CN106374996B - 一种光网络故障处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种光网络故障处理方法及装置，包括：在光网络中存在故障链路时，获取光网络的拓扑信息及每条链路的流量，生成包含每条链路的带宽和每条链路的代价的光网络的补图，其中光网络的补图还包含：在链路的流量大于其带宽时，对应的链路的代价为预设的超负价；根据补图，查找补图中由负价、超负价和/或正价的链路形成的超负价环；根据超负价环，定位光网络中的故障链路；根据故障链路，迁移故障链路的流量到光网络的其他正常链路中，直到查找不到补图中的超负价环。本发明实施例不需通过遍历整个网络来恢复故障，减少了故障恢复过程中需要重新配置的节点数与链路数，从而大大减少了计算量和故障恢复时间。

Description

一种光网络故障处理方法及装置

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种光网络故障处理方法及装置。

背景技术

在传统的分布式IP网络中，控制逻辑与数据转发功能紧耦合在网络设备上，设备要在数以千计分布式协议的控制下实施整个网络的智能化，会导致网络控制平面过于复杂，其扩展性和灵活性很难适应网络的飞速发展。SDN(Software Defined Networking，软件定义联网)作为一种将控制功能从网络设备中分离出来新型的可编程网络架构，移入逻辑上集中的控制软件----控制器中，用户可以用编写软件的方式灵活定义网络设备的转发功能。这种结构实现了对网络的全局集中控制，降低了网络管理的复杂度，能够满足资源的灵活按需调用。

ONF(Open Networking Foundation，开放网络基金会)提出的SDN网络结构分为三层:最底层为数据层，由网络转发设备组成，主要负责数据处理、转发以及收集本地状态信息；中间为控制层，由逻辑上集中的控制器组成，用于控制管理数据层的网络设备，维护网络拓扑和状态信息等；最上层为应用层，包括各种不同的SDN业务应用。SDN控制器通过控制与数据层接口协议与网络设备进行通信，获取网络设备的链路、端口等资源状态，从而形成全局网络拓扑视图。网络控制逻辑由应用层实现，上层应用通过控制器提供的开放的可编程接口，实现对网络设备的分组转发控制和对网络设备的管理。此外，ONF在控制与数据层接口上定义了开放的OpenFlow标准。

SDN网络中常见的两种故障恢复机制是恢复和保护。恢复机制是在网络出现故障后通告控制器，控制器重新计算新的路由并下发新转发规则给受影响的交换机。保护机制是控制器预先提供备份路径，在出现故障时交换机不需要请求控制器另外建立新路径，而是直接切换到备份路径。保护机制是主动式的策略，而恢复机制是被动式的策略。

光传输网是电信网的基础，如何在网络发生故障后将受故障影响的业务快速恢复，是光网络面临的重要问题。在光网络中如果发生链路拥塞或链路断开等故障，若采用经典Floyd(Floyd-Warshall algorithm，弗洛伊德)方法和Dijsktra(Dijkstra'salgorithm，迪科斯彻)方法，则需要通过PCE(Path Computation Element，路径计算单元)控制平面遍历整个光网络，重新选择一条全新的路径，而新的路径中很少有链路与原先路径重合，大量传输链路的改变意味着PCE控制器需要重新向各节点发送建立传输链路的信息，这无疑会延长故障恢复的时间，存在耗时大、计算量大的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种光网络故障处理方法及装置，从而解决Floyd方法和Dijsktra方法处理光网络中发生链路拥塞或链路断开等故障时，需通过控制平台遍历整个光网络，造成耗时大、计算量大的问题。具体技术方案如下：

本发明实施例公开了一种光网络故障处理方法，包括：

在光网络中存在故障链路时，获取所述光网络的拓扑信息及每条链路的流量，生成包含每条链路的带宽和每条链路的代价的所述光网络的补图，其中，所述光网络的补图还包含：在链路的流量大于链路的带宽时，对应的链路的代价为预设的超负价；

根据所述补图，查找所述补图中由负价、超负价和/或正价的链路形成的超负价环；

根据所述超负价环，定位所述光网络中的故障链路；

根据所述故障链路，迁移所述故障链路的流量到所述光网络的其他正常链路中，直到查找不到所述补图中的超负价环，以完成迁移所有故障链路的流量。

较佳的，所述在光网络中存在故障链路时，获取所述光网络的拓扑信息及每条链路的流量，生成包含每条链路的带宽和每条链路的代价的所述光网络的补图之前，所述光网络故障处理方法还包括：

获取所述光网络源端到宿端的最短路径和所述光网络的源端到宿端的流量请求，其中，所述流量请求携带有流量；

判断所述最短路径是否满足所述流量请求：

当所述流量请求的流量小于或等于所述最短路径中的每条链路的带宽，判定为所述最短路径满足所述流量请求，则不存在所述故障链路；

当所述流量请求的流量大于所述最短路径中的至少一条链路的带宽，判定为所述最短路径不满足所述流量请求，则存在所述故障链路。

较佳的，所述在光网络中存在故障链路时，获取所述光网络的拓扑信息及每条链路的流量，生成包含每条链路的带宽和每条链路的代价的所述光网络的补图，包括：

在光网络中存在故障链路时，获取所述光网络的拓扑信息及每条链路的流量；

若所述光网络中的链路上的流量为零，则构造所述补图中的第一链路，其中，所述第一链路的带宽为所述第一链路的原有带宽，所述第一链路的代价为所述第一链路的原有代价，所述第一链路为所述光网络中方向从第一节点指向第二节点的链路；

若所述光网络中的链路上的流量大于零且小于链路的带宽，则构造所述补图中的第二链路和与所述第二链路反向的第三链路，其中，所述第二链路的带宽为第二带宽，所述第二带宽为所述第二链路的原有带宽与所述流量之差，所述第二链路的代价为所述第二链路的原有代价；所述第三链路的带宽为所述光网络中的链路上的流量，所述第三链路的代价为所述第三链路的原有代价的相反数；

若所述光网络中的链路上的流量等于链路的带宽，则构造所述补图中的第四链路，其中，所述第四链路的带宽为第三带宽，所述第三带宽为所述第四链路的原有带宽；所述第四链路的代价为所述第四链路的原有代价的相反数；

若所述光网络中的链路上的流量大于链路的带宽，则构造所述补图中与原链路方向相反的第五链路，所述第五链路的代价为-100，所述原链路为所述光网络中流量大于带宽的链路。

较佳的，所述根据所述超负价环，定位所述光网络中的故障链路，包括：

根据所述超负价环，确定所述光网络中的代价和最小的超负价环；

根据所述代价和最小的超负价环，定位所述光网络中的故障链路。

较佳的，所述根据所述故障链路，迁移所述故障链路的流量到所述光网络的其他正常链路中，直到查找不到所述补图中的超负价环，包括：

与所述超负价环正方向相反的故障链路，减少预设值的流量；

将所述预设值的流量，迁移至与所述超负价环正方向一致的正常链路，其中，所述预设值为x＝min(min(B_ij),max(Δf_mn)),e_ij∈Loop,e_mn∈Loop，

所述B_ij为所述超负价环中任一正常链路的带宽，所述min(B_ij)为所述超负价环中任一正常链路的带宽的最小值，所述Δf_mn为所述超负价环中任一故障链路的流量大于链路的带宽时的多余流量，所述max(Δf_mn)为所述超负价环中任一故障链路的流量大于链路的带宽时的最大多余流量，所述min(min(B_ij),max(Δf_mn))为在正常链路的最小带宽和故障链路的最大多余流量之间取最小值，所述Loop为所述超负价环，所述e_ij为任一链路，所述e_ij∈Loop为任一链路属于所述超负价环，所述e_mn为任一链路，所述e_mn与所述e_ij为不同链路，所述e_mn∈Loop为任一链路属于所述超负价环。

较佳的，所述超负价环的代价为所述超负价环中链路的负价、链路的超负价和链路的正价的代价和，所述代价和小于-100。

本发明实施例还公开了一种光网络故障处理装置，包括：

生成模块，用于在光网络中存在故障链路时，获取所述光网络的拓扑信息及每条链路的流量，生成包含每条链路的带宽和每条链路的代价的所述光网络的补图，其中，所述光网络的补图还包含：在链路的流量大于链路的带宽时，对应的链路的代价为预设的超负价；

查找模块，用于根据所述补图，查找所述补图中由负价、超负价和/或正价的链路形成的超负价环；

定位模块，用于根据所述超负价环，定位所述光网络中的故障链路；

流量迁移模块，用于根据所述故障链路，迁移所述故障链路的流量到所述光网络的其他正常链路中，直到查找不到所述补图中的超负价环，所述超负价环的代价为所述超负价环中链路的负价、链路的超负价和链路的正价的代价和，所述代价和小于-100。

其中，所述光网络故障处理装置还包括：

获取模块，用于获取所述光网络源端到宿端的最短路径和所述光网络的源端到宿端的流量请求，其中，所述流量请求携带有流量；

判断模块，用于判断所述最短路径是否满足所述流量请求：

当所述流量请求的流量小于或等于所述最短路径中的每条链路的带宽，判定为所述最短路径满足所述流量请求，则不存在所述故障链路；

当所述流量请求的流量大于所述最短路径中的至少一条链路的带宽，判定为所述最短路径不满足所述流量请求，则存在所述故障链路。

较佳的，所述生成模块，进一步包括：

获取子模块，用于在光网络中存在故障链路时，获取所述光网络的拓扑信息及每条链路的流量；

第一补图生成子模块，用于若所述光网络中的链路上的流量为零，则构造所述补图中的第一链路，其中，所述第一链路的带宽为所述第一链路的原有带宽，所述第一链路的代价为所述第一链路的原有代价，所述第一链路为所述光网络中方向从第一节点指向第二节点的链路；

第二补图生成子模块，用于若所述光网络中的链路上的流量大于零且小于链路的带宽，则构造所述补图中的第二链路和与所述第二链路反向的第三链路，其中，所述第二链路的带宽为第二带宽，所述第二带宽为所述第二链路的原有带宽与所述流量之差，所述第二链路的代价为所述第二链路的原有代价；所述第三链路的带宽为所述光网络中的链路上的流量，所述第三链路的代价为所述第三链路的原有代价的相反数；

第三补图生成子模块，用于若所述光网络中的链路上的流量等于链路的带宽，则构造所述补图中的第四链路，其中，所述第四链路的带宽为第三带宽，所述第三带宽为所述第四链路的原有带宽；所述第四链路的代价为所述第四链路的原有代价的相反数；

第四补图生成子模块，用于若所述光网络中的链路上的流量大于链路的带宽，则构造所述补图中与原链路方向相反的第五链路，所述第五链路的代价为-100，所述原链路为所述光网络中流量大于带宽的链路。

较佳的，所述流量迁移模块，进一步包括：

流量减少子模块，用于与所述超负价环正方向相反的故障链路，减少预设值的流量；

迁移子模块，用于将所述预设值的流量，迁移至与所述超负价环正方向一致的正常链路，其中，所述预设值为x＝min(min(B_ij),max(Δf_mn)),e_ij∈Loop,e_mn∈Loop，

所述B_ij为所述超负价环中任一正常链路的带宽，所述min(B_ij)为所述超负价环中任一正常链路的带宽的最小值，所述Δf_mn为所述超负价环中任一故障链路的流量大于链路的带宽时的多余流量，所述max(Δf_mn)为所述超负价环中任一故障链路的流量大于链路的带宽时的最大多余流量，所述min(min(B_ij),max(Δf_mn))为在正常链路的最小带宽和故障链路的最大多余流量之间取最小值，所述Loop为所述超负价环，所述e_ij为任一链路，所述e_ij∈Loop为任一链路属于所述超负价环，所述e_mn为任一链路，所述e_mn与所述e_ij为不同链路，所述e_mn∈Loop为任一链路属于所述超负价环。

本发明实施例提供的光网络故障处理方法及装置，通过生成光网络的补图，并在补图中寻找超负价环，从而确定光网络中的故障链路，将故障链路的流量迁移到光网络的其他链路中，达到恢复光网络故障的目的；因此，本发明实施例只需在故障链路局部区域转移流量，不需通过遍历整个网络来恢复故障，减少了故障恢复过程中需要重新配置的节点数与链路数，从而大大减少了计算量和故障恢复时间。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

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为本发明实施例的光网络故障处理方法的流程图；

图2为本发明实施例中由上层控制器、光交换机与计算机组成的光网络示例图；

图3为图2所示光网络链路发生故障时的示例图；

图4为本发明实施例的光网络故障处理方法生成补图过程的示例图；

图5为图2所示光网络链路故障解决后的流量分配情形示例图；

图6为本发明实施例的光网络故障处理装置的结构图；

图7为本发明实施例的故障处理方法与传统故障处理方法的链路拥塞恢复时间仿真比较图；

图8为本发明实施例的故障处理方法与传统故障处理方法的链路断开恢复时间仿真比较图；

图9是本发明实施例的光网络故障处理方法与传统故障处理方法的阻塞率仿真比较图；

图10是本发明实施例的故障处理方法与传统故障处理方法的阻塞率三维仿真比较图。

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做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。

本发明实施例公开了一种光网络故障处理方法，如图1所示，包括：

步骤101：在光网络中存在故障链路时，获取光网络的拓扑信息及每条链路的流量，生成包含每条链路的带宽和每条链路的代价的光网络的补图，其中，光网络的补图还包含：在链路的流量大于链路的带宽时，对应的链路的代价为预设的超负价。

其中，光网络又称光传输网络，它是电信网的基础。光网络的拓扑信息，包含光网络中各节点的信息、各链路的带宽、代价等能够获得信息，这些信息通过上层控制器处理，上层控制器是一种计算能力强大的服务器，它依靠强大的计算能力，快速生成包含每条链路的带宽和代价的光网络的补图，其中补图中还包含预设的超负价的链路，这里，预设的超负价是指当链路的流量大于链路的带宽时，对应链路在补图中的代价，它可以设置为小于-100的整数，一般将此数值设置为-100，这样可以方便上层控制器快速计算出超负价环。

步骤102：根据补图，查找补图中由负价、超负价和/或正价的链路形成的超负价环。

在补图中，上层控制器根据每条链路中带宽与当前流量的关系，分别生成具有负价、超负价和/或正价的链路，这里的负价、超负价和/或正价，是指链路的代价。这些链路在补图中组成多个环路，上层控制器计算每个环路的代价和，代价和若为正便是正价环，代价和若为负便是负价环，负价环的代价和小于-100时，就成为了超负价环，在超负价环中肯定存在流量大于带宽的链路，即故障链路。上层控制器根据每个环路的代价和，能快速找到光网络补图中的超负价环。

步骤103：根据超负价环，定位光网络中的故障链路。

如上文所述，超负价环中肯定存在故障链路。上层控制器根据找到的超负价环，能够快速定位光网络中的故障链路。当然，在一个光网络中，一般不止一个超负价环，这时，上层控制器选择代价和最小的超负价环进行处理，因为超负价的代价和越小，意味着其中链路的代价越小，也就意味着故障越严重。上层控制器先处理故障最严重的链路，可以提高处理效率。

步骤104：根据故障链路，迁移故障链路的流量到光网络的其他正常链路中，直到查找不到补图中的超负价环，以完成迁移所有故障链路的流量。

上层控制器将原本通过故障链路的流量，迁移到正常链路中，这样就实现了流量的局部转移，从而使故障链路恢复通畅。当处理一个故障链路后，上层控制器会再次生成光网络的补图并查找其中的超负价环，如果还能找到超负价环，再次处理相应故障链路，如果找不到超负价环，说明光网络中没有故障链路，故障处理完毕。

本发明实施例，利用上层控制器处理速度快的特点，快速生成光网络的补图并迅速定位超负价环，确定故障链路位置并迁移流量至正常链路，实现了光网络故障的快速处理，具有计算量小、处理速度快的优点。

优选的，本发明实施例的一种光网络故障处理方法中，包括：

步骤一：在光网络中存在故障链路时，获取光网络的拓扑信息及每条链路的流量，生成包含每条链路的带宽和每条链路的代价的光网络的补图，其中，带宽表示为B，代价表示为c，光网络的补图还包含：在链路的流量大于链路的带宽时，对应的链路的代价为预设的超负价，该预设的超负价小于-100。

在步骤一之前，光网络故障处理方法还包括：

第一步，获取光网络源端到宿端的最短路径和光网络的源端到宿端的流量请求，表示为f_st，其中，流量请求f_st携带有流量；

第二步，判断最短路径是否满足流量请求f_st：

当流量请求f_st的流量小于或等于最短路径中的每条链路的带宽，判定为最短路径满足流量请求f_st，则不存在故障链路，不需要处理；

当流量请求f_st的流量大于最短路径中的每条链路的带宽，判定为最短路径不满足流量请求f_st，则存在故障链路，需要处理。

其中，构造补图的具体过程为：

在光网络中存在故障链路时，获取光网络的拓扑信息及每条链路的流量；

若光网络中的链路上的流量为零，则构造补图中的第一链路，表示为e_{ij 1}，其中，第一链路e_{ij 1}的带宽为第一链路的原有第一带宽，表示为B_ij1，第一链路的代价为第一链路的原有代价，表示为c_{ij 1}，其中，链路c_{ij 1}表示光网络中方向从任一节点i指向任一节点j的链路；

若光网络中的链路上的流量大于零且小于链路的带宽，则构造补图中的第二链路，表示为e_{ij 2}，以及与第二链路e_{ij 2}反向的第三链路，表示为e_{ji 2}；其中，第二链路e_{ij 2}的带宽为第二带宽，第二带宽表示为B_{ij 2}-f_{ij 2}，其中，B_{ij 2}表示第二链路e_{ij 2}的原有带宽，f_{ij 2}表示第二链路中通过的流量，第二链路的代价为第二链路的原有代价，表示为c_{ij 2}；第三链路的的带宽为f_{ij 2}，第三链路的代价为第三链路的原有代价的相反数，表示为-c_{ij 2}；

若光网络中的链路上的流量等于链路的带宽，则构造补图中的第四链路，表示为e_{ij 3}，其中，第四链路e_{ij 3}的带宽为第三带宽，第三带宽为第四链路的原有带宽，表示为B_{ij 3}；第四链路的代价为第四链路的原有代价的相反数，表示为-c_{ij 3}；

若光网络中的链路上的流量大于链路的带宽，则构造补图中的第五链路e_ji3，其中，第五链路e_{ji 3}与原链路方向相反，链路e_{ji 3}的多余流量表示为Δf_ij，Δf_ij＝f_{ij 3}-B_{ij 4}，其中，f_{ij 3}表示第五链路e_{ji 3}应通过的流量，B_{ij 4}表示第五链路的原有带宽；第五链路的代价为-100，这里的原链路为光网络中流量大于带宽的链路。

步骤二：根据补图，查找补图中由负价、超负价和/或正价的链路形成的超负价环，超负价环的代价为光网络中链路的负价、链路的超负价和链路的正价的代价和，代价和小于-100。

步骤三：根据超负价环，定位光网络中的故障链路。

其中，步骤203中还包括：根据超负价环，确定光网络中的代价和最小的超负价环；

根据代价和最小的超负价环，定位光网络中的故障链路。

步骤四：根据故障链路，迁移故障链路的流量到光网络的其他正常链路中，直到查找不到补图中的超负价环。

其中，步骤四中还包括：与超负价环正方向相反的故障链路，减少预设值的流量；

将预设值的流量，迁移至与超负价环正方向一致的正常链路，其中，预设值为x＝min(min(B_ij),max(Δf_mn)),e_ij∈Loop,e_mn∈Loop，

B_ij为超负价环中任一正常链路的带宽，min(B_ij)为超负价环中任一正常链路的带宽的最小值，Δf_mn为超负价环中任一故障链路的流量大于链路的带宽时的多余流量，max(Δf_mn)为超负价环中任一故障链路的流量大于链路的带宽时的最大多余流量，min(min(B_ij),max(Δf_mn))为在正常链路的最小带宽和故障链路的最大多余流量之间取最小值，Loop为超负价环，e_ij为任一链路，e_ij∈Loop为任一链路属于超负价环，e_mn为任一链路，e_mn与e_ij为不同链路，e_mn∈Loop为任一链路属于超负价环。

本发明实施例，通过将与超负价环正方向相反的故障链路，减少预设值的流量；并将预设值的流量，迁移至与超负价环正方向一致的正常链路，能够实现流量的局部转移，从而快速处理故障链路。

在基于路径计算单元架构的WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)光网络中，包括故障恢复在内的所有算路请求都会由PCC(Path Computation Client，路径计算客户端)发送至PCE，PCE会负责所有的算路过程，然后将结果返回给发起请求的PCC。在运营商网络中一般冗余资源较少，而WDM网络中单个光纤或者节点故障就会导致大量的连接被中断，网络中就很可能出现仅用现有的冗余资源不能够恢复全部连接的情况。在流量迁移这个步骤被执行之前，如果PCE计算恢复路由时发现，对于某些中断连接，网络中并没有足够的空闲资源为其建立新光路，则要将一部分正在传输数据的连接重路由，为恢复路由的建立挪出可用资源，其中，光路又称为全光WDM信道，一般认为光路是故障恢复的最小单位。

恢复算法以路由搜索为其主要任务，传统的路由搜索算法多是精确的最短路径算法，以Floyd和Dijsktra算法为代表的算法，因其精确而复杂，在节点数达到一定程度时，为了找到一条最短路径，其计算量是很大的，而其中的很多运算在多节点的网状拓扑结构中又显得没有必要，以这样的算法来进行业务恢复，不但时间上是不允许的，而且大大增加了节点设备的复杂度。

本发明实施例光网络故障处理方法，当光网络的链路出现拥塞时，处理方法如下：

参见图2，上层控制器401、第一计算机501、第二计算机502、第三计算机503、第四计算机504和第一光交换机601、第二光交换机602、第三光交换机603、第四光交换机604、第五光交换机605、第六光交换机606组成的光网络，其中，

第一光交换机601和第二光交换机602组成第一链路，其带宽为200，代价为1；

第一光交换机601和第三光交换机603组成第二链路，其带宽为90，代价为5；

第二光交换机602和第三光交换机603组成第三链路，其带宽为160，代价为3；

第二光交换机602和第四光交换机604组成第四链路，其带宽为120，代价为6；

第三光交换机603和第四光交换机604组成第五链路，其带宽为110，代价为2；

第三光交换机603和第五光交换机605组成第六链路，其带宽为100，代价为4；

第四光交换机604和第五光交换机605组成第七链路，其带宽为130，代价为3；

第四光交换机604和第六光交换机606组成第八链路，其带宽为100，代价为1；

第五光交换机605和第六光交换机606组成第九链路，其带宽为120，代价为2。

当光网络的第一光交换机601(源端)到第六光交换机606(宿端)有一个每秒需要传输大小为150(G/s)的流量请求时，首先，判断光网络是否存在故障链路：

确定第一光交换机601到第六光交换机606的最短路径，参见图3，由最短路径计算方法SPF(shortest path first，最短路径优先)可知，其最短路径是第一光交换机601-第二光交换机602-第三光交换机603-第四光交换机604-第六光交换机606，使150G/s的流量通过该最短路径；

判断上述最短路径是否满足源端到宿端的流量请求：最短路径中，第五链路的带宽为110，第八链路的带宽为100，均低于150(G/s)的流量请求，说明光网络中存在故障链路。

根据上层控制器中存储的网络拓扑信息及各链路上传输的流量，通过本发明中补图生成方法，上层控制器生成光网络的补图，补图中各链路的带宽和代价如如图4所示。

参见图4，上层控制器在补图中迅速找到超负价环，计算图中的超负价环的代价和，可知由第六链路、第九链路、第八链路和第五链路组成的超负价环代价和最低，意味着光网络中此处故障越严重，该超负价环作为有向环，其正方向为第三光交换机603→第五光交换机605→第六光交换机606→第四光交换机604；

根据该超负价环，定位光网络中的故障链路为第五链路和第八链路；

在该超负价环上流量调整过程详述如下：

参见图4，补图中，每条链路的第一个数若有*号，表示的是链路上的多余流量，若无*号，表示的是链路上的带宽，多余流量是指任一链路的流量大于链路的带宽时流量请求中超过链路带宽的流量。

流量转移方法为：在该超负价环中，正常链路：第六链路、第九链路的带宽分别是100和120，取最小带宽100，以保证迁移后的流量通过；故障链路：第八链路、第五链路上的多余流量分别是50和40，取最大多余流量50，以保证能最大化迁移故障链路的流量；参考图4，设沿该超负价环正方向增加大小为x的流量，由公式x＝min(min(B_ij),max(Δf_mn)),e_ij∈Loop,e_mn∈Loop可知，x取最小带宽100和最大多余流量50中的较小值，即x＝50，方向与该超负价环的正方向相同的链路有第六链路和第九链路，它们都不属于最短路径，流量调整之前的流量视为0，则在第六链路和第九链路上分别增加50的流量，即调整后第六链路的流量为0+50＝50，第九链路的流量为0+50＝50；方向与该超负价环的正方向相反的链路有第五链路和第七链路，它们属于最短路径且为故障链路，调整前需通过150的流量，则在第五链路和第七链路分别减少50的流量，即调整后第五链路的流量为150-50＝100，第七链路的流量为150-50＝100。调整后的流量分配如图5所示。

由图5可知，通过本方法对网络流量进行调整后，各链路的流量均未超过其带宽，链路拥塞的故障得以解决。因此，本发明实施例只需在故障链路局部区域转移流量，不需通过遍历整个网络来恢复故障，减少了故障恢复过程中需要重新配置的节点数与链路数，从而大大缩短了恢复时间。

当光网络的链路出现断开时，处理方法如下：

光网络链路断开的情形：参见图2，假设图2的光网络中，第五链路上一直有流量传输，在某一时刻突然断开，那么可以构建第五链路的虚拟逻辑链路，只是这条虚拟逻辑链路的带宽为0，代价为无穷大。这样处理后，不难看出，链路断开其实是一种特殊的链路拥塞情形，其故障恢复的方法与恢复链路拥塞的方法完全一致，这里不再赘述。因此，对于光网络中的某一链路断开造成的故障，同样可以应用本实施例的故障处理方法解决。

图7是本发明实施例的故障处理方法与传统故障处理方法的链路拥塞恢复时间仿真比较图，从图中可以看出，随着光网络越来越复杂，即网络尺寸越来越大，三种方法的流量拥塞恢复时间越来越大，但本方法的拥塞恢复时间总是比传统方法小。其原因是，当链路发生拥塞时，无论是Dijkstra方法，还是Floyd方法，都需要重新遍历整个光网络以找出一条新的传输路径。相比原路径，传统方法得到的新路径有过多的节点和链路发生改变，尤其是当光网络尺寸很大时。而每改变或建立一条路径，都需要控制器向相关节点发送信息，这无疑会浪费过多的时间。而本方法对链路拥塞进行处理时，并不需要进行对整个光网络路由进行遍历，只需要利用光网络拓扑信息生成补图，在拥塞链路附近对超负价环进行流量转移，是局部的流量迁移，只有相当少的拥塞链路附近的节点和链路发生改变，不会对整体网络的流量传输造成大的影响，有着更快的收敛速度。当网络很复杂，即网络节点数很多时，本方法相比传统方法的优越性更能体现出来，这是因为即使网络很复杂，本方法也只需要处理拥塞链路附近的很小一部分的链路流量转移，并不受网络复杂度的影响，随着网络越复杂，本方法改变的链路和节点相比整个网络的比例反而越小，图中的结果也验证了这一点。

图8是本发明实施例的故障处理方法与传统故障处理方法的链路断开恢复时间仿真比较图，从图中可以看出，本方法对链路断开进行恢复的时间仍然小于Dijkstra方法和Floyd方法。其实，链路断开可以理解为一种特殊状况下的链路拥塞，因为断开的链路可以看作是一条带宽为0的链路，原本其上需要传输的流量则为拥塞的冗余流量。这样，对链路拥塞的结果的分析同样适用于链路断开的结果的分析。需要注意的是，图中所示的三种方法的链路断开所需的恢复比图7中所示的链路拥塞所需的恢复时间整体上要多，这是因为图7中所示的链路即使发生拥塞，但拥塞的链路仍然是整个网络可以利用的资源，只是把其上多余的流量转移出去。但如果发生了链路断开的故障，那么这条链路不仅不再是可利用的资源，同时，原本在其上传输的所有的流量(通常大于拥塞链路上的冗余流量)需要转移到其他链路。这两个原因造成了链路断开所需的恢复时间要多于链路拥塞所需的恢复时间。

通过比较图7和图8可知，链路断开是比链路拥塞更为严重的网络故障。而无论是哪种故障，本发明实施例的光网络故障处理方法的恢复性能都要大大优于Dijkstra方法和Floyd方法。

图9是本发明实施例的光网络故障处理方法与传统故障处理方法的阻塞率仿真比较图，参见图9，比较了有24个节点的光网络中，本方法与Dijkstra方法和Floyd方法的阻塞率大小，可知，当光网络中需要传输的流量较少时，通常不会发生阻塞，但是当流量逐渐增大时，本方法相比传统方法更好地防止阻塞的性能就体现了出来。本方法之所以用于比传统方法较低的阻塞率，是因为本方法通过网络拓扑快速生成补图，在补图上进行相对整体网络极小范围的流量迁移，而不是传统方法在整个网络范围上的流量转移。因此，本方法对故障有着极为灵敏的响应和恢复速度，相应地，光网络中流量被阻塞的情况大大降低。

图10是本发明实施例的故障处理方法与传统故障处理方法的阻塞率三维仿真比较图，是故障处理的综合性能的全面仿真，比较了在不同尺寸的光网络中，当传输的流量大小发生改变时，本方法与Dijkstra方法与Floyd方法的阻塞率。由图可知，当光网络节点数越大时，整个网络的可利用的资源越多，可承载的流量越多，发生阻塞的情况较少；而对于某个特定尺寸的网络，当需要传输的流量越多时，发生阻塞的情况越多，因为一个特定的网络有其承载流量的上限。图中，三个曲面由上到下依次为Dijkstra方法，Floyd方法和本发明方法，可知，本方法对故障处理的综合性能要优于Dijkstra方法和Floyd方法。

参见图6，本发明实施例还公开了一种光网络故障处理装置，与图1所示的流程相对应，包括：

生成模块301，用于在光网络中存在故障链路时，获取光网络的拓扑信息及每条链路的流量，生成包含每条链路的带宽和每条链路的代价的光网络的补图，其中，光网络的补图还包含：在链路的流量大于链路的带宽时，对应的链路的代价为预设的超负价。

查找模块302，用于根据补图，查找补图中由负价、超负价和/或正价的链路形成的超负价环，超负价环的代价为光网络中链路的负价、链路的超负价和链路的正价的代价和，代价和小于-100。

定位模块303，用于根据超负价环，定位光网络中的故障链路。

流量迁移模块304，用于根据故障链路，迁移故障链路的流量到光网络的其他正常链路中，直到查找不到补图中的超负价环，以完成迁移所有故障链路的流量。

其中，光网络故障处理装置，进一步包括：

获取模块，用于获取光网络源端到宿端的最短路径和光网络的源端到宿端的流量请求，其中，流量请求携带有流量。

判断模块，用于判断最短路径是否满足流量请求：

当流量请求的流量小于或等于最短路径中的每条链路的带宽，判定为最短路径满足流量请求，则不存在故障链路。

当流量请求的流量大于最短路径中的每条链路的带宽，判定为最短路径不满足流量请求，则存在故障链路。

其中，生成模块301还包括：

获取子模块，用于在光网络中存在故障链路时，获取光网络的拓扑信息及每条链路的流量。

第一补图生成子模块，用于若光网络中的链路上的流量为零，则构造补图中的第一链路，其中，第一链路的带宽为第一链路的原有第一带宽，第一链路的代价为第一链路的原有代价，第一链路为光网络中方向从第一节点指向第二节点的链路。

第二补图生成子模块，用于若光网络中的链路上的流量大于零且小于链路的带宽，则构造补图中的第二链路和与第二链路反向的第三链路，其中，第二链路的带宽为第二带宽，第二带宽为第二链路的原有带宽与流量之差，第二链路的代价为第二链路的原有代价；第三链路的带宽为流量，第三链路的代价为第三链路的原有代价的相反数。

第三补图生成子模块，用于若光网络中的链路上的流量等于链路的带宽，则构造补图中的第四链路，其中，第四链路的带宽为第三带宽，第三带宽为第四链路的原有带宽；第四链路的代价为第四链路的原有代价的相反数。

第四补图生成子模块，用于若光网络中的链路上的流量大于链路的带宽，则构造补图中的第五链路，其中，第五链路与原链路方向相反，第五链路的代价为-100，原链路为光网络中流量大于带宽的链路。

其中，定位模块303，包括：

确定子模块，用于根据超负价环，确定光网络中的代价和最小的超负价环；

定位子模块，用于根据代价和最小的超负价环，定位光网络中的故障链路。

其中，流量迁移模块304，包括：

减少流量子模块，用于与超负价环正方向相反的故障链路，减少预设值的流量；

迁移子模块，用于将预设值的流量，迁移至与超负价环正方向一致的正常链路，其中，预设值为

x＝min(min(B_ij),max(Δf_mn)),e_ij∈Loop,e_mn∈Loop，

B_ij为超负价环中任一正常链路的带宽，min(B_ij)为超负价环中任一正常链路的带宽的最小值，Δf_mn为超负价环中任一故障链路的流量大于链路的带宽时的多余流量，max(Δf_mn)为超负价环中任一故障链路的流量大于链路的带宽时的最大多余流量，min(min(B_ij),max(Δf_mn))为在正常链路的最小带宽和故障链路的最大多余流量之间取最小值，Loop为超负价环，e_ij为任一链路，e_ij∈Loop为任一链路属于超负价环，e_mn为任一链路，e_mn与e_ij为不同链路，e_mn∈Loop为任一链路属于超负价环。

本发明实施例只需在故障链路局部区域转移流量，不需通过遍历整个网络来恢复故障，减少了故障恢复过程中需要重新配置的节点数与链路数，从而大大缩短了恢复时间。

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。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，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。

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 (10)

1.一种光网络故障处理方法，其特征在于，包括：

在光网络中存在故障链路时，获取所述光网络的拓扑信息及每条链路的流量，生成包含每条链路的带宽和每条链路的代价的所述光网络的补图，其中，所述光网络的补图还包含预设的超负价，所述预设的超负价为：当链路的流量大于链路的带宽时，对应链路在补图中的代价；

根据所述补图，查找所述补图中由负价、超负价和/或正价的链路形成的超负价环；

根据所述超负价环，定位所述光网络中的故障链路；

根据所述故障链路，迁移所述故障链路的流量到所述光网络的其他正常链路中，直到查找不到所述补图中的超负价环，以完成迁移所有故障链路的流量。

2.根据权利要求1所述的光网络故障处理方法，其特征在于，所述在光网络中存在故障链路时，获取所述光网络的拓扑信息及每条链路的流量，生成包含每条链路的带宽和每条链路的代价的所述光网络的补图之前，所述的光网络故障处理方法还包括：

获取所述光网络源端到宿端的最短路径和所述光网络的源端到宿端的流量请求，其中，所述流量请求携带有流量；

判断所述最短路径是否满足所述流量请求：

当所述流量请求的流量小于或等于所述最短路径中的每条链路的带宽，判定为所述最短路径满足所述流量请求，则不存在所述故障链路；

当所述流量请求的流量大于所述最短路径中的至少一条链路的带宽，判定为所述最短路径不满足所述流量请求，则存在所述故障链路。

3.根据权利要求1所述的光网络故障处理方法，其特征在于，所述在光网络中存在故障链路时，获取所述光网络的拓扑信息及每条链路的流量，生成包含每条链路的带宽和每条链路的代价的所述光网络的补图，包括：

在光网络中存在故障链路时，获取所述光网络的拓扑信息及每条链路的流量；

若所述光网络中的链路上的流量为零，则构造所述补图中的第一链路，其中，所述第一链路的带宽为所述第一链路的原有带宽，所述第一链路的代价为所述第一链路的原有代价，所述第一链路为所述光网络中方向从第一节点指向第二节点的链路；

若所述光网络中的链路上的流量大于零且小于链路的带宽，则构造所述补图中的第二链路和与所述第二链路反向的第三链路，其中，所述第二链路的带宽为第二带宽，所述第二带宽为所述第二链路的原有带宽与所述流量之差，所述第二链路的代价为所述第二链路的原有代价；所述第三链路的带宽为所述光网络中的链路上的流量，所述第三链路的代价为所述第三链路的原有代价的相反数；

若所述光网络中的链路上的流量等于链路的带宽，则构造所述补图中的第四链路，其中，所述第四链路的带宽为第三带宽，所述第三带宽为所述第四链路的原有带宽；所述第四链路的代价为所述第四链路的原有代价的相反数；

若所述光网络中的链路上的流量大于链路的带宽，则构造所述补图中与原链路方向相反的第五链路，所述第五链路的代价为-100，所述原链路为所述光网络中流量大于带宽的链路。

4.根据权利要求1-3任一项所述的光网络故障处理方法，其特征在于，所述超负价环的代价为所述超负价环中链路的负价、链路的超负价和链路的正价的代价和，所述代价和小于-100。

5.根据权利要求4所述的光网络故障处理方法，其特征在于，所述根据所述超负价环，定位所述光网络中的故障链路，包括：

根据所述超负价环，确定所述光网络中的代价和最小的超负价环；

根据所述代价和最小的超负价环，定位所述光网络中的故障链路。

6.根据权利要求1所述的光网络故障处理方法，其特征在于，所述根据所述故障链路，迁移所述故障链路的流量到所述光网络的其他正常链路中，直到查找不到所述补图中的超负价环，包括：

与所述超负价环正方向相反的故障链路，减少预设值的流量；

将所述预设值的流量，迁移至与所述超负价环正方向一致的正常链路，其中，所述预设值为

x＝min(min(B_ij),max(Δf_mn)),e_ij∈Loop,e_mn∈Loop，

所述B_ij为所述超负价环中任一正常链路的带宽，所述min(B_ij)为所述超负价环中任一正常链路的带宽的最小值，所述Δf_mn为所述超负价环中任一故障链路的流量大于链路的带宽时的多余流量，所述max(Δf_mn)为所述超负价环中任一故障链路的流量大于链路的带宽时的最大多余流量，所述min(min(B_ij),max(Δf_mn))为在正常链路的最小带宽和故障链路的最大多余流量之间取最小值，所述Loop为所述超负价环，所述e_ij为任一链路，所述e_ij∈Loop为任一链路属于所述超负价环，所述e_mn为任一链路，所述e_mn与所述e_ij为不同链路，所述e_mn∈Loop为任一链路属于所述超负价环。

7.一种光网络故障处理装置，其特征在于，包括：

生成模块，用于在光网络中存在故障链路时，获取所述光网络的拓扑信息及每条链路的流量，生成包含每条链路的带宽和每条链路的代价的所述光网络的补图，其中，所述光网络的补图还包含预设的超负价，所述预设的超负价为：当链路的流量大于链路的带宽时，对应链路在补图中的代价；

查找模块，用于根据所述补图，查找所述补图中由负价、超负价和/或正价的链路形成的超负价环，其中，所述超负价环的代价为所述超负价环中链路的负价、链路的超负价和链路的正价的代价和，所述代价和小于-100；

定位模块，用于根据所述超负价环，定位所述光网络中的故障链路；

流量迁移模块，用于根据所述故障链路，迁移所述故障链路的流量到所述光网络的其他正常链路中，直到查找不到所述补图中的超负价环。

8.根据权利要求7所述的光网络故障处理装置，其特征在于，所述光网络故障处理装置还包括：

获取模块，用于获取所述光网络源端到宿端的最短路径和所述光网络的源端到宿端的流量请求，其中，所述流量请求携带有流量；

判断模块，用于判断所述最短路径是否满足所述流量请求：当所述流量请求的流量小于或等于所述最短路径中的每条链路的带宽，判定为所述最短路径满足所述流量请求，则不存在所述故障链路；当所述流量请求的流量大于所述最短路径中的至少一条链路的带宽，判定为所述最短路径不满足所述流量请求，则存在所述故障链路。

9.根据权利要求7所述的光网络故障处理装置，其特征在于，所述生成模块包括：

获取子模块，用于在光网络中存在故障链路时，获取所述光网络的拓扑信息及每条链路的流量；

第一补图生成子模块，用于若所述光网络中的链路上的流量为零，则构造所述补图中的第一链路，其中，所述第一链路的带宽为所述第一链路的原有带宽，所述第一链路的代价为所述第一链路的原有代价，所述第一链路为所述光网络中方向从第一节点指向第二节点的链路；

第二补图生成子模块，用于若所述光网络中的链路上的流量大于零且小于链路的带宽，则构造所述补图中的第二链路和与所述第二链路反向的第三链路，其中，所述第二链路的带宽为第二带宽，所述第二带宽为所述第二链路的原有带宽与所述流量之差，所述第二链路的代价为所述第二链路的原有代价；所述第三链路的带宽为所述光网络中的链路上的流量，所述第三链路的代价为所述第三链路的原有代价的相反数；

第三补图生成子模块，用于若所述光网络中的链路上的流量等于链路的带宽，则构造所述补图中的第四链路，其中，所述第四链路的带宽为第三带宽，所述第三带宽为所述第四链路的原有带宽；所述第四链路的代价为所述第四链路的原有代价的相反数；

第四补图生成子模块，用于若所述光网络中的链路上的流量大于链路的带宽，则构造所述补图中与原链路方向相反的第五链路，所述第五链路的代价为-100，所述原链路为所述光网络中流量大于带宽的链路。

10.根据权利要求7所述的光网络故障处理装置，其特征在于，所述流量迁移模块包括：

减少流量子模块，用于与所述超负价环正方向相反的故障链路，减少预设值的流量；

迁移子模块，用于将所述预设值的流量，迁移至与所述超负价环正方向一致的正常链路，其中，所述预设值为

x＝min(min(B_ij),max(Δf_mn)),e_ij∈Loop,e_mn∈Loop，

所述B_ij为所述超负价环中任一正常链路的带宽，所述min(B_ij)为所述超负价环中任一正常链路的带宽的最小值，所述Δf_mn为所述超负价环中任一故障链路的流量大于链路的带宽时的多余流量，所述max(Δf_mn)为所述超负价环中任一故障链路的流量大于链路的带宽时的最大多余流量，所述min(min(B_ij),max(Δf_mn))为在正常链路的最小带宽和故障链路的最大多余流量之间取最小值，所述Loop为所述超负价环，所述e_ij为任一链路，所述e_ij∈Loop为任一链路属于所述超负价环，所述e_mn为任一链路，所述e_mn与所述e_ij为不同链路，所述e_mn∈Loop为任一链路属于所述超负价环。