CN105245307B - 用于在通信网络中确定通信路径的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种用于在通信网络中确定通信路径的方法和设备。所述方法包括：根据通信频谱中可用频谱切片的数量N和业务所请求的频谱切片数量n划分频谱平面；根据通信网络中空闲频谱切片的情况确定每个频谱平面中每一段路径的权值；确定每个频谱平面中权值和最小的可用路径，以组成可用路径集合；从可用路径集合中选取空闲频谱切片数量最少的可用路径作为通信网络的最优路径。本发明可以在不影响或中断原有业务的前提下，选择出对网络影响最小的路径和频谱资源，从而减小后续路由请求的阻塞率，提高单个频谱碎片的连贯度和利用率。

Description

用于在通信网络中确定通信路径的方法及设备

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种用于在通信网络中确定通信路径的方法及设备。

背景技术

随着通信技术的发展，光纤已经成为大部分信息传输的载体，光网络的发展对通信领域的发展具有重要意义。在传统的WDM波分复用系统中，是以频谱为粒度的频谱分配单元，对所有业务采用“一刀切”的频谱分配方式，极大的浪费了频谱资源。频谱灵活光网络因其在充分利用光纤带宽资源、高效信息传输交换和智能灵活的网络控制方面的优势，目前被广泛的研究与开发。

在新兴网络架构，尤其是SDN(软件定义网络)的发展下，控制器对路由节点的信息采集提供了更为实时和方便的途径。控制器可以对频谱利用和流量信息提供精细和实时的控制，独立进行路由计算和下发路由表信息。然而，传统路由算法对频谱控制的粒度不够小，对网络流量信息的利用不够充分，造成较低的资源利用率。

路由和频谱分配(RSA)问题，即以自适应业务带宽需求方式建立一条端到端的光路径，是光网络管理控制的核心问题。在灵活带宽弹性光网络中，RSA计算需要遵守频谱连续性和频谱邻接性的约束条件。频谱连续性是指沿路由每条链路上要为同一通信请求分配相同的频谱块，频谱邻接性是指在每条链路上要为每个通信请求分配连续的频隙。在目前的条件下，满足频谱连续性和频谱邻接性的路由算法存在很多不足。一方面，频谱灵活光网络在运行一段时间后会生成大量的频谱碎片，若不加以整理和控制，必然影响频谱利用率，增加网络的阻塞率。另一方面，目前存在的路由和频谱算法，大都将路由问题和频谱分配问题分开考虑，路由时忽略了全网的频谱使用情况，频谱分配时忽略了一些网络中存在的可用路径。

发明内容

本发明实施例公开了一种用于在通信网络中确定通信路径的方法及设备，其能够在不影响原有业务带宽分配的情况下，高效地从全网搜索可用路径，并选取出对网络产生频谱碎片最少的可用路径。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于在通信网络中确定通信路径的方法，包括：根据通信频谱中可用频谱切片的数量N和业务所请求的频谱切片数量n划分频谱平面；根据通信网络中空闲频谱切片的情况确定每个频谱平面中每一段路径的权值；确定每个频谱平面中权值和最小的可用路径，以组成可用路径集合；从可用路径集合中选取空闲频谱切片数量最少的可用路径作为通信网络的最优路径。

优选地，划分频谱平面包括：将每n个连续频谱组成一个频谱平面，得到N-n+1个频谱平面。

优选地，确定每个频谱平面中每一段路径的权值包括：若当前频谱平面中的某段路径中存在被占用的频谱切片，则此段路径权值为无穷大；若此段路径频谱切片全部空闲，则此段路径的权值等于该路径两端点相连的其他路径中空闲频谱切片的数目加权值基数。

优选地，使用SPF算法为每个频谱平面独立地确定权值和最小的可用路径。

优选地，若路径中包含多个路径段，则路径权值和分步进行叠加，其中每选择一个路径段，与此路径段相连的其它路径的权值更新一次，已被选择的路径的权值也进行更新。

优选地，从可用路径集合中选取最优路径包括：若权值和最小的路径有多条，则选取其中具有最小标号的频谱平面对应的路径。

优选地，从可用路径集合中选取最优路径包括：若所述可用路径集合为空，则阻塞发起所述方法的路由请求。

优选地，所述方法还包括：向所述最优路径分配频谱资源。

优选地，所述通信网络为频谱灵活光网络。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于在通信网络中确定通信路径的设备，包括：

划分模块，用于根据通信频谱中可用频谱切片的数量N和业务所请求的频谱切片数量n划分频谱平面；

第一确定模块，用于根据通信网络中空闲频谱切片的情况确定每个频谱平面中每一段路径的权值；

第二确定模块，用于确定每个频谱平面中权值和最小的可用路径，以组成可用路径集合；

选择模块，用于从可用路径集合中选取空闲频谱切片数量最少的可用路径作为通信网络的最优路径。

本发明的核心思想是将通信路径(例如，光纤)频谱切片的路由计算转化为多个独立的频谱平面的路由计算，通过计算每个频谱平面的最优路由，再从这些路径中选取对网络频谱连贯度影响最小的最优路径最优路由。所提出方法一方面对全网频谱分层路由，从全网搜索可用路径，另一方面通过对路由后产生频谱碎片数量的计算，选取出产生最少频谱碎片的路径。这样，可以最大限度地减小频谱碎片的产生，提高网络资源的利用率，降低网络的阻塞率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的用于在通信网络中确定通信路径的方法的流程图；

图2(a)是应用根据本发明实施例的用于在通信网络中确定通信路径的方法的通信网络环境的示意图；

图2(b)是如图2(a)所示的通信网络环境的示例性可用频谱资源的示意图；

图3(a)示出了根据图2(b)所示的可用频谱资源情况对如图2(a)所示的通信网络环境进行频谱平面划分的结果；

图3(b)示出了计算出的如图3(a)所示每一层频谱平面的权值；

图4示出了对如图3(b)所示的频谱平面L1进行最优可用路径权值和计算的操作状态；

图5是本发明实施例的一种用于在通信网络中确定通信路径的设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1是根据本发明实施例的用于在通信网络中确定通信路径的方法的流程图。如图所示，所述方法包括：

步骤101、根据通信频谱中可用频谱切片的数量N和业务所请求的频谱切片数量n划分频谱平面；

步骤102、根据通信网络中空闲频谱切片的情况确定每个频谱平面中每一段路径的权值；

步骤103、确定每个频谱平面中权值和最小的可用路径，以组成可用路径集合；

步骤104、从可用路径集合中选取空闲频谱切片数量最少的可用路径作为通信网络的最优路径。

所述方法可以响应于路由计算请求而被发起。相应地，在步骤101之前，所述方法还可以包括接收路由计算请求并进行初始化。

图2(a)是应用根据本发明实施例的用于在通信网络中确定通信路径的方法的通信网络环境的示意图。在该示例中，所述方法应用于频谱灵活光网络。具体地，考虑理想情况下包括三个交换节点的网络，其中，如图2(a)所示，每个数据产生节点P1、P2、P3都可以随机产生数据包，F1、F2、F3表示所连接的光纤。

图2(b)是如图2(a)所示的通信网络环境的示例性可用频谱资源的示意图。如图所示，每段光纤F1、F2、F3均具有6个可用频隙(即，N＝6)，利用从1到6的标号依次表示，其中白色方块表示频隙空闲，灰色方块表示频隙被占用。为方便描述，忽略每个业务频谱间的保护带宽，并且假设网络不具有频谱转化功能。

在这样的网络环境和频谱资源的情况下，假设接收到突发的业务请求，要在节点P1和P3之间建立带宽为3个频隙(即，n＝3)的路径，则根据本发明实施例的方法可以被发起。具体地，路径计算单元(PCE)或者软件定义网络的控制器可以响应于该业务请求来触发路由计算。

在步骤101中，在满足频谱连续性限制的情况下将网络按照频谱分层，其中每n(n＝3)个连续频谱划分一个频谱平面。图3(a)示出了根据图2(b)所示的可用频谱资源情况对如图2(a)所示的通信网络环境进行频谱平面划分的结果。如图所示，将每n(n＝3)个连续频谱组成一个频谱平面，从标号最小的频谱隙开始，可以得到N-n+1个(4个)频谱平面(层)：L1、L2、L3和L4，其中L1层包含标号为1、2、3的频谱切片，L2层包含标号为2、3、4的频谱切片，依此类推。每个层可以作为一个单独的路由系统，独立地进行路由计算。

在步骤102中，通过链路状态信息计算每个平面中每个路径段的权值，其中“路径段”在本文中意指路径中的两个相连节点之间的路径部分，例如图2(a)所示的光纤F1、F2、F3。在本步骤中，对每一个独立频谱平面的每一个路径段确定一个单独的权值，并且进一步地，可以为每个频谱平面生成独立的权值拓扑图，以便使用例如SPF算法对每一个平面进行独立的路径计算。权值确定的依据可以是：若这个平面中的某个路径段中存在被占用的频谱切片，则此路径段的权值为无穷大；若此路径段的频谱切片全部空闲，此段路径的权值等于该路径两端点相连的其他路径中空闲频谱切片的数目加权值基数，其中该权值基数为1。

具体地，在如图2(b)所示的示例中，L1平面的光纤F1的频谱切片(即，标号为1、2、3的频率隙)全部空闲，光纤F2具有三个空闲频谱，光纤F3具有一个空闲频谱。在计算L1平面中的路径段F1的权值时，该路径段F1的两个端点为P1和P2，该路径段F1的权值等于该路径段两个端点相连的其他路径(路径段F2加路径段F3的路径)中空闲频谱切片的数目加权值基数，因此，L1平面中的路径段F1的权值可以计算为：3(路径段F2中空闲频谱切片的数目)+1(路径段F3中空闲频谱切片的数目)+1(权值基数)＝5。对于L1平面的路径段F3而言，其2、3号频谱被占用，所以其权值为无穷大。按照上述方法，可以计算出频谱平面L1、L2、L3和L4中的每一个的权值，如图3(b)所示。

在步骤103中，从标号最小的频谱平面开始，依次计算每一层的权值和最小的可用路径，并加入可用路径集合。在使用SPF算法计算时，若路径中包含多个路径段，则路径权值之和可以分步进行叠加，其中每选择一个路径段，与此路径段相连的其它路径的权值需要更新一次，已被选择的路径权值同样需要更新。这是因为一旦选出一个节点，则表示源节点到此路径段已被占用，与之相连的路径的空闲频谱数量将发生变化，即相关路径权值会减小。因为已被选择路径总是和新选择的路径相连，这可以保证在进行SPF算法中，被选择路径的权值之和一直保持最小，最终被选择的路径通道权值和等于通道周围相连空闲频谱的数量和路径段数量的和。

具体地，在如图3(b)所示的示例中，对L1、L2、L3、L4从标号最小的开始分别计算路由。L1层计算出的路由为P1经F1->F2到达P3。选中L1中的路径段F1时，其权值为5，路径段F1被选中后，L1的路径段F2权值变成2，因为其两个端点相连的路径段F1的三个频率隙现在相当于已被占用，如图4所示。然后，再选中路径段F2，则L1层的最小可用路径权值和为7，将此路径加入可用路径集合。同理，L2层计算出的最优路由为P1经F1->F2到达P3，计算权值和为7，加入可用路径集合；L3层经计算无可用路径；L4层最优路径为P1经F3到达P3，其权值和为3，加入可用路径集合。

在步骤104中，从可用路径集合中选取空闲频谱切片数量最少(也即，权值和最小)的可用路径作为通信网络的最优路径。继续图3(b)所示的示例，最终选取出的最优路径为F3的4、5、6号频率隙，也即频谱平面L4对应的路径。特别地，若可用路径集合中权值和最小的路径有多条，则可以选取具有最小标号的频谱平面对应的路径。另外，若可用路径集合为空，则可以由例如路径计算单元(PCE)或者软件定义网络的控制器阻塞发起所述方法的路由计算请求。在完成路径确定后，可以向选取出的最优路径分配频谱资源，以实现通信网络的功能。

如前所述，根据本发明实施例的方法可以在软件定义网的控制器中进行，控制器具有独立的路径计算单元来进行路径确定。相应地，图5为本发明实施例提供一种用于在通信网络中确定通信路径的设备结构示意图，包括：

划分模块51，用于根据通信频谱中可用频谱切片的数量N和业务所请求的频谱切片数量n划分频谱平面；

第一确定模块52，用于根据通信网络中空闲频谱切片的情况确定每个频谱平面中每一段路径的权值；

第二确定模块53，用于确定每个频谱平面中权值和最小的可用路径，以组成可用路径集合；

选择模块54，用于从可用路径集合中选取空闲频谱切片数量最少的可用路径作为通信网络的最优路径。

根据本发明实施例的方法和设备，在利用通信网络的链路状态信息的情况下，可以计算出对频谱连贯度最小的路径，最大限度地减小频谱碎片的产生，为随机业务的频谱资源分配提供了更多的可用资源。

对于系统/装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于在通信网络中确定通信路径的方法，包括：

根据通信频谱中可用频谱切片的数量N和业务所请求的频谱切片数量n划分频谱平面；

根据通信网络中空闲频谱切片的情况确定每个频谱平面中每一段路径的权值；

其中，所述确定每个频谱平面中每一段路径的权值包括：若当前频谱平面中的某段路径中存在被占用的频谱切片，则此段路径权值为无穷大；若此段路径频谱切片全部空闲，则此段路径的权值等于该路径两端点相连的其他路径中空闲频谱切片的数目加权值基数；

确定每个频谱平面中权值和最小的可用路径，以组成可用路径集合；

从可用路径集合中选取空闲频谱切片数量最少的可用路径作为通信网络的最优路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，划分频谱平面包括：将每n个连续频谱组成一个频谱平面，得到N-n+1个频谱平面。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，使用SPF算法为每个频谱平面独立地确定权值和最小的可用路径。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，若路径中包含多个路径段，则路径权值和分步进行叠加，其中每选择一个路径段，与此路径段相连的其它路径的权值更新一次，已被选择的路径的权值也进行更新。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，从可用路径集合中选取最优路径包括：若权值和最小的路径有多条，则选取其中具有最小标号的频谱平面对应的路径。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，从可用路径集合中选取最优路径包括：若所述可用路径集合为空，则阻塞发起所述方法的路由计算请求。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：向所述最优路径分配频谱资源。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述通信网络为频谱灵活光网络。

9.一种用于在通信网络中确定通信路径的设备，包括：

划分模块，用于根据通信频谱中可用频谱切片的数量N和业务所请求的频谱切片数量n划分频谱平面；

第一确定模块，用于根据通信网络中空闲频谱切片的情况确定每个频谱平面中每一段路径的权值；

其中，所述确定每个频谱平面中每一段路径的权值包括：若当前频谱平面中的某段路径中存在被占用的频谱切片，则此段路径权值为无穷大；若此段路径频谱切片全部空闲，则此段路径的权值等于该路径两端点相连的其他路径中空闲频谱切片的数目加权值基数；

第二确定模块，用于确定每个频谱平面中权值和最小的可用路径，以组成可用路径集合；

选择模块，用于从可用路径集合中选取空闲频谱切片数量最少的可用路径作为通信网络的最优路径。