CN109151621B - 基于分层pce与双矩阵博弈的多域光网络静态组播保护方法 - Google Patents

基于分层pce与双矩阵博弈的多域光网络静态组播保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于分层PCE与双矩阵博弈的多域光网络静态组播保护方法，通过采用基于分层PCE架构的全局拓扑信息调度计算模型，利用双矩阵博弈来生成链路不相交的组播树和组播保护树，提出了一种基于分层PCE与双矩阵博弈的多域光网络静态组播专用保护方法，在一定的冗余资源配置下，该方法具有较低的时间复杂度，在优化组播工作树和组播保护树的资源分配结构的同时，可明显提高多域光网络静态组播业务的生存能力。

Description

基于分层PCE与双矩阵博弈的多域光网络静态组播保护方法
技术领域
本发明涉及静态组播保护方法，具体涉及一种基于分层PCE与双矩阵博弈的多域光网络静态组播保护方法。
背景技术
随着主干光网络规模不断扩大，整体多域化特征越来越明显。同时，光层组播是一种高效的点对多点或者多点对多点业务的通信模式。组播业务根据组播请求需求可以分为静态和动态组播两种，静态组播业务是指预先知道网络的全局状态，网络系统对一组请求统一调度，没有实时性要求。
针对多域光网络静态组播业务的专用保护进行的研究局限于备份路径的优化，忽视了组播树和备份树的联合优化问题。多数结合博弈论思想的文献中，基于用户和运营商的对立关系进行博弈并将结果作为链路的权值，生成组播树后计算保护路径，易造成备份树成本过大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于分层PCE与双矩阵博弈的多域光网络静态组播保护方法，用以解决现有技术中的组播业务生存能力不高的问题。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
用于规划多域光网络中每个组播请求的组播树和组播保护树，所述每个组播请求组播树不相交，在所述的多域光网络中包括n个节点，所述的节点包括源节点以及叶节点，在所述的多域光网络中每个源节点到该源节点对应的多个叶节点的通讯请求构成组播请求集合R＝{Rm|m＝1,2,…,k}，其中1≤k≤n，对于其中第m个组播请求Rm，其源节点为Vsm，多个叶节点组成的叶节点集合为Mm＝{VLmi|i＝1,2,…,n-1}，VLmi为叶节点集合Mm的第i个叶节点；
所述的方法包括：
步骤1、建立基于分层PCE的多域光网络模型，所述多域光网络模型包括多个子路径计算单元以及一个父路径计算单元；
步骤2、重复k次步骤21-24,利用所述的子路径计算单元或父路径计算单元获得所述多域光网络中每一个组播请求的路径不相交的组播树和组播保护树；
对于其中第m个组播请求Rm，获得该组播请求Rm的组播树Tm和组播保护树Pm，包括：
步骤21、将组播请求Rm的源节点Vsm作为该组播请求Rm的组播树根节点，计入组播树Tm和组播保护树Pm；
步骤22、对于组播请求Rm的叶节点集合Mm中每一个叶节点，由源节点Vsm所在域的子路径计算单元判断该叶节点是否在当前域内，若该叶节点位于源节点Vsm所在域内，则由子路径计算单元采用双矩阵博弈算法获得从源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径；若该叶节点不在源节点Vsm所在域内，则由父路径计算单元采用双矩阵博弈算法获得从源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径，收集源节点Vsm到所有叶节点的联合路径；
步骤23、对源节点Vsm到每个叶节点的一对联合路径进行比较，将收益参数最小的一对联合路径分别添加至组播树Tm和组播保护树Pm中，从叶节点集合Mm中删除收益参数最小的一对联合路径对应的叶节点；
步骤24、判断叶节点集合Mm是否为空，若不为空，则返回步骤22，否则，获得该组播请求Rm的组播树Tm和组播保护树Pm；
进一步地，步骤22、对于组播请求Rm的叶节点集合Mm中每一个叶节点，由所述的子路径计算单元采用双矩阵博弈算法获得源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径，包括：
步骤A、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的子路径计算单元利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条或多条路径，选择路径距离最小的一条路径作为第一最优路径，所述的第一最优路径由多段链路组成；
步骤B、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的子路径计算单元利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径，从源节点Vsm所在域内除源节点Vsm以及第i个叶节点VLmi之外的所有节点中找到一个节点Vx，x∈n，若Distance2(Vsm,Vx)+Distance2(Vx,VLmi)<Distance2(Vsm,VLmi),则源节点Vsm到节点Vx以及从节点Vx到第i个叶节点VLmi的路径作为第二最优路径，否则将利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径作为第二最优路径，其中Distance2(u,v)为节点u到节点v的距离，所述的第二最优路径由多段链路组成；
步骤C、重复本步骤对第一最优路径与第二最优路径中每段链路的使用权进行博弈，获得从源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径，包括：
对于第一最优路径与第二最优路径中的每一段链路，判断每一段链路是否存在竞争：
若S1·S2＝0，则该段链路不存在竞争，第一最优路径和第二最优路径的任一方占用该段链路或者第一最优路径和第二最优路径都没有占用这段链路；
其中，S1＝1表示第一最优路径占用该段链路，S1＝0表示第一最优路径未占用该段链路；S2＝1表示第二最优路径占用该段链路，S2＝0表示第二最优路径未占用该段链路；
若S1·S2＝1，该段链路存在竞争，则比较第一最优路径中该段链路的收益参数与第二最优路径中该段链路的收益参数的大小，收益参数大的最优路径占用该段链路，另一个最优路径重新选择，若第一最优路径占用该段链路，则返回步骤B重新寻找第二最优路径后再执行步骤C，若第二最优路径占用该段链路，则返回步骤A重新寻找第一最优路径后再执行步骤C，直至该段链路不存在竞争。
进一步地，所述的步骤A、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的子路径计算单元利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条或多条路径时，采用Dijkstra的路径选择方法；
所述的步骤B、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的子路径计算单元利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径时，采用Floyd的路径选择方法。
进一步地，所述的步骤22、对于组播请求Rm的叶节点集合Mm中每一个叶节点，若该叶节点不在源节点Vsm所在域内，则由父路径计算单元采用双矩阵博弈算法获得源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径，收集源节点Vsm到所有叶节点的联合路径，包括：
步骤a、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的父路径计算单元利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条或多条路径，所述的父路径计算单元发送指令给各域子路径计算单元计算各自域内路径距离，由父路径计算单元汇总各个域内路径距离，获得每条路径距离，选择路径距离最小的一条路径作为第三最优路径，所述的第三最优路径由多段链路组成；
步骤b、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的父路径计算单元利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径，从源节点Vsm所在域内除源节点Vsm以及第i个叶节点VLmi之外的所有节点中找到一个节点Vx，x∈n，若Distance2(Vsm,Vx)+Distance2(Vx,VLmi)<Distance2(Vsm,VLmi),则源节点Vsm到节点Vx以及从节点Vx到第i个叶节点VLmi的路径作为第四最优路径，否则将利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径作为第四最优路径，由各域子路径计算单元计算各自域内路径距离后，再由父路径计算单元汇总各个域内路径距离，获得两个节点之间的距离，所述的第四最优路径由多段链路组成；
步骤c、重复本步骤对第三最优路径与第四最优路径中每段链路的使用权进行博弈，获得从源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径，包括：
对于第三最优路径与第四最优路径中的每一段链路，判断每一段链路是否存在竞争：
若S3·S4＝0，则该段链路不存在竞争，第三最优路径和第四最优路径的任一方占用该段链路或者第三最优路径和第四最优路径都没有占用该段链路；
其中，S3＝1表示第三最优路径占用该段链路，S3＝0表示第三最优路径未占用该段链路；S4＝1表示第四最优路径占用该段链路，S4＝0表示第四最优路径未占用该段链路；
若S3·S4＝1，该段链路存在竞争，则比较第三最优路径中该段链路的收益参数与第四最优路径中该段链路的收益参数的大小，收益参数大的最优路径占用该段链路，另一个最优路径重新选择，若第三最优路径占用该段链路，则返回步骤b重新寻找第四最优路径后再执行步骤c，若第四最优路径占用该段链路，则返回步骤a重新寻找第三最优路径后再执行步骤c，直至该段链路不存在竞争。
进一步地，所述的步骤a、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的父路径计算单元利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条或多条路径时，采用Dijkstra的路径选择方法；
所述的步骤b、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的父路径计算单元利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径时，采用Floyd的路径选择方法。
本发明与现有技术相比具有以下技术特点:
1、本发明提供的静态组播保护方法能够解决多域光网络静态组播专用保护机制的配置问题，分层PCE架构用于全局拓扑信息的调度计算，双矩阵博弈通过竞争关系生成链路不相交的组播树和组播保护树。在博弈中两个用户就链路的使用权进行竞争，寻找纳什均衡点确保路径分配的最优化，促进了网络结构的优化利用。然后将博弈产生的两条路径分别用于生成组播树和组播保护树，以实现组播业务的通道级专用保护，预先配置能够合理解决工作树和保护树的网络资源分配问题，避免工作树与保护树的代价相差较大；
2、本发明提供的基于分层PCE与双矩阵博弈的多域光网络静态组播保护方法提高了多域光网络静态环境下组播业务的生存能力，平衡了组播工作树和保护树的资源消耗，提高了资源利用率。
附图说明
图1为本发明实施例一中提供的分层PCE多域光网络模型示意图；
图2为本发明实施例二中提供的分层PCE多域光网络模型示意图；
图3为本发明实施例二中提供的虚拟拓扑示意图；
图4为本发明实施例二中提供的组播请求R1的组播树和组播保护树示意图；
图5为本发明实施例三中提供的无保护机制的多域光网络系统正常运行时的光谱图；
图6为本发明实施例三中提供的链路遭受故障时域光网络系统的光谱图；
图7为本发明实施例三中提供的基于本发明的多域光网络系统正常工作的光谱图；
图8为本发明实施例三中提供的本发明的多域光网络系统出现故障的光谱图；
图9为本发明实施例三中提供的成本对比示意图。
具体实施方式
以下是发明人提供的具体实施例，以对本发明的技术方案作进一步解释说明。
实施例一
本发明公开了一种基于分层PCE与双矩阵博弈的多域光网络静态组播保护方法，用于规划多域光网络中每个组播请求的组播树和组播保护树，所述每个组播请求组播树不相交，所述每个组播请求的组播保护树不相交，在所述的多域光网络中包括n个节点，所述的节点包括源节点以及叶节点，在所述的多域光网络中每个源节点到该源节点对应的多个叶节点的通讯请求构成组播请求集合R＝{Rm|m＝1,2,…,k}，其中1≤k≤n，对于其中第m个组播请求Rm，其源节点为Vsm，其多个叶节点集合为Mm＝{VLmi|i＝1,2,…,n-1}，VLmi为叶节点集合Mm的第i个叶节点。
组播树专用保护方案可以分为三种：一是为每个目的节点建立通道级专用保护路径；二是为组播树中任意节点间的链路建立专用保护链路，三是将组播树上的路径分为若干段，基于各分段建立专用路径保护。针对静态环境下多域光网络组播请求规划问题，结合分层PCE架构和双矩阵博弈思想，采用通道级专用保护方案，本发明提出一种多域光网络静态组播专用保护方法。目的是生成链路不相交的组播树和组播保护树，在静态环境下预先配置组播请求的专用保护方案。
所述的方法包括：
步骤1、建立基于分层PCE的多域光网络模型，所述多域光网络模型包括多个子路径计算单元以及一个父路径计算单元；
Path Computation Element(PCE)是网络中负责路径计算的结构单元，计算处理能力强大，是多域光网络中路径计算问题的常用解决方案。在本实施例中采用分层式PCE架构方案，由一个父路径计算单元pPCE和多个子路径计算单元cPCE构成。
在本实施例中，如图1所示，给定3个域的多域光网络G＝(14,27)和一个组播请求R＝{1；3,6,13}，即源节点为V1，叶节点为V3、V6、V13。则处理请求R建立组播路径的步骤如下：
①首先源节点V1查看本域内拓扑信息，发现只有目的节点V3在本域内则计算源节点V1至目的节点V3的路径，发送给pPCE。
②根据cPCE的路由信息，目的节点V6和V13不在域1即Domain 1内，则源节点向cPCE1发送跨域路径计算请求，然后cPCE1转发给pPCE。由pPCE首先向各域cPCE广播剩余目的节点地址，确定目的节点V6和V13所在域即Domain 2和Domain 3，然后pPCE计算一条从源节点到目的节点的光路，并向域1、域2和域3的cPCE发送算路指令，即要求计算各域内源节点到边界节点的光路、进边界节点和出边界节点间光路、边界节点与目的节点间路径。
③各相关cPCE完成的光路计算后提交pPCE，由pPCE记录路由合并全部路径段，得到多条横跨各域的路径，然后基于约束条件选择最优路径，将最终结果发送各cPCE。
④各cPCE收到来自pPCE的最终结果后，开始波长分配。即完成了跨域路径的计算。
⑤至此多域光网络的组播树路径计算结束。
本文采用分层PCE架构设计，增加了pPCE与cPCE的层级结构，统一对光域进行管理，能够在保护域内隐私信息的同时，满足多域光网络组播业务需求。
在多域光网络模型的基础上，建立多域光网络拓扑图G：
G＝(V,E,W)
其中，V表示多域光网络中的节点集合；E为集合V中的节点构成的链路集合，W为集合E中每条链路的权值的集合；
在本实施例中建立的多域光网络拓扑图G如图1所示。
步骤2、重复k次步骤21-24,利用所述的子路径计算单元cPCE或父路径计算单元pPCE获得所述多域光网络中每一个组播请求的路径不相交的组播树和组播保护树；
对于其中第m个组播请求Rm，获得该组播请求Rm的组播树Tm和组播保护树Pm，包括：
步骤21、将组播请求Rm的源节点Vsm作为该组播请求Rm的组播树根节点，计入组播树Tm和组播保护树Pm；
步骤22、对于组播请求Rm的叶节点集合Mm中每一个叶节点，由源节点Vsm所在域的子路径计算单元cPCE判断该叶节点是否在当前域内，若该叶节点位于源节点Vsm所在域内，则由子路径计算单元cPCE采用双矩阵博弈算法获得源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径；若该叶节点不在源节点Vsm所在域内，则由父路径计算单元pPCE采用双矩阵博弈算法获得源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径，收集源节点Vsm到所有叶节点的联合路径；
可选地，对于组播请求Rm的叶节点集合Mm中每一个叶节点，由所述的子路径计算单元cPCE采用双矩阵博弈算法获得源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径，包括：
步骤A、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的子路径计算单元cPCE利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条或多条路径，选择路径距离最小的一条路径作为第一最优路径，所述的第一最优路径由多段链路组成；
在本步骤中，子路径计算单元cPCE利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条或多条路径时可以采用Dijkstra方法或Floyd的方法。
作为一种优选的实施方式，对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的子路径计算单元cPCE利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条或多条路径时，采用Dijkstra的路径选择方法。
在本步骤中，域内子路径计算单cPCE利用Dijkstra方法计算从源节点到目的节点之间的一条或多条路径，并将其距离置于集合Set1中。对于集合Set1中的所有元素，计算路径成本代价选择最优路径，将该路径上的节点置于集合H1中。在最优路径更新后替代集合H1中的元素，域内子路径计算单元cPCE计算该路径上所有链路的长度并赋值于Distance1(Vsm,VLmi)，比较各个叶节点的Distance1(Vsm,VLmi)，Distance1(Vsm,VLmi)小的替换集合H1中的元素，最终集合H1中的元素即为最优路径。若某段链路权值W＝∞，则认定该段链路不可用。
步骤B、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的子路径计算单元cPCE利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径，从源节点Vsm所在域内除源节点Vsm以及第i个叶节点VLmi之外的所有节点中找到一个节点Vx，x∈n，若Distance2(Vsm,Vx)+Distance2(Vx,VLmi)<Distance2(Vsm,VLmi),则从源节点Vsm到节点Vx以及从节点Vx到第i个叶节点VLmi的路径作为第二最优路径，否则将利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径作为第二最优路径，其中Distance2(a,b)为节点a到节点b的距离，所述的第二最优路径由多段链路组成；
作为一种优选的实施方式，对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的子路径计算单元cPCE利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径时，采用Floyd的路径选择方法。
在本步骤中，域内的cPCE利用Floyd方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi的路径并赋值Distance2(Vsm,VLmi)，定义第三方节点Vx(x≠s,x≠d,x∈n)，节点Vx遍历除源节点和第i个叶节点之外的域内所有节点，若某条链路权值W＝∞，则认定该段链路不可用。Distance2(Vsm,Vx)+Distance2(Vx,VLmi)<Distance2(Vsm,VLmi)是否成立，若不成立则源节点至第i个叶节点VLmi的最短路径不变，若成立则将从源节点Vsm到节点Vx以及从节点Vx到第i个叶节点VLmi的路径更新为源节点Vsm至第i个叶节点VLmi的最短路径。记下该最短路径上的节点于集合H2中，并赋值其距离于Distance2(Vsm,VLmi)。
步骤C、重复本步骤对第一最优路径与第二最优路径中每段链路的使用权进行博弈，获得从源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径，包括：
对于第一最优路径与第二最优路径中的每一段链路，判断每一段链路是否存在竞争：
若S1·S2＝0，则该段链路不存在竞争，第一最优路径和第二最优路径的任一方占用该段链路或者第一最优路径和第二最优路径都没有占用这段链路；
其中，S1＝1表示第一最优路径占用该段链路，S1＝0表示第一最优路径未占用该段链路；S2＝1表示第二最优路径占用该段链路，S2＝0表示第二最优路径未占用该段链路；
若S1·S2＝1，该段链路存在竞争，则比较第一最优路径中该段链路的收益参数与第二最优路径中该段链路的收益参数的大小，收益参数大的最优路径占用该段链路，另一个最优路径重新选择，若第一最优路径占用该段链路，则返回步骤B重新寻找第二最优路径后再执行步骤C，若第二最优路径占用该段链路，则返回步骤A重新寻找第一最优路径后再执行步骤C，直至该段链路不存在竞争。
在本步骤中，链路的收益参数是每一个博弈者对结果的渴望程度或满意程度，收益参数值由其报酬和代价共同决定，设第一最优路径的收益参数为Cij(i＝1,…,m；j＝1,…,n)，第二最优路径的收益参数为Dij(i＝1,…,m；j＝1,…,n)，Cij＝costK+delayK+berK，Dij＝costK+delayK+berK。其中costK定义为路径成本，取决于路径的物理长度、建设费用、维护费用和光纤成本，delayK定义为光信号在链路上的传输时延，berK定义为光信号在链路上的误码率。
当第一最优路径与第二最优路径需要占用同一条链路时，计算并比较收益参数Cij和Dij，收益参数高者占用该段链路，对于另一个用户来说则令该段链路权值W＝∞。
对于组播请求Rm的叶节点集合Mm中每一个叶节点，若该叶节点不在源节点Vsm所在域内，则由父路径计算单元pPCE采用双矩阵博弈算法获得源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径，收集源节点Vsm到所有叶节点的联合路径。
对于叶节点不在源节点Vsm所在域内的情况，先由源节点所在域的子路径计算单元cPCE向父路径计算单元pPCE发送请求，父路径计算单元pPCE广播并找到目的节点所在域，具体路径长度的计算方法与步骤1中实施例相同。
由父路径计算单元pPCE采用双矩阵博弈算法获得源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径，收集源节点Vsm到所有叶节点的联合路径，包括：
步骤a、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的父路径计算单元pPCE利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条或多条路径，所述的父路径计算单元pPCE发送指令给各域子路径计算单元cPCE计算各自域内路径距离，由父路径计算单元pPCE汇总各个域内路径距离，获得每条路径距离，选择路径距离最小的一条路径作为第三最优路径，所述的第三最优路径由多段链路组成；
作为一种优选的实施方式，对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的父路径计算单元pPCE利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条或多条路径时，采用Dijkstra的路径选择方法。
步骤b、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的父路径计算单元pPCE利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径，从源节点Vsm所在域内除源节点Vsm以及第i个叶节点VLmi之外的所有节点中找到一个节点Vx，x∈n，若Distance2(Vsm,Vx)+Distance2(Vx,VLmi)<Distance2(Vsm,VLmi),则从源节点Vsm到节点Vx以及从节点Vx到第i个叶节点VLmi的路径作为第四最优路径，否则将利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径作为第四最优路径，其中Distance2(a,b)为节点a到节点b的距离，由各域子路径计算单元cPCE计算各自域内路径距离后，再由父路径计算单元pPCE汇总各个域内路径距离，获得两个节点之间的距离，所述的第四最优路径由多段链路组成；
作为一种优选的实施方式，对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的父路径计算单元pPCE利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径时，采用Floyd的路径选择方法。
步骤c、重复本步骤对第三最优路径与第四最优路径中每段链路的使用权进行博弈，获得从源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径，包括：
对于第三最优路径与第四最优路径中的每一段链路，判断每一段链路是否存在竞争：
若S3·S4＝0，则该段链路不存在竞争，第三最优路径和第四最优路径的任一方占用该段链路或者第三最优路径和第四最优路径都没有占用该段链路；
其中，S3＝1表示第三最优路径占用该段链路，S3＝0表示第三最优路径未占用该段链路；S4＝1表示第四最优路径占用该段链路，S4＝0表示第四最优路径未占用该段链路；
若S3·S4＝1，该段链路存在竞争，则比较第三最优路径中该段链路的收益参数与第四最优路径中该段链路的收益参数的大小，收益参数大的最优路径占用该段链路，另一个最优路径重新选择，若第三最优路径占用该段链路，则返回步骤b重新寻找第四最优路径后再执行步骤c，若第四最优路径占用该段链路，则返回步骤a重新寻找第三最优路径后再执行步骤c，直至该段链路不存在竞争。
步骤23、对源节点Vsm到每个叶节点的一对联合路径进行比较，将收益参数最小的一对联合路径分别添加至组播树Tm和组播保护树Pm中，从叶节点集合Mm中删除收益参数最小的一对联合路径对应的叶节点；
在本步骤中，在所有的联合路径中进行筛选，最终获得一对联合路径分别添加至组播树Tm和组播保护树Pm中。
步骤24、判断叶节点集合Mm是否为空，若不为空，则返回步骤22，否则获得该组播请求Rm的组播树Tm和组播保护树Pm；
通过实现n次循环使得源节点Vsm至其对应的叶节点集合Mm中的每一个叶节点都获得一对联合路径。
实施例二
在本实施例中，给定如图2所示的多域光网络G＝(19，50)，经过拓扑聚合后的多域光网络拓扑如图3所示。在静态环境下对其运用本发明提供的方法所得组播树保护方案进行实例说明，给定组播请求R1＝{1；5,7,12}，R2＝{2；10,12,18}，R3＝{16；1,2,7,8,10,19}。首先处理组播请求R1，判断叶节点{5,7,12}是否在域1内，如果是，子路径计算单元cPCE1直接计算路径开始博弈；如果不是，子路径计算单元cPCE1向父路径计算单元pPCE发送请求，在虚拟拓扑图中统一计算域间路径并向各域子路径计算单元cPCE发送指令，各域子路径计算单元cPCE计算各自域内路径，而后进行博弈，所得组播树T1和组播保护树P1如图4所示，其中最粗线条链路代表组播树T1，较粗线条链路代表组播保护树P1。然后处理组播请求R2，获得组播树T2和组播保护树P2，最后处理组播请求R3，获得组播树T3和组播保护树P3，可以看出在静态环境下组播请求保护树的部分路径可以共享，只要为链路预置足够带宽，可实现组播请求的专用保护。
实施例三
在本实施例中搭建了双向连接的多域光网络系统，3个域的多域光网络，其中域1内为节点3、5和6，域2内为节点7、9和13，域3内为节点15、16和18。节点间为双向连接，增加了保护机制的可用路径。系统采用了TxExtModLaser，FiberNLS，WDM_MUX_N_1_Ideal，Fork，Powermeter，AmpSysOpt，SignalAnalyzer，Const等模块。由于本实施例中针对静态环境下组播业务分配进行研究，PCE相关结构并未在系统中显示，而是由节点代替其一部分功能。本文设置故障模块并设定衰减值，当衰减值达30dB以上认为该段链路故障。另外，系统中的光纤长度不一随机设置。系统主要参数设置如表1所示：
表1参数设置
Figure GDA0003000828010000181
Figure GDA0003000828010000191
图5为无保护机制的多域光网络系统正常运行时的光谱图，图中4种频率的光信号可用于至少4个组播请求。当链路遭受故障时，所得光谱图如图6所示，光信号整体功率值衰减30dBm，不能满足正常业务传输需求，故认定业务故障不能正常被接收端接收。
图7为本发明方法的多域光网络系统的光谱图，采用双向连接的模式并建立专用保护。图8所示为当一个组播树上的路径发生故障，组播保护树可以继续传输业务，该系统能够实现对故障路径的保护，保证了组播业务的正常传输。
本文对最优路径对(OPP)方法，本发明方法和组播1+1方法进行性能比较，其中OPP方法是指对组播业务的每个目的节点建立单播路径对连接，而组播1+1方法旨在建立两个链路不相交的组播树。
图9的结果为在不同数量的叶节点下运行OPP方法、本发明方法以及组播1+1方法所得的成本。其中由于OPP算法建立发送端到各接收端的路径对所以成本相对较高，本发明方法作为一种专用保护方法，利用博弈论对组播1+1方法的具体实现进行优化，从而较组播1+1方法而言降低了成本。而OPP方法建立的单播路径对连接明显增大了成本。

Claims (5)

1.一种基于分层PCE与双矩阵博弈的多域光网络静态组播保护方法，用于规划多域光网络中每个组播请求的组播树和组播保护树，所述每个组播请求组播树不相交，所述每个组播请求的组播保护树不相交，其特征在于，在所述的多域光网络中包括n个节点，所述的节点包括源节点以及叶节点，在所述的多域光网络中每个源节点到该源节点对应的多个叶节点的通讯请求构成组播请求集合R＝{Rm|m＝1,2,…,k}，其中1≤k≤n，对于第m个组播请求Rm，其源节点为Vsm，多个叶节点组成的叶节点集合为Mm＝{VLmi|i＝1,2,…,n-1}，VLmi为叶节点集合Mm的第i个叶节点；
所述的方法包括：
步骤1、建立基于分层PCE的多域光网络模型，所述多域光网络模型包括多个子路径计算单元以及一个父路径计算单元；
步骤2、重复k次步骤21-24，利用所述的子路径计算单元或父路径计算单元获得所述多域光网络中每一个组播请求的路径不相交的组播树和组播保护树；
对于其中第m个组播请求Rm，获得该组播请求Rm的组播树Tm和组播保护树Pm，包括：
步骤21、将组播请求Rm的源节点Vsm作为该组播请求Rm的组播树根节点，计入组播树Tm和组播保护树Pm；
步骤22、对于组播请求Rm的叶节点集合Mm中每一个叶节点，由源节点Vsm所在域的子路径计算单元判断该叶节点是否在当前域内，若该叶节点位于源节点Vsm所在域内，则由子路径计算单元采用双矩阵博弈算法获得从源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径；若该叶节点不在源节点Vsm所在域内，则由父路径计算单元采用双矩阵博弈算法获得从源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径，收集源节点Vsm到所有叶节点的联合路径；
步骤23、对源节点Vsm到每个叶节点的一对联合路径进行比较，将收益参数最小的一对联合路径分别添加至组播树Tm和组播保护树Pm中，从叶节点集合Mm中删除收益参数最小的一对联合路径对应的叶节点；
步骤24、判断叶节点集合Mm是否为空，若不为空，则返回步骤22，否则获得该组播请求Rm的组播树Tm和组播保护树Pm；
所述的PCE即Path Computation Element，为网络中负责路径计算的结构单元。
2.如权利要求1所述的基于分层PCE与双矩阵博弈的多域光网络静态组播保护方法，其特征在于，步骤22、对于组播请求Rm的叶节点集合Mm中每一个叶节点，由所述的子路径计算单元采用双矩阵博弈算法获得源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径，包括：
步骤A、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的子路径计算单元利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条或多条路径，选择路径距离最小的一条路径作为第一最优路径，所述的第一最优路径由多段链路组成；
步骤B、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的子路径计算单元利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径，从源节点Vsm所在域内除源节点Vsm以及第i个叶节点VLmi之外的所有节点中找到一个节点Vx，x∈n，若Distance2(Vsm,Vx)+Distance2(Vx,VLmi)<Distance2(Vsm,VLmi),则源节点Vsm到节点Vx以及从节点Vx到第i个叶节点VLmi的路径作为第二最优路径，否则将利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径作为第二最优路径，其中Distance2(u,v)为节点u到节点v的距离，所述的第二最优路径由多段链路组成；
步骤C、重复本步骤对第一最优路径与第二最优路径中每段链路的使用权进行博弈，获得从源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径，包括：
对于第一最优路径与第二最优路径中的每一段链路，判断每一段链路是否存在竞争：
若S1·S2＝0，则该段链路不存在竞争，第一最优路径和第二最优路径的任一方占用该段链路或者第一最优路径和第二最优路径都没有占用这段链路；
其中，S1＝1表示第一最优路径占用该段链路，S1＝0表示第一最优路径未占用该段链路；S2＝1表示第二最优路径占用该段链路，S2＝0表示第二最优路径未占用该段链路；
若S1·S2＝1，该段链路存在竞争，则比较第一最优路径中该段链路的收益参数与第二最优路径中该段链路的收益参数的大小，收益参数大的最优路径占用该段链路，另一个最优路径重新选择，若第一最优路径占用该段链路，则返回步骤B重新寻找第二最优路径后再执行步骤C，若第二最优路径占用该段链路，则返回步骤A重新寻找第一最优路径后再执行步骤C，直至该段链路不存在竞争。
3.如权利要求2所述的基于分层PCE与双矩阵博弈的多域光网络静态组播保护方法，其特征在于，所述的步骤A、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的子路径计算单元利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条或多条路径时，采用Dijkstra的路径选择方法；
所述的步骤B、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的子路径计算单元利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径时，采用Floyd的路径选择方法。
4.如权利要求2所述的基于分层PCE与双矩阵博弈的多域光网络静态组播保护方法，其特征在于，所述的步骤22、对于组播请求Rm的叶节点集合Mm中每一个叶节点，若该叶节点不在源节点Vsm所在域内，则由父路径计算单元采用双矩阵博弈算法获得源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径，收集源节点Vsm到所有叶节点的联合路径，包括：
步骤a、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的父路径计算单元利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条或多条路径，所述的父路径计算单元发送指令给各域子路径计算单元计算各自域内路径距离，由父路径计算单元汇总各个域内路径距离，获得每条路径距离，选择路径距离最小的一条路径作为第三最优路径，所述的第三最优路径由多段链路组成；
步骤b、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的父路径计算单元利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径，从源节点Vsm所在域内除源节点Vsm以及第i个叶节点VLmi之外的所有节点中找到一个节点Vx，x∈n，若Distance2(Vsm,Vx)+Distance2(Vx,VLmi)<Distance2(Vsm,VLmi),则源节点Vsm到节点Vx以及从节点Vx到第i个叶节点VLmi的路径作为第四最优路径，否则将利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径作为第四最优路径，由各域子路径计算单元计算各自域内路径距离后，再由父路径计算单元汇总各个域内路径距离，获得两个节点之间的距离，所述的第四最优路径由多段链路组成；
步骤c、重复本步骤对第三最优路径与第四最优路径中每段链路的使用权进行博弈，获得从源节点Vsm到该叶节点的一对联合路径，包括：
对于第三最优路径与第四最优路径中的每一段链路，判断每一段链路是否存在竞争：
若S3·S4＝0，则该段链路不存在竞争，第三最优路径和第四最优路径的任一方占用该段链路或者第三最优路径和第四最优路径都没有占用该段链路；
其中，S3＝1表示第三最优路径占用该段链路，S3＝0表示第三最优路径未占用该段链路；S4＝1表示第四最优路径占用该段链路，S4＝0表示第四最优路径未占用该段链路；
若S3·S4＝1，该段链路存在竞争，则比较第三最优路径中该段链路的收益参数与第四最优路径中该段链路的收益参数的大小，收益参数大的最优路径占用该段链路，另一个最优路径重新选择，若第三最优路径占用该段链路，则返回步骤b重新寻找第四最优路径后再执行步骤c，若第四最优路径占用该段链路，则返回步骤a重新寻找第三最优路径后再执行步骤c，直至该段链路不存在竞争。
5.如权利要求4所述的基于分层PCE与双矩阵博弈的多域光网络静态组播保护方法，其特征在于，所述的步骤a、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的父路径计算单元利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条或多条路径时，采用Dijkstra的路径选择方法；
所述的步骤b、对于叶节点集合Mm的第i个叶节点VLmi，所述的父路径计算单元利用路径选择方法计算从源节点Vsm到第i个叶节点VLmi之间的一条路径时，采用Floyd的路径选择方法。
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