CN107864093A - 一种基于经济性因素的多层联合路由及生存性策略 - Google Patents

一种基于经济性因素的多层联合路由及生存性策略 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于经济性因素的多层联合路由及生存性策略，属于通信网络领域。本发明在规划与优化模型架构下研究规划经济性目标函数建立，并采取考虑经济性因素的多层联合路由算法为网络规划提供路由计算功能，同时研究基于共享资源的优化保护恢复策略。本发明通过对受影响的业务的粒度和业务等级进行分析，进行恢复策略的选择；对于大粒度的、恢复时间有严格要求的业务，采取相应的光层的恢复；对于粒度较小，恢复时间较长或者没有严格要求的，利用共享资源池中的资源在IP层采取相应的恢复措施。另外，通过人工蚂蚁进程间的交互解决差异化路由计算问题，避免大量无用解的产生，提高路由搜索的效率。

Description

一种基于经济性因素的多层联合路由及生存性策略
技术领域
本发明属于通信网络领域，涉及一种基于经济性因素的多层联合路由及生存性策略。
背景技术
传送网目前正朝着宽带宽、高速度和多业务的方向发展，特别是近年来Internet用户的迅猛增加，对传送网的带宽和质量的要求也越来越高，同时网络也从单一技术的结构向多种技术共存的方向发展，结构更加复杂。这样一种高速、多层次的传送网中的路由规划优化与管理问题更加突出与迫于解决。由于传送网是一个庞大的复杂网络，为了便于网络的设计和管理，就有必要规范一个合适的，具有规定功能的实体，并采用分层和分割概念网络模型的多层规划管理模块。
多层管理规划以多层网络模型为基础，路由与资源安排为内容，成本性能为目标。通过多层管理规划提高网络性能与网络服务质量，为网络升级及设备配置等提高参考。同时多层管理规划可对网络进行评估与故障模拟，从而为网络使用者提供更直观的网络评价与网络效果说明。
为了解现有技术的发展状况，对已有的论文和专利进行了检索、比较和分析，筛选出如下与本发明相关度比较高的技术信息：
技术方案1：专利号为200910236683.X的《基于差异化定价策略的多层网络业务动态规划方法》专利，涉及通信领域，提出了一种基于差异化定价策略的多层网络业务动态规划方法，主要由四步完成：步骤一，根据业务需求进行资源分配，并且对于将来一段时间内的状况进行预测，包括业务和故障预测等。步骤二，调整网络流量分布，分配合理带宽。步骤三，进行网络优化。
技术方案2：专利号为201410267208.X的《一种基于OTN网络的规划及设计系统》专利，涉及电力通信网络规划领域，提出了一种基于OTN网络的规划及设计系统，主要由四步完成：步骤一，获取两组电信号，分别为Ex1和Ey1，Ex2和Ey2，。步骤二，按照预设采样速率对Ex1和Ex2进行采样，使得二者之间的采样延迟间隔为△tx。步骤三，按照所述预设采样速率对所述Ey1和所述Ey2进行采样，使得所述Ey1、所述Ey2的采样延迟间隔为△ty。
技术方案1所述方法基于假设的方式实现预计算，实现复杂问题的逆序求解，通过配置管控协同接口处的差异化定价策略模块，实现网管中心系统计算，评价网络实时状况，自适应地调变网络的流量分布情况。但因为该方案在实施过程中很少考虑SRLG的限制问题，所以可能出现路由失效的情况，导致算法复杂度高，耗时较长且解空间不易收敛。
技术方案2提供基于OTN网络的规划方案。该方案比较简单，实现起来比较方便，但是没有考虑经济因素在网络规划中的作用，规划效果不理想。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于经济性因素的多层联合路由及生存性策略，重点和核心为联合路由、生存性策略与算法的资源优化。根据网络的动态特性、业务需求以及节点线路等的具体要求，在网络模型和网络参数的规范下，依据网络模型建立网络规划的多目标函数，并设立约束条件。根据实际需要在常用的算法比如禁忌搜索、模拟退火、遗传算法等基础上探索合适的现代优化算法求解结果。此外，在路由算法方面，在规划与优化模型架构下研究规划经济性目标函数建立，并采取考虑经济性因素的多层联合路由算法为网络规划提供路由计算功能，同时研究基于共享资源的优化保护恢复策略。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于经济性因素的多层联合路由及生存性策略，包括以下步骤：
S1：输入网络资源信息；
S2：定义路由优化目标函数；
S3：测量计划性能指标；同时进行性能指标监控，判断路由解空间是否收敛，如果解空间里面的解较分散，无法向某一固定值靠近，则为不收敛，反之为收敛；若收敛，则修正分配计划，若不收敛，则调整网络当前资源定义模式，重设性能指标；
S4：基于弗洛伊德Floyd算法或迪杰斯特拉Dijkstra算法构建网络路由，分配网络资源；
S5：计算资源适应度；
S6：判断是否达到服务质量要求；若达到，则记录相应的资源分配信息，若未达到，则重新进行优化；
S7：判断迭代是否结束；若结束，则规划结束，若未结束，则返回步骤S4。
进一步，所述步骤S2具体为：
a)对于使用光交叉连接器OXC的网络，路由优化函数为：
b)对于使用OADM的网络，路由优化函数为：
式中L为链路的最大数量，N为节点的最大数量，α是链路代价的权重，β是多路技术代价的权重，γ是转换代价的权重，F1是链路l中的光纤数，l1是链路l的长度，On和Tn是节点n处的起始和终结需求量的数目，W是每根光纤上的波长数，Kn是节点n的转换能力大小；式中第一项代表已用光纤的代价，第二项是多路复用和解复用的总代价，其中[On/W]和[Tn/W]是本地接入端口需要发起或终结业务所需要的多路复用器和解复用器的数目，最后一项是有K个输入端口和K个输出端口的转换器的代价。
进一步，所述步骤S4具体为：采用串并结合的规划方法，即在对业务链表的处理中采用串行方式并循环搜索业务工作-保护路由对的最优解；而在单个业务的工作-保护路由对的单次计算中，采用并行的双蚂蚁进程共同搜索路由的方式；保存全局最优的路由计算结果。
本发明的有益效果在于：本发明通过对受影响的业务的粒度和业务等级进行分析，来进行恢复策略的选择；对于大粒度的、恢复时间有严格要求的业务，采取相应的光层的恢复；而对粒度较小，恢复时间较长或者没有严格要求的，利用共享资源池中的资源在IP层采取相应的恢复措施。因此，公共池的方法对资源的利用率有显著的提高。另外，通过人工蚂蚁进程间的交互解决差异化路由计算问题，避免大量无用解的产生，提高路由搜索的效率。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为自适应的多层联合资源计算流程；
图2为IP over Optical网络中采用共享公共池的保护/恢复例；
图3(a)为8节点拓扑，(b)为6节点拓扑。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1给出了一种基于迭代式的自适应资源计算方法。在业务规划的初期，需要分析所期望的费用下达到特定的市场需求，并且保证网络可以能够可控和便于收费。同时要考虑网络的初始的基础信息的修正，以支持需求。业务的选择也需要考虑商业前景，设定网络的目标和QoS性能目标。在配置业务时，需要隔绝导致失败的原因，无论它们是否影响业务。在网络中迭代的准则主要是对于服务质量的管理，比如，是否达到了所要的服务等级，服务或者产品是否有普遍性的问题，是否负荷SLA的质量标准。还需要考虑每次优化后，所需要的更新或者升级设备所带来的花费。性能监测部分需要通过网管进行性能/用途数据的收集，与所需要的网络的目标保持一致。网络维护的工作通常是可矫正的。通过对于进程引进测试，做出分析以确定问题的诱因和影响，通知给业务管理。网络的规划和优化需要考虑新技术和供应策略，发展和接纳新的网络类型，为运行使用描的标准网络配置。在所希望的费用下设计网络容量以满足特定的业务需求，保证网络能够正常的运行。给供应商或者其它的网络运营商提出指令以做好新设备的安装，也给网络第三方建设者提供网络逻辑配置的设计。
在规划经济性目标函数建立方面，需结合网络的组织结构与网元属性，拟将路由优化函数建立如下。
a)对于使用光交叉连接器(OXC)的网络，路由优化函数为：
式中α是链路代价的权重，β是多路技术代价的权重，γ是转换代价的权重，F1是链路l中的光纤数，l1是链路l的长度，On和Tn是节点n处的起始和终结需求量的数目，W是每根光纤上的波长数，Kn是节点n的转换能力大小；式中第一项代表已用光纤的代价，第二项是多路复用和解复用的总代价，其中[On/W]和[Tn/W]是本地接入端口需要发起或终结业务所需要的多路复用器和解复用器的数目，最后一项是有K个输入端口和K个输出端口的转换器的代价；
b)对于使用OADM的网络，将路由优化函数修改为：
生存性方面主要考虑业务的保护恢复策略问题，保护恢复策略问题原则上也属于路由问题，但保护恢复需要更多的考虑网络由于故障带来的可靠性问题，同时，需要在网络规划与优化过程中考虑多层网络的共享资源问题，如图2所示为在IP/Optical网络中的基于共享公共池的保护恢复举例。
传统概念的多层的生存性意味着提供多个备用容量池，每个容量池被特定的网络层所专用。而且由于每一层的容量由它的业务层所承载，这就导致下面各层的资源预留。同样，业务层也潜在地保护着客户层的备用容量，这样，底层的资源就不能得到有效的利用。通过采用共享公共池的方法可以达到减少冗余保护，提高资源利用率的目的。
如图2所示，对于IP over Optical/WDM的两层网络，在IP/MPLS层中有一条从标签交换路由器LSR-A'经LSR-D'到LSR-C'的工作路径LSP1，它在光层中由链路AD和DC组成的工作通道R1承载。当发生X1,X2和X3中任意一处故障时，工作LSP1将会在LSR-A'和LSR-C'之间用备用LSP2进行恢复。而在光层的这一部分备份资源还可以用于工作光通道R1在光纤断裂(X1)和光层节点故障(X2)时，进行相应的光层的保护/恢复操作。由此可见，在光层的这一部分共享资源，即可以用来对IP/MPLS层的业务进行保护/恢复，也可以为光层资源的失效提供相应的保护。当故障发生时，通过智能的故障预测和诊断系统，网络的控制层可以根据需要保护的粒度和保护、倒换的时间要求，利用资源共享池的备份资源采取适当的保护、恢复措施，来保证业务的可靠传输和资源的有效利用。
以上提到的差异化路由问题更多的存在与有SRLG限制的网络中，也可称之为SRLG自陷问题。除了MDP算法以外，目前已有的差异化路由算法还有整数线性规划方法以及一些启发式方法，如模拟退火，加权算法，遗传算法等。此类路由搜索方法大部分从扩大由源到宿的路由解空间入手，从解空间中挑选符合SRLG分离条件的两条路由分别用作工作和保护。而在解空间计算的过程中却很少考虑SRLG的限制问题，导致大量路由的计算结果无效，降低了路由搜索的效率。并且由于以上所述方法复杂度高，在处理包含大量SRLG信息的大规模网络时，耗时较长且解空间不易收敛。
针对这个问题，路由可以考虑采用改进的蚁群算法。传统的蚁群算法主要是采用串行的计算流程，即蚂蚁的路由选择和转移概率计算过程是逐跳进行的。在光网络规划中，如果只考虑工作路由的确定对保护路由的选择所产生的影响，而忽略保护路由对工作选路的影响，很容易和一般算法一样陷入SRLG自陷问题。但与别的启发式算法不同，蚁群算法的计算流程与光网络的路由规划过程相似度极高，因此可以通过改变传统蚁群算法的发起过程与计算方式达到对路由规划过程的高度模拟，从而避免以上提到的差异化路由问题。同时，蚁群算法本身又是一种优秀的多目标优化方法，适用于网络规划这种典型的多目标优化问题。本发明在网络规划中差异化路由计算的已有研究基础上，通过对传统蚁群算法发起过程与计算方式的改进，为光网络路由规划与资源优化过程提供新的计算方法。拟采取的方案是采用串并结合的规划方法，即在对业务链表的处理中采用串行方式并循环搜索业务工作－保护路由对的最优解；而在单个业务的工作－保护路由对的单次计算中，采用并行的双蚂蚁进程共同搜索路由的方式。这种路由算法通过采用串行循环搜索最优解的方式，只保存全局最优的路由计算结果，其它有效搜索结果以信息素的形态保存至网络拓扑中，解决可行解的存储空间问题，并在路由计算中形成有效的信息素正反馈，从而优化后续的求解过程。在解决业务工作与保护之间的影响方面，拟通过分布式并行逐跳计算方法对其进行协调控制。
在基于共享资源的保护恢复机制下，将开展专有路由保护算法的研究。在光网络的路由规划问题中，专用通道保护需考虑工作路由与保护路由之间“SRLG(共享风险链路组)分离”的问题，即工作路由与保护路由不能经过同一个SRLG。这样，可以大幅度降低工作路由和保护路由同时失效的可能性，从而提高整个网络的抗故障能力。因此，在考虑光网络规划中的专用通道保护方案时，需要考虑差异化路由的计算。目前主要采用的是最大不相交路径(MDP)算法。其原理是通过两次调用Dijkstra算法分别为业务计算工作和保护路由。采用MDP算法一次只能得到工作和保护路由的一组解，并且无法同时为工作和保护路由提供优化路由，这将导致有些时候无法同时获得工作和保护路由解。如图3(a)所示，采用MDP为源节点1和宿节点6之间的业务建立工作路由和保护路由时，在获得最短工作路由(1-4-5-6)后无法再获得其保护路由，如果工作路由选择非最短路(1-2-3-5-6)，将得到保护路由(1-4-7-8-6)；而图3(b)给出了另一种情况，如果工作路由选择(1-2-4-6)，将得到保护路由(1-3-5-6)，如果工作路由选择(1-3-4-6)，同样无法获得其保护路由。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种基于经济性因素的多层联合路由及生存性策略，其特征在于：该策略包括以下步骤：
S1：输入网络资源信息；
S2：定义路由优化目标函数；
S3：测量计划性能指标；同时进行性能指标监控，判断路由解空间是否收敛，如果解空间里面的解较分散，无法向某一固定值靠近，则为不收敛，反之为收敛；若收敛，则修正分配计划，若不收敛，则调整网络当前资源定义模式，重设性能指标；
S4：基于弗洛伊德Floyd算法或迪杰斯特拉Dijkstra算法构建网络路由，分配网络资源；
S5：计算资源适应度；
S6：判断是否达到服务质量要求；若达到，则记录相应的资源分配信息，若未达到，则重新进行优化；
S7：判断迭代是否结束；若结束，则规划结束，若未结束，则返回步骤S4。
2.根据权利要求1所述的一种基于经济性因素的多层联合路由及生存性策略，其特征在于：所述步骤S2具体为：
a)对于使用光交叉连接器OXC的网络，路由优化函数为：
b)对于使用OADM的网络，路由优化函数为：
式中L为链路的最大数量，N为节点的最大数量，α是链路代价的权重，β是多路技术代价的权重，γ是转换代价的权重，F1是链路l中的光纤数，l1是链路l的长度，On和Tn是节点n处的起始和终结需求量的数目，W是每根光纤上的波长数，Kn是节点n的转换能力大小；式中第一项代表已用光纤的代价，第二项是多路复用和解复用的总代价，其中[On/W]和[Tn/W]是本地接入端口需要发起或终结业务所需要的多路复用器和解复用器的数目，最后一项是有K个输入端口和K个输出端口的转换器的代价。
3.根据权利要求1所述的一种基于经济性因素的多层联合路由及生存性策略，其特征在于：所述步骤S4具体为：采用串并结合的规划方法，即在对业务链表的处理中采用串行方式并循环搜索业务工作-保护路由对的最优解；而在单个业务的工作-保护路由对的单次计算中，采用并行的双蚂蚁进程共同搜索路由的方式；保存全局最优的路由计算结果。
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