CN104967477A - 基于多播业务的光网络智能p圈保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多播业务的波分复用(WDM)光网络智能P圈(IpC)保护方法。本发明将改进的智能P圈保护方法作为光网络的多播保护的方案，当多播业务到达时，改变建立候选P圈的搜索方法，从中选择P圈保护该业务，同时满足了光网络保护要求的快速切换和链路的高利用率需求。

Description

基于多播业务的光网络智能P圈保护方法

技术领域

本发明涉及一种基于多播业务的光网络保护方法，尤其涉及一种波分复用(WDM)光网络中基于多播的智能P圈保护方法，属于光通信和光网络领域。

背景技术

WDM光网络由网络结点和连接结点的光纤链路构成，承载业务的多个不同波长在同一根光纤中传输。在WDM光网络中，由于一根光纤链路上所提供的容量极大，因此一旦发生链路失效故障，会造成业务的阻塞和中断。而在支持多播业务的WDM光网络中，由于一段链路可能同时承载着多个目的结点的业务，因此单个链路的故障可能造成更加严重的影响。因此，生存性是支持多播的WDM光网络中最关键的技术之一。

由于实际的光网络拓扑结构复杂，业务负荷变化很大，生存性问题的完全解决较为困难。生存性机制可以分为保护机制和恢复机制：保护机制是指在多播业务建立初期就为工作通路预先计算保护路径，并预留保护带宽资源。恢复机制则是当工作通路发生失效后，根据网络状态实时情况动态地计算出保护路径来恢复通信。根据是否允许不同的多播业务共用保护带宽资源，保护机制又可分为专用保护和共享保护。专用保护中，保护路径中各结点的光交叉连接设备(OXC)在建立保护路径同时预先配置，而共享保护中保护路径的结点处OXC没有预先配置。因此当故障发生后，专用保护中工作路径上的业务可以迅速切换到保护路径上，而共享保护则需要耗费一定的时间，智能P圈保护则属于共享保护方案的一种。

进一步地，多播保护机制也可分为五种类型：基于路径保护，基于分段保护，基于链路保护，基于环保护以及基于圈保护。其中基于路径保护和基于分段保护需要较长的恢复时间，而基于链路保护则需要较多的冗余资源且成功率不高。环保护的恢复时间短但资源利用率不高，不适用与网格状网络拓扑结构。而圈保护可同时满足高的资源利用率以及快速的恢复时间。

P圈的概念是由Stamatelakis和Grover首先提出，是指在网络空闲资源中利用扩展环的方法提供有效的保护[Stamatelakis,D.,Grover,W.D.IP layer restoration and networkplanning based on virtual protection cycles.IEEE JSAC,Vol.18,Issue:10,2000]。圈状结构的构造简单，和自愈环结构类似。但与自愈环最大的区别在于每个P圈能够保护更多的失败链路，此外P圈理论对于一个链路故障可能形成两条保护路径，而环保护对于一个链路故障只能形成一条保护路径。

配置P圈保护的网络中，应对链路故障可以分两种情况：

(1)对圈上(on—cycle)链路故障，P圈能提供一条保护路径。

(2)对跨接(straddling span)链路故障，即故障链路不在P圈上，但是链路两端结点在P圈上的情形，P圈能够提供两个保护路径。

动态P圈保护方案(DpC)的基本思路是当一个多播业务R到达时(R{s,d₁,...,d_k}，其中s是源结点，d_i是第i个目的结点)，以任意一种多播树建立方法建立一棵多播树T，此方案对于多播树建立方法没有具体的要求。多播树T上所有链路集合定义为E_T，所有的结点集合定义V_T。为从P圈的候选集中选择效率(ER)最高的一个P圈进行保护，这里

$ER=\frac{\left|{\mathrm{PE}}_{\left(c\right)}\right|}{\left|c\right|}---\left(1\right)$

式(1)中c为P圈，PE_(c)表示为E_T上被P圈c所保护的链路集合，|PE_(c)|为其集合数目，|c|为P圈c所使用的波长信道数目。

为给定的网络拓扑搜索P圈的算法通常包含以下两个过程：

(1)搜索新的P圈

搜索基本圈通常有几种典型算法：BFS扩展成生成树，回溯法，圈矢量空间法和SLA算法。

(2)扩张基本圈

在已有P圈的基础上，对基本圈进行扩张，以获得更多的、性能更优的P圈作为候选。

本发明公开的智能P圈保护方案(IpC)与DpC最大的不同在于，DpC的P圈候选集是预先就设置好的，而IpC则是当有多播业务到达时，动态的计算对应的多播业务的候选P圈，从候选P圈中选择ER值最高的P圈作为保护P圈，加入集合PC。集合PC为保护多播树T的P圈集合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于当有多播业务到达的时候，提供的一种改进IpC保护方案，即改变建立候选P圈的搜索方法，优化链路使用率，提供一种基于多播业务的在WDM光网络中的智能P圈保护方法。

本发明的思路是在建立候选P圈时，引入基于分段保护的搜索基本圈的新方法：当多播业务到达并建立多播树后，将多播树进行分段，建立集合E_D。对于集合E_D中的任意一条分段链路，建立候选P圈，从中选择效率(ER₁)最高的一个P圈进行保护。而此时有：

${\mathrm{ER}}_1=\frac{\left|{\mathrm{PD}}_{\left(c\right)}\right|}{\left|c\right|}---\left(2\right)$

式中c为P圈，PD_(c)表示为E_D上被P圈c所保护的分段链路集合，|PD_(c)|为其集合数目，|c|为P圈c所使用的波长信道数目。

具体来说本发明提出的改进IpC算法是将多播树进行分段，建立分段集合E_D。引入新的评判标准——效率(ER₁)。基本思路是建立一棵多播树T,找到保护T的P圈集合PC，使得E_D中的任意一条分段链路被PC中的P圈所保护。算法的框架如下：

2-1)对于E_D中的任意一条分段链路，有两种方法去保护它：搜索一个新的P圈去保护它或者扩展PC中已有的P圈去保护它。因此，对于E_D中的所有链路至多可以找到2×|E_D|的P圈；

2-2)找到2-1)中搜索的P圈中的新的ER₁值最大的P圈p，将p加入集合PC并将E_D中被p保护到的链路移出E_D，更新E_D；

2-3)将p与集合PC中的其它P圈进行混合，以减少P圈的波长的使用；

2-4)如果E_D为空集，集合PC即为所求，否则将重复上述的步骤。

本发明将改进的智能P圈保护方法作为光网络的多播保护的方案，当多播业务到达时，改变建立候选P圈的搜索方法，从中选择P圈保护该业务，同时满足了光保护要求的快速和链路的高利用率。

附图说明

图1为本发明的智能P圈保护方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

当有多播业务到达时，建立多播树T，对该多播树计算高效率的P圈，加入P圈集合PC中，以保证对于该树的100％保护，其具体实现过程如图1所示，步骤如下：

Step1：网络初始化，PC＝φ；

Step2：当多播业务到达时，建立多播树，并对多播树进行分段，加入分段链路集合E_D；

Step3：从E_D中移除可以被已经存在的P圈所保护的分段链路(别的多播业务所建立的P圈；

Step4：判断E_D是否为空，如果不为空，对于E_D中的一个元素寻找新的P圈；

Step5：如果PC为空，跳到Step6，如果不为空，建立一个扩展圈；

Step6：比较得到的新的P圈和扩展圈(如果有的话)，选择其中ER₁值最大的P圈；

Step7：如果没有找到该P圈则多播保护阻塞，否则将该P圈加入集合PC，并将该P圈所能保护的E_D中元素移出E_D，更新E_D；

Step8：将P圈与PC中其它元素混合；

Step9：判断E_D是否为空，如果不为空则跳到Step4，如果为空则得到集合PC，P圈保护建立。

Claims (1)

1.一种基于多播业务的波分复用光网络智能P圈保护方法，当多播业务到达、动态选择P圈时，将多播树进行分段，一个多播业务R到达时(R{s,d₁,…,d_k}，其中s是源结点，d_i是第i个目的结点)，以任意一种多播树建立方法建立一棵多播树T，多播树T上所有链路集合定义为E_T，所有的结点集合定义V_T，为从P圈的候选集中选择效率(ER)最高的一个P圈进行保护：

$ER=\frac{\left|{\mathrm{PE}}_{\left(c\right)}\right|}{\left|c\right|}---\left(1\right)$

包含以下两个过程：

1)搜索新的P圈；

2)扩张基本圈；

其新特征在于，当多播业务到达并建立多播树后，将多播树进行分段，建立集合E_D，对于集合E_D中的任意一条分段链路，建立候选P圈，从中选择效率(ER₁)最高的一个P圈进行保护：

${\mathrm{ER}}_1=\frac{\left|{\mathrm{PD}}_{\left(c\right)}\right|}{\left|c\right|}---\left(2\right)$

具体步骤如下：

2-1)对于E_D中的任意一条分段链路，有两种方法去保护它：搜索一个新的P圈去保护它或者扩展PC中已有的P圈去保护它，因此，对于E_D中的所有链路至多可以找到2×|E_D|的P圈；

2-2)找到2-1)中搜索的P圈中的新的ER₁值最大的P圈p，将p加入集合PC并将E_D中被p保护到的链路移出E_D，更新E_D；

2-3)将p与集合PC中的其它P圈进行混合，以减少P圈的波长的使用；

2-4)如果E_D为空集，集合PC即为所求，否则将重复上述的步骤。