CN106656787A - 一种资源通道联合优化p圈配置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种资源通道联合优化P圈配置方法，属于一种线性规划(ILP)算法，首先通过结合工作容量和网络拓扑对P圈集合数量进行估算，然后以空闲容量最小为优化目标，接着设定了向量尾部节点大于头部节点的P圈节点梯度值分配、冲突圈排除、根节点和反转节点唯一存在作为约束条件，最后进行求解，本发明取消了备选P圈集合构造步骤，实现了P圈的构造和空闲容量分配的统一极大缩短了系统的求解时间，同时保持与传统两步线性规划算法同样的资源利用率。

Description

一种资源通道联合优化P圈配置方法
技术领域
本发明涉及网络技术领域，特别是涉及一种资源通道联合优化P圈配置方法。
背景技术
随着光纤通信技术的广泛采用，由于光纤的高速大容量的特点使得网络故障给社会和经济造成的危害非常严重，因此需要研究光网络的生存性技术，P圈是网状网的一种保护方法，可以为圈上链路提供1条保护路径，为跨接链路提供2条保护路径，它综合了环网恢复速度快和网状网资源利用效率高的优势，可以实现50ms级的保护。目前对P圈配置方法的研究主要可以分为两类：启发式算法和线性规划算法，启发式算法耗时较少，得到的是一个优化解，而线性规划算法虽然得到的是一个最优解，但是耗时巨大。如何找到耗时少且资源利用效率高的P圈配置方法是P圈配置研究的主流方向，然而无论哪一类方法，P圈的配置方法都分为两步：高质量的备选P圈集合的计算和空闲容量的分配，其中备选P圈集合的计算需要消耗大量的时间。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种资源通道联合优化P圈配置方法，来减少P圈的配置时间并提高资源利用效率，它属于线性规划方法，。
本发明所采用的技术方案是，一种资源通道联合优化P圈配置方法，包含以下三个步骤，如附图1所示。
1.P圈集合数量估算
总的P圈集合数量J是求解模型的一个预置参数，可以通过待求解网络的拓扑结构和工作容量来估算，估算按照如下公式：
其中(u,v)表示节点u和v之间的链路，luv是节点u和v之间的工作容量；E是网络中所有链路的集合；将段定义为一条至少包含两条链路并且中间节点的度数为2的路径，则S是所有段上的链路的集合；δ是一个较小的正整数。
2.目标函数设置
本发明使用空闲容量最小作为求解目标，具体的公式如下：
其中j是P圈集合CSj的索引号；cuv是系统为链路(u,v)增加一个单位的空闲容量所需的成本，如果节点之间的距离仅采用跳数作为衡量单位，则对于网络中存在的所有链路来说，cuv＝1；表示在P圈集合CSj中，节点u和v之间是否存在向量u→v，取1表示存在，取0表示不存在。
3.约束条件设定
3.1基于节点梯度值构造向量
本发明使用一个圈上向量u→v或者v→u表示一个P圈集合CSj的圈上链路，对于向量u→v，定义u是头部节点，v是尾部节点，在构造P圈集合CSj的时候，给节点u分配一个P圈节点梯度值尾部节点的P圈节点梯度值比头部节点大，在一个P圈中，如果节点u同时作为2个向量的头部节点，则定义节点u为根节点，如果节点v同时为2个向量的尾部节点，则定义节点v为反转节点，节点梯度值构造的向量如附图2所示。
3.2排除节点梯度值冲突的P圈
如果一个P圈中有唯一的根节点和反转节点成对出现，那么一系列合理的P圈节点梯度值就可以分配到当前的P圈，但是如果没有唯一的根节点和反转节点成对出现，就会出现P圈节点梯度值的冲突，如附图3所示，因为尾部节点的值总是比头部大，如果缺乏反转节点将会无法形成一个闭合的P圈。为了避免冲突的出现，当一个P圈集合CSj中有多个P圈出现时，只保留具有唯一的根节点和反转节点成对出现的那个P圈，将其它所有的P圈都排除掉。
本发明的有益效果是：是简化了P圈配置步骤，不需要先计算备选P圈集合，与启发式算法相比，本发明具有更高的资源利用效率，与传统的线性规划方法相比，本发明取消了备选P圈集合计算这个步骤，耗时更短。
附图说明
图1为本发明的整体步骤示意图；
图2为基于节点梯度值的向量构造示意图；
图3为节点梯度值冲突的示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
1.P圈集合数量估算
总的P圈集合数量J是求解模型的一个预置参数，可以通过待求解网络的拓扑结构和工作容量来估算，估算按照如下公式：
其中(u,v)表示节点u和v之间的链路；luv是节点u和v之间的工作容量；E是所有链路的集合；将段定义为一条至少包含两条链路并且中间节点的度数为2的路径，则S是所有段上的链路的集合；δ是一个较小的正整数。
2.目标函数设置
本发明使用空闲容量最小作为求解目标，具体的公式如下：
其中j是P圈集合CSj的索引号；cuv是系统为链路(u,v)增加一个单位的空闲容量所需的成本，如果节点之间的距离仅采用跳数作为衡量单位，则对于网络中存在的所有链路来说，cuv＝1；表示在P圈集合CSj中，节点u和v之间是否存在向量u→v，取1表示存在，取0表示不存在。
3.约束条件设定
3.1所有链路的集合E中每一条链路(u,v)在构造一个P圈集合CSj时最多能够用一个向量表示，可以是u→v或者v→u，或者没有被选中，可以用如下的公式表示：
3.2使用向量构造P圈集合CSj,网络中每一个节点都有2个或者0个圈上向量与之相关(不考虑向量的方向)，可以用如下的公式表示：
其中V是网络中所有节点的集合；是0-1变量，如果节点u在P圈集合CSj上，则取1，否则取0；
3.3确保工作容量受到100％的保护，可以用如下的公式表示：
其中是0-1变量，表示链路(u,v)能否受到P圈集合CSj的保护，如果能受到保护，则取1，否则取0；
3.4每一个P圈集合CSj中最多有一个根节点，可以用如下的公式表示:
其中为0-1变量，表示节点u是否为P圈集合CSj的根节点，是则取1，否则取0；
3.5在一个P圈集合中，只有根节点可以作为2个向量的头部节点，其它节点最多可以作为1个向量的头部节点，这样能够保证根节点和反转节点可以唯一成对出现，用如下的公式表示：
3.6向量u→v的尾部节点比头部节点的P圈节点梯度值更大，可以用如下的公式表示：
其中为小数变量，是构造P圈集合CSj时节点u的P圈节点梯度值，α是一个预先定义的小数常量，满足
3.7只有链路(u,v)的两个端节点都在P圈集合CSj上时，链路(u,v)才能够被P圈集合CSj中唯一的P圈保护，可以用如下的公式表示：
3.8对单个P圈的长度或者跳数进行限制，可以用如下的公式表示：
其中L为单个P圈允许的最多跳数；
以步骤2为目标函数，以步骤1中的J值为参数，使用步骤3中的约束条件，进行线性规划求解就是本发明的内容。

Claims (3)

1.一种资源通道联合优化P圈配置方法，其特征在于：属于一种线性规划(ILP)算法，首先通过结合工作容量和网络拓扑对P圈集合数量进行估算，然后以空闲容量最小为优化目标，接着设定了向量尾部节点大于头部节点的P圈节点梯度值分配、冲突圈排除、根节点和反转节点唯一存在作为约束条件，最后进行求解，取消了备选P圈集合构造的步骤，实现了P圈的构造和空闲容量分配的统一。
2.根据权利要求1所述的结合工作容量和网络拓扑对P圈集合数量进行估算，其特征在于可以通过如下的公式进行估算：
其中(u,v)表示网络中节点u和v之间的链路；J是所有P圈集合的总数量；luv是节点u和v之间的工作容量；(u,v)表示节点u和v之间的链路；E是网络中所有链路的集合；将段定义为网络中一条至少包含两条链路并且中间节点的度数为2的路径，则S是网络中所有段上的链路的集合；δ是一个较小的正整数。
3.根据权利要求1所述的取消了备选P圈集合构造的步骤，实现了P圈的构造和空闲容量分配的统一，其特征在于：
3.1一条链路只能用一个向量表示，具体的约束如下公式所示：
其中j是P圈集合CSj的索引号；表示在构造第j个P圈集合CSj时，节点u和v之间是否存在向量u→v，取1表示存在，取0表示不存在。
3.2一个P圈集合中只能有一个根节点，具体的约束如下公式所示：
其中为0-1变量，表示节点u是否为P圈集合CSj的根节点，是则取1，否则取0；V是网络中所有节点的集合。
3.3在一个P圈集合CSj中，只有根节点能同时作为2个向量的头部节点，具体的约束如下公式所示：
。
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