CN105472484B - 一种电力骨干光传输网波道均衡路由波长分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力骨干光传输网波道均衡路由波长分配方法，其步骤：根据网络拓扑结构获取网络各链路信息；建立网络中节点间的均衡路径；计算网络各链路的波道利用率；根据波道均衡原则对传输业务进行选路；根据业务服务质量需求将业务等级进行划分，各级业务对应相应等级波长分组，当网络中业务到达时，首先为其计算出一条由源节点至目的节点的路径，并根据到达业务的优先级别，选择对应波长组，根据组内优先分配原则为该业务分配可用波长；若无可用波长，则拒绝该业务；更新各链路可用波长数，为下个业务进行波道分配。本发明能有效均衡网络中各链路的波长利用率，减少因部分链路负载过重产生拥塞的情况，保证网络的稳定可靠运行。

Description

一种电力骨干光传输网波道均衡路由波长分配方法

技术领域

本发明涉及一种电力骨干光传送网络(Optical Transport Network，OTN)领域，特别是关于一种电力骨干光传输网波道均衡路由波长分配方法。

背景技术

随着电力行业发展方式的转变，电力公司逐步信息化、数字化，通信需求急剧增长，现有的SDH/MSTP传输网已经不具备提供更宽通道的条件，省级以上电力通信网新建大容量OTN(光传送网络)系统成为必然，以OTN技术为支撑的电力骨干传输网的应用也愈加广泛。OTN网络可支持基于单向点到点、双向点到点、单向点到多点的光层连接类型，可基于线型、环型、树型、星型和网状型等多种拓扑组网。随着智能电网的发展，电力骨干传输网承载的业务量日益增长，现有人工路由规划配置方法无法满足网络的发展需求。如何在现网中通过资源优化配置来提高业务路由效率，均衡网络资源利用率，保证骨干传输网的可靠性和安全性，是一项研究热点。

为进一步提高电力骨干通信网的可靠性，提高其资源利用率，打造强健的智能电网，进行电力通信网络路由选择及波道分配的研究是非常必要的。在OTN光传送网络的建设过程中，波道配置的合理性是其中的重要环节，合理的路由选择和波长分配以及如何为业务请求配置合适的带宽将直接影响网络的传输效率。在波道配置过程中，首先要解决的问题是路由选择和波长分配的问题，简称RWA问题。OTN光网络必须在光路业务到达同时，为每条业务分配路由和选择波长，从而完成光传送通道传送业务。随着光网络承载的业务量正迅猛增长，而当下却存在着光网络的可用资源(波长/光纤等)有限的问题。因而，怎样在资源有所限制的网络中为业务配备合适的路由和选定优化的波长会直接对网络的传输效率产生重大影响。而随着电网的发展，电力通信网络将承载大量的IP业务，而由IP承载的业务需要较高的带宽，目前的电力通信网络已经无法满足这一要求。因此，为了提高传输效率，如何在有限资源网络中为业务选择合适的路由和分配优化的波长以及如何为网络中的光通路设定合适的带宽成为目前亟需解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种电力骨干光传输网波道均衡路由波长分配方法，该方法能有效使全网的波道利用率达到均衡，保证了网络的稳定性及可靠性。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种电力骨干光传输网波道均衡路由波长分配方法，其特征在于，该方法步骤如下：1)根据网络拓扑结构获取网络各链路信息：获取网络拓扑中所有光纤链路的波长占用情况，可用波长及其数量；2)建立网络中节点间的均衡路径：在计算源节点、目的节点间的均衡路径时，根据步骤1)中获取的网络链路信息，从源节点逐步选择下一跳节点直至目的节点；3)计算网络各链路的波道利用率：统计波道均衡路径经过网络中每条链路的次数，根据波道均衡路径经过该链路的次数，以及全网链路的数量，设置参数波道利用率；4)根据波道均衡原则对传输业务进行选路；5)采用波长分组分配原则和DifferService原理，根据业务服务质量需求将业务等级进行划分，各级业务对应相应等级波长分组，当网络中业务到达时，首先为其计算出一条由源节点至目的节点的路径，并根据到达业务的优先级别，选择对应波长组，根据组内优先分配原则为该业务分配可用波长；若无可用波长，则拒绝该业务；6)更新各链路可用波长数，返回步骤1)，为下个业务进行波道分配。

基于上述实施例，所述步骤2)中，在选择下一跳节点时，根据波道均衡选路因子WBR进行选路，选择波道均衡选路因子较大的链路所连接的节点作为下一跳节点，如下式：

max{WBR_(i,j)|j∈neighbor(i)}，

其中，N_ij(λ)为该节点到下一跳节点链路中可用波长数；Hop_min为下一跳节点到目的节点的最短距离。

基于上述实施例，所述步骤3)中，所述波道利用率R_WB(i)为：

其中，N_WBR(i)为所有节点间波道均衡路径经过该链路的次数；N为网络中所有链路个数。

基于上述实施例，所述步骤4)中，所述选路方法如下：(1)在确定源、目的节点后，找到源节点与目的节点间所有能传输的路径，并计算每条路径所经过的所有链路中波道利用率R_WB(i)之和，以及该路径的所需跳数；(2)根据路径所经过的总跳数及路径中链路的波道利用率R_WB(i)之和，计算源节点到目的节点中所有通路的均衡优化指标WBI_(s,t)(k)；(3)选择均衡优化指标WBI_(s,t)(k)值最大的通道为主要传输路径，第二大的作为备用路径。

基于上述实施例，所述步骤(2)中，所述均衡优化指标WBI_(s,t)(k)为：

式中，hop(k)为路径k中的总跳数；R_WB(i)为路径中每条链路的波道利用率。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的网络拓扑中包含多个节点，每个节点连接多条链路，网络中节点需要具备波长转换能力，节点能够收集及统计其所连接链路中可用波长及剩余波长数的信息，能够将接收到的信息频率进行波长转换，转换成下一跳链路中可用的波长频率，并将信息传送给下一节点。2、本发明采用均衡优化指标，在考虑路径中所有链路波道利用率均值的同时，还考虑到了该条路径所经过的总跳数，在保证路径中波道利用率均值较大的条件下，以最少跳数完成信息传输；减少了时延的同时，均衡了网络的波长利用率。3、本发明提出的波道均衡路由选择与波长分配方法能有效使全网的波道利用率达到均衡，保证了网络的稳定性及可靠性。

附图说明

图1是本发明的整体流程示意图；

图2是本发明仿真环境所应用的实施例模拟电力骨干网络拓扑图；

图3是本发明与floyd算法链路剩余波长标准差对比图；

图4是本发明实施例波道分配算法波长利用情况的仿真图；

图5是传统最短路径波道分配算法波长利用情况的仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供一种电力骨干光传输网波道均衡路由波长分配方法，其步骤如下：

1)根据网络拓扑结构获取网络各链路信息：获取网络拓扑中所有光纤链路的波长占用情况，可用波长及其数量；

2)建立网络中节点间的均衡路径：在计算源节点、目的节点间的均衡路径时，根据步骤1)中获取的网络链路信息，从源节点逐步选择下一跳节点直至目的节点。

在选择下一跳节点时，根据波道均衡选路因子WBR进行选路，选择波道均衡选路因子较大的链路所连接的节点作为下一跳节点，如下式：

max{WBR_(i,j)|j∈neighbor(i)}，

其中，N_ij(λ)为该节点到下一跳节点链路中可用波长数；Hop_min为下一跳节点到目的节点的最短距离。

该波道均衡选路因子WBR由所在节点与下一跳节点间链路的可用波长数及下一跳节点到目的节点的最短距离跳数决定。下一跳链路中可用波长数量越多，下一跳节点距目的节点距离越短的节点，优先选为波道均衡路径的下一跳节点。

3)计算网络各链路的波道利用率：统计波道均衡路径经过网络中每条链路的次数，根据波道均衡路径经过该链路的次数，以及全网链路的数量，设置参数波道利用率R_WB(i)：

其中N_WBR(i)为所有节点间波道均衡路径经过该链路的次数；N为网络中所有链路个数。

波道均衡路径的选择在提高全网波长利用率中，起到基础性的作用。波道均衡路径经过一条链路时，会影响该链路的波道利用率R_WB(i)，波道均衡路径经过次数多的链路，R_WB(i)值越大。

链路的波道利用率R_WB(i)体现出该链路在全网中波长利用率的水平，波长利用率较低的链路获得更高的R_WB(i)值。

4)根据波道均衡原则对传输业务进行选路：

(1)在确定源、目的节点后，找到源节点与目的节点间所有可传输的路径，并计算每条路径所经过的所有链路中波道利用率R_WB(i)之和，以及该路径的所需跳数。

(2)根据路径所经过的总跳数及路径中链路的波道利用率R_WB(i)之和，计算源节点到目的节点中所有通路的均衡优化指标WBI_(s,t)(k)：

式中，hop(k)为路径k中的总跳数；R_WB(i)为路径中每条链路的波道利用率。

(3)选择均衡优化指标WBI_(s,t)(k)值最大的通道为主要传输路径，第二大的作为备用路径。

均衡优化指标WBI_(s,t)(k)在考虑路径中所有链路波道利用率均值的同时，还考虑到了该条路径所经过的总跳数，在保证路径中波道利用率均值较大的条件下，以最少跳数完成信息传输。减少了时延的同时，均衡了网络的波长利用率。

5)对传输业务进行波长分配：采用波长分组分配原则和DifferService原理，根据业务QoS(服务质量)需求将业务等级进行划分，各级业务对应相应等级波长分组。

当网络中业务到达时，首先利用上述步骤为其计算出一条由源节点至目的节点的路径，并根据到达业务的优先级别，选择对应波长组，根据组内优先分配原则为该业务分配可用波长；若无可用波长，则拒绝该业务。

6)更新各链路可用波长数，返回步骤1)，为下个业务进行波道分配。

下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述，本实施例是在模拟电力骨干网络拓扑中实现，参数样本数据根据模拟实施例随机设定。

本发明的电力骨干光传输网波道均衡路由波长分配方法实施步骤如下：

1)输入邻接矩阵，即网络拓扑结构，获取网络中所有链路中的可用波长数{λ₁，λ₂，…，λ₂}；

2)建立每对节点间的波道均衡路径

在建立波道均衡路径，选择下一跳节点时，引入波道均衡选路因子WBR；根据下式选择下一跳节点，将该节点相邻链路中WBR值较大的节点作为路径下一跳；

max{WBR_(i,j)|j∈neighbor(i)}。

设定该公式的原因有以下几点：公式中的分子设定，是为了选择可用波长数较大的链路作为下一跳，这样波长占用较少的链路被选择的几率会有所提升。分母的设定是为了防止选路时选择过长路径，从而减少产生时延。

3)计算各链路的波道利用率，根据下式计算得到全网中所有链路的波道利用率：

波道利用率R_WB(i)体现了该链路在全网中的利用水平；分子中波道均衡路径经过该链路的次数N_WBR(i)体现了该链路在全网中波道利用率的相对水平，也体现了该链路在全网中的重要程度；分母中的链路总数N表示了该网络的复杂度，网络越复杂，链路数量越多。对于相对简单的网络，某一条链路承载的业务压力过大时，很容易影响全网的健全性。因此将网络的复杂度作为分母进行约束，有利于控制其所能承受的拥塞度。

4)按照波道均衡原则进行波道选择，即对传输业务进行选路：进行业务传输时，确定好源、目的节点后，穷举出源、目的节点间所有可能的路径，并计算每条路径中所有链路的波道利用率之和，同时计算各条路径经过的跳数；根据下式计算源节点到目的节点中所有通路的波道均衡优化指标WBI_(s,t)(k)；

确定传输路径时，选择指标WBI_(s,t)(k)值最大的通道为主要传输路径，第二大的作为备用路径；

进行波道选择时，在考虑该路径中链路的波道利用率均值的同时，还要考虑到该条路径所经过的跳数，既减少了时延，也使网络的波长利用率可以得到均衡.

5)采用波长分组分配方法，进行波长分配：采用分组分配波长原则和DifferService原理，根据业务服务质量需求将业务等级分为QoS₁、QoS₂和QoS₃三个级别，各级别业务所对应的波长分组分别为G₁、G₂和G₃，三个波长分组中包括的可用波长数分别为(λ₁₁,λ₁₂,...,λ_1a)、(λ₂₁,λ₂₂,...,λ_2b)和(λ₃₁,λ₃₂,...,λ_3c)。

当业务到达时，根据该业务所设定的优先级，首先从与其对应的波长分组中搜索空闲波长。如存在空闲波长，则为该业务分配波长；如不存在空闲波长，则按优先级从高到低的顺序，依次从较低优先级所对应的波长分组中搜索空闲波长，并为该业务分配波长；如最终仍无空闲波长，则拒绝该业务。

6)更新各链路可用波长数，返回步骤1，为下个业务进行波道分配。

如图2所示，为仿真用的典型省级电力骨干光传送网拓扑图，图中共有29个节点，90条链路。仿真环境设置为每条链路有30个波长信道的OTN网络。业务带宽均为1个波长，网络节点具有波长转换能力。

仿真随机设定了链路的初始可用波长数，分别采用floyd算法和波道均衡算法，在网络中随机选择源、目的节点，进行10次业务传输，并对比两种算法传输业务后的网络链路的剩余可用波长数。

如图3所示，为采用floyd算法与本发明波道均衡算法进行10次业务传输过程中，二者网络链路中可用剩余波长数标准差对比。由图可知，随着业务量增加，采用floyd算法传输业务会使网络中链路可用剩余波长数标准差在减小，即使网络中各链路波长利用水平失衡，部分链路的业务负载较重；采用波道均衡算法传输业务会使网络中链路可用剩余波长数标准差在增大，即使网络中各链路波长利用水平趋向均衡，各链路的业务负载较均匀。如图4所示，为采用floyd最短路径法，进行波道选择后，网络中链路的可用波长数剩余情况。采用floyd最短路径法，进行波道选择后，网络链路中剩余的可用波长数标准差约为3.61。如图5所示，为采用波道均衡算法，进行波道选择后网络中链路的可用波长数剩余情况。采用波道均衡算法，进行波道选择后，网络链路中剩余的可用波长数标准差约为4.60。由上述仿真图与仿真结果对比可知，采用波道均衡算法进行路径优化后，网络中波长的利用情况得到均衡。

综上所述，虽然floyd的方法使业务以最小跳数从源节点传送到目的节点完成业务传输，但在网络繁忙时，由于网络中某些链路占用率过高，分配的可用波长数过小，造成网路拥塞，甚至某些链路失效，从而不得不重新选择备用波道重新进行传输。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种电力骨干光传输网波道均衡路由波长分配方法，其特征在于，该方法步骤如下：

1)根据网络拓扑结构获取网络各链路信息：获取网络拓扑中所有光纤链路的波长占用情况，可用波长及其数量；

2)建立网络中节点间的均衡路径：在计算源节点、目的节点间的均衡路径时，根据步骤1)中获取的网络链路信息，从源节点逐步选择下一跳节点直至目的节点；

3)计算网络各链路的波道利用率：统计波道均衡路径经过网络中每条链路的次数，根据波道均衡路径经过该链路的次数，以及全网链路的数量，设置参数波道利用率；

4)根据波道均衡原则对传输业务进行选路；

所述选路方法如下：

(1)在确定源、目的节点后，找到源节点与目的节点间所有能传输的路径，并计算每条路径所经过的所有链路中波道利用率R_WB(i)之和，以及该路径的所需跳数；其中，i表示该节点，即当前节点；

(2)根据路径所经过的总跳数及路径中链路的波道利用率R_WB(i)之和，计算源节点到目的节点中所有通路的均衡优化指标WBI_(s,t)(k)；其中，k表示路径，s表示源节点，t表示目的节点；

(3)选择均衡优化指标WBI_(s,t)(k)值最大的通道为主要传输路径，第二大的作为备用路径；

5)采用波长分组分配原则和DifferService原理，根据业务服务质量需求将业务等级进行划分，各级业务对应相应等级波长分组，当网络中业务到达时，首先为其计算出一条由源节点至目的节点的路径，并根据到达业务的优先级别，选择对应波长组，根据组内优先分配原则为该业务分配可用波长；若无可用波长，则拒绝该业务；

6)更新各链路可用波长数，返回步骤1)，为下个业务进行波道分配。

2.如权利要求1所述的一种电力骨干光传输网波道均衡路由波长分配方法，其特征在于：所述步骤2)中，在选择下一跳节点时，根据波道均衡选路因子WBR进行选路，选择波道均衡选路因子最大的链路所连接的节点作为下一跳节点：

max{WBR_(i,j)|j∈neighbor(i)}，

其中，N_ij(λ)为该节点i到下一跳节点j链路中可用波长数；Hop_min为下一跳节点到目的节点的最短距离；neighbor(i)表示邻近节点。

3.如权利要求1所述的一种电力骨干光传输网波道均衡路由波长分配方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述波道利用率R_WB(i)为：

其中，N_WBR(i)为所有节点间波道均衡路径经过该链路的次数；N为网络中所有链路个数。

4.如权利要求2所述的一种电力骨干光传输网波道均衡路由波长分配方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述波道利用率R_WB(i)为：

其中，N_WBR(i)为所有节点间波道均衡路径经过该链路的次数；N为网络中所有链路个数。

5.如权利要求1所述的一种电力骨干光传输网波道均衡路由波长分配方法，其特征在于：所述步骤4)(2)中，所述均衡优化指标WBI_(s,t)(k)为：

式中，hop(k)为路径k中的总跳数；R_WB(i)为路径中每条链路的波道利用率。