CN105610494B - 一种全光网络中基于节点预选的监测迹设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全光网络中基于节点预选的监测迹设计方法，该方法针对全光网路中节点失效引起的多链路故障的监测和定位，并使用了基于ACT的方法对节点进行监测和定位，将一种基于节点预选的方法运用于监测迹的设计中；该方法能在降低网络故障管理层的复杂度的同时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和快速定位。

Description

一种全光网络中基于节点预选的监测迹设计方法

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基于节点预选的监测迹设计方法。

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:Quality of Service)的要求也不断提高。采用波分复用技术(WDM:Wavelength Division Multiplexing)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使得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。

全光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。

同时在全光网络中，节点起着至关重要的作用，它是链路与链路间的交通枢纽。当一个节点失效时，会导致所有直接与该节点相连的链路失效。所以，单个节点失效所造成的影响比单个链路失效所造成的影响大得多。因此考虑对节点进行失效监测是非常有必要的。

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全光网络拓扑环形约束的影响；而监测迹仍属于较新的概念，所以目前对其的研究仍然不够充分，且由于多链路失效问题的复杂性，大多数研究人员认为在一个拓扑中多个链路同时失效的可能性很小，绝大多数关于监测迹的成果都是针对单链路失效问题，故而将多链路失效的可能性忽略不计，从而回避掉了这个在实际生活中可能会发生的情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种全光网络中基于节点预选的监测迹设计方法，实现了全光网络中，单个节点失效造成的与之相关的多链路同时失效的失效监测与快速定位问题。

为实现上述发明目的，本发明一种全光网络中基于节点预选的监测迹设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、对全光网络中的待监测节点进行初始化，得到不可辨节点集合AS0；

(2)、利用二分法随机选择不可辨节点集合AS0中一半节点作为第j(j＝0,1,2,…,J-1)条监测迹t_j的待监测节点集；

(3)、将待监测节点集中的节点连接起来，形成多个监测迹碎片；

(4)、将多个监测迹碎片整合成一条完整的监测迹t_j；

(5)、根据部署的监测迹t_j更新报警码表ACT以及不可辨节点集合AS0；

(6)、判断更新后的不可辨节点集合AS0是否为空集，如果更新后的AS0为空集，则输出该监测迹t_j及对应的ACT和监测代价，并结束；如果更新后的AS0不为空集，则令j＝j+1，再返回步骤(2)。

进一步的，所述步骤(3)中，形成多个监测迹碎片的方法为：

(3.1)、设置参数N，再根据参数N找出与被选节点相隔小于等于(N+1)跳的点作为该点的近邻节点；

(3.2)、将近邻节点连接成多个初始监测碎片；

(3.3)、吸收每个初始监测碎片中的孤立节点，得到监测迹碎片；

更进一步的，所述步骤(5)中，更新报警码表ACT以及不可辨节点集合AS0的方法为：

(5.1)、更新报警码表ACT

在待监测节点集中，将监测迹t_j经过的节点所对应的中间码增加一位1，将其他节点所对应的中间码增加一位0，再将所有节点及其对应的中间码保存在新报警码表ACT中；

(5.2)、更新不可辨节点集合AS0

遍历不可辨节点集合AS0中的所有节点，如果某一个节点有唯一的中间码，则标记该节点为可辨节点，并将该节点移除不可辨节点集合AS0，当遍历完成后，得到更新后的不可辨节点集合AS0。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明一种全光网络中基于节点预选的监测迹设计方法，该方法针对全光网路中节点失效引起的多链路故障的监测和定位，并使用了基于ACT的方法对节点进行监测和定位，将一种基于节点预选的方法运用于监测迹的设计中。该方法能在降低网络故障管理层的复杂度的同时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和快速定位。

同时，本发明一种全光网络中基于节点预选的监测迹设计方法还具有以下有益效果：

(1)、本发明结合节点预选和CGT思想对拓扑中的节点失效造成的与之相关的多链路失效问题进行了研究，其随机性摆脱了网络拓扑环形约束的影响；

(2)、本发明具有逻辑简单、运算复杂度较低等特点；

(3)、本发明采用二分技术从不可辨集合中挑选出待监测点并整合为合理的监测迹，有效的提高了监测器的利用率。

附图说明

图1是一全光网络的拓扑结构图；

图2是本发明一种全光网络中基于节点预选的监测迹设计方法流程图；

图3是被选节点的近邻节点示意图；

图4是放弃孤立节点后的监测迹部署图；

图5是替换孤立节点后的监测迹部署图。

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

图1是一全光网络的拓扑结构图。

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6个待监测节点包含6个待监测节点1-6，8条链路，其中，每条链路权值相同为1，链路两端以节点标号表示该链路，参数N＝0。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。

图2是本发明一种全光网络中基于节点预选的监测迹设计方法流程图。

在本实施例中，如图2所示，本发明一种全光网络中基于节点预选的监测迹设计方法，包括以下步骤：

S1、对全光网络中的待监测节点进行初始化，得到不可辨节点集合AS0；

在本实施例中，对图1所示的全光网络拓扑中的6个待监测节点初始化，得到不可辨节点集合AS0，AS0＝{1,2,3,4,5,6}；

S2、利用二分法随机选择不可辨节点集合AS0中一半节点作为第j＝0(j＝0,1,2,…,J-1)条监测迹t_j的待监测节点集；

例如，初始化不可辨节点集合AS0＝{1,2,3,4,5,6}。

第一次部署监测迹t₀时，二分随机选出AS0中的一半节点{1,2,3}。则得到两个二分不可辨集合，分别为{1,2,3}、{4,5,6}，他们对应的中间码为1,0。更新AS0＝{1,2,3,4,5,6}。

第二次部署监测迹t₁时，二分选出AS0中的一半节点时需要对上述集合{1,2,3}和{4,5,6}进行二分随机筛选。从{1,2,3}集合中筛选出{1,3}，从{4,5,6}中筛选出{4,5}。则得到四个集合{1,3}，{2}，{4,5}，{6}，他们对应的中间码为11,01,10,00。其中节点2有唯一的中间码，即为他的报警码；节点6的中间码00为非法报警码。因此得到三个不可辨集合，分别为{1,3}、{4,5}，{6}他们对应的中间码为11,10,00。更新后的AS0＝{1,3,4,5,6}。

在本实施例中，部署t₀时还不存在二分不可辨集合，因此直接用二分法随机选择出一半AS0中的不可辨节点{1,2,3}。

S3、将待监测节点集中的节点连接起来，形成多个监测迹碎片；

其中，形成多个监测迹碎片的方法为：

S3.1、设置参数N，再根据参数N找出与被选节点相隔小于等于N+1跳的点作为该点的近邻节点；

如3所示，当N取0时，0号节点的近邻节点只有1，2，3，4号节点；当N取1时，0号节点的近邻节点有1，2，3，4，5，6，7，8号节点；当N取2时，0号节点的近邻节点将增加9号节点。

在本实施例中，取N＝0，则节点1的近邻节点为节点2,3,5,6。

S3.2、将近邻节点连接成多个初始监测碎片；

初始监测迹碎片是部署真正监测迹之前，一些短小的监测片段。由于步骤S2挑选出来的点一般不可能直接就能连成一条线，故而会先考虑将部分靠得近的点在拓扑允许的情况下连成线，这样的一条短的线就被称为初始监测迹碎片。

在本实施例中，当N取0时，可以得到监测迹碎片12,13。

S3.3、吸收每个初始监测碎片中的孤立节点，得到监测迹碎片；

由于一条监测迹仅能经过拓扑中的一条链路一次，因此，生成的监测迹碎片的近邻上可能有孤立的点无法被吸收入一条初始监测迹碎片中，这些孤立的节点被称为孤立节点。

那么我们需要尝试将这些孤立节点包含进监测迹碎片中，在具体操作前就需要检查该孤立节点的邻近节点所在的初始监测迹碎片，尝试从初始监测迹碎片中的节点来到达该孤立节点，完成初始监测迹碎片的连接。

在无法达到该孤立节点的情况下，则考虑去掉一个节点，如图4所示，或者考虑增加或替换一个节点，如图5所示。

在图4(a)、5(a)中，被虚线包围的节点为被选中的待监测节点，在图4中，总有一个孤立节点不能有效纳入监测迹中，当放弃一个节点后的监测迹部署如图4(b)所示；在图5中，节点4作为监测迹碎片t＝10,03的孤立点，无法有效的被纳入监测迹t＝10,03中，可以考虑交换监测对象，当交换一个节点，将节点2作为本次部署的待监测节点后的监测迹部署如图5(b)所示。

同时，算法会保存所有的可能性，使得在本步骤中形成的一些备选的监测迹碎片可供后续步骤挑选。

S4、将多个监测迹碎片整合成一条完整的监测迹；

在考虑备选监测迹碎片在最后监测迹中的走向，以及在考虑破坏原有的监测迹碎片的结构后，可以得到一条完整的监测迹t₀＝21,13；

S5、根据部署的监测迹t₀更新报警码表ACT以及不可辨节点集合AS0；

其中，更新报警码表ACT以及不可辨节点集合AS0的方法为：

S5.1、更新报警码表ACT

在待监测节点集中，将监测迹t₀经过的节点所对应的中间码增加一位1，将其他节点所对应的中间码增加一位0，再将所有节点及其对应的中间码保存在新报警码表ACT中；

在本实施例中，t₀经过节点1,2,3,故而节点1,2,3所对应的中间码增加一位1,变为1；节点4,5,6的中间码增加一位0，变为0；因此，t₀将整个节点集合划分为2个分别为{1,2,3}、{4,5,6}，他们对应的中间码为1,0。

S5.2、更新不可辨节点集合AS0

遍历不可辨节点集合AS0中的所有节点，如果某一个节点有唯一的中间码，其中，中间码不能为0，因为0为非法报警码，则标记该节点为可辨节点，并将该节点移除不可辨节点集合AS0，当遍历完成后，即形成更新后的不可辨节点集合AS0；

在本实施例中，添加监测迹t₀后，节点1,2,3的中间码为1，节点4,5,6的中间码为0，没有节点拥有唯一的中间码，故而更新后的不可辨节点集合AS0＝{1,2,3,4,5,6}。

S6、判断更新后的不可辨节点集合AS0是否为空集，如果更新后的AS0为空集，则输出该监测迹t₀及对应的ACT和监测代价，并结束；如果更新后的AS0不为空集，则令j＝j+1，再返回步骤S2。

其中，监测代价的计算公式为：

monitoring_cost＝γ*J+∑|t_j|

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；J为检测器数目；∑|t_j|表示部署所有的监测迹所占用的波长总数；

在本实施例中，更新后的AS0＝{1,2,3,4,5,6}不为空集，故将j＝0+1＝1，返回步骤S2，按照上述方法开始部署新一条监测迹t₁，直到AS0为空集，再结束。

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 (3)

1.一种全光网络中基于节点预选的监测迹设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、对全光网络中的待监测节点进行初始化，得到不可辨节点集合AS0；

(2)、利用二分法随机选择不可辨节点集合AS0中一半节点作为第j(j＝0,1,2,…,J-1)条监测迹t_j的待监测节点集；

(3)、将待监测节点集中的节点连接起来，形成多个监测迹碎片；

(4)、将多个监测迹碎片整合成一条完整的监测迹t_j；

(5)、根据部署的监测迹t_j更新报警码表ACT以及不可辨节点集合AS0；

(6)、判断更新后的不可辨节点集合AS0是否为空集，如果更新后的AS0为空集，则输出该监测迹t_j及对应的ACT和监测代价，并结束；如果更新后的AS0不为空集，则令j＝j+1，再返回步骤(2)；

所述步骤(3)中，形成多个监测迹碎片的方法为：

(2.1)、设置参数N，再根据参数N找出与被选节点相隔小于等于N+1跳的点作为该点的近邻节点；

(2.2)、将近邻节点连接成多个初始监测碎片；

(2.3)、吸收每个初始监测碎片中的孤立节点，得到监测迹碎片。

2.根据权利要求1所述的一种全光网络中基于节点预选的监测迹设计方法，其特征在于，所述步骤(5)中，更新报警码表ACT以及不可辨节点集合AS0的方法为：

(3.1)、更新报警码表ACT

在待监测节点集中，将监测迹t_j经过的节点所对应的中间码增加一位1，将其他节点所对应的中间码增加一位0，再将所有节点及其对应的中间码保存在新报警码表ACT中；

(3.2)、更新不可辨节点集合AS0

遍历不可辨节点集合AS0中的所有节点，如果某一个节点有唯一的中间码，则标记该节点为可辨节点，并将该节点移除不可辨节点集合AS0，当遍历完成后，得到更新后的不可辨节点集合AS0。

3.根据权利要求1所述的一种全光网络中基于节点预选的监测迹设计方法，其特征在于，所述监测代价的计算公式为：

monitoring_cost＝γ*J+∑|t_j|

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；J为检测器数目；∑|t_j|表示部署所有的监测迹所占用的波长总数。