CN106685572B - 一种wdm光网络中基于带宽公平性的循环步进式恢复方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种波分复用(WDM)光网络中基于带宽公平性的循环步进式恢复方法，属于通信网技术领域。该方法针对灾损网络中的业务恢复问题，采用循环步进式恢复的方法，为不同等级业务提供公平性带宽恢复。通过灵活划分业务等级并调整恢复步长，对不同等级受损业务依次进行阶段性或步进式恢复，实现各等级业务恢复的相对公平性；根据带宽损失率动态调整同等级受损业务的恢复优先级，采用最小单位带宽循环恢复的方式，实现同等级业务恢复的公平性；经过多次循环步进式的恢复操作，有效提高恢复业务的服务公平性并降低全网的业务中断率。

Description

一种WDM光网络中基于带宽公平性的循环步进式恢复方法

技术领域

本发明涉及通信网技术领域。具体涉及一种光网络中基于带宽公平性的循环步进式恢复方法。

背景技术

随着云计算、数据中心等技术的推广和应用，用户对于通信网络的带宽需求不断增长，从而促进了作为骨干网基础设施的WDM光网络的不断发展。虽然WDM技术能够使光网络拥有巨大的数据承载能力，然而，网络中任一组件(链路、节点)的失效甚至是单根光纤的断裂，都可能造成大量的数据丢失和业务中断，给用户和运营商带来巨大的经济损失。近年来，各种自然灾难(如：2008年汶川地区的地震，2011年日本东部的海啸，2012年美国南部的飓风艾萨克等)对通信网络造成的大规模损毁已受到业界的广泛关注，而应对大规模灾难损毁问题已成为当前网络生存性研究领域的热点。

网络生存性是指网络出现故障时，仍然能够维持必要的服务质量的能力。在网络生存性问题的研究中，恢复技术作为一种重要的抗毁技术一直受到广泛的关注和研究。恢复是指当网络故障发生时，迅速为受损的业务连接寻找可用的网络资源，对受损业务进行修复的技术。恢复技术由于不需要事先预留网络资源，且具有资源利用率高、抗毁措施灵活的特点，能够很好地应对复杂多样的网络灾难损毁。

目前，传统的恢复技术通常根据各种业务服务等级协定(SLA)，依次为不同等级的受损业务寻找网络资源并提供恢复操作。然而，在网络资源匮乏的灾难状态下，网络中很难找到足够的带宽资源为所有受损业务提供恢复操作。因此，当采用传统的恢复操作时，高等级受损业务通常可获得优先恢复或部分恢复，低等级业务获得部分恢复或无法恢复，并且在同一等级的受损业务中常常会出现，有的业务能够获得100％的带宽恢复，而有的业务因为缺乏可用带宽而无法恢复的情况。

为了解决传统恢复技术在网络资源分配问题上的不均衡性，保证相同等级业务的服务公平性和降低各等级业务的中断率，我们提出一种基于带宽公平性的循环步进式恢复方法。该方法采用为不同等级业务设定相应的恢复步长(恢复度)，对各等级业务依次进行阶段性恢复，保证对不同等级业务恢复的相对公平性，同时，根据带宽损失率动态调整同等级受损业务的恢复优先级，采用最小单位带宽循环恢复的方式，保证同等级业务恢复的公平性。这样，通过灵活划分业务等级并调整恢复步长，利用多次循环步进式的恢复操作，可以有效地提高恢复业务的服务公平性并降低全网的业务中断率。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种保证不同等级业务恢复过程中带宽资源分配的公平性，并且降低业务中断率的循环步进式恢复的方法。本发明的技术方案如下：

一种WDM光网络中基于带宽公平性的循环步进式恢复方法，WDM光网络模型为G(N,L)，其中N为网络中的节点集合，L为网络中的双向链路集合，其包括以下步骤：

步骤1、根据WDM光网络业务连接的不同属性划分业务等级，为不同等级受损业务建立相应的分类集合；

步骤2、为不同等级分类集合中的受损业务设定相应的带宽恢复度指标，在此基础上依次对各等级分类集合进行阶段性(步进式)恢复操作,其中，每一阶段的恢复度指标均为上一阶段的恢复度指标加一个单位步长，直到恢复度指标达到100％；

步骤3、根据带宽损失率由高到低的顺序动态调整同等级受损业务的恢复优先级，采用最小单位带宽循环恢复的方式，对同一分类集合中的受损业务进行循环式恢复操作，直到满足当前阶段相应的带宽恢复度指标。

进一步的，所述步骤2为不同等级分类集合中的受损业务设定相应的带宽恢复度指标，在此基础上依次对各等级分类集合进行阶段性(步进式)恢复操作的步骤包括：

对业务等级为α的受损业务连接集合D_α，设其带宽恢复度指标为η_α(即：带宽恢复上限)，且0＜η_α≤1。令第一阶段带宽恢复度为η_α＝β₀+α·ε，其中，ε为单位步长，且0<ε＜1，β₀为业务带宽残存率下限基准，且0≤β₀≤1；

从第一阶段开始，按业务等级α由高到低的顺序，依次对各分类集合D_α进行阶段性恢复操作。恢复过程中，通过α＝α-1实现在各类集合间的跳转，如果出现α＝0，即代表所有受损业务集合D_α已经执行完本阶段的恢复进程，此时需要检查当前最低等级受损业务集合D₁的带宽恢复度指标η₁，如果η₁＜1，即表示业务恢复还未最终完成，需进入下一阶段的恢复进程，按照η_α＝min{η_α+ε,1}更新各级受损业务集合D_α的带宽恢复度指标，并重置变量α为最大值后，进入下一阶段恢复进程，否则，结束恢复进程。

进一步的，所述步骤3根据带宽损失率由高到低的顺序动态调整同等级受损业务的恢复优先级，采用最小单位带宽循环恢复的方式，对同一分类集合中的受损业务进行循环式恢复操作的步骤包括：

1)如果且第一个业务连接c_i符合跳转到步骤2)，否则，α＝α-1，如果α＞0，跳转到步骤1)，否则，进入步进式带宽恢复进程；

2)为业务连接c_i寻找一条有空闲带宽且可靠性最高的恢复通路并分配一个单位的带宽，如果成功，D_α中各元素按值降序排列，并删除的元素，跳转到步骤1)，否则，从D_α中删除该业务连接，并跳转到步骤1)。

其中，为受损业务连接c_i的带宽残存率，为相应的带宽损失率。

进一步的，所述步骤2)采用的是Dijkstra算法为业务连接c_i寻找一条可靠性最高的恢复通路，其中，在利用Dijkstra算法计算通路时，采用故障率作为链路代价，所获得的最小代价路即为可靠性最高的通路。如果该通路上分配的带宽小于所需带宽，则继续寻找下一条高可靠性通路并补足所需带宽，最终受损业务连接的恢复路由根据网络资源损毁情况可以灵活配置为单通路或多通路形式。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明中，为了解决传统恢复技术在网络资源分配问题上的不均衡性，保证相同等级业务的服务公平性和降低各等级业务的中断率，我们提出一种基于带宽公平性的循环步进式恢复方法。该方法采用为不同等级业务设定相应的恢复步长(恢复度)，对各等级业务依次进行阶段性恢复，保证对不同等级业务恢复的相对公平性，同时，根据带宽损失率动态调整同等级受损业务的恢复优先级，采用最小单位带宽循环恢复的方式，保证同等级业务恢复的公平性。这样，通过灵活划分业务等级并调整恢复步长，利用多次循环步进式的恢复操作，可以有效地提高恢复业务的服务公平性并降低全网的业务中断率。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例循环步进式恢复过程示意图；

图2是本发明优选实施例WDM光网络中基于带宽公平性的循环步进式恢复方法流程图。

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、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，

本发明内容所涉及的概念和模型如下：

1.网络模型

假设WDM光网络模型为G(N,L)，其中N为网络中的节点集合，L为网络中的双向链路集合。网络中的每个节点都具有完全的波长转换能力。网络故障以灾难故障为代表。

2.本发明内容所涉及的符号说明如下：

·l：网络G(N,L)中的一条双向光纤链路；

·α：业务等级；

·D_α：业务等级为α的受损业务连接集合；

·F_l：链路l的故障率；

·业务连接c_i的带宽残存率，即该业务的现有带宽与原始需求带宽之比，即为相应的带宽损失率；

·η_α：业务等级为α的受损业务的带宽恢复度指标(即：带宽恢复上限)；

·ε：带宽恢复过程中的单位步长。

本实施例中，部分变量初始值设置如下：

·β₀＝0.2；

·ε＝0.2；

·α＝3。

注：在本实施例中，将业务划分为三个等级，即：α＝3,2,1，分别表示紧急业务、高级业务、普通业务。

本发明的技术方案说明如下：

1.最大可靠性路由方案

网络G(N,L)发生灾损故障后，以链路故障率F_l作为链路代价，利用Dijkstra算法为每个受损业务连接c_i寻找一条有空闲带宽且可靠性最高的通路作为恢复通路，并配置相应的业务带宽。如果该通路上分配的带宽小于所需带宽，则继续寻找下一条高可靠性通路并补足所需带宽。最终受损业务连接的恢复路由根据网络资源损毁情况可以灵活配置为单通路或多通路形式。

2.循环式带宽恢复方案

对于集合D_α内的所有受损业务连接c_i，根据其带宽损失率的大小，动态调整其恢复优先级，采用最小单位带宽循环恢复的方式，保证同等级业务在带宽恢复上的公平性。具体步骤如下：

1)如果且第一个业务连接c_i符合跳转到步骤2)，否则，α＝α-1，如果α＞0，跳转到步骤1)，否则，进入步进式带宽恢复进程；

2)为业务连接c_i寻找一条有空闲带宽且可靠性最高的恢复通路并分配一个单位的带宽，如果成功，D_α中各元素按值降序排列，并删除的元素，跳转到步骤1)，否则，从D_α中删除该业务连接，并跳转到步骤1)；

如图1所示，从最高等级D₃集合开始执行循环式带宽恢复操作：每次根据带宽损失率的值由大到小为集合中的受损业务连接排序，并为集合中的第一个(即：带宽受损最大的)业务连接恢复一个单位带宽，多次循环操作直到此时，令α＝α-1，即转入下一个等级的集合D₂以及D₁进行类似的循环恢复操作，直到α＝0时，进入步进式带宽恢复进程。

3.步进式带宽恢复方案

在恢复过程中，如果出现α＝0，即代表所有受损业务集合D_α已经执行完该阶段的循环恢复进程，此时需要检查当前最低等级受损业务集合D₁的带宽恢复度指标η₁值。如果η₁＜1，即表示业务恢复还未最终完成，需进入下一阶段的循环恢复进程，按照η_α＝min{η_α+ε,1}更新各级受损业务集合D_α的带宽恢复度指标，并重置变量α＝3后，进入循环恢复进程，否则，结束恢复进程。

如图1所示，当初始变量设为β₀＝0.2，ε＝0.2时，在第一阶段的循环恢复进程中，D₃集合内受损业务连接的带宽恢复度指标为η₃＝80％，即表示需要恢复至原始带宽需求的80％，在第二阶段的循环恢复进程中，D₃集合内受损业务连接的带宽恢复度指标为η₃＝100％，即表示需要恢复至原始带宽需求的100％。集合D₂、D₁与D₃的情况类似，即每一阶段的带宽恢复上限增加一个单位步长ε＝20％。在各阶段的恢复中，η₂分别为60％，80％，100％，η₁分别为40％，60％，80％，100％。

一种WDM光网络中基于带宽公平性的循环步进式恢复方法，其具体实施方法包括如下步骤：

101.设网络G(N,L)中的原始业务连接集合为C,(c_i∈C)，其中，N代表网络中的所有节点集合，L代表网络中所有的双向链路集合；根据C中业务连接的不同属性划分业务等级，业务等级用变量α表示(例如：紧急业务α＝3，高级业务α＝2，普通业务α＝1)，并建立相应的受损业务连接集合D_α；

102.将C中的受损业务连接c_i按其业务等级α放入相应集合D_α中，并根据c_i的带宽损失率对D_α中元素将序排列。设β_ci为业务连接c_i的带宽残存率(即：为带宽损失率)，η_α为α级受损业务的带宽恢复度指标(0＜η_α≤1)，且η_α＝β₀+α·ε，其中，ε为恢复过程中的单位步长(0<ε＜1)，β₀为业务带宽残存率下限基准(0≤β₀≤1)，例如：初始值可设为β₀＝0.2，ε＝0.2，α＝3；

103.根据α值对业务连接集合D_α降序排列，依次对各集合中的受损业务进行循环步进式恢复；

104.如果α＞0，进入循环恢复进程，跳转到步骤105；否则，进入步进恢复进程，跳转到步骤107；

105.如果集合D_α中存在受损业务连接，且第一个业务连接c_i符合β_ci＜η_α，跳转到步骤106，否则，α＝α-1，跳转到步骤104；

106.利用Dijkstra算法，为业务连接c_i寻找一条有空闲带宽且可靠性最高的恢复通路并分配一个单位带宽，如果成功，将D_α中元素根据值重新降序排列并删除的元素，跳转到步骤105，否则，从D_α中删除该业务连接，跳转到步骤105；

107.如果η₁＜1，按照η_α＝min{η_α+ε,1}更新各级受损业务集合D_α的带宽恢复度指标，并重置变量α＝3，跳转到步骤104，否则，结束恢复进程。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (2)

1.一种WDM光网络中基于带宽公平性的循环步进式恢复方法，WDM光网络模型为G(N,L)，其中N为网络中的节点集合，L为网络中的双向链路集合，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据WDM光网络业务连接的不同属性划分业务等级，为不同等级受损业务建立相应的分类集合；

步骤2、为不同等级分类集合中的受损业务设定相应的带宽恢复度指标，在此基础上依次对各等级分类集合进行阶段式恢复操作,其中，每一阶段的恢复度指标均为上一阶段的恢复度指标加一个单位步长，直到恢复度指标达到100％；进行阶段性恢复操作的步骤包括：

对业务等级为α的受损业务连接集合D_α，设其带宽恢复度指标为η_α，η_α表示带宽恢复上限，且0＜η_α≤1，令第一阶段带宽恢复度为η_α＝β₀+α·ε，其中，ε为单位步长，且0<ε＜1，β₀为业务带宽残存率下限基准，且0≤β₀≤1；

从第一阶段开始，按业务等级α由高到低的顺序，依次对各分类集合D_α进行阶段性恢复操作，恢复过程中，通过α＝α-1实现在各类集合间的跳转，如果出现α＝0，即代表所有受损业务集合D_α已经执行完本阶段的恢复进程，此时需要检查当前最低等级受损业务集合D₁的带宽恢复度指标η₁，如果η₁＜1，即表示业务恢复还未最终完成，需进入下一阶段的恢复进程，按照η_α＝min{η_α+ε,1}更新各级受损业务集合D_α的带宽恢复度指标，并重置变量α为最大值后，进入下一阶段恢复进程，否则，结束恢复进程；

步骤3、根据带宽损失率由高到低的顺序动态调整同等级受损业务的恢复优先级，采用最小单位带宽循环恢复的方式，对同一分类集合中的受损业务进行循环式恢复操作，直到满足当前阶段相应的带宽恢复度指标；

对同一分类集合中的受损业务进行循环式恢复操作的步骤包括：

1)如果且第一个业务连接c_i符合跳转到步骤2)，否则，α＝α-1，如果α＞0，跳转到步骤1)，否则，进入步进式带宽恢复进程；

2)为业务连接c_i寻找一条有空闲带宽且可靠性最高的恢复通路并分配一个单位的带宽，如果成功，D_α中各元素按值降序排列，并删除的元素，跳转到步骤1)，否则，从D_α中删除该业务连接，并跳转到步骤1)，其中，为受损业务连接c_i的带宽残存率，为相应的带宽损失率。

2.根据权利要求1所述的WDM光网络中基于带宽公平性的循环步进式恢复方法，其特征在于，所述步骤2)采用的是Dijkstra算法为业务连接c_i寻找一条可靠性最高的恢复通路，其中，在利用Dijkstra算法计算通路时，采用故障率作为链路代价，所获得的最小代价路即为可靠性最高的通路，如果该通路上分配的带宽小于所需带宽，则继续寻找下一条高可靠性通路并补足所需带宽，最终受损业务连接的恢复路由根据网络资源损毁情况可以灵活配置为单通路或多通路形式。