CN106506360B - 一种基于链路动态负载的光纤网络均衡路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信领域，具体涉一种基于链路动态负载的光纤网络均衡路由方法，包括：S1：将网络按业务需求划分路由域，记录不同路由域的域间节点、链路，并设定标识，记录路由域的域间链路权值；S2：对路由域进行路由计算，更新链路状态数据库；S3：将完整的业务流划分不同的域内区段，并标记其服务质量需求；S4：确定电力业务起始节点的层次；S5：更新不同路由域间的路由表信息，对不同类型的业务进行分段路由；S6：扩展该业务流在对应路由域内的区段；S7：确定业务终止路由域的入口节点地址，完成分层选路；S8：将各个路由域内的业务路由段进行合并，形成完整的显式路由。

Description

一种基于链路动态负载的光纤网络均衡路由方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于链路动态负载的光纤网络均衡路由方法。

背景技术

随着电力通信底层承载网络的规模增大，统一平面化的管理不再适用，需要采用分层的方式计算路由。否则，将为集中化计算节点带来较大的计算负担。在各个分层次的路由域内，大多采用独立路由计算的方式确定业务的路径。然而，在不同路由域之间，为了降低系统的通信开销，各个路由域内部的拓扑、资源信息均不对外公开，因此无法采用集中式、统一的路由优化。虽然相对于平面网络而言，分层路由可以降低系统的运行开销，但是由于拓扑抽象、资源抽象后，网络的信息细节被屏蔽，从而导致系统路由计算不准确，更无法有效地实现系统负荷的分摊。根据ITU-T G.8080的技术要求，在路由体系中的每个路由域均具备一个独立的路由执行器，该执行器主要负责本域范围内的路由管理，包括路由域内的资源使用情况，LSP建立的数目。目前，很多具备流量工程扩展后的路由算法均能够支持负载分摊的功能，能够自动回避发生拥塞的链路。但是，在电力通信网络中，存在着一个比较特殊的问题，所建立的业务连接上往往不像运营商一样，存在着大量的业务流，很多建立的专用业务通道也只是存在着少量的数据，部分业务通道实际使用的带宽资源与其预留的资源量完全不在一个量级，因而导致电力综合数据网的带宽消耗非常严重。该问题主要出现于统计带宽与预留带宽的差异性。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种基于链路动态负载的光纤网络均衡路由方法，针对地区范围内的传输网络内区域拓扑、资源信息不透明的情况进行路由方式的优化选择。不同于传统的路由计算方式，同时考虑链路的动态特征、静态统计特征，综合评定链路的繁忙程度，并以此为据，设计在跨层分域网络中的路由计算方法。考虑到已有的ILP方法无法实现大规模网络内的快速资源计算，本发明采用启发式方法实现。具体如下：

一种基于链路动态负载的光纤网络均衡路由方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：将网络按照业务需求划分路由域，同时记录不同路由域的域间节点、链路，并设定不同的标识，将路由域的域间链路权值进行记录；

步骤2：对路由域进行路由计算，将每一个路由域作为一个节点，计算任意两个路由域之间的路由，同时更新链路状态数据库；

步骤3：在业务的源端节点所在的路由域，将完整的业务流划分不同的域内区段，并标记其服务质量需求；

步骤4：确定电力业务起始节点的层次；

步骤5：采用域间路由的方式更新不同路由域间的路由表信息，并对不同类型的业务进行分段路由；

步骤6：扩展业务流在对应路由域内的区段；

步骤7：根据业务流的终点信息，确定业务终止路由域的入口节点地址，完成分层选路；

步骤8：将各个路由域内的业务路由段进行合并，形成完整的显式路由。

所述步骤2中的路由域的路由计算根据分层级网络实现，具体包括如下步骤：

步骤2-1：根据网络路由域的划分的结果，设置域间的权值；

步骤2-2：按照如下方法构造域间权值矩阵：

在所述权值矩阵中，第一行所表示的连接关系有：域1与域2直接相连，权值为1，域1与域5直接相连，权值为3，而域1与域3和域4均不相连，用∞表示；

步骤2-3：以路由域为单位计算任意两个域之间的路径；

步骤2-4：以路由域为单位，对业务路径进行分段；

步骤2-5：根据业务路径所经过的路由域，确定每个路由域的入口节点和出口节点；

步骤2-6：对中间所经过的路由域进行拓扑抽象，在各个路由域内部，采用OSPF协议实现路由信息同步，并计算各个路由域的内部路径；

步骤2-7：在各个路由域的内部路径展开后，在路由的起止域分别调用分层选路算法。

所述步骤2-1中网络路由域的划分采用基于地理位置的划分方法或基于行政区的划分方法。

所述步骤4中的确定电力业务起始节点的层次方法，具体包括如下步骤：

步骤4-1，检查业务的源节点是否处于某个路由环上；如果该源节点隶属于某个路由环，则进入步骤4-2；否则，利用深度优先算法或广度优先算法，搜索与该源节点直接连接的邻居节点，若该源节点属于某个路由环，则该源节点处于环带链网络，该环带链所属环为业务的源端环；如果业务的源节点不属于某个支路，则该源节点处于与网络隔离状态，此时无法进行路由选择；

步骤4-2：在业务的源端环启动环搜索过程，采用网络化便利的方法，确定该源端环是否能够通过某条支路并入更高级别的环，如果能够找到级别更高的路由环，该连接节点为跨环支链；若遍历算法无法找到级别更高的环，则该环为最高级别的路由环；

步骤4-3：如果在业务的源端环路上没有发现更高级别的节点，则重复步骤4-2，在邻居环搜索范围内查询；如果能够发现更高级别的环则执行步骤4-4；否则，算法结束，该业务路由被阻塞；

步骤4-4：若业务路由已经寻路至最高层级的路由环，则启动路由信息记录，并将该业务路由更新至路由表；否则，重复步骤4-2，继续搜索。

所述步骤4-3中的搜索范围为五个邻居环。

所述步骤2-2中域间权值的确定方法具体包括如下步骤：

步骤2-2-1：计算链路的可用容量，根据链路上的可用带宽资源与该链路所对应的最大容量上限计算出链路的平均负载水平P_f；计算公式如下：

其中，B_t为链路的最大容量上限，B_u为该链路已经使用的容量；

步骤2-2-2：将链路权重分为两部分，其中一部分表示链路的实际占用情况，用w₁表示；另一部分表示链路中存在的连接数量，用w₂表示；其中，

其中，D为链路的初始权重取值，为常量；调整因子k大于0，P_f的取值范围为0～1，由此得到链路权重的可调节范围为

w₂＝N_LSP ^β/(B_t-B_u)^1-β

其中，N_LSP是网络中已经存在的标记交换路由个数，β为调节因子；

步骤2-2-3：采用如下方法计算网络的链路综合权重：

本发明的有益效果在于：

本发明提出了一种基于链路动态负载的光纤网络均衡路由方法，在进行负载分摊路由时，通过两部分的指标进行路由选择，其中既包括了网络的实际带宽占用情况，又包括了网络中已经预约被预留的LSP数量，通过两者综合得到链路的综合权重。同时，本发明还给出了在跨越路由域路由计算过程中，路由域之间、路由域内部的详细路由计算步骤。

在分域路由网络中，由每个路由域的路由执行器完成本域路由的计算和粗路由的扩展，域间链路的权重是根据网络的实时测量状态参数进行链路权重的动态调整的，从而使得电力关键性业务能够避免在网络中发生不必要的拥堵。为了避免网络在集中化计算过程中所面临的巨大计算量及信息汇总需求，本发明通过在网络中采用分布式路由计算的方式，利用每个路由域的入口、出口节点实现本域路由拓扑和资源的抽象，同时在不同路由域之间采用动态链路权值的方式进行路由计算。

在计算和更新路由时，采用考虑链路状态的权重可以使业务能够有效避开拥塞路径。本发明提供的方法是同时利用了网络的静态带宽占用情况和网络中存在的已经预约的LSP情况，从而可以避免在网络路由计算时，只能够根据网络统计、实际测量的结果，但是无法跟踪潜在存在的管道资源利用情况。而且本发明所用的方法完全是启发式算法，相比传统的ILP方法，具有更好的灵活性，无需中心计算节点，也无需全局信息，可以完全采用分布式的方法进行处理，有利于在大规模网络中的应用。

附图说明

图1示意性示出了区域光网络的路由域结构图；

图2给出了网络初始化完成后的路由计算及资源分配流程图；

图3示意性示出了跨层分域路由的路由选择步骤；

图4示意性示出了域路由的详细步骤；

图5示意性示出了路由的层次信息的获取示意图。

具体实施方式

本发明提供的适用于基于链路动态负载的光纤网络均衡路由方法，下面结合附图说明其具体流程。

图1示意性示出了区域光网络的路由域结构。在底层传输媒介为光纤的通信网络中，根据业务的传输需要，可以将路由的区域划分为不同的路由域，在每个路由域中又可以进一步划分路由子域，在进行路由信息交换时，在相同路由域内的路由节点之间可以自由的交换网络内的拓扑信息、资源信息以及根据业务需要所扩展出的业务信息。在连接两个路由域之间的域间链路上则往往仅交换一些高度抽象后的信息，既为了不同路由域之间的信息保密，同时也可以降低网络之间的信息交换需求，在不同层次的路由域之间各层之间可以根据业务的需求进行配置。

图2示意性示出了分域路由的拓扑抽象机制。其中，整个网络的路由域包括了三个域，分别为域1、域2、域3，在每个路由域内其网络层次又可以细化分为核心层、汇聚层及接入层。其中，核心层一般为骨干网络，具备较高的处理速度。汇聚层则为分层网络的中间结构，可以将2M，45M等业务速率的信号汇聚为STM-1颗粒度，一般其速率等级不超过STM-64。接入层则处理各种业务的接入点或者汇聚业务的接入点，一般其速率等级不超过STM-16。假定某业务流路由选定为域1-域2-域3，按照常规的路由方式，在每个路由域内的节点信息经过汇聚、泛洪收敛后，各个域内的数据库信息非常庞大，不利于系统的快速处理。考虑到在很多电力业务应用中，其业务流并不需要详细掌握各个域内的具体信息，而且在进行跨区域业务路由时电力业务也具有比较明确的路由原则。因此，在进行域间路由状态数据库同步过程中，无需更新各个域的内部信息，仅需要将本域内的网络信息进行抽象后汇总即可。

图3示意性示出了跨层分域路由的路由选择步骤。

假定某条业务连接经过多个路由域，若采用源路由模式则需要在业务的源节点完成全网的路由计算，对于大规模网络的链路状态更新过程要求过高，在实际网络中无法实施。同时，在传输数据过程中还需要将该信息在整个业务传输过程中附带，会造成大量不必要的开销。因此本发明在进行跨层分域路由计算过程中，采用的是基于域间粗路由的方式进行路由，具体步骤如下所述：

步骤1：将网络按照业务需求划分路由域，同时记录不同路由域的域间节点、链路，并设定不同的标识，将路由域的域间链路权值进行记录；

步骤2：对路由域进行路由计算，将每一个路由域作为一个节点，并计算任意两个路由域之间的路由，同时更新链路状态数据库(Link State Database，LSD)；

步骤3：在业务的源端节点所在的路由域，将完整的业务流划分不同的域内区段，并标记其QoS需求；

步骤4：确定电力业务起始节点的层次；

步骤5：采用域间粗路由的方式更新不同路由域间的路由表信息，并对不同类型的业务进行分段路由；

步骤6：扩展该业务流在对应路由域内的区段；

步骤7：根据业务流的终点信息，确定业务终止路由域的入口节点地址，完成分层选路；

步骤8：将各个路由域内的业务路由段落进行合并，形成完整的显式路由。

图4示意性示出了域路由的详细步骤。考虑到网络层次包括了接入层、汇聚层、核心层三层，各个层次之间是采用逐级汇聚的方式组网的，对于某些区域的网络，其业务也可直接跨越汇聚层直接与核心层相连，在跨越路由的过程中，如果某个域的最高级别的节点不属于核心层，在分层选路过程中仍然也需要负责本域内的路由扩展，并将汇聚点以及管辖范围内的网络参数进行汇总。

步骤2-1：根据网络分域的结果，设置域间的权值。在此，网络路由域的划分可以采用基于地理位置的划分方法、也可以采用基于行政区划分的方法，具体的划分方法不构成对于本发明的限制；

步骤2-2：构造域间权值矩阵，具体方法如下：

在该权值矩阵中，以第一行为例，所表示的连接关系有：域1与域2直接相连，权值为1，域1与域5直接相连，权值为3，而域1与域3和域4均不相连，用∞表示。

步骤2-3：以路由域为单位计算任意两个域之间的路径；

步骤2-4：以路由域为单位，对业务路径进行分段；

步骤2-5：根据业务路由所经过的路由域，确定每个路由域的入口节点和出口节点；

步骤2-6：对中间所经过的路由域进行拓扑抽象，本发明对拓扑抽象的算法不进行限定，不同的拓扑抽象算法不构成对于本发明的限制。在各个路由域内部，采用OSPF协议实现路由信息同步，并计算出各个路由域的内部路径；

步骤2-7：在每个路由域内部路由展开后，在路由的起止域分别调用分层选路算法；

步骤2-8：算法结束。

图5示意性示出了路由的层次信息的获取步骤。

考虑到在网络中的环网、环带链网场景，根据业务的信息，需要确定业务的层次化信息。

步骤4-1，首先检查业务的源节点是否处于某个环上。如果该节点隶属于某个路由环，则进入步骤4-2；否则，考虑业务节点是否属于某个支链，利用深度优先算法、或者广度优先算法，搜索与该节点直接连接的邻居节点，若该节点属于某个环，则可以确定该节点处于环带链网络，则该支链所属环可以确定为业务的源端环。如果业务节点也不属于某个支路，则该节点处于与网络隔离状态，此时无法进行路由选择；

步骤4-2：在业务的源端环启动环搜索过程，采用网络化便利的方法，确定该环是否能够通过某条支路并入更高级别的环，如果能够找到级别更高的路由环，该连接节点也即为跨环支链。若遍历算法无法找到级别更高的环，则该环为最高级别的路由环；

步骤4-3：在业务的源端环路上没有发现更高级别的节点，则扩大搜索的范围，并重复步骤4-2，在邻居环范围内查询。为了保障算法搜索的效率，一般搜索范围控制在五个邻居环即可。如果能够发现更高级别的环则执行步骤4-4；否则，算法结束，该业务路由被阻塞；

步骤4-4：若业务路由已经寻路至最高层级的路由环，启动路由信息记录，并将该业务路由更新至路由表；否则，重复步骤4-2，继续搜索。

在跨区域在路由计算过程中，可以根据网络的实时测量状态参数进行链路权重的动态调整，从而使得电力关键性业务能够避免在网络中发生不必要的拥堵，综合考虑网络的复杂以及参与光网络路由计算节点的关键程度，对计算权重进行调整，并根据新的调整值进行计算。

计算链路的可用容量，根据链路上的可用带宽资源与该链路所对应的最大容量上限可以计算出链路的平均负载水平P_f。

其中，B_t为链路的最大容量上限，B_u为该链路已经使用的容量。

在进行权重调节的过程中，需要考虑网络的负载程度，本发明通过定义链路上的动态调节因子实现链路的权值调整，从而可以实现当链路空闲时，其对应权重也相应的降低。当链路处于比较繁忙的状态时，该权重也相应增大。为了实现链路权重与负载率相关，本发明将链路权重分为两部分，其中一部分表示链路的实际占用情况，用w₁表示；另外一部分表示链路中存在的连接数量，用w₂表示。通过两部分合成后，同时可以考虑链路的静态带宽占用情况，而且还考虑到网络管道中存在的动态业务特性，也即某些业务通道预留了响应的带宽，但是在实际管道中并未真正地占用，而是采用动态数据包的形式发送数据。

D为链路的初始权重取值，通常为常量，该值也可作为调整权重的比例因数，由于在网络中的链路权重等倍数放大或者缩小均不会影响网络的路由结果，因此在实际计算过程中并不会影响路由选择的结果。调整因子k应当大于0，而P_f为0～1之间的数，因此，链路权重的可调节范围为k越小，所对应的权重的调节范围也就越大，若在实际的电力通信网络中，管理者希望能够将链路负载的影响增大，则可以相应的减少k的取值。反之，若管理者对链路的负载不敏感或者采用最短距离优先的策略时，则可以将k值增加。

在进行路由时，需要考虑光网络中的链路关键度，由于传统的带宽参量仅能够反应通信网络中在某一时刻的具体带宽用量，而无法准确地反映出网络中潜在存在的连接资源。对于某条动态建立的标记交换路由(Label Switched Path，LSP)，如果该LSP上不进行数据传输，对于一般的带宽测量和分析工具均无法准确地测量到该条LSP的带宽需求，因此该参量仅能够通过网管才能够获得。然而，在一般具有控制平面自动路由的功能时，网络中的路由是无需网管来参与的，因此该信息无法准确获知。本发明中，为了分析潜在的预约带宽资源，特将LSP的数量考虑进来，并将该参量用于计算链路的关键程度w₂。

w₂＝N_LSP ^β/(B_t-B_u)^1-β

N_LSP是网络中已经存在的LSP个数，β为调节因子。

最终在计算网络的链路权重时，采用综合权重，也即，

此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于链路动态负载的光纤网络均衡路由方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：将网络按照业务需求划分路由域，同时记录不同路由域的域间节点、链路，并设定不同的标识，将路由域的域间链路权值进行记录；

步骤2：对路由域进行路由计算，将每一个路由域作为一个节点，计算任意两个路由域之间的路由，同时更新链路状态数据库；

步骤3：在业务的源端节点所在的路由域，将完整的业务流划分不同的域内区段，并标记其服务质量需求；

步骤4：确定电力业务起始节点的层次；

步骤5：采用域间路由的方式更新不同路由域间的路由表信息，并对不同类型的业务进行分段路由；

步骤6：扩展业务流在对应路由域内的区段；

步骤7：根据业务流的终点信息，确定业务终止路由域的入口节点地址，完成分层选路；

步骤8：将各个路由域内的业务路由段进行合并，形成完整的显式路由。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中的路由域的路由计算根据分层级网络实现，具体包括如下步骤：

步骤2-1：根据网络路由域的划分的结果，设置域间链路权值；

步骤2-2：按照如下方法构造域间链路权值矩阵：

在所述权值矩阵中，第一行所表示的连接关系有：域1与域2直接相连，权值为1，域1与域5直接相连，权值为3，而域1与域3和域4均不相连，用∞表示；

步骤2-3：以路由域为单位计算任意两个域之间的路径；

步骤2-4：以路由域为单位，对业务路径进行分段；

步骤2-5：根据业务路径所经过的路由域，确定每个路由域的入口节点和出口节点；

步骤2-6：对中间所经过的路由域进行拓扑抽象，在各个路由域内部，采用OSPF协议实现路由信息同步，并计算各个路由域的内部路径；

步骤2-7：在各个路由域的内部路径展开后，在路由的起止域分别调用分层选路算法。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2-1中网络路由域的划分采用基于地理位置的划分方法或基于行政区的划分方法。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中的确定电力业务起始节点的层次方法，具体包括如下步骤：

步骤4-1，检查业务的源节点是否处于某个路由环上；如果该源节点隶属于某个路由环，则进入步骤4-2；否则，利用深度优先算法或广度优先算法，搜索与该源节点直接连接的邻居节点，若该源节点属于某个路由环，则该源节点处于环带链网络，该环带链所属环为业务的源端环；如果业务的源节点不属于某个支路，则该源节点处于与网络隔离状态，此时无法进行路由选择；

步骤4-2：在业务的源端环启动环搜索过程，采用网络化便利的方法，确定该源端环是否能够通过某条支路并入更高级别的环，如果能够找到级别更高的路由环，该连接节点为跨环支链；若遍历算法无法找到级别更高的环，则该环为最高级别的路由环；

步骤4-3：如果在业务的源端环路上没有发现更高级别的节点，则重复步骤4-2，在邻居环搜索范围内查询；如果能够发现更高级别的环则执行步骤4-4；否则，算法结束，该业务路由被阻塞；

步骤4-4：若业务路由已经寻路至最高层级的路由环，则启动路由信息记录，并将该业务路由更新至路由表；否则，重复步骤4-2，继续搜索。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤4-3中的搜索范围为五个邻居环。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2-2中域间链路权值的确定方法具体包括如下步骤：

步骤2-2-1：计算链路的可用容量，根据链路上的可用带宽资源与该链路所对应的最大容量上限计算出链路的平均负载水平P_f；计算公式如下：

其中，B_t为链路的最大容量上限，B_u为该链路已经使用的容量；

步骤2-2-2：将域间链路权值分为两部分，其中一部分表示链路的实际占用情况，用w₁表示；另一部分表示链路中存在的连接数量，用w₂表示；其中，

其中，D为链路的初始权值取值，为常量；调整因子k大于0，P_f的取值范围为0～1，由此得到链路的实际占用情况的可调节范围为

w₂＝N_LSP ^β/(B_t-B_u)^1-β

其中，N_LSP是网络中已经存在的标记交换路由个数，β为调节因子；

步骤2-2-3：采用如下方法计算网络的域间链路权值：