以我们根据不同的业务等级，分别辅之以相应程度的保护。同时因为保护等级的不同而带来资源使用率的不用，所以这么做也可以在保证QoS的同时，有效的提高网络的资源利用率。
发明内容
针对现有方法存在的不足，本发明提出一种基于智能光网络的通信多等级保护方法，以达到提高资源利用率、简化寻找保护路径的难度和降低运算时间的目的。
一种基于智能光网络的通信多等级保护方法，包括以下步骤：
步骤1、根据业务数据包头的数码位数对光网络业务请求进行等级划分，其中，码数位数为00时属于高保护级，码数位数为01时属于中保护级，码数位数为10时属于低保护级；
步骤2、判断用户业务状态，若用户业务到达，则执行步骤3，若用户业务离开，则执行步骤4；
步骤3、判断用户业务所属等级，并根据对应等级采取相应保护措施；
步骤3-1、判断用户业务所属等级，若为高保护级，则执行步骤3-2；若为中保护级，则执行步骤3-3，若为低保护级，则执行步骤3-4；
步骤3-2、采用高保护级对用户业务进行保护，即采用最短路径算法寻找并标记工作路径和保护路径，并在保护路径中预留用户专用带宽，具体包括：
步骤3-2-1、采用最短路径算法在虚拟拓扑层上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-2-4；否则，则执行步骤3-2-2；
步骤3-2-2、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-2-4；否则，则执行步骤3-2-3；
步骤3-2-3、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-2-4，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
步骤3-2-4、更新拓扑信息，在虚拟拓扑层中删除已经寻找到的工作路径所占用的光路链路，在每个波长层上删除已经寻找到的工作路径所映射的波长链路；
步骤3-2-5、采用最短路径算法在虚拟拓扑层上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-2-8；否则，则执行步骤3-2-6；
步骤3-2-6、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-2-8；否则，则执行步骤3-2-7；
步骤3-2-7、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-2-8，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
步骤3-2-8、对寻找到的工作路径中的每一条链路进行标记，在该工作路径上分配带宽，并分配工作路径中的光收发器端口、波长转换器和光放大器；对寻找到的保护路径中的每一条链路进行标记，在保护路径上预留专用带宽，并分配保护路径中的光收发器端口、波长转换器和光放大器；若工作路径和保护路径是在单个波长层或综合疏导图上寻找到的，则还需在虚拓扑层上分别添加源节点和目的节点之间的光路链路，执行步骤4；
步骤3-3、采用中保护级对用户业务进行保护，即采用最短路径算法寻找并标记工作路径和保护路径，并在保护路径中预留用户可以共享的带宽，具体包括：
步骤3-3-1、采用最短路径算法在虚拟拓扑层上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-3-4；否则，则执行步骤3-3-2；
步骤3-3-2、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-3-4；否则，则执行步骤3-3-3；
步骤3-3-3、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-3-4，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
步骤3-3-4、更新拓扑信息，在虚拟拓扑层中删除已经寻找到的工作路径所占用的光路链路，在每个波长层上删除已经寻找到的工作路径所映射的波长链路；
步骤3-3-5、采用最短路径算法在虚拟拓扑层上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-3-8；否则，则执行步骤3-3-6；
步骤3-3-6、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-3-8；否则，则执行步骤3-3-7；
步骤3-3-7、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-3-8，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
步骤3-3-8、对寻找到的工作路径中的每一条链路进行标记，在该工作路径上分配带宽，并分配工作路径中的光收发器端口、波长转换器和光放大器；对寻找到的保护路径中的每一条链路进行标记，在保护路径上预留共享带宽，并分配保护路径中的光收发器端口、波长转换器和光放大器；若工作路径和保护路径是在单个波长层或综合疏导图上寻找到的，则还需在虚拓扑层上分别添加源节点和目的节点之间的光路链路，执行步骤4；
步骤3-4、采用低保护级对用户业务进行保护，即采用最短路径算法寻找工作路径和保护路径，并在保护路径中预留用户可以共享的带宽，具体包括：
步骤3-4-1、采用最短路径算法在虚拟拓扑层上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-4-4；否则，则执行步骤3-4-2；
步骤3-4-2、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-4-4；否则，则执行步骤3-4-3；
步骤3-4-3、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-4-4，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
步骤3-4-4、更新拓扑信息，在虚拟拓扑层中删除已经寻找到的工作路径所占用的光路链路，在每个波长层上删除已经寻找到的工作路径所映射的波长链路；
步骤3-4-5、采用最短路径算法在虚拟拓扑层上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-4-8；否则，则执行步骤3-4-6；
步骤3-4-6、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-4-8；否则，则执行步骤3-4-7；
步骤3-4-7、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-4-8，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
步骤3-4-8、在该工作路径上分配带宽，并分配工作路径中的光收发器端口、波长转换器和光放大器，在保护路径上预留共享带宽，并分配保护路径中的光收发器端口、波长转换器和光放大器；若工作路径和保护路径是在单个波长层或综合疏导图上寻找到的，则还需在虚拓扑层上分别添加源节点和目的节点之间的光路链路，执行步骤4；
步骤4、释放带宽，回收光收发器端口、波长转换器和光放大器；
步骤5、等待下一个业务请求到来；
步骤6、判断全部业务请求是否处理完毕，若是，则结束；否则返回执行步骤2。
步骤3-2-8中所述的专用带宽的大小等于该业务需求带宽的大小。
步骤3-3-8和步骤3-4-8中所述的共享带宽大小为最大业务需求带宽的大小。
步骤3-2-5、步骤3-2-6、步骤3-2-7、步骤3-3-5、步骤3-3-6、步骤3-3-7、步骤3-3-5、步骤3-4-6和步骤3-4-7中所述的寻找保护路径，先在已经标记过的链路中寻找，再到未标记过的链路中寻找。
步骤3所述的节点为具有光信号交换能力的信息收发端，包括单台电脑、路由器和结合路由器的服务器。
步骤4所述的释放带宽，回收光收发器端口、波长转换器和光放大器，具体为：
（1）、释放工作路径带宽、保护路径预留带宽和释放节点里的内存资源后，光收发器进入休眠状态；
（2）、某段物理链路的全部带宽均被释放后，则该物理链路不再承载任何业务，该链路上的所有光放大器进入休眠，若某节点内部的光交叉连接器没有承载任何业务，则其进入休眠状态。
本发明优点：
本发明一种基于智能光网络的通信多等级保护方法，利用智能光网络的可编程和自动调节功能，利用了光网络传输带宽高，延迟小的特点，并将不同重要程度的业务请求进行区分保护，解决了由于单个光纤断裂易导致重大影响的问题，一方面，区分等级的保护可以提供有针对性的保护，高等级业务使用高保护级服务，低等级业务使用低保护级服务，提高了资源利用率，并简化寻找保护路径的难度，降低了运算时间；另一方面，通过中保护级和低保护级的共享保护功能，提高带宽利用率的同时，也可使相应的预留网络资源进行休眠，节省电能消耗。
附图说明
图1为本发明一种实施例的ASON中区分保护等级的抗毁技术研究的拓扑NSFNET网络示意图；
图2为本发明一种实施例的ASON中区分保护等级的抗毁技术研究的拓扑NSFNET网络的分层示意图；
图3为本发明一种实施例的ASON中区分保护等级的抗毁技术研究的方法流程图；
图4为本发明一种实施例的ASON中区分保护等级的抗毁技术研究的不同波长数目下的阻塞率示意图；
图5为本发明一种实施例的ASON中区分保护等级的抗毁技术研究的不同光收发器数目下的阻塞率示意图；
图6为本发明一种实施例的ASON中区分保护等级的抗毁技术研究的不同业务到达率下的保护可靠性示意图；
图7为本发明一种实施例的ASON中区分保护等级的抗毁技术研究的不同业务到达率下的阻塞率示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
如图1所示，本发明中节点为信息收发端，包括单台电脑、路由器、结合路由器的服务器以及大规模数据中心，物理链路为光纤链路。本实施例中，以路由器为例，所使用的网络拓扑模型为NSFNET网络，包括14个路由器和21条链路；所述的每条链路由一对方向相反的单向光纤组成，每条光纤链路上具有2个波长，每个路由器有2个光收发器。用户请求按照平均速率服从参数β的泊松分布到达，所建连接的持续时间服从均值1/μ的指数分布（假设μ＝1）。用户请求到达后，若未建立连接，则直接阻塞该用户请求，即不生成等待队列。
本发明实施例中，某个连接请求工作路径或保护路径有3种方式：
（1）在虚拟拓扑层（VTL，virtual topology layer）中寻找，通路完全由光路链路组成；
（2）在单个波长层（WLy，wl-wavelength layer）中寻找，通路完全由某层的波长链路组成，然后在虚拓扑层中建立相应路由器的新光路链路；
（3）在综合疏导图（IG，IG-Integrated-grooming Graph）中寻找，如果某路由器存在虚拟光收发器链路，则虚拓扑层中的该路由器与各波长层同号路由器相连通，但各波长层中该号路由器之间互不连通，即通路可能是光路链路、虚拟光收发器链路和波长链路的组合。
本实施例中采用多层图的模型，所述的多层即为虚拓扑层和光层（单个波长层），又称为上层和下层（或底层）。虚拟拓扑层中装载的是已经建立起来的光路链路，而光层中装载的是实际的波长链路。其中，虚拟拓扑层的提出对于提高网络寻址能力，减小阻塞率和寻址时间都有很大帮助。随着波长数的增多，光层中的波长平面层也增多，这样与上层虚拓扑层联合起来，就组成了多层联合路由（综合疏导图）的概念；本发明实施例中，将单根光纤中每个波长都划分成一个独立的层面，有几个波长就有几个波长层，在每个波长层上的节点和链路分别是物理节点和链路的映射，各个波长层彼此之间不能直接沟通；在最上层构建虚拟拓扑层，虚拟拓扑层上的节点为物理节点的映射，链路为光路链路，即通过波长层上的路径单独构建的虚拟链路；虚拓扑层和所有的波长层联合起来组成综合疏导图，彼此之间靠虚链路来连接。
本发明中将保护服务分成高保护级、中保护级和低保护级三个等级。其中高保护级使用专用保护算法，即事先计算出与工作路径链路分离的1:1保护路径。由于本发明是基于单链路失效假设的，所以我们在中保护级和低保护级中使用带宽共享保护算法，即后续到达的业务只要能够保证其工作路径与之前到达的业务请求链路分离，则可以共享保护链路中的带宽资源，不再占用新的带宽。等级的评估机制可由网络服务提供商和使用方协商制定，如根据服务失效后果来划分，可以将灾难电话会议服务评估为高保护级，将流媒体服务评估为中保护级，将电子邮件服务评估为低保护级，可在各个路由器析出数据包头，通过指定的几位数码分析出该数据流所需保护等级，在上层为其构造工作路径和保护路径；链路分离概念，即两个或多个路由的组成链路不互相重叠。例如路由I由物理链路1、2、3组成，路由II由物理链路4、5组成，则可以认定路由I和II为链路分离。
如图2所示，本发明实施例中的光路链路ID：1010900，连接1到9号路由器，使用λ1层的波长链路1-7和7-9；光路链路ID：1101300，连接10到13号路由器，使用λ1层（单个波长层）的波长链路9-10和9-13；如果虚拓扑层上某条光路链路资源已经不满足新业务请求的要求，并这两路由器仍有空闲的光收发器，则可以在相同两点之间利用其他波长层建立新的光路链路，并用不同的ID加以区别。例如虚拓扑层上的0到10号路由器有两条光路链路，ID分别为1001000和1001001，1001000边占用λ1层的0-2，2-5和5-10，1001001边占用λ2层（单个波长层）的0-1，1-7，7-9和9-10。
一种基于智能光网络的通信多等级保护方法，方法流程图如图3所示，包括以下步骤：
步骤1、根据业务数据包头的数码位数对光网络业务请求进行等级划分，其中，码数位数为00时属于高保护级，码数位数为01时属于中保护级，码数位数为10时属于低保护级；
本发明实施例中，根据网络的拓扑图，初始化IG，设置TCx的初始值，并令flagw=0，flagb=0和flagn=0；其中，flagw：布尔型变量，记录当前链路承载工作路径还是保护路径。1为当前链路承载的是一个业务的工作路径，否则为0。flagb：布尔型变量，记录当前链路承载工作路径还是保护路径。1为当前链路承载的是一个业务的保护路径，否则为0。flagn：布尔型变量，记录当前链路是否承载了业务。1为当前链路承载了业务，或者为工作路径，或者为保护路径；否则为0，表示当前链路没有承载任何业务请求。TCx：配备在路由器x上的可用光收发器的数目；
步骤2、判断用户业务状态，若用户业务到达，则执行步骤3，若用户业务离开，则执行步骤4；
步骤3、判断用户业务所属等级，并根据对应等级采取相应保护措施；
步骤3-1、判断用户业务所属等级，若为高保护级，则执行步骤3-2；若为中保护级，则执行步骤3-3，若为低保护级，则执行步骤3-4；
步骤3-2、采用高保护级对用户业务进行保护，即采用最短路径算法寻找并标记工作路径和保护路径，并在保护路径中预留用户专用带宽；
步骤3-2-1、采用最短路径算法（Dijkstra’s算法）在虚拟拓扑层上寻找从源路由器到目的路由器的一条工作路径（Work Path，WP），若寻找成功，则执行步骤3-2-4；否则，则执行步骤3-2-2；
本发明实施例中，选择flagn=0的链路从源路由器到目的路由器为业务请求计算一条工作路径，如果成功，设置flagw=1，flagb=0和flagn=1，则执行步骤3-2-4；否则，则执行步骤3-2-2；
步骤3-2-2、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源路由器到目的路由器的一条工作路径WP，若寻找成功，则执行步骤3-2-4；否则，则执行步骤3-2-3；
本发明实施例中，该步骤具体的设置内容与步骤3-2-1相同；波长层的选择按照波长编号排序由小到大选择，即WP是由某单一波长层上的若干条被标记为w的波长链路组成。
步骤3-2-3、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源路由器到目的路由器的一条工作路径WP，若寻找成功，则执行步骤3-2-4，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
本发明实施例中，该步骤具体的设置内容与步骤3-2-1相同；备选链路集为全部标记w的光路链路和各波长层的波长链路集合，即WP是由若干条被标记为w的光路链路、波长链路和若干条虚链路组成，单一波长层上的波长链路构建成虚拓扑上的新光路链路；
步骤3-2-4、更新拓扑信息，在虚拟拓扑层中删除已经寻找到的工作路径所占用的光路链路，在每个波长层上删除已经寻找到的工作路径所映射的波长链路；
步骤3-2-5、采用最短路径算法在虚拟拓扑层上寻找从源路由器到目的路由器的一条保护路径（Protection Path，PP），若寻找成功，则执行步骤3-2-8；否则，则执行步骤3-2-6；
所述的寻找保护路径，优先在已经被标记为p的光路链路、波长链路上寻找保护路径PP，如果失败则纳入标记为u的波长链路重新寻找PP；构成PP的链路均为标记为p的光路链路、波长链路或者它们的组合；
本发明实施例中，选择flagn=0的链路从源路由器到目的路由器为业务请求计算一条与该业务请求工作路径链路分离的保护路径PP，如果成功，设置flagw=0，flagb=1和flagn=1，则执行步骤3-2-8；否则，则执行步骤3-2-6；
步骤3-2-6、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源路由器到目的路由器的一条保护路径PP，若寻找成功，则执行步骤3-2-8；否则，则执行步骤3-2-7；
本发明实施例中，该步骤具体的设置内容与步骤3-2-5相同；
步骤3-2-7、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源路由器到目的路由器的一条保护路径PP，若寻找成功，则执行步骤3-2-8，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
本发明实施例中，该步骤具体的设置内容与步骤3-2-5相同；
步骤3-2-8、对寻找到的工作路径WP中的每一条链路进行标记，在该工作路径上分配带宽，并分配工作路径WP中的光收发器端口、波长转换器和光放大器；对寻找到的保护路径PP中的每一条链路进行标记，在保护路径上预留专用带宽，并分配保护路径PP中的光收发器端口、波长转换器和光放大器；若工作路径和保护路径是在单个波长层或综合疏导图上寻找到的，则还需在虚拓扑层上分别添加源路由器和目的路由器之间的光路链路；
本发明实施例中，将初次被用作工作路径的物理链路标记为w，将初次被用作保护路径的物理链路标记为p，各波长层上的波长链路以及虚拓扑层上的光路链路也相应地打上标记，后续到达的业务请求寻找路径时将区分w、p、u（未使用）类别，如w只能用作工作路径，p只能用作保护路径，u可以任意使用（u状态为空闲状态，是链路的初始状态）；
所述的专用带宽的大小等于该业务需求带宽的大小；
步骤3-3、采用中保护级对用户业务进行保护，即采用最短路径算法寻找并标记工作路径和保护路径，并在保护路径中预留用户可以共享的带宽；
步骤3-3-1、采用最短路径算法在虚拟拓扑层上寻找从源路由器到目的路由器的一条工作路径WP，若寻找成功，则执行步骤3-3-4；否则，则执行步骤3-3-2；
本发明实施例中，选择flagn=0的链路从源路由器到目的路由器为业务请求计算一条工作路径WP，如果成功，设置flagw=1，flagb=0和flagn=1，则执行步骤3-3-4；否则，则执行步骤3-3-2；
步骤3-3-2、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源路由器到目的路由器的一条工作路径WP，若寻找成功，则执行步骤3-3-4；否则，则执行步骤3-3-3；
本发明实施例中，该步骤具体的设置内容与步骤3-3-1相同；
步骤3-3-3、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源路由器到目的路由器的一条工作路径WP，若寻找成功，则执行步骤3-3-4，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
本发明实施例中，该步骤具体的设置内容与步骤3-3-1相同；
步骤3-3-4、更新拓扑信息，在虚拟拓扑层中删除已经寻找到的工作路径WP所占用的光路链路，在每个波长层上删除已经寻找到的工作路径WP所映射的波长链路；
步骤3-3-5、采用最短路径算法在虚拟拓扑层上寻找从源路由器到目的路由器的一条保护路径PP，若寻找成功，则执行步骤3-3-8；否则，则执行步骤3-3-6；
本发明实施例中，选择flagw=0的链路从源路由器到目的路由器为业务请求计算一条与该业务请求工作路径链路分离的保护路径PP，如果成功，设置flagw=0，flagb=1和flagn=1，则执行步骤3-3-8；否则，则执行步骤3-3-6；
步骤3-3-6、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源路由器到目的路由器的一条保护路径PP，若寻找成功，则执行步骤3-3-8；否则，则执行步骤3-3-7；
本发明实施例中，该步骤具体的设置内容与步骤3-3-5相同；
步骤3-3-7、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源路由器到目的路由器的一条保护路径PP，若寻找成功，则执行步骤3-3-8，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
本发明实施例中，该步骤具体的设置内容与步骤3-3-5相同；
步骤3-3-8、对寻找到的工作路径WP中的每一条链路进行标记，在该工作路径WP上分配带宽，并分配工作路径WP中的光收发器端口、波长转换器和光放大器；对寻找到的保护路径PP中的每一条链路进行标记，在保护路径PP上预留共享带宽，并分配保护路径PP中的光收发器端口、波长转换器和光放大器；若工作路径WP和保护路径PP是在单个波长层或综合疏导图上寻找到的，则还需在虚拓扑层上分别添加源路由器和目的路由器之间的光路链路；
如果该业务请求的工作路径WP与之前其他业务请求的工作路径WP链路分离，则可以共享它们的保护带宽，并将保护带宽的预留值更新为最大的业务需求带宽，即共享带宽Wp=MAX(W1,W2，…，Wn)，其中，W1,W2，…，W表示不同业务带宽。
步骤3-4、采用低保护级对用户业务进行保护，即采用最短路径算法寻找工作路径和保护路径；
本发明实施例中，依次分别在虚拓扑层、波长层和综合疏导图中为业务请求寻找工作路径WP，不再区分w、p和u标记，以最高效方式自由选择路由，所以WP的路径可能是由光路链路、波长链路或者它们的组合组成；
步骤3-4-1、采用最短路径算法在虚拟拓扑层上寻找从源路由器到目的路由器的一条工作路径WP，若寻找成功，则执行步骤3-4-4；否则，则执行步骤3-4-2；
步骤3-4-2、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源路由器到目的路由器的一条工作路径WP，若寻找成功，则执行步骤3-4-4；否则，则执行步骤3-4-3；
步骤3-4-3、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源路由器到目的路由器的一条工作路径WP，若寻找成功，则执行步骤3-4-4，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
步骤3-3-4、更新拓扑信息，在虚拟拓扑层中删除已经寻找到的工作路径WP所占用的链路，在每个波长层上删除已经寻找到的工作路径WP所映射的波长链路；
步骤3-3-5、采用最短路径算法在虚拟拓扑层上寻找从源路由器到目的路由器的一条与该业务请求工作路径链路分离的保护路径PP，若寻找成功，则执行步骤3-4-8；否则，则执行步骤3-4-6；
步骤3-4-6、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源路由器到目的路由器的一条与该业务请求工作路径链路分离的保护路径PP，若寻找成功，则执行步骤3-4-8；否则，则执行步骤3-4-7；
步骤3-4-7、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源路由器到目的路由器的一条与该业务请求工作路径链路分离的保护路径PP，若寻找成功，则执行步骤3-4-8，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
步骤3-4-8、在该工作路径WP上分配带宽，并分配工作路径WP中的光收发器端口、波长转换器和光放大器，在保护路径PP上预留共享带宽，并分配保护路径PP中的光收发器端口、波长转换器和光放大器；若工作路径WP和保护路径PP是在单个波长层或综合疏导图上寻找到的，则还需在虚拓扑层上分别添加源路由器和目的路由器之间的光路链路；
步骤4、释放带宽，回收光收发器端口、波长转换器和光放大器；
本发明实施例中，判断业务离开后，释放相应占用资源，如带宽、光收发器端口、波长转换器和光放大器等，并判断所经过的网络元素能否被休眠，休眠的条件有如下两种：
（1）、释放工作路径带宽资源、保护路径预留带宽和光交换矩阵（光交换节点内）里边的内存资源，使空闲下来的光收发器进入休眠；
（2）、如果某段物理链路上的全部带宽均被释放，则该物理链路完全不再承载任何业务，该链路上的所有光放大器进入休眠，若某光交叉连接器没有承载任何业务，则其可以进入休眠状态；
步骤5、等待下一个业务请求到来；
步骤6、判断全部业务请求是否处理完毕，若是，则结束；否则返回执行步骤2。
定期统计所有正在承载业务的资源利用率和能源消耗量，将统计数据跟预期等级门限值相比较（如高保护、中保护、低保护级的资源利用率排序应该是由低到高），不断改善用户体验。
如图4所示，对实施例所提区分业务等级的保护算法进行比较，在网络波长资源较少时，三种保护算法的阻塞率都比较高，而随着网络波长资源的增多，业务的阻塞率呈下降的趋势。当波长数目达到64的时候共享保护和混合共享保护算法的阻塞率都为0，这是因为有更多的波长资源可以为新到的连接请求提供服务。同时，三种算法相比较，专用保护算法的阻塞率最高，共享保护算法的次之，混合共享保护算法的阻塞率最低。这是因为专用保护算法对波长资源的占用最大，分配了的工作通路和保护通路只能给某个业务专门使用，不能再承载其他的业务，而共享保护算法可以实现各个不同的业务在某段链路上保护通路的共享，因此节省了一部分波长资源。最后，混合共享保护算法彻底实现了资源的共享，不再区分各个业务的工作通路和保护通路，达到波长资源利用的最大化。
如图5所示，对本实施例三种不同保护算法随着光收发器资源变化上阻塞率的比较，随着光收发器数目的增多，业务的阻塞率呈下降的趋势，这是因为，当网络中的光收发器数目增多是，网络设备的资源相对充足，因此由于资源不充足产生的阻塞现象得以缓解。同时，三种算法相比较，专用保护算法的阻塞率最高，共享保护算法的次之，混合共享保护算法的阻塞率最低。这是因为专用保护算法对光收发器资源的占用最大，每建立一个工作通路或保护通路都要消耗新的光收发器资源，而共享保护算法可以实现各个不同的业务在某段链路上保护通路的共享，因此在这样的链路上可以使用公用的光收发器资源。最后，混合共享保护算法彻底实现了资源的共享，一个光收发器可以为更多的业务提供服务。
对本实施例中从对业务的保护可靠性指标上对所提的三种保护算法进行比较，业务的保护可靠性指标定义为保护波长与工作波长的比值，该值越接近1，说明所采取的保护算法能够为业务提供百分之百的保护。如图6所示，专用保护算法能够为业务提供最可靠的保护，它的值最接近1。共享保护算法对业务的保护次之，这是因为共享保护算法中，部分业务的保护通路是共享的，当有两个或以上的业务请求都发生故障时，该保护算法是无法对所有的业务都提供100%保护的。混合共享保护算法对业务保护的可靠性指标最差，这是因为采用混合保护算法，不仅部分业务的保护通路是共享的，有些业务的工作通路也会与其他业务的保护通路共享同一段链路，这势必会造成可靠性指标的进一步下降。另外，从图6中可以看出，随着业务到达率的升高，保护可靠性指标有所下降，这是因为随着网络负载的增加，越来越难找到足够的网络资源为新到的连接请求提供服务，因而产生了阻塞。
本实施例对所提出的三种保护算法随着业务到达率的增加，对阻塞率的影响进行了比较。如图7所示，每个保护算法的阻塞率都随着业务到达率的增加而增大。这是因为业务到达率是衡量在同一时间段内到达某网络的连接请求数目的多少，该数值越大，网络负载就越大，相同时间段内连接请求到达数目越多，网络阻塞率就会越高。
Claims (6)
1.一种基于智能光网络的通信多等级保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据业务数据包头的数码位数对光网络业务请求进行等级划分，其中，码数位数为00时属于高保护级，码数位数为01时属于中保护级，码数位数为10时属于低保护级；
步骤2、判断用户业务状态，若用户业务到达，则执行步骤3，若用户业务离开，则执行步骤4；
步骤3、判断用户业务所属等级，并根据对应等级采取相应保护措施；
步骤3-1、判断用户业务所属等级，若为高保护级，则执行步骤3-2；若为中保护级，则执行步骤3-3，若为低保护级，则执行步骤3-4；
步骤3-2、采用高保护级对用户业务进行保护，即采用最短路径算法寻找并标记工作路径和保护路径，并在保护路径中预留用户专用带宽，具体包括：
步骤3-2-1、采用最短路径算法在虚拟拓扑层上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-2-4；否则，则执行步骤3-2-2；
步骤3-2-2、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-2-4；否则，则执行步骤3-2-3；
步骤3-2-3、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-2-4，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
步骤3-2-4、更新拓扑信息，在虚拟拓扑层中删除已经寻找到的工作路径所占用的光路链路，在每个波长层上删除已经寻找到的工作路径所映射的波长链路；
步骤3-2-5、采用最短路径算法在虚拟拓扑层上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-2-8；否则，则执行步骤3-2-6；
步骤3-2-6、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-2-8；否则，则执行步骤3-2-7；
步骤3-2-7、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-2-8，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
步骤3-2-8、对寻找到的工作路径中的每一条链路进行标记，在该工作路径上分配带宽，并分配工作路径中的光收发器端口、波长转换器和光放大器；对寻找到的保护路径中的每一条链路进行标记，在保护路径上预留专用带宽，并分配保护路径中的光收发器端口、波长转换器和光放大器；若工作路径和保护路径是在单个波长层或综合疏导图上寻找到的，则还需在虚拓扑层上分别添加源节点和目的节点之间的光路链路，执行步骤4；
步骤3-3、采用中保护级对用户业务进行保护，即采用最短路径算法寻找并标记工作路径和保护路径，并在保护路径中预留用户可以共享的带宽，具体包括：
步骤3-3-1、采用最短路径算法在虚拟拓扑层上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-3-4；否则，则执行步骤3-3-2；
步骤3-3-2、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-3-4；否则，则执行步骤3-3-3；
步骤3-3-3、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-3-4，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
步骤3-3-4、更新拓扑信息，在虚拟拓扑层中删除已经寻找到的工作路径所占用的光路链路，在每个波长层上删除已经寻找到的工作路径所映射的波长链路；
步骤3-3-5、采用最短路径算法在虚拟拓扑层上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-3-8；否则，则执行步骤3-3-6；
步骤3-3-6、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-3-8；否则，则执行步骤3-3-7；
步骤3-3-7、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-3-8，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
步骤3-3-8、对寻找到的工作路径中的每一条链路进行标记，在该工作路径上分配带宽，并分配工作路径中的光收发器端口、波长转换器和光放大器；对寻找到的保护路径中的每一条链路进行标记，在保护路径上预留共享带宽，并分配保护路径中的光收发器端口、波长转换器和光放大器；若工作路径和保护路径是在单个波长层或综合疏导图上寻找到的，则还需在虚拓扑层上分别添加源节点和目的节点之间的光路链路，执行步骤4；
步骤3-4、采用低保护级对用户业务进行保护，即采用最短路径算法寻找工作路径和保护路径，并在保护路径中预留用户可以共享的带宽，具体包括：
步骤3-4-1、采用最短路径算法在虚拟拓扑层上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-4-4；否则，则执行步骤3-4-2；
步骤3-4-2、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-4-4；否则，则执行步骤3-4-3；
步骤3-4-3、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源节点到目的节点的一条工作路径，若寻找成功，则执行步骤3-4-4，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
步骤3-4-4、更新拓扑信息，在虚拟拓扑层中删除已经寻找到的工作路径所占用的光路链路，在每个波长层上删除已经寻找到的工作路径所映射的波长链路；
步骤3-4-5、采用最短路径算法在虚拟拓扑层上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-4-8；否则，则执行步骤3-4-6；
步骤3-4-6、采用最短路径算法在单个波长层上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-4-8；否则，则执行步骤3-4-7；
步骤3-4-7、采用最短路径算法在综合疏导图上寻找从源节点到目的节点的一条保护路径，若寻找成功，则执行步骤3-4-8，否则，业务被阻塞，停止对本次业务路径的寻找；
步骤3-4-8、在该工作路径上分配带宽，并分配工作路径中的光收发器端口、波长转换器和光放大器，在保护路径上预留共享带宽，并分配保护路径中的光收发器端口、波长转换器和光放大器；若工作路径和保护路径是在单个波长层或综合疏导图上寻找到的，则还需在虚拓扑层上分别添加源节点和目的节点之间的光路链路，执行步骤4；
步骤4、释放带宽，回收光收发器端口、波长转换器和光放大器；
步骤5、等待下一个业务请求到来；
步骤6、判断全部业务请求是否处理完毕，若是，则结束；否则返回执行步骤2。
2.根据权利要求1所述的基于智能光网络的通信多等级保护方法，其特征在于，步骤3-2-8中所述的专用带宽的大小等于该业务需求带宽的大小。
3.根据权利要求1所述的基于智能光网络的通信多等级保护方法，其特征在于，步骤
3-3-8和步骤3-4-8中所述的共享带宽大小为最大业务需求带宽的大小。
4.根据权利要求1所述的基于智能光网络的通信多等级保护方法，其特征在于，步骤3-2-5、步骤3-2-6、步骤3-2-7、步骤3-3-5、步骤3-3-6、步骤3-3-7、步骤3-3-5、步骤3-4-6和步骤3-4-7中所述的寻找保护路径，先在已经标记过的链路中寻找，再到未标记过的链路中寻找。
5.根据权利要求书1所述的基于智能光网络的通信多等级保护方法，其特征在于，步骤3所述的节点为具有光信号交换能力的信息收发端，包括单台电脑、路由器和结合路由器的服务器。
6.根据权利要求书1所述的基于智能光网络的通信多等级保护方法，其特征在于，步骤4所述的释放带宽，回收光收发器端口、波长转换器和光放大器，具体为：
（1）、释放工作路径带宽、保护路径预留带宽和释放节点里的内存资源后，光收发器进入休眠状态；
（2）、某段物理链路的全部带宽均被释放后，则该物理链路不再承载任何业务，该链路上的所有光放大器进入休眠，若某节点内部的光交叉连接器没有承载任何业务，则其进入休眠状态。
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Effective date of registration: 20141120 Address after: 100761 West Chang'an Avenue, Beijing, No. 86, No. Applicant after: State Grid Corporation of China Applicant after: State Grid Liaoning Electric Power Co., Ltd. Applicant after: Benxi Power Supply Company of State Grid Liaoning Electric Power Co., Ltd. Applicant after: Liaoning Planning and Designing Institute of Posts and Telecommunication Co., Ltd. Applicant after: LIAONING MEDICAL DEVICE TESTING Address before: 100761 West Chang'an Avenue, Beijing, No. 86, No. Applicant before: State Grid Corporation of China Applicant before: Benxi Power Supply Company of State Grid Liaoning Electric Power Co., Ltd. Applicant before: Liaoning Planning and Designing Institute of Posts and Telecommunication Co., Ltd. Applicant before: LIAONING MEDICAL DEVICE TESTING |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |