CN104247315B

CN104247315B - 光网络的光层多路径保护方法及系统模块

Info

Publication number: CN104247315B
Application number: CN201380019094.0A
Authority: CN
Inventors: 夏鸣; S.达尔富特
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2017-11-10
Anticipated expiration: 2033-04-04
Also published as: CN104247315A; US20130266305A1; WO2013153488A1; US9002194B2; EP2837122B1; EP2837122A1

Abstract

本文提供多路径供应方案以确保在降低或最小化资源过度建设的同时的完全保护。要供应的信号在源节点被分成从源节点独立路由到目的地节点的多个子信号。除用于主要业务的带宽T外，还分配了用于备用业务的带宽B。在一些实施例中，备用业务的初始带宽B等于主要业务的带宽。最初分布T+B业务，使得无链路携带超过B的业务。然后，迭代修正业务分布模式以降低用于备用业务的带宽要求，同时仍满足对于保护的要求。

Description

光网络的光层多路径保护方法及系统模块

优先权声明

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2012年4月9日提交的美国临时专利申请61/621888的优先权，该申请通过引用结合于本文中。

技术领域

本发明一般涉及光连网，并且更具体地说，涉及在光网络中的光层多路径保护。

背景技术

光交换设备的发展及密集波分复用(DWDM)的使用已导致许多服务提供商将基于SONET(同步光网络)和SDH(同步数字分层结构)协议的光环形网络替换为光网状网络。光网络的大带宽容量使它们对于高速数据应用是理想的，并且DWDM的使用允许将许多信道聚合到单个光纤上。因此，网络内的单个故障能够导致大量的数据丢失，并且可影响许多用户。由于运营商通常在服务级别协议中提供保证的服务质量(QoS)要求，因此，光网络的弹性正变得对网络运营商越来越重要。

光网络中的弹性能够通过在用于主要业务的资源之外，还添加携带备用业务的保护资源而实现。此类保护方案可通常分类为单路径保护方案和多路径保护方案。

在单路径保护方案中，主要业务通过从源节点到目的地节点的单路径路由，并且备用业务通过不同路径路由。备用路径不应与主要路径共享任何链路。为了通常称为1+1保护的完整保护，为备用业务分配的资源量应等于为主要业务分配的资源。因此，提供1+1保护的单路径保护导致100％的资源过度建设。

多路径保护方案提供了单路径保护方案的有吸引力的备选。在多路径保护方案中，主要业务通过从源节点到目的地节点的多个路径路由，并且单备用路径能够为多个主要路径提供保护。例如，如果主要业务在两个链路不相交路径之间平等分离，则防止单故障的 100％保护能够由能处理50％的主要业务的单备用路径提供。多路径保护比单路径保护具有一些优势。这些优势包括：1)对带宽可用性的更少约束；2)比单路径保护更低的资源过度建设；3)增大的可靠性；以及4)对传送损害的更少约束。

多路径供应(provisioning)和保护在SONET/SDH网络中通过虚拟级联(VCAT)和链路容量调整方案(LCAS)实现。VCAT是逆复用技术，它将任意数量的SONET/SDH容器编组以创建更大的容器，从而提供灵活和有效的带宽分配。取决于创建VCAT群组的交换粒度，网络运营商能够组合任何数量的低阶或高阶容器。VCAT群组携带的连接能够在源节点被分离成多个路径，并且在每个群组成员独立路由时在目的地节点合并。VCAT群组的容量能够通过LCAS协议动态并且无碰撞地更改，即，增大和降低。通过如果VCAT群组的成员在网络中经历故障，则自动降低容量，并且在网络故障修复时增大容量，LCAS也提供生存能力。

由于VCAT/LCAS在SONET/SDH层中提供多路径保护，因此，它要求所有节点配置成实现SONET/SDH协议。此外，中间处理要求数据处理，这导致每单位业务的高处理成本、高功耗和复杂的控制与管理算法。另一缺陷是VCAT/LCAS要求小容器中的粒状业务，使得业务能够在中间节点灵活地合并和分离。

光供应和保护也可在光层中提供。在光层中的多路径供应比在SONET/SDH层的多路径供应具有一些优点。在光层的多路径供应要求更少的处理资源和更低的信令开销。此外，在光层的多路径供应不要求粒状业务，因此，在分配资源方面有更多的灵活性。然而，在光层中的多路径供应(例如分离谱(Split Spectrum))设置波长/频谱信道，这些信道将带宽物理绑定到每个子信号。在中间节点不能分离这些子信号。此属性称为子信号的完整性。因此，必须在子信号基础上实现光层中多路径保护的保护方案。

发明内容

本公开内容涉及用于多路径供应以确保在降低或最小化资源过度建设时的完全保护的技术。在本公开内容所述的示范实施例中，信号在源节点被分成从源节点独立路由到目的地节点的多个子信号。除用于主要业务的带宽T外，还分配了用于备用业务的带宽B。在一些实施例中，备用业务的初始带宽B等于主要业务的带宽T。最初分布T+B业务，使得无链路携带超过B的业务。然后，迭代修正业务分布模式以降低备用业务的带宽要求，同时仍满足对于保护的要求。

本发明的示范实施例包括一种用于在包括连接源节点到目的地节点的多个链路的光网络中确定业务分布模式的方法。信号在源节点被分成多个信号。每个子信号可包括主要业务、备用业务或主要和备用业务的组合。确定业务分布模式，使得每个信号穿过在源节点与目的地节点之间的一个或更多个链路。然后，迭代修正业务分布模式以降低为备用业务分配的带宽。在每次迭代中，识别在分布模式中的一个或更多个关键链路和由关键链路携带的子信号。主要业务从穿过关键链路的子信号重新分配到一个或更多个链路不相交的子信号。因此，降低了在链路不相交的子信号上的备用业务。此过程重复进行，直至在备用业务中不可能进行进一步降低，或者直至满足一些预确定的准则。

本发明的其它实施例包括一种用于光网络的系统模块。系统模块包括通过光网络传送和接收信号的光模块和为传送的信号确定业务分布模式的处理模块。处理模块配置成将传送的信号分成多个子信号。每个子信号可包括主要业务、备用业务或主要和备用业务的组合。处理模块还配置成确定业务分布模式，使得每个信号穿过在源节点与目的地节点之间的一个或更多个链路。处理模块还配置成迭代修正业务分布模式以降低分配到备用业务的带宽。在每次迭代中，处理模块识别在分布模式中的一个或更多个关键链路和由关键链路携带的子信号。处理模块将主要业务从穿过关键链路的子信号重新分配到一个或更多个链路不相交的子信号，并且降低在链路不相交的子信号上的备用业务。此过程重复进行，直至在备用业务中不可能进行进一步降低，或者直至满足一些预确定的准则。

本公开内容中描述的多路径供应方法不要求链路不相交路由选择或粒状业务，并且符合子信号完整性。多路径供应的迭代方案比其它方案在计算上更有效，并且在仍满足对保护的要求的同时降低了资源过度建设。

附图说明

图1示出用于实现如本文中所述多路径供应的光网络节点的系统模块。

图2根据一个示范实施例示出用于系统模块的业务分布器。

图3-7根据一个示范实施例示出多路径供应的示例。

图8根据一个示范实施例示出多路径供应的方法。

图9示出在多路径供应方法中使用的迭代优化方法。

图10示出用于确定穿过一个或更多个关键链路的子信号的第一集合的示范方法。

图11示出用于从子信号的第一集合重新分配主要业务的示范方法。

具体实施方式

本文中公开的实施例提供用于分离谱光网络的弹性多路径供应方案。分离谱是弹性光连网的新方案。在分离谱光网络中，业务可由业务分布器在源节点分离成多个子信号。相同原业务的所有子信号被指定为分离群组(SG)。通过分离业务，能够更有效地利用非连续频谱段以适应子信号的小频谱需求，并且能够放松对远距离上的传送的约束。

分离谱光网络通过在中间节点的光旁路和协议透明性，允许在光层的弹性多路径供应。在源节点的业务分布器确定带宽分布模式以实现弹性目的。分布模式指定在特定网络状态下在每个子信号上的主要和备用业务量。网络状态对应于一个或多个故障情况，并且在每个故障发生时更改。在故障发生时，网络状态更改并且触发业务分布器交换到在未受影响的子信号之间重新分配业务的不同分布模式。

在业务分离并且通过数模(D/A)转换后，它由激光阵列调制到多个子信号上。子信号在到达目的地节点前光旁路中间节点。此旁路特征避免了在中间节点的昂贵和功率密集型光电光(OEO)转换和电处理。

图1示出用于光网状网络中节点的子模块100。子模块100可包括边缘路由器或可重新配置的光分插复用器(ROADM)的组件。子模块100包括光模块110和处理电路120。光模块110提供到光网络的光接口。光模块110包括用于将数据调制到光载波上的调制器阵列和用于将收到的光信号中的数据解调的接收器阵列。处理电路120处理由光模块110传送和接收的信号。处理模块120包括能够将业务分离成两个或更多个子信号以便在多个路径中路由的业务分布器125。

图2示出业务分布器125的操作。如图2所示，为每个故障条件或故障条件的组合定义网络状态。业务分布模式一对一映射到网络状态。当故障发生时，确定新网络状态，并且将它输入业务分布器125。基于网络状态，业务分布器125确定对应分布模式并且相应地分离主要和备用业务。

在故障发生时，故障下游的节点在控制平面中将故障ID传播到网络中的所有其它节点。在接收故障ID时，源节点中的处理电路120确定产生的网络状态并且阻塞用于受影响路径的激光。源节点生成用于每个SG的新分布模式。在SG的每个子信号中插入标志报头以指示新分布模式的开始。标志能够使用现有协议的操作、管理和维护(OAM)字段实现或者经带外控制平面信令实现。通过检测标志报头，SG的目的地节点识别新分布模式并且重新配置接收器。

为实现用于主要业务的给定带宽T的完全恢复，最佳多路径解决方案是将T/(K-1)业务(主要或备用业务)在最大K个链路不相交的路径上均匀分配。此解决方案实现了 T/(K-1)的最低资源过度建设。然而，由于带宽可用性，不是每个路由选择路径可以能够加载T/(K-1)业务。此外，网络拓扑可禁止大的K。

在本文中公开的实施例中，除用于主要业务的带宽T外，还分配了用于备用业务的带宽B。分布T+B业务，使得无链路携带超过B的业务。此供应方案不要求链路不相交的路由选择。此外，能够基于在每个链路上的带宽约束调整B的值以提供供应中的灵活性和更大的路由选择灵活性。

B的选择的值表示在带宽效率与路由选择灵活性之间的折衷。小的B值导致低的资源过度建设，但限制在每个链路上能够使用的带宽。此外，由于子信号完整性原因，子信号速率必须小于B。因此，小的B值产生大量子信号，这增大了供应的复杂性。在VCAT 中，从同步传输信号第1级(STS-1)到能够容纳B的最小STS-nc搜索B。此方案将B限制成离散值，但有利于快速计算。在分离谱光网络中，能够灵活指派B以便为带宽分配利用更多；但测试B的每个可能值将招致更高的计算成本。

在示范实施例中，迭代方案用于为每个网络状态确定业务分布模式。迭代方案同时解决了路由选择灵活性、资源效率和计算效率。开始时，选择大的B值以实现可行供应。然后，迭代调整带宽分配以降低资源过度建设。迭代供应方法具有若干优点。首先，该方法不要求链路不相交的路由选择。此外，它符合子信号完整性，并且不要求粒状业务。

在一个示范实施例中，如下确定业务分布模式：

1)选择B的值(例如，B+T)；

2)关于传送约束，将T+B业务分离成N个子信号；

3)通过网络单独路由N个子信号，其中每个链路携带不超过B或其实际空闲带宽(更小的那个)的总业务；

4)识别SG的最大负载链路，并且将它们标记为关键链路；

5)找到SG中穿过最关键链路的子信号S_m，或者对于穿过相等数量的关键链路的子信号，选择穿过SG的第二最大负载链路的子信号；

6)确定SG中是否存在不相交群组(DG)，并且确定DG中与S_m链路不相交的所有S_n；

7)将P主要业务从S_m转移到DG中的任何S_n(可将P计算为关键链路与和S_m不相交的第二最大负载链路携带的业务之间的差)；

8)在为单故障情形保证完全恢复的同时，在S_n上降低B业务；以及

9)重复步骤4-8，直至不能进行业务重新分布，或者直至满足一些预确定的准则(例如，直至已完成预确定数量的迭代)。

图3-8示出用于确定网络10中业务分布模式以降低资源过度建设的方法的一个示例。网络10包括多个节点12，这些节点单独示为节点A、B、C、D、E、F、G、H、I、J 和K。节点12由链路14连接，链路14上携带在节点12之间的业务。假设有T＝12个单位的主要业务要供应，并且B＝T。如图3所示，在步骤2中将业务分离成4个子信号，并且最初在步骤3中分布业务。每个链路14上的业务表示为x+y，其中，x是主要业务，并且y 是备用业务。下面的表1中给出了用于四个子信号的路由选择路径：

表1

如图3所示，链路H-I(以粗体示出)携带12个单位的业务，并且在步骤4中被识别为最关键链路。在步骤5中，选择子信号1以将其主要业务转移到链路不相交的子信号。在步骤6 和7中，子信号4被识别为唯一的链路不相交的子信号，并且被选择成接收从子信号1转移的主要业务。在步骤7中，P＝3个单位的主要业务从子信号1转移到子信号4。在此示例中，链路K-J被识别为与链路不相交的子信号相关联的负载最大的链路，并且被选择为用于计算要重新分配的主要业务量P的参考链路。P被计算为在关键链路H-I上的总业务(12 个单位)与在参考链路上的总业务之间的差。

图4中示出在将主要业务转移后的业务分布模式。如图4所示，将3个另外单位的主要业务添加到子信号4中的每个链路，并且从子信号1中的每个链路减去3个单位的业务。在步骤8中，子信号4上的备用业务减少了3个业务单位，这仍确保从单个故障的完全恢复。

图5中示出在减少备用业务后的业务分布模式。在有不止一个链路不相交的子信号的情况下，能够将备用业务转移到链路不相交的路径的任何组合。

回到步骤4，现在有四个关键链路：H-I、A-K、K-J及J-I(以粗体示出)。在此情况下，需要从关键链路携带的子信号转移2个单位的主要业务。为此，需要从两个不同信号转移主要业务。由于通过从单个子信号转移主要业务不能解决关键链路，因此，选择子信号3 和4将主要业务转移到链路不相交的子信号。在步骤6和7中，子信号2被识别为与子信号 3和4均链路不相交，并且被选择以接收从子信号3和4转移的主要业务。在此情况下，仅能够从每个选择的子信号转移一个单位的主要业务。因此，在步骤7中，一个单位的主要业务从子信号3转移到子信号2，并且一个单位的主要业务从子信号4转移到子信号2。图6 中示出在将主要业务转移后的业务模式。由于在关键链路上的主要业务只减少1个单位，因此，在步骤8中，链路不相交的路由上的备用业务能够只减少1。图7中示出在减少备用业务后的业务模式。

过程继续进行，直至不可能进行主要业务的进一步转移，或者直至满足一些预确定的准则。例如，如果链路F-G只允许4个单位的备用业务，则即使关键链路仍存在，则过程停止而无需进行在子信号3和4上的进一步迭代。

图8示出用于为光网状网络确定业务分布模式的示范方法200。方法开始于将信号分成多个子信号(框210)，并且确定分布模式，使得每个子信号穿过在相同开始节点与相同结束节点之间的一个或更多个链路(框220)。然后，迭代修正分布模式以降低备用业务负载(框230)。

图9示出迭代修正分布模式以降低在给定光网络中的备用业务负载的示范方法300。在每次迭代中，识别一个或更多个关键链路(框310)。然后，识别子信号的第一集合，每个子信号穿过至少一个关键链路(框320)。将子信号的第一集合上的主要业务负载重新分配到一个或更多个链路不相交的子信号(框330)。然后，降低在链路不相交的子信号中的一个或更多个上的备用业务负载(框340)。重复进行这些步骤(框310-340)，直至不能实现进一步降低，或者直至满足一些预确定的准则，例如，直至已完成某个预确定数量的迭代。

图10示出识别子信号的第一集合的示范方法400，主要业务将从子信号的第一集合在给定优化迭代中重新分配。此方法400可用于执行图9中框320表示的操作。在识别关键链路后，识别穿过每个关键链路的子信号(框410)。通过选择穿过每个关键链路的一个子信号，形成子信号的第一集合(框420)。

图11示出用于在优化迭代中将主要业务从子信号的第一集合重新分配到一个或更多个链路不相交的子信号的示范方法500。此方法500可用于执行图9中框330表示的操作。确定与链路不相交的子信号相关联的参考链路(框510)。在一个实施例中，选择的参考链路是与链路不相交的子信号相关联的负载最大的链路。然后，重新分配等于在关键链路上的总业务负载与在参考链路上的总业务负载之间的差的主要业务量(框520)。例如，在图3 中，在关键链路上的总业务是12，并且在参考链路KJ上的总业务是9。在此示例中，将3 个单位的业务从子信号的第一集合重新分配到链路不相交的子信号。

如本文中所述的供应方案为光层多路径保护提供了能够大幅降低资源过度建设的有效解决方案。另外，如本文中所述的多路径供应方案不要求粒状业务。

当然，在不脱离本发明基本特征的情况下，本文中公开的实施例可以用不同于本文具体所述那些方式的其它方式实现。所述实施例在所有方面均要视为说明而不是限制，并且在随附权利要求的意义和等同物范围内的所有更改要涵盖在其中。

Claims

1.一种确定在具有多个链路的光网络中的业务分布模式的方法，所述方法包括：

将信号分成多个子信号，每个子信号包括主要业务、备用业务或主要业务和备用业务的组合；

确定分布模式，使得每个子信号穿过在相同开始节点与相同结束节点之间的一个或更多个所述链路，其中分布模式指定在每个子信号上的主要业务和备用业务的量；以及

通过以下操作迭代修正所述分布模式以降低备用业务负载：

识别所述分布模式中的一个或更多个关键链路，其中所述关键链路是携带最大负载的链路；

确定子信号的第一集合，每个子信号穿过至少一个关键链路；

将主要业务负载从子信号的所述第一集合重新分配到一个或更多个链路不相交的子信号；以及

降低在所述链路不相交的子信号中的一个或更多个上的备用业务，其中所述一个或更多个链路不相交的子信号与子信号的所述第一集合链路不相交。

2.如权利要求1所述的方法，其中确定子信号的第一集合包括：

为每个关键链路识别穿过所述关键链路的一个或更多个子信号；以及

为每个关键链路选择所述识别的子信号之一。

3.如权利要求2所述的方法，其中为每个关键链路选择所述识别的子信号之一包括选择穿过最关键链路的子信号。

4.如权利要求2所述的方法，其中为每个关键链路选择所述识别的子信号之一包括选择穿过第二最大负载链路的子信号。

5.如权利要求2所述的方法，其中子信号的所述第一集合包括穿过两个或更多个关键链路的至少一个子信号。

6.如权利要求2所述的方法，其中子信号的所述第一集合包括两个或更多个子信号，每个子信号穿过不同的关键链路。

7.如权利要求1所述的方法，其中将所述主要业务负载从子信号的所述第一集合重新分配到一个或更多个链路不相交的子信号包括：

确定在链路不相交的子信号中具有最高业务负载的参考链路；以及

重新分配等于在所述一个或更多个关键链路上的总业务负载与在所述参考链路上的总业务负载之间的差的所述主要业务负载的一部分。

8.如权利要求1所述的方法，其中降低在所述链路不相交的子信号中的一个或更多个上的所述备用业务包括将在所述链路不相交的子信号中的一个或更多个上的所述备用业务负载降低等于所述总的重新分配的主要业务负载的量。

9.如权利要求1所述的方法，其中降低在所述链路不相交的子信号中的一个或更多个上的所述备用业务包括将在所述链路不相交的子信号中的一个或更多个上的所述备用业务负载降低仍保证单链路故障的完全恢复的最大量。

10.一种用于包括一个或更多个链路的光网络的系统模块，所述系统模块包括：

光模块，配置成传送和接收信号；以及

处理模块，连接到所述光模块并且配置成：

将传送的信号分成多个子信号，每个子信号包括主要业务、备用业务或主要业务和备用业务的组合；

确定用于所述子信号的分布模式，使得每个子信号穿过在相同开始节点与相同结束节点之间的一个或更多个所述链路，其中分布模式指定在每个子信号上的主要业务和备用业务的量；以及

通过以下操作迭代修正所述分布模式：

确定子信号的第一集合，所述第一集合中的每个子信号穿过至少一个关键链路；

11.如权利要求10所述的系统模块，其中所述处理模块配置成通过以下操作确定子信号的第一集合：

为每个关键链路选择所述识别的子信号之一。

12.如权利要求11所述的系统模块，其中所述处理模块还配置成为每个关键链路选择穿过最关键链路的所述识别的子信号之一以便包括在所述第一集合中。

13.如权利要求11所述的系统模块，其中所述处理模块还配置成为每个关键链路选择穿过第二最大负载链路的所述识别的子信号之一以便包括在所述第一集合中。

14.如权利要求11所述的系统模块，其中子信号的所述第一集合包括穿过两个或更多个关键链路的至少一个子信号。

15.如权利要求11所述的系统模块，其中子信号的所述第一集合包括两个或更多个子信号，每个子信号穿过不同的关键链路。

16.如权利要求10所述的系统模块，其中所述处理模块还配置成通过以下操作将所述主要业务负载从子信号的所述第一集合重新分配到一个或更多个链路不相交的子信号：

重新分配等于在所述关键链路上的总业务负载与在所述参考链路上的总业务负载之间的差的所述主要业务负载的一部分。

17.如权利要求10所述的系统模块，其中所述处理模块还配置成将在所述链路不相交的子信号中的一个或更多个上的所述备用业务降低等于所述总重新分配的主要业务负载的量。

18.如权利要求10所述的系统模块，其中所述处理模块还配置成将在所述链路不相交的子信号中的一个或更多个上的所述备用业务降低仍保证单链路故障的完全恢复的最大量。