CN105337658A - 一种全光网络中结合业务路由的增量监测迹设计方法 - Google Patents

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CN105337658A CN201510716929.9A CN201510716929A CN105337658A CN 105337658 A CN105337658 A CN 105337658A CN 201510716929 A CN201510716929 A CN 201510716929A CN 105337658 A CN105337658 A CN 105337658A
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徐世中
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Abstract

本发明公开了一种全光网络中结合业务路由的增量监测迹设计方法，针对全光网络中监测资源充足的单链路故障监测问题，结合利用全光网络中已有的业务路由，节省监测成本。该方法能在降低网络故障管理层的复杂度，且同时在减少所需监测资源并降低网络成本的情况下，满足用户需求的服务质量并实现在大容量的全光网络中的故障监测、快速定位。

Description

一种全光网络中结合业务路由的增量监测迹设计方法
技术领域
本发明属于全光网络中故障监测及快速定位技术领域，更为具体地讲，涉及一种全光网络中结合业务路由的增量监测迹设计方法。
背景技术
近年来电信通信行业的飞速增长，通信网络已经发展成为以光网为骨干、采用多种接入形式的综合业务数字网络。随着新型业务(如视频业务、流媒体业务、IPTV等)的不断推出和普及，人们对网络带宽的需求日益膨胀，对服务质量(QoS:QualityofService)的要求也不断提高。采用波分复用技术(WDM:WavelengthDivisionMultiplexing)的全光网络很好地满足了人们对网络带宽和服务质量的要求。但是，WDM技术一方面使得光网络具有巨大的传输能力，另一方面巨大的传输能力是的光网络在故障发生的短时间内导致巨大的数据丢失。因此进行快速有效的故障检测和定位是至关重要的。
网络对于故障的敏感性使得链路失效的监测和定位的问题很早就引起了计算机通信网络研究人员的兴趣。然而传统网络中的失效定位方法并不能很好地被移植到光网络中。因此，对于全光网络的故障监测、定位以及恢复技术有待新的研究。而这种研究在光网络大面积应用的这个大背景下，显得尤为紧迫和重要。
现有的监测定位技术中，简单监测环，复杂监测环以及监测迹均是基于物理层的监测技术方案。简单监测环与复杂监测环技术始终受到网络拓扑环形约束的影响；而监测迹仍属于较新的概念，目前相关的研究成果还比较少，因此，对于监测迹技术仍然还有很多的理论及技术问题有待研究。
对于网络中监测资源充足的场景，由于能够实现百分之百的链路故障定位，因而并不存在业务损失的情况。此时，监测迹的设计问题是利用监测迹进行故障监测的核心问题，而监测成本是衡量监测迹设计算法的一个重要标准。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对全光网络中的单链路故障问题，结合已有业务路由进行监测迹设计，降低了监测迹部署成本。
为实现上述发明目的，本发明一种全光网络中结合业务路由的增量监测迹设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、生成业务路由
利用Floyd-Warshall最短路径算法对待监测的全光网络拓扑进行处理，从而生成业务路由，并标记为业务路由集合P；
(2)、利用可用路由筛选算法选出可用路由
根据可用路由筛选算法从业务路由集合P中选出可用路由，形成可用路由集合R；
(3)、初始化最大迭代次数K、最小监测成本min_cost←∞和链路定位表FLT；同设置一最小链路定位表min_FLT，用于存放第k(k＝1,2,…,K)次迭代后求得的最小监测成本所对应的链路定位表；
(4)、初始化第k(k＝1,2,…,K)次迭代中的参数，包括：监测成本monitoring_cost←0、临时码temp_code[]＝{0}、可辨链路集UALs＝Φ，以及基于业务路由初始化不可分辨集asetc的值temp_code[]；
(5)、利用MTA算法计算第k次迭代后的增量监测迹
(5.1)、使用MTA算法增加一条监测迹tj(j＝0,1,2,…,J-1)，J表示监测器数目；
(5.2)、根据监测迹tj更新临时码temp_code[]和可辨链路集UALs
(5.2.1)、更新临时码temp_code[]
temp_code[e]←temp_code[e]+2j+|R|；其中，表示监测迹tj经过的所有链路；|R|表示可用路由集合R的大小；temp_code[e]为链路e对应的临时码值；
(5.2.2)、更新不可分辨集asetc的集合Asets
如果链路e对应的临时码的值为c，c为大于或等于1的正整数，且不可分辨集asetc存在，则将链路e归入不可分辨集asetc中，即：temp_code[e]＝c,asetc←e，再根据asetc更新Asets；如果不可分辨集asetc不存在，新建不可分辨集asetc＝{e}，并将新建的不可分辨集asetc加入到不可分辨集的集合Asets中；
(5.2.3)、将可辨链路加入到可辨链路集UALs
如果不可分辨集asetc的大小为1，且链路e为该不可分辨集asetc中的唯一链路，那么链路e为可辨链路，则将链路e加入到可辨链路集UALs中，即：if|asetc|＝1ande∈asetc,UALs←e；
(5.3)、判断集合E中的所有链路是否属于可辨链路集UALs
如果e∈UALs，则跳至步骤(5.4)，否则j累计加1，并跳转入至步骤(5.1)；其中，E为所有待监测的链路e集合；
(5.4)、计算监测成本monitoring_cost及第k次迭代所对应的链路定位表FLT
(5.4.1)、monitoring_cost＝γ*J+Σ|tj|；
其中，γ为监测器的输入参数，它决定了监测器成本和带宽成本之间的比重；Σ|tj|表示部署所有的监测迹所占用的波长数；
(5.4.2)、再更新链路定位表FLT的故障链路定位码[De 0,De 1]；其中，为链路e的可用路由定位码，D1为链路e的监测迹定位码D1；
(5.5)、比较最小监测成本min_cost和监测成本monitoring_cost的大小
如果min_cost＞monitoring_cost，则将min_cost值更新为monitoring_cost，同时更新min_FLT；如果min_cost≤monitoring_cost，则不更新min_FLT；
(5.6)、如果迭代次数累计到k＝K时，则当前min_cost和min_FLT为最终得到的最优解，算法终止；如果代次数k＜K，则将迭代次数k累计加1，跳转入步骤(4)。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种全光网络中结合业务路由的增量监测迹设计方法，针对全光网络中监测资源充足的单链路故障监测问题，结合利用全光网络中已有的业务路由，节省监测成本。该方法能在降低网络故障管理层的复杂度，且同时在减少所需监测资源并降低网络成本的情况下，满足用户需求的服务质量并实现在大容量的全光网络中的故障监测、快速定位。
同时，本发明一种光网络中结合业务路由的增量监测迹设计方法还具有以下有益效果：
(1)、该方法利用业务路由与监测迹的相似点，基于监测资源充足的光网络的已有的业务路由部署监测迹，减少部署监测迹所需的代价。
(2)、该算法有着简单的逻辑和相对较低的运算复杂度。
附图说明
图1是全光网络的一种具体实施方式拓扑图；
图2是本发明一种全光网络中结合业务路由的增量监测迹设计方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
在本实施例中，如图1所示，随机给出一个全光网络拓扑，其包含8个待监测节点0-7和13条链路。根据图1的拓扑，按照本发明所述的方法进行监测迹的部署，从而完成监测链路的失效监测与定位。
在本实施例中，设置最大可用路由数目N＝3；设置最大迭代次数K＝8；每条链路权值相同为1；链路以两端节点标号表示该链路。
如图2所示，本发明一种全光网络中结合业务路由的增量监测迹设计方法，包括以下步骤：
S1、生成业务路由
利用Floyd-Warshall最短路径算法对待监测的光网络拓扑进行处理，从而生成业务路由，并标记为业务路由集合P。
S2、利用可用路由筛选算法选出可用路由
根据可用路由筛选算法从业务路由集合P中选出可用路由，形成可用路由集合R；其中，利用可用路由筛选算法选出可用路由的具体步骤为：
S2.1、初始化可用路由集合R为空集；
S2.2、将业务路由集合P中的业务路由按照长度或者权重进行降序排列，得到排序后的业务路由集合P'；
S2.3、遍历P'中的业务路由，从中选出可用路由加入到R中；
其中，可用路由的判断方法为：
设业务路由集合P'中的业务路由为Pj，j＝1,2,…,n，n表示P'中业务路由的总条数；
设可用路由集合R中的可用路由为ri，i＝0,1,2,...，m-1，m表示可用路由集合R中包含的可用路由总条数；
按升序遍历P'中的路由Pj，当Pj经过的任何一条链路都没有被可用路由集合R中的可用路由经过，即Pj与任何一条可用路由均不相交，且Pj的长度大于1，则将该条业务路由Pj标记为可用路由，并将该可用路由加入可用路由集合R，即ri＝Pj，R←ri，j←j+1，i←i+1；
S2.4、当|R|＝N或集合P'遍历完毕时，返回可用路由集合R，路由筛选算法结束；其中，|R|表示可用路由集合R的大小，N表示用户输入的所允许的最大可用路由数目；
在本实施例中，按照图1所示的全光网络拓扑可以得到如下可用路由：
r0：0-＞2-＞1-＞4，
r1：3-＞5-＞6，
r2：3-＞1-＞7
S3、初始最大迭代次数K、最小监测成本min_cost←∞和链路定位表FLT；
其中，如表1所示，链路定位表FLT包括：链路编号NO、链路Link、可用路由ri、监测迹tj和故障链路定位码Decimal；
表1是基于可用路由的链路临时码表
NO Link rm-1...r1 r0 TJ-1...t1 t0 Decimal
0 (0,1) 0...0 0 0...0 1 [D0 0,D0 1]
1 (0,2) 1...0 0 0...1 0 [D1 0,D1 1]
... ... ... ... ...
表1
其中，故障链路定位码包括可用路由定位码D0和监测迹定位码D1，可表示为[D0,D1]；
其中，D0由可用路由确定，D1由temp_code[]和D0确定，且满足D1＝temp_code[]-D0；
在本实施例中，按照图1所示的全光网络拓扑在初始化后的结果如表2所示；
NO Link ri tj Temp_code
0 (0,2) 0 0 0
1 (0,3) 0 0 0
2 (1,2) 0 0 0
3 (1,3) 0 0 0
4 (1,4) 0 0 0
5 (1,7) 0 0 0
6 (2,5) 0 0 0
7 (2,6) 0 0 0
8 (2,7) 0 0 0
9 (3,5) 0 0 0
10 (4,5) 0 0 0
11 (5,6) 0 0 0
12 (5,7) 0 0 0
表2
S4、初始化第k(k＝1,2,…,K)次迭代中的参数，包括：监测成本monitoring_cost←0、临时码temp_code[]＝{0}、可辨链路集UALs＝Φ，以及基于业务路由初始化不可分辨集asetc的值temp_code[]；其中，基于业务路由初始化不可分辨集asetc的值temp_code[]的具体方法为：
S4.1、设可用路由集合R中的可用路由为ri，i＝0,1,2,...，m-1，m表示R中可用路由的总条数；
S4.2、遍历可用路由集合R，对于ri经过的任意一条链路e，均将该链路e对应的临时码更新为：temp_code[e]＝temp_code[e]+2i；
S4.3、重复步骤S4.2，直到遍历完可用路由集合R中的所有可用路由ri；
在本实施例中，当k＝1时,monitoring_cost←0,UALs＝Φ，基于业务路由初始化不可分辨集asetc的值为：{aset0,aset1,aset2,aset4}；具体计算如下：
在本实施例中，如表2所示，链路e包括0～12共13条链路，可用路由ri包括r0～r23条可以链路，则根据公式temp_code[e]＝temp_code[e]+2i可以此计算出：
aset0＝{(0,3),(2,5),(2,6),(2,7),(4,5),(5,7)}，
aset1＝{(0,2),(1,2),(1,4)}，
aset2＝{(3,5),(5,6)}，
aset4＝{(1,3),(1,7)}。
此时，添加了可以路由的链路定位表FLT如表3所示：
NO Link r2 r1 r0 tj Temp_code
0 (0,2) 0 0 1 0 1
1 (0,3) 0 0 0 0 0
2 (1,2) 0 0 1 0 1
3 (1,3) 1 0 0 0 4
4 (1,4) 0 0 1 0 1
5 (1,7) 1 0 0 0 4
6 (2,5) 0 0 0 0 0
7 (2,6) 0 0 0 0 0
8 (2,7) 0 0 0 0 0
9 (3,5) 0 1 0 0 2
10 (4,5) 0 0 0 0 0
11 (5,6) 0 1 0 0 2
12 (5,7) 0 0 0 0 0
表3
S5、利用MTA算法计算第k次迭代后的增量监测迹
S5.1、使用MTA算法增加一条监测迹tj(j＝0,1,2,…,J-1)，J表示监测器数目；在本实施例中，t0：2→5→7→2→1→3→5；
S5.2、根据监测迹t0更新临时码temp_code[]和可辨链路集UALs
S5.2.1、更新临时码temp_code[]
temp_code[e]←temp_code[e]+2|R|；其中，表示监测迹t0经过的所有链路；|R|表示可用路由集合R的大小；
在本实施例中，添加了监测迹t0后的链路临时码如表4所示；
NO Link r2 r1 r0 t0 Decimal
0 (0,2) 0 0 1 0 1
1 (0,3) 0 0 0 0 0
2 (1,2) 0 0 1 1 9
3 (1,3) 1 0 0 1 12
4 (1,4) 0 0 1 0 1
5 (1,7) 1 0 0 0 4
6 (2,5) 0 0 0 1 8
7 (2,6) 0 0 0 0 0
8 (2,7) 0 0 0 1 8
9 (3,5) 0 1 0 1 10
10 (4,5) 0 0 0 0 0
11 (5,6) 0 1 0 0 2
12 (5,7) 0 0 0 1 8
表4
S5.2.2、更新不可分辨集asetc的集合Asets
如果链路e对应的临时码的值为c，大于或等于1的正整数，且不可分辨集asetc存在，则将链路e归入不可分辨集asetc中，即：temp_code[e]＝c,asetc←e，再根据asetc更新Asets；如果不可分辨集asetc不存在，新建不可分辨集asetc＝{e}，并将新建的不可分辨集asetc加入到不可分辨集的集合Asets中；
在本实施例中，如表4所示，|R|＝3，j＝0；根据公式temp_code[e]←temp_code[e]+2j+|R|可依次计算出不可分辨集的集合Asets值为：
aset0＝{(0,3),(2,6),(4,5)}，
aset1＝{(0,2),(1,4)}，
aset2＝{(5,6)}，
aset4＝{(1,7)}，
aset8＝{(2,5),(2,7),(5,7)}，
aset9＝{(1,2)}，
aset10＝{(3,5)}，
aset12＝{(1,3)}；
S5.2.3、将可辨链路加入到可辨链路集UALs
如果不可分辨集asetc的大小为1，且链路e为该不可分辨集asetc中的唯一链路，那么链路e为可辨链路，则将链路e加入到可辨链路集UALs中，即：if|asetc|＝1ande∈asetc,UALs←e；
在本实施例中，根据表4可以得到UALs＝{(1,2),(1,3),(1,7),(3,5),(5,6)}；
S5.3、判断集合E中的所有链路是否属于可辨链路集UALs
如果e∈UALs，则跳至步骤S5.4，否则j累计加1，并跳转入至步骤S5.1；其中，E为所有待监测的链路e集合；
在本实施例中，E中包含的13条链路不全在UALs中，故j＝0+1＝1跳转至S5.1，按照上述方法继续迭代，直到E中包含的13条链路全在UALs中，再执行步骤S5.4；
S5.4、计算监测成本monitoring_cost及第k次迭代所对应的链路定位表FLT
S5.4.1、monitoring_cost＝γ*J+Σ|tj|；
其中，γ为监测器的输入参数，它决定了监测器成本和带宽成本之间的比重；Σ|tj|表示部署所有的监测迹所占用的波长数，即监测波长成本；
在本实施例中，k＝1次循环中部署了J＝3个检测器，当γ＝5时，其监测成本为monitoring_cost＝32，其中监测器成本为3*5＝15，监测波长成本为Σ|tj|＝6+7+4＝17；
S5.4.2、再更新链路定位表FLT的故障链路定位码[De 0,De 1]；其中，为链路e的可用路由定位码，D1为链路e的监测迹定位码D1，temp_code[e]为链路e对应的临时码值；
S5.5、比较最小监测成本min_cost和监测成本monitoring_cost的大小
如果min_cost＞monitoring_cost，则将min_cost值更新为monitoring_cost，同时更新min_FLT；如果min_cost≤monitoring_cost，则不更新min_FLT；
在本实施例中，由于初次迭代时min_cost＝∞，所以min_cost＞monitoring_cost；则将min_cost值更新为min_cost＝monitoring_cost＝32；同时更新min_FLT为第k＝1次的链路定位表FLT；
S5.6、如果迭代次数累计到k＝K时，则当前min_cost和min_FLT为最终得到的最优解，算法终止；如果代次数k＜K，则将迭代次数k累计加1，跳转入步骤S4；
在本实施例中，由于k＝1<K＝8，则将迭代次数k累计加1，使得k＝2，跳转入S4，进行第2次迭代。其中，当第k＝1次迭代完成后，对应的min_FLT如表5所示。
NO Link r2 r1 r0 t2 t1 t0 Decimal
0 (0,2) 0 0 1 0 0 0 [1,0]
1 (0,3) 0 0 0 1 0 0 [0,4]
2 (1,2) 0 0 1 0 0 1 [1,1]
3 (1,3) 1 0 0 1 1 1 [4,7]
4 (1,4) 0 0 1 0 1 0 [1,2]
5 (1,7) 1 0 0 1 0 0 [4,4]
6 (2,5) 0 0 0 0 1 1 [0,3]
7 (2,6) 0 0 0 1 1 0 [0,6]
8 (2,7) 0 0 0 1 0 1 [0,5]
9 (3,5) 0 1 0 0 1 1 [2,3]
10 (4,5) 0 0 0 0 1 0 [0,2]
11 (5,6) 0 1 0 0 1 0 [2,2]
12 (5,7) 0 0 0 0 0 1 [0,1]
表5
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (5)

1.一种全光网络中结合业务路由的监测迹设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、生成业务路由
利用Floyd-Warshall最短路径算法对待监测的全光网络拓扑进行处理，从而生成业务路由，并标记为业务路由集合P；
(2)、利用可用路由筛选算法选出可用路由
根据可用路由筛选算法从业务路由集集合P中选出可用路由，形成可用路由集合R；
(3)、初始化最大迭代次数K、最小监测成本min_cost←∞和链路定位表FLT；同设置一最小链路定位表min_FLT，用于存放第k(k＝1,2,…,K)次迭代后求得的最小监测成本所对应的链路定位表；
(4)、初始化第k(k＝1,2,…,K)次迭代中的参数，包括：监测成本monitoring_cost←0、临时码temp_code[]＝{0}、可辨链路集UALs＝Φ，以及基于业务路由初始化不可分辨集asetc的值temp_code[]；
(5)、利用MTA算法计算第k次迭代后的增量监测迹
(5.1)、使用MTA算法增加一条监测迹tj(j＝0,1,2,…,J-1)，J表示监测器数目；
(5.2)、根据监测迹tj更新临时码temp_code[]和可辨链路集UALs
(5.2.1)、更新临时码temp_code[]
temp_code[e]←temp_code[e]+2j+|R|；其中，表示监测迹tj经过的所有链路；|R|表示可用路由集合R的大小；temp_code[e]为链路e对应的临时码值；
(5.2.2)、更新不可分辨集asetc的集合Asets
如果链路e对应的临时码的值为c，c为常数，且不可分辨集asetc存在，则将链路e归入不可分辨集asetc中，即：temp_code[e]＝c,asetc←e，再根据asetc更新Asets；如果不可分辨集asetc不存在，新建不可分辨集asetc＝{e}，并将新建的不可分辨集asetc加入到不可分辨集的集合Asets中；
(5.2.3)、将可辨链路加入到可辨链路集UALs
如果不可分辨集asetc的大小为1，且链路e为该不可分辨集asetc中的唯一链路，那么链路e为可辨链路，则将链路e加入到可辨链路集UALs中，即：if|asetc|＝1ande∈asetc,UALs←e；
(5.3)、判断集合E中的所有链路是否属于可辨链路集UALs
如果e∈UALs，则跳至步骤(5.4)，否则j累计加1，并跳转入至步骤(5.1)；其中，E为所有待监测的链路e集合；
(5.4)、计算监测成本monitoring_cost及第k次迭代所对应的链路定位表FLT
(5.4.1)、monitoring_cost＝γ*J+Σ|tj|；
其中，γ为监测器的输入参数，它决定了监测器成本和带宽成本之间的比重；Σ|tj|表示部署所有的监测迹所占用的波长数；
(5.4.2)、再更新链路定位表FLT的故障链路定位码[De 0,De 1]；其中，为链路e的可用路由定位码，D1为链路e的检测迹定位码D1；
(5.5)、比较最小监测成本min_cost和监测成本monitoring_cost的大小
如果min_cost＞monitoring_cost，则将min_cost值更新为monitoring_cost，同时更新min_FLT；如果min_cost≤monitoring_cost，则不更新min_FLT；
(5.6)、如果迭代次数累计到k＝K时，则当前min_cost和min_FLT为最终得到的最优解，算法终止；如果代次数k＜K，则将迭代次数k累计加1，跳转入步骤(4)。
2.根据权利要求1所述的一种光网络中结合业务路由的增量监测迹设计方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，可用路由筛选算法选出可用路由的具体步骤为：
(2.1)、初始化可用路由集合R为空集；
(2.2)、将业务路由集合P中的业务路由按照长度或者权重进行降序排列，得到排序后的业务路由集合P'；
(2.3)、遍历P'中的业务路由，从中选出可用路由加入到R中；
(2.4)、当|R|＝N或集合P'遍历完毕时，返回可用路由集合R，路由筛选算法结束；其中，|R|表示可用路由集合R的大小，N表示用户输入的所允许的最大可用路由数目。
3.根据权利要求2所述的一种光网络中结合业务路由的增量监测迹设计方法，其特征在于，所述可用路由的判断方法为：
设业务路由集合P'中的业务路由为Pj'，j'＝1,2,…,n，n表示P'中业务路由的总条数；
设可用路由集合R中的可用路由为ri，i＝0,1,2,...，m-1，m表示可用路由集合R中包含的可用路由总条数；
按升序遍历P'中的路由Pj，当Pj经过的任何一条链路都没有被可用路由集合R中的可用路由经过，即Pj与任何一条可用路由均不相交，且Pj的长度大于1，则将该条业务路由Pj标记为可用路由，并将该可用路由加入可用路由集合R，即ri＝Pj，R←ri，j←j+1，i←i+1。
4.根据权利要求1所述的一种光网络中结合业务路由的增量监测迹设计方法，其特征在于，所述的链路定位表FLT包括：链路编号、链路、可用路由、监测迹和故障链路定位码；
所述的故障链路定位码包括可用路由定位码D0和监测迹定位码D1，可表示为[D0,D1]；
其中，D0由可用路由确定，D1由temp_code[]和D0确定，且满足D1＝temp_code[]-D0。
5.根据权利要求1所述的一种光网络中结合业务路由的增量监测迹设计方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，基于业务路由初始化不可分辨集asetc的值temp_code[]的具体方法为：
(5.1)、设可用路由集合R中的可用路由为ri，i＝0,1,2,...，m-1，m表示可用路由集合R中包含的可用路由总条数；
(5.2)、遍历可用路由集合R，对于ri经过的任意一条链路e，均将该链路e对应的临时码更新为：temp_code[e]＝temp_code[e]+2i；
(5.3)、重复步骤(5.2)，直到遍历完可用路由集合R中的所有可用路由ri。
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