CN104486105B - 传输网业务配置方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种传输网业务配置方法和系统，其中方法包括步骤：根据传输网的实际网络拓扑结构及业务需求，分别以邻接矩阵及节点形式作为输入；基于所述传输网的网络拓扑结构及业务需求的输入，根据规划设计传输网业务配置要求，对传输网业务配置问题建立相应的数学模型；基于所述传输网规划设计业务配置问题的数学模型，结合图论算法求解所述数学模型，得到最优业务配置方案作为输出；根据最优业务配置方案的输出，规划设计所述传输网的配置的最优方案。本发明将传输网业务配置问题以数学优化形式进行处理，将复杂的业务配置简单化，大大减少了配置处理的复杂度，而且提高了准确性，每次都能高效、快速地找到最优解，达到传输业务的最优配置。

Description

传输网业务配置方法和系统

技术领域

本发明涉及传输网络规划设计技术领域，特别是涉及一种传输网业务配置方法和系统。

背景技术

随着电信市场开放程度逐渐提高，电信企业之间的竞争日益加剧以及传统业务利润的逐年下降，运营商实行全面转型，成为迎接挑战的必然选择。战略转型的关键，在于大力发展以互联网应用为主的增值业务、ICT业务和移动通信。

作为大客户互联网专线接入、软交换、3G、IPTV等关键盈利业务承载平台的CN2，以及互联网业务主要承载平台ChinaNet等2个IP承载平台，其发展速度和质量，很大程度上影响着中国运营商转型的步伐，影响着其业务收入，特别是相关业务发展迅猛。这两个IP平台均直接承载在WDM系统上，节点间互联带宽目前以10Gb/s、40Gb/s速率为主，这两种速率电路的带宽总量基本相当。

例如，从2013年开始，节点间出现了100Gb/s速率的互联电路需求，规划期100Gb/s电路需求有较快速的增长。互联网应用快速普及，部分大客户租用电路的颗粒已达到10Gb/s及以上，不适宜继续采用SDH网络承载，更适合由WDM网络直接承载。

但现有省际WDM网波道平均可用率难于满足部分大客户租用电路对于可用率的要求。根据大客户租用电路需求预测情况，从2013年开始规划建设的OTN网络，实现了大客户电路的双路由保护，OTN网络的波道需求也将由省际WDM网络来承载。

而为了保证运营商传送网网络质量，前期的规划设计就显得异常重要。在网络规划时，进行市场调查、业务预测和业务配置是十分必要的。其中，电信业务配置决定了工程建设规模和网络技术水平的重要技术，其既要符合客观实际需要，又要考虑未来发展趋势。针对电信业务配置的问题，因此，需要提供相应的技术手段，以达到更加符合客观实际需要，又要考虑未来发展趋势的要求，从而提高了业务配置的科学性、准确性和效率。

传统的规划设计方法中，对于业务配置技术手段，首先，在计算机辅助下，人工输入方式，先将传输网的传输节点和管线资源绘制到电子地图上；其次，根据电子地图的网络现状及业务类型，依据工程中传输网的规划设计原则和经验进行线路安排；最后，整体检查、调整初始规划设计的业务线路，使其趋于合理。

随着电信业务的快速发展，上述技术手段已不能满足新时期传输网规划建设、维护、管理要求，其配置效率低，而且，过于依赖人工经验进行安排，配置方案难以符合客观实际需要，准确度低。

发明内容

基于此，有必要针对上述效率低、准确度低的问题，提供一种传输网业务配置方法和系统。

一种传输网业务配置方法，包括如下步骤：

(1)根据传输网的实际网络拓扑结构及业务需求，分别以邻接矩阵及节点形式作为输入；其中，所述网络拓扑结构包括节点及连接节点的管道，所述业务需求为节点之间需要传输的业务；

(2)基于所述传输网的网络拓扑结构及业务需求的输入，根据规划设计传输网业务配置要求，对传输网业务配置问题建立相应的数学模型；其中，所述数学模型包括传输网业务配置最优的目标函数以及规划设计传输网业务配置要求对应的约束条件；

(3)基于所述传输网规划设计业务配置问题的数学模型，结合图论算法求解所述数学模型，得到最优业务配置方案作为输出；

(4)根据最优业务配置方案的输出，规划设计所述传输网的配置的最优方案。

一种传输网业务配置系统，包括：

输入模块，用于根据传输网的实际网络拓扑结构及业务需求，分别以邻接矩阵及节点形式作为输入；其中，所述网络拓扑结构包括节点及连接节点的管道，所述业务需求为节点之间需要传输的业务；

建模模块，用于基于所述传输网的网络拓扑结构及业务需求的输入，根据规划设计传输网业务配置要求，对传输网业务配置问题建立相应的数学模型；其中，所述数学模型包括传输网业务配置最优的目标函数以及规划设计传输网业务配置要求对应的约束条件；

求解模块，用于基于所述传输网规划设计业务配置问题的数学模型，结合图论算法求解所述数学模型，得到最优业务配置方案作为输出；

配置模块，用于根据最优业务配置方案的输出，规划设计所述传输网的配置的最优方案。

上述传输网业务配置方法和系统，首先，根据实际网络拓扑结构及业务需求，以邻接矩阵及节点形式作为输入；然后，根据传输网业务配置要求，建立相应的数学模型；最后，基于传输网业务配置的数学模型的特点，结合图论算法对所述数学模型进行最优解搜索，最终得到传输网业务配置的最优方案。该技术将传输网业务配置问题以数学优化形式进行处理，将复杂的业务配置简单化，大大减少了配置处理的复杂度，而且提高了准确性，每次都能高效、快速地找到最优解，达到传输业务的最优配置。

附图说明

图1为本发明的传输网业务配置方法流程图；

图2为传输网网络的示例图；

图3为基于上述实施例求解最优解的算法流程图；

图4为本发明的传输网业务配置系统结构示意图；

图5为求解模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的传输网业务配置方法和系统的具体实施方式作详细描述。

参考图1所示，图1为本发明的传输网业务配置方法流程图，包括如下步骤：

步骤(1)，根据传输网的实际网络拓扑结构及业务需求，分别以邻接矩阵及节点形式作为输入；其中，所述网络拓扑结构包括节点及连接节点的管道，所述业务需求为节点之间需要传输的业务。

在一个实施例中，所述步骤(1)具体包括如下：

设置传输网的节点集合为F，F包含N个节点；建立业务在网络中连接业务的起点和终点的路径节点集合S，以及路径集合S上需要加中继器的中继节点集合R，其中，

具体的，令传输网的节点集合为F，共包含N个节点，将第i传输节点记为v_i；传输网的业务由起点和终点决定，记为(v_i,v_j),i,j∈F；整个传输网的节点之间的临界关系，即临接矩阵H，如果节点v_i,v_j邻接则H(i,j)＝1，否则为H(i,j)＝0；业务在传输网的网络中是一条连接业务的起点和终点的路径，记为S，路径节点集合S元素包括该路径上所经过的传输节点，下文中称路径S；路径S上需要加中继的中继节点集合，记为R；具体传输节点、管线可参考图2所示。

图2中给出了一个传输网网络的简单示例，图中节点A…Z表示传输节点，连线表示节点之间的管线，一个业务有起点与终点表示，例如起点A和终点Z表示一个业务，记为(A,Z)，其邻接矩阵则具体如下

假设业务安排路径是A-＞B-＞D-＞Z，则路径节点集合S＝{A,B,D,Z}，由于路径在中间过程存在衰减，无法直接传到终点，则需要在中间节点上加中继器，假设在B节点加中继器，则R＝{B}。

步骤(2)，基于所述传输网的网络拓扑结构及业务需求的输入，根据规划设计传输网业务配置要求，对传输网业务配置问题建立相应的数学模型；其中，所述数学模型包括传输网业务配置最优的目标函数以及规划设计传输网业务配置要求对应的约束条件。

在一个实施例中，所述步骤(2)中，所述数学模型可以包括：

目标函数：

min n

约束条件：

s.t 0≤n≤N

n＝|R|

H(S(i),S(i+1))＝1,0≤i≤|S|

w(S(i),S(i+1))＞c,0≤i≤|S|

f(R(j),R(j+1))＞m,f(S(T(j)),S(T(j+1)+1))＜m,0≤j≤|R|

其中，min表示路径中加中继器传输节点进行分段的段数最少，n为中继节点集合R中传输节点的数目，N为加中继器节点最大值；临接矩阵H的元素均为1；w为相邻的传输节点间的权值；c为常数；

其中，g为常量，H为传输节点之间的临界关系对应的临接矩阵，v_i为第i传输节点；(v_i,v_j),i,j∈F为传输网业务，如果节点v_i,v_j邻接则H(i,j)＝1，否则为H(i,j)＝0。

具体的，在传输网业务最佳安排中，为减少建设成本代价，需要路径所需的中继器最少，即以中继器为节点进行分段的段数最少，建立中继节点集合为R，其集合里面节点的数目记为n，则可以建立数学模型的目标函数如下：

min n

考虑到在传输网的规划设计中的相关要求，业务配置需要满足如下约束条件，具体如下：

1)中继节点集合为R应该是使得路径所需的中继器最少，即以中继器为节点进行分段的段数最少，因此，中继节点集合R里面节点的数量最多每个节点一个，中继节点数目记为n，则最大为N，如果损耗少，则有可能不需要中继，即中继器数量为0，所以n取值范围满足如下约束条件：

0≤n≤N.

2)在业务配置过程中，中继节点均属于路径节点集合S，从而可知约束条件是，中继节点集合R属于路径节点集合S，即同时为表达的简单性，可以定义变换T，使得中继节点集合R与路径节点集合S中相同节点标号项对应。

3)业务对应的路径节点集合S中的任意相邻节点都连通，故邻接矩阵对应的元素均为1，具体如下表示

H(S(i),S(i+1))＝1,0≤i≤|S|

4)在传输网规划设计中，业务配置要考虑相应的损耗，因此，对相邻的节点间的权值w(指光信噪比OSNR，是光在有效带宽为0.1nm内光信号功率和噪声功率的比值)要求大于某个常数c(在工程规划设计中一般取c＝22)，否则不能选为业务的传输路径，所以路径节点集合S中的权重要大于c，即

w(S(i),S(i+1))＞c,0≤i≤|S|

5)在业务配置的过程中，对于非邻接点之间的权重决定了非邻接点之间是否需要加中继器来延续传输。当权重大于某常数m时，不需要加中继器。否则需要在中间节点加相应的中继器，此常数一般取值为m＝17，令常量g＝59，具体约束条件如下

f(R(j),R(j+1))＞m,f(S(T(j)),S(T(j+1)+1))＜m,0≤j≤|R|

其中，

综合上述的目标及相应的约束条件，我们可得到相应的数学模型。

步骤(3)，基于所述传输网规划设计业务配置问题的数学模型，结合图论算法求解所述数学模型，得到最优业务配置方案作为输出。

本步骤中，通过根据实际传输网的拓扑结构和实际业务配置要求，代入求解所述数学模型，得到最优的传输路径，实现传输网业务的优化配置。

在一个实施例中，考虑到上述所建立的数学模型是一个组合优化问题，其自变量为整数变量，属于比较复杂的优化问题。

为此，本申请提供了一种优选的求解数学模型的方式，结合图论的算法设计与模型相匹配的快速求解算法，实现快速高效求解该组合优化问题。

优选的，所述步骤(3)具体包括如下：

(3-1)获取待配置的传输网的网络拓扑结构及业务，根据网络拓扑结构及业务建立与网络相对应的邻接矩阵、邻接点连接权重矩阵；

(3-2)初始化：在得到邻接矩阵、邻接点连接权重矩阵后，输入业务(包括开始节点和结束节点)，将开始节点标识为0，记为L(a):＝0，其他节点为-∞；

初始化路径集合为空，即S＝φ；

初始化中继器节点集合为空，R＝φ；

(3-3)查找节点u，节点u具有最小的标志L(u)，即将节点u加入路径节点集合S，得到集合S:＝S∪{u}，并计算T

T＝g-10lg(L(v)) 公式(1)

如果T＜m，将e放入中继节点集合R中，即R:＝R∪{e}

(3-4)令e＝u，以u为新的中间节点，修改不属于路径节点集合S的传输节点的标志，判断公式(2)条件是否成立：

公式(2)

如果公式(2)条件成立，根据如下公式(3)对路径节点集合S以外的传输节点的标志进行更新；

公式(3)

(3-5)重复(3-3)和(3-4)，直到业务终点加入路径节点集合S时，输出路径节点集合S和中继节点集合R。

步骤(4)，根据最优业务配置方案的输出，规划设计所述传输网的配置的最优方案。

具体的，根据每个业务的路径节点集合S和需要加路由的节点集合R输出，规划设计整个传输网的业务配置的最优方案；从而按该最优方案进行施工建设。

综上所述实施例，其基本思路是：根据网络拓扑结构及业务，建立与网络相对应的邻接矩阵、邻接点连接权重矩阵；在建立业务安排的最优路径中，建立路径传输点及中继器集合，分别在每步迭代过程中不断加入合理传输节点；搜寻最佳传输节点时，要考虑整体路径是连通的，且所加路由要最少，最终输出整体最优的路径及需要加路由器节点。提供了一种快速、准确求解最优解的方案。

参考图3所示，图3为基于上述实施例求解最优解的算法流程图，主要包括如下步骤：

s301，建立传输网的邻接矩阵、邻接点连接权重矩阵；

s302，输入业务，初始化路径节点集合S、中继节点集合R；

s303，寻找最小标志点u，并将其加入传输路径节点集合S；

s304，利用公式(1)式计算T，判断是否小于17，若是，执行s305，否则执行s307；

s305，标志点将u的上一节点并入中继点集合R中；

s306，按公式(2)和公式(3)修改路径节点集合SS以外的标志；

s307，判断业务终点是否加入路径节点集合S，若是，执行s308，否则返回执行s303；

s308，输出路径节点集合S和中继节点集合R；

s309，输出业务最佳配置方案。

综合上述各实施例，本发明传输网业务配置方法的技术方案，根据传输网络规划设计对业务配置的要求，建立符合实际情况的数学模型，对传输网中的业务进行科学配置；并基于传输网业务配置的数学模型的特点，结合图论知识设计相应的求解算法，使其快速、准确求解此数学模型，得到业务配置的最佳方案。

参考图4所示，图4为本发明的传输网业务配置系统结构示意图，包括：

输入模块，用于根据传输网的实际网络拓扑结构及业务需求，分别以邻接矩阵及节点形式作为输入；其中，所述网络拓扑结构包括节点及连接节点的管道，所述业务需求为节点之间需要传输的业务；

建模模块，用于基于所述传输网的网络拓扑结构及业务需求的输入，根据规划设计传输网业务配置要求，对传输网业务配置问题建立相应的数学模型；其中，所述数学模型包括传输网业务配置最优的目标函数以及规划设计传输网业务配置要求对应的约束条件；

求解模块，用于基于所述传输网规划设计业务配置问题的数学模型，结合图论算法求解所述数学模型，得到最优业务配置方案作为输出；

配置模块，用于根据最优业务配置方案的输出，规划设计所述传输网的配置的最优方案。

在一个实施例中，所述输入模块可以进一步用于：

设置传输网的节点集合为F，F包含N个节点；建立业务在网络中连接业务的起点和终点的路径节点集合S，以及路径集合S上需要加中继器的中继节点集合R，其中，

在一个实施例中，所述数学模型可以包括：

目标函数：

min n

约束条件：

s.t 0≤n≤N

n＝|R|

H(S(i),S(i+1))＝1,0≤i≤|S|

w(S(i),S(i+1))＞c,0≤i≤|S|

f(R(j),R(j+1))＞m,f(S(T(j)),S(T(j+1)+1))＜m,0≤j≤|R|

其中，min表示路径中加中继器传输节点进行分段的段数最少，n为中继节点集合R中传输节点的数目，N为加中继器节点最大值；临接矩阵H的元素均为1；w为相邻的传输节点间的权值；c为常数；

其中，g为常量，H为传输节点之间的临界关系对应的临接矩阵，v_i为第i传输节点；(v_i,v_j),i,j∈F为传输网业务，如果节点v_i,v_j邻接则H(i,j)＝1，否则为H(i,j)＝0。

在一个实施例中，所述权值w为光在有效带宽为0.1nm内光信号功率和噪声功率的比值，c＝22，m＝17g＝59。

在一个实施例中，参考图5所示，图5为求解模块结构示意图，所述求解模块可以包括：

矩阵创建单元，用于获取待配置的传输网的网络拓扑结构及业务，根据网络拓扑结构及业务建立与网络相对应的邻接矩阵、邻接点连接权重矩阵；

初始化单元，用于输入业务开始节点和结束节点，将开始节点标识为0，记为L(a):＝0，其他节点为-∞；初始化路径集合为空；初始化中继器节点集合为空

计算单元，用于查找节点u，节点u具有最小的标志L(u)；

将节点u加入路径节点集合S，得到集合S:＝S∪{u}，并计算T

T＝g-10lg(L(v)) 公式(1)

如果T＜m，将e放入中继节点集合R中即R:＝R∪{e}

标志更新单元，用于令e＝u，以u为新的中间节点，修改不属于路径节点集合S的节点的标志，判断公式(2)条件是否成立：

公式(2)

如果公式(2)条件成立，根据如下公式(3)对路径节点集合S以外的节点的标志进行更新；

公式(3)

方案输出单元，用于重复计算单元和标志更新单元执行功能，直到业务终点加入路径节点集合S时，输出路径节点集合S和中继节点集合R。

本发明的传输网业务配置系统与本发明的传输网业务配置方法一一对应，在上述传输网业务配置方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于传输网业务配置系统的实施例中，特此声明。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种传输网业务配置方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据传输网的实际网络拓扑结构及业务需求，分别以邻接矩阵及节点形式作为输入；其中，所述网络拓扑结构包括节点及连接节点的管道，所述业务需求为节点之间需要传输的业务；包括：设置传输网的节点集合为F，F包含N个节点；建立业务在网络中连接业务的起点和终点的路径节点集合S，以及路径集合S上需要加中继器的中继节点集合R，其中，

(2)基于所述传输网的网络拓扑结构及业务需求的输入，根据规划设计传输网业务配置要求，对传输网业务配置问题建立相应的数学模型；其中，所述数学模型包括传输网业务配置最优的目标函数以及规划设计传输网业务配置要求对应的约束条件；所述数学模型包括：

目标函数：

min n

约束条件：

s.t 0≤n≤N

n＝|R|

H(S(i),S(i+1))＝1,0≤i≤|S|

w(S(i),S(i+1))>c,0≤i≤|S|

f(R(j),R(j+1))>m,f(S(T(j)),S(T(j+1)+1))<m,0≤j≤|R|

其中，min表示路径中加中继器传输节点进行分段的段数最少，n为中继节点集合R中传输节点的数目，N为加中继器节点最大值；邻接矩阵H的元素均为1；w为相邻的传输节点间的权值；c为常数；m为常数；T为变换，使得中继节点集合R与路径节点集合S中相同节点标号项对应；

其中，g为常量，H为传输节点之间的临界关系对应的邻接矩阵，v_i为第i传输节点；(v_i,v_j),v_i,v_j∈F为传输网业务，如果节点v_i,v_j邻接则H(i,j)＝1，否则为H(i,j)＝0；

(3)基于所述传输网规划设计业务配置问题的数学模型，结合图论算法求解所述数学模型，得到最优业务配置方案作为输出；

(4)根据最优业务配置方案的输出，规划设计所述传输网的配置的最优方案。

2.根据权利要求1所述的传输网业务配置方法，其特征在于，所述权值w为光在有效带宽为0.1nm内光信号功率和噪声功率的比值，c＝22，m＝17，g＝59。

3.根据权利要求1或2任一项所述的传输网业务配置方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括：

(3-1)获取待配置的传输网的网络拓扑结构及业务，根据网络拓扑结构及业务建立与网络相对应的邻接矩阵、邻接点连接权重矩阵；

(3-2)输入业务开始节点和结束节点，将开始节点标识为0，记为L(a):＝0，其他节点为-∞；初始化路径集合为空；初始化中继器节点集合为空；

(3-3)查找节点u，节点u具有最小的标志L(u)；即

将节点u加入路径节点集合S，得到集合S:＝S∪{u}，并计算T ，

T＝g-10lg(L(v)) 公式(1)

如果T<m，将e放入中继节点集合R中即R:＝R∪{e}

(3-4)令e＝u，以u为新的中间节点，修改不属于路径节点集合S的节点的标志，判断公式(2)条件是否成立：

如果公式(2)条件成立，根据如下公式(3)对路径节点集合S以外的节点的标志进行更新；

(3-5)重复(3-3)和(3-4)，直到业务终点加入路径节点集合S时，输出路径节点集合S和中继节点集合R。

4.一种传输网业务配置系统，其特征在于，包括：

输入模块，用于根据传输网的实际网络拓扑结构及业务需求，分别以邻接矩阵及节点形式作为输入；其中，所述网络拓扑结构包括节点及连接节点的管道，所述业务需求为节点之间需要传输的业务；进一步用于：

设置传输网的节点集合为F，F包含N个节点；建立业务在网络中连接业务的起点和终点的路径节点集合S，以及路径集合S上需要加中继器的中继节点集合R，其中，

建模模块，用于基于所述传输网的网络拓扑结构及业务需求的输入，根据规划设计传输网业务配置要求，对传输网业务配置问题建立相应的数学模型；其中，所述数学模型包括传输网业务配置最优的目标函数以及规划设计传输网业务配置要求对应的约束条件；所述数学模型包括：

目标函数：

min n

约束条件：

s.t 0≤n≤N

n＝|R|

H(S(i),S(i+1))＝1,0≤i≤|S|

w(S(i),S(i+1))>c,0≤i≤|S|

f(R(j),R(j+1))>m,f(S(T(j)),S(T(j+1)+1))<m,0≤j≤|R|

其中，min表示路径中加中继器传输节点进行分段的段数最少，n为中继节点集合R中传输节点的数目，N为加中继器节点最大值；邻接矩阵H的元素均为1；w为相邻的传输节点间的权值；c为常数；m为常数；T为变换，使得中继节点集合R与路径节点集合S中相同节点标号项对应；

其中，g为常量，H为传输节点之间的临界关系对应的邻接矩阵，v_i为第i传输节点；(v_i,v_j),v_i,v_j∈F为传输网业务，如果节点v_i,v_j邻接则H(i,j)＝1，否则为H(i,j)＝0；

求解模块，用于基于所述传输网规划设计业务配置问题的数学模型，结合图论算法求解所述数学模型，得到最优业务配置方案作为输出；

配置模块，用于根据最优业务配置方案的输出，规划设计所述传输网的配置的最优方案。

5.根据权利要求4所述的传输网业务配置系统，其特征在于，所述权值w为光在有效带宽为0.1nm内光信号功率和噪声功率的比值，c＝22，m＝17，g＝59。

6.根据权利要求4或5任一项所述的传输网业务配置系统，其特征在于，所述求解模块包括：

矩阵创建单元，用于获取待配置的传输网的网络拓扑结构及业务，根据网络拓扑结构及业务建立与网络相对应的邻接矩阵、邻接点连接权重矩阵；

初始化单元，用于输入业务开始节点和结束节点，将开始节点标识为0，记为L(a):＝0，其他节点为-∞；初始化路径集合为空；初始化中继器节点集合为空计算单元，用于查找节点u，节点u具有最小的标志L(u)；即

将节点u加入路径节点集合S，得到集合S:＝S∪{u}，并计算T ，

T＝g-10lg(L(v)) 公式(1)

如果T<m，将e放入中继节点集合R中即R:＝R∪{e} ；

标志更新单元，用于令e＝u，以u为新的中间节点，修改不属于路径节点集合S的节点的标志，判断公式(2)条件是否成立：

如果公式(2)条件成立，根据如下公式(3)对路径节点集合S以外的节点的标志进行更新；

方案输出单元，用于重复计算单元和标志更新单元执行功能，直到业务终点加入路径节点集合S时，输出路径节点集合S和中继节点集合R。