CN109413516A - 一种用于光网络系统的光学信息隐藏方法及装置 - Google Patents
一种用于光网络系统的光学信息隐藏方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于光网络系统的光学信息隐藏方法及装置。其中，所述方法包括：接收保密业务和普通业务的建路请求，触发保密业务和普通业务的协同路径计算，其中，所述建路请求中包含业务源节点和目的节点；为保密业务和普通业务的协同传输分配路径，将保密业务隐藏在多段普通业务中；为普通业务和保密业务分别进行分离交叉连接，将完成分离交叉连接的普通业务和保密业务重新复用输出。本发明方案能够在实现光学信息隐藏的同时，优化光网络整体的资源利用率，提高光网络的业务承载能力和吞吐量。
Description
技术领域
本发明涉及光网络技术领域，具体涉及一种用于光网络系统的光学信息隐藏方法及装置。
背景技术
目前，光网络系统的体系架构主要由MP(Management Plane，管理平面)、TP(Transmission Plane，传送平面)和CP(Control Plane，控制平面)共同组成。其中，管理平面主要负责控制平面、传送平面和整个光网络系统的管理与维护，还要完成各平面之间的协调与配合。并且，管理平面能够实现对光传送网资源的配置管理、故障管理以及性能管理功能。传送平面由传送网的一系列传送网元组成，包括接入设备、交换设备和光纤等设备，传送平面负责提供端到端的连接，实现连接的建立，拆除等功能。以ASON(AutomaticallySwitched Optical Network，智能交换光网络)为例，控制平面能够通过采用GMPLS(Generalized Multi-protocol LabelSwitching，通用多协议标签交换)协议来实现分布式的信令和路由，完成快速的连接建立/拆除。
在光网络系统传输过程中，对于安全需求较高的业务，称之为保密业务，对于安全需求较低或者不需要额外安全保护的业务，称之为普通业务。对于光网络系统中普通业务和保密业务并存的情况，利用光学信息隐藏技术可以将保密业务信号隐藏在平坦的噪声信号中与普通业务信号一起进行传输，这样除了发送方和预定的接收方之外，均无法察觉到保密业务信号的存在。
现有的光学信息隐藏技术方案，能够在物理层上将保密业务信号经过类噪声处理之后隐藏于普通业务信号之下，使得攻击者难以发现保密业务信号的存在，然而在该方案中，保密业务往往隐藏于一个固定的普通业务中进行传输，使得保密业务路径被某个普通业务端到端的路径所包含，这样的保密传输实现方式会占用较多的网络资源，降低光网络的业务承载能力，导致光网络具有较小的吞吐量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种用于光网络系统的光学信息隐藏方法及装置，能够在实现光学信息隐藏的同时，优化光网络整体的资源利用率，提高光网络的业务承载能力和吞吐量。
根据本发明的一个方面，提供一种用于光网络系统的光学信息隐藏方法，包括：
接收保密业务和普通业务的建路请求，触发保密业务和普通业务的协同路径计算，其中，所述建路请求中包含业务源节点和目的节点；
为保密业务和普通业务的协同传输分配路径，将保密业务隐藏在多段普通业务中；
为普通业务和保密业务分别进行分离交叉连接，将完成分离交叉连接的普通业务和保密业务重新复用输出。
其中，所述为保密业务和普通业务的协同传输分配路径，将保密业务隐藏在多段普通业务中，包括：
获取光网络拓扑并初始化链路权值；
对每个保密业务进行最短路径的构建并分配波长；
更新光网络拓扑的链路权值；
在所述已更新链路权值后的光网络拓扑上计算普通业务的排序靠前的设定数量短路径；
为普通业务进行路由和波长分配，将保密业务所占用的波长分配给与保密业务的业务路径重合度高的普通业务。
其中，所述对每个保密业务进行最短路径的构建并分配波长，包括：
利用最短路径算法对每个保密业务，在波长平面上计算一条从源节点到目的节点的最短路径，在满足波长一致性和波长连续性的约束下，为每个保密业务分配一个可用波长。
其中，所述更新光网络拓扑的链路权值，包括：
对于其中一个波长平面，如果其中一条链路已经被保密业务所占用，将所述波长平面上所述链路的权值更新为第一权值；
对于其中一个波长平面，如果其中一条链路与所述权值为第一权值的链路相邻，除了与权值为第一权值的链路方向相反的链路之外，所述链路的出节点是权值为第一权值的链路的入节点，或者所述链路的入节点是权值为第一权值的链路的出节点，且所述链路的权值大于第二权值，将所述波长平面上所述链路的权值更新为第二权值；
在所有的波长平面上找到与权值为第二权值的链路相邻的链路，根据其链路权值进行更新，直到遍历完所有波长平面上的所有链路。
其中，所述为普通业务进行路由和波长分配，将保密业务所占用的波长分配给与保密业务的业务路径重合度高的普通业务，包括：
依次从第一个波长平面遍历到最后一个波长平面，找到与保密业务路径集合中路径重合度最高的一条普通业务路径，选定所述找到的普通业务路径为第一普通业务的路径，并将与所述第一普通业务路径重合的保密业务路径所占用的波长分配给所述第一普通业务；
将所述第一普通业务从源节点到目的节点的排序靠前的设定数量短路径从普通业务路径集合中删除，直到为普通业务集合中的所有普通业务完成路由和波长分配。
其中，所述为普通业务和保密业务分别进行分离交叉连接，将完成分离交叉连接的普通业务和保密业务重新复用输出，包括：
根据普通业务信号和保密业务信号的交叉连接关系，将从各端口中接收到的业务信号经过放大器和解复用器，把每个波长上携带的普通业务信号和保密业务信号从接收到的业务信号中分离；
将所述解复用后的普通业务信号和保密业务信号分别经过普通业务光交叉连接矩阵和保密业务光交叉连接矩阵，然后将与噪声近似的保密业务信号加载到对应端口对应波长的普通业务信号上；
经过功率均衡器控制各波长通道光功率的差异；
经过波分复用器将端口中相同波长的两种业务信号汇合，将汇合后的不同波长的业务信号从同一端口复用输出。
根据本发明的另一个方面，提供一种光学信息隐藏装置，包括：
路由算法模块，用于接收保密业务和普通业务的建路请求，触发保密业务和普通业务的协同路径计算，其中，所述建路请求中包含业务源节点和目的节点；为保密业务和普通业务的协同传输分配路径，将保密业务隐藏在多段普通业务中；
光节点模块，用于为普通业务和保密业务分别进行分离交叉连接，将完成分离交叉连接的普通业务和保密业务重新复用输出。
其中，所述路由算法模块包括：
路径分配子模块，用于获取光网络拓扑并初始化链路权值；对每个保密业务进行最短路径的构建并分配波长；更新光网络拓扑的链路权值；在所述已更新链路权值后的光网络拓扑上计算普通业务的排序靠前的设定数量短路径；为普通业务进行路由和波长分配，将保密业务所占用的波长分配给与保密业务的业务路径重合度高的普通业务。
其中，所述路径分配子模块还包括：第一处理子模块、第二处理子模块和第三处理子模块；
第一处理子模块，用于利用最短路径算法对每个保密业务，在波长平面上计算一条从源节点到目的节点的最短路径，在满足波长一致性和波长连续性的约束下，为每个保密业务分配一个可用波长；
第二处理子模块，用于对于其中一个波长平面，如果其中一条链路已经被保密业务所占用，将所述波长平面上所述链路的权值更新为第一权值；对于其中一个波长平面，如果其中一条链路与所述权值为第一权值的链路相邻，除了与权值为第一权值的链路方向相反的链路之外，所述链路的出节点是权值为第一权值的链路的入节点，或者所述链路的入节点是权值为第一权值的链路的出节点，且所述链路的权值大于第二权值，将所述波长平面上所述链路的权值更新为第二权值；在所有的波长平面上找到与权值为第二权值的链路相邻的链路，根据其链路权值进行更新，直到遍历完所有波长平面上的所有链路；
第三处理子模块，用于依次从第一个波长平面遍历到最后一个波长平面，找到与保密业务路径集合中路径重合度最高的一条普通业务路径，选定所述找到的普通业务路径为第一普通业务的路径，并将与所述第一普通业务路径重合的保密业务路径所占用的波长分配给所述第一普通业务；将所述第一普通业务从源节点到目的节点的排序靠前的设定数量短路径从普通业务路径集合中删除，直到为普通业务集合中的所有普通业务完成路由和波长分配。
其中，所述光节点模块还包括：
分离子模块，用于根据普通业务信号和保密业务信号的交叉连接关系，将从各端口中接收到的业务信号通过放大器和解复用器，把每个波长上携带的普通业务信号和保密业务信号从接收到的业务信号中分离；
交叉连接子模块，用于将所述解复用后的普通业务信号和保密业务信号分别经过普通业务光交叉连接矩阵和保密业务光交叉连接矩阵，然后将与噪声近似的保密业务信号加载到对应端口对应波长的普通业务信号上；
功率控制子模块，用于通过功率均衡器控制各波长通道光功率的差异；
复用输出子模块，用于通过波分复用器将端口中相同波长的两种业务信号汇合，将汇合后的不同波长的业务信号从同一端口复用输出。
可以发现，本发明方案是在接收保密业务和普通业务的建路请求后，触发保密业务和普通业务的协同路径计算；为保密业务和普通业务的协同传输分配路径，将保密业务隐藏在多段普通业务中；为普通业务和保密业务分别进行分离交叉连接，将完成分离交叉连接的普通业务和保密业务重新复用输出。本发明为保密业务和普通业务进行协同路径计算，使得普通业务在进行路径规划时能以更大的概率分配与保密业务路径相同的链路；本发明将保密业务隐藏在多段普通业务中，并为普通业务和保密业务配置了交叉连接功能，为普通业务和保密业务分别进行分离交叉连接，这样就克服了现有技术保密业务只能隐藏于单个普通业务中造成的网络资源浪费、吞吐量小的缺陷，优化了光网络整体的资源利用率，提高了光网络的业务承载能力和吞吐量。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为本发明光学信息隐藏技术方案的原理图；
图2为本发明用于光网络系统的光学信息隐藏方法一实施例的流程示意图；
图3为本发明用于光网络系统的光学信息隐藏方法一实施例中光网络链路权值的初始化和业务请求的一举例示意图；
图4为本发明用于光网络系统的光学信息隐藏方法一实施例中保密业务最短路径的构建和光网络拓扑的链路权值更新的一举例示意图；
图5a为本发明用于光网络系统的光学信息隐藏方法一实施例中计算普通业务P(1,13)的前K(K＝2)条短路径过程的一举例示意图；
图5b为本发明用于光网络系统的光学信息隐藏方法一实施例中计算普通业务P(2,10)的前K(K＝2)条短路径过程的一举例示意图；
图6为本发明用于光网络系统的光学信息隐藏方法一实施例中为普通业务进行路由和波长分配过程的一举例示意图；
图7为本发明保密通信交叉连接节点内部示意图；
图8为本发明光学信息隐藏装置一实施例的架构示意图；
图9为本发明光学信息隐藏装置另一实施例的架构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提供一种用于光网络系统的光学信息隐藏方法，能够在实现光学信息隐藏的同时，优化光网络整体的资源利用率，提高光网络的业务承载能力和吞吐量。
请参见图1，图1为本发明光学信息隐藏技术方案的原理图。
光学信息隐藏是基于光学色散器件中的群速度色散效应实现，群速度色散是由光的相速度对于频率的依赖性导致，会引起光的不同频率组成以不同的速度传播。图1中的(a)为需要传输的保密业务信号，它由一系列短光脉冲组成。图1中的(b)为经过高色散介质的保密业务信号脉冲。由于短光脉冲固有的宽光谱特性，使得不同频率光的传播速度不同，保密脉冲的能量展宽，将该展宽后的保密业务信号注入同样支持普通业务信号传输的光传送网中，因为保密业务信号已经在时域进行了展宽，其峰值功率变得足够小，幅度低于系统噪声的幅度，因此如图1的(e)所示，在与系统中的噪声信号和普通业务信号叠加之后，保密业务信号的幅度完全被隐藏起来了，实现了保密业务信号的安全传输。
请参见图2，图2为本发明用于光网络系统的光学信息隐藏方法一实施例的流程示意图。需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的方法并不以图2所示的流程顺序为限。如图2所示，该方法包括如下步骤：
S201：接收保密业务和普通业务的建路请求，触发保密业务和普通业务的协同路径计算，其中，所述建路请求中包含业务源节点和目的节点。
需说明的是，建路请求中除了包含业务源节点和目的节点外，还可以包含传输速率信息。
本实施例中，保密业务可以被建模为T(s,d)，其中s代表保密业务的源节点，d代表保密业务的目的节点。
本实施例中，设定所有的保密业务的传输速率均不大于一个波长下的噪声通道的传输速率。
S202：为保密业务和普通业务的协同传输分配路径，将保密业务隐藏在多段普通业务中。
本实施例中，每个保密业务都可以隐藏在多段普通业务中来提高保密业务的安全性和成功率，同时能够优化光网络整体的资源利用率。
本实施例中，每个保密业务在经过不同的传输链路时都允许隐藏于不同的普通业务之下。
其中，为保密业务和普通业务的协同传输分配路径，将保密业务隐藏在多段普通业务中，可以包括：
1)获取光网络拓扑并初始化链路权值；
2)对每个保密业务进行最短路径的构建并分配波长；
3)更新光网络拓扑的链路权值；
4)在该已更新链路权值后的光网络拓扑上计算每个需要进行传输的普通业务的KSP(Top K Shortest Paths，前K条短路径)；
5)为普通业务进行路由和波长分配，将保密业务所占用的波长分配给与保密业务的业务路径重合度高的普通业务。
以下分别介绍各子步骤：
1)获取光网络拓扑并初始化链路权值
本实施例中，可以设定该获取到的光网络拓扑为G(V,E)，其中V代表网络中节点的集合，节点的个数n＝|V|，E代表网络中光纤链路的集合，光纤链路的数目m＝|E|。假定每条光纤链路中包含|x|个波长，设置光纤链路中每个波长的权值weight(e,λ)＝wini，e∈E，λ用于表示光纤链路中的波长，且λ∈{λ1,λ2,…,λ|x|}。
2)对每个保密业务进行最短路径的构建并分配波长
对于网络中需要进行传输的保密业务集合T，利用最短路径算法为每一个保密业务t，t∈T，在波长平面上计算一条从源节点到目的节点的最短路径，在满足波长一致性和波长连续性的约束下，为每个保密业务分配一个可用波长。
本实施例中，在对每个保密业务进行波长分配的时候，优先分配较长的波长。
3)更新光网络拓扑的链路权值
本实施例中，在更新光网络拓扑的链路权值时，由于保密业务的传输需要隐藏于普通业务的传输之下，为了使得普通业务的路由能够以更大的概率与保密业务的路由重合，按照一定的方式修改现有拓扑的链路权值，普通业务在进行路由分配的时候将会倾向于分配保密业务路径中的链路。
其中，光网络系统更新光网络拓扑的链路权值，可以包括：
对于其中一个波长平面，如果其中一条链路已经被保密业务所占用，那么将该波长平面上该链路的权值更新为第一权值wadj_0；
对于其中一个波长平面，如果其中一条链路与该权值为第一权值的链路相邻，即除了与权值为第一权值的链路方向相反的链路之外，该链路的出节点是权值为第一权值的链路的入节点，或者该链路的入节点是权值为第一权值的链路的出节点，且该链路的权值大于第二权值wadj_1，那么将该波长平面上该链路的权值更新为第二权值wadj_1；
以此类推，在所有的波长平面上找到与权值为第二权值的链路相邻的链路，然后根据其链路权值进行相应的更新，直到遍历完所有波长平面上的所有链路。
4)在该已更新链路权值后的光网络拓扑上计算每个需要进行传输的普通业务的前K条短路径
本实施例中，对于网络中需要进行传输的普通业务，可以被建模为P(s,d)，其中s代表普通业务的源节点，d代表普通业务的目的节点。本实施例中，假设所有普通业务的传输速率均不大于B，B为一个波长所能够提供的传输速率。若普通业务的集合用P表示，从更新拓扑链路权值后的第一个波长平面，即波长数值最长的波长平面开始，利用前K条短路径算法为每个普通业务p，p∈P，计算从源节点到目的节点的前K条短路径，并将这些路径加入普通业务路径集合R(P)中。
5)为普通业务进行路由和波长分配
依次从第一个波长平面遍历到最后一个波长平面，找到与保密业务路径集合中路径重合度最高的一条普通业务路径r(p)，选定r(p)为普通业务p的路径并将该与普通业务p重合的保密业务所占用的波长分配给普通业务p，接着将该普通业务p从源节点到目的节点的前K条短路径从普通业务路径集合R(P)中删除，直到为普通业务集合中的所有普通业务都完成了路由和波长分配。
本实施例中，若在确定了所有普通业务和保密业务的路由和波长之后，仍然存在少部分保密业务的路径没有与普通业务的路径重合，那么这些保密业务将会被阻塞。
S203：为普通业务和保密业务分别进行分离交叉连接，将完成分离交叉连接的普通业务和保密业务重新复用输出。
该步骤可以包括：
根据普通业务信号和保密业务信号共两种业务信号的交叉连接关系，将从各端口中接收到的业务信号经过放大器和解复用器，把每个波长上携带的普通业务信号和保密业务信号从接收到的业务信号中分离出来；
将该解复用后的普通业务信号和保密业务信号分别经过普通业务光交叉连接矩阵和保密业务光交叉连接矩阵，并将与噪声近似也即类似于噪声的保密业务信号加载到对应端口对应波长的普通业务信号上；
进而经过功率均衡器控制各波长通道光功率的差异，功率均衡器可以使各波长通道光功率的差异控制在允许的范围内，防止在经过多个节点的EDFA(Erbium Doped FiberApplication Amplifier，掺饵光纤放大器)级联以后造成严重的非线性效应；
最后经过波分复用器，将端口中相同波长的两种业务信号汇合，将汇合后的不同波长的业务信号从同一端口复用输出。
本发明能够在光网络中为普通业务和保密业务分别实现交叉连接，实现更为灵活的光学信息隐藏，提高光学信息在光传送网中传输的安全性、防止光学信息的截取和窃听。
可以发现，本发明方案是在接收保密业务和普通业务的建路请求后，触发保密业务和普通业务的协同路径计算；为保密业务和普通业务的协同传输分配路径，将保密业务隐藏在多段普通业务中；为普通业务和保密业务分别进行分离交叉连接，将完成分离交叉连接的普通业务和保密业务重新复用输出。本发明为保密业务和普通业务进行协同路径计算，使得普通业务在进行路径规划时能以更大的概率分配与保密业务路径相同的链路；本发明将保密业务隐藏在多段普通业务中，并为普通业务和保密业务配置了交叉连接功能，为普通业务和保密业务分别进行分离交叉连接，这样就克服了现有技术保密业务只能隐藏于单个普通业务中造成的网络资源浪费、吞吐量小的缺陷，优化了光网络整体的资源利用率，提高了光网络的业务承载能力和吞吐量。
进一步的，在本实施例中，每个保密业务都隐藏在多段普通业务中，能够提高保密业务的安全性和成功率。
进一步的，在本实施例中，可以为保密业务和普通业务的协同传输分配路径，能够分别为普通业务和保密业务进行协同路径规划，提高了保密业务传输的成功率。
进一步的，在本实施例中，能够在光网络中为普通业务和保密业务分别实现交叉连接，能够实现更为灵活的光学信息隐藏，提高光学信息在光传送网中传输的安全性、防止光学信息的截取和窃听。
下面进行举例进一步说明本实施例：
请参见图3，图3为本发明用于光网络系统的光学信息隐藏方法一实施例中光网络链路权值的初始化和业务请求的一举例示意图。
如图3所示，保密业务可以被建模为T(s,d)，其中s代表保密业务的源节点，d代表保密业务的目的节点；普通业务可以被建模为P(s,d)，其中s代表普通业务的源节点，d代表普通业务的目的节点。图3中的示意图以λ1～λ10的波长平面为例。其中，光网络拓扑包括14个节点和21条边，每条边上部署两条方向相反的链路，每条链路中包含10个波长，即λ1～λ10。由于λ1～λ10波长平面的拓扑初始化是一样的，此处以一个图为例进行说明。初始状态下假定设置每条光纤链路中每个波长的权值weigh(e,λ)＝wini＝100，其中λ∈λ1～λ10，并且，此处以下发四个业务请求为例，分别包括：为节点3到节点8建立一条保密业务连接，节点4到节点14建立一条保密业务连接；节点1到节点13建立一条普通业务连接，节点2到节点10建立一条普通业务连接。图3中的保密业务连接是：T(3,8)、T(4,14)；普通业务连接是：P(1,13)、P(2,10)。
请参见图4，图4为本发明用于光网络系统的光学信息隐藏方法一实施例中保密业务最短路径的构建和光网络拓扑的链路权值更新的一举例示意图。
如图4所示，本举例示意图以λ1的波长平面为例。保密业务可以被建模为T(s,d)，其中s代表保密业务的源节点，d代表保密业务的目的节点。其中，本举例示意图以Dijkstra's Algorithm(代克思托演算法)构建保密业务最短路径为例，首先根据代克思托演算法在光网络拓扑的初始状态下计算保密业务T(3,8)和T(4,14)的最短路径，为3→7→8和4→5→7→14，并为这两条路径分配一个可用的波长，此处为两条路径优先分配波长较长的可用波长，即λ1。在波长分配完成之后，需要对该波长平面的链路权值大小进行更新，此处将更新链路权值中的第一权值wadj_0设为10，第二权值wadj_1设为30，第三权值wadj_2设为60，第四权值wadj_3设为100……。如图4所示，weight(3→7,λ1)＝10，weight(7→8,λ1)＝10，weight(4→5,λ1)＝10，weight(5→7,λ1)＝10，weight(7→14,λ1)＝10；与这些边相邻的链路包括：1→3、2→3、7→5、14→7、8→10、2→4、11→4、5→6、6→5、7→3、8→7、14→12、14→13，将这些链路在λ1平面处的链路权值设置为30……，以此类推，得到λ1平面上更新后的整个光网络拓扑的链路权值。图4中的T(3,8)的路由为：3→7→8，分配波长为λ1；T(4,14)的路由为：4→5→7→14，分配波长为λ1。
请一并参见图5a和图5b，图5a为本发明用于光网络系统的光学信息隐藏方法一实施例中计算普通业务P(1,13)的前K(K＝2)条短路径过程的一举例示意图，图5b为本发明用于光网络系统的光学信息隐藏方法一实施例中计算普通业务P(2,10)的前K(K＝2)条短路径过程的一举例示意图。
如图5a和图5b所示，在基于图4中在该已更新链路权值后的光网络拓扑上，为普通业务P(1,13)和P(2,10)计算前K(K＝2)条短路径，这里采用的是Yen's Algorithm(YEN算法)，它利用了递推法中的偏离路径算法思想，适用于非负权边的有向无环图结构。如图5a和图5b所示，假定s和t是图5a和图5b中的两个节点，从s到t的路径集合用Pst表示，从s到t的路径p由节点序列表示，即p＝(v1＝s,v2,…,vh＝t)，其中，1<h≤n，并且对于所有的j＝1，…，h-1，都有(vj,vj+1)∈E。s和t分别称为p的初始节点和终止节点。p的长度c(p)为p上所有链路的长度之和，即c(p)＝∑(i,j)∈pcij。Yen's Algorithm算法计算普通业务的前K条短路径过程，包括：
(1)使用标准的最短路径算法(如Dijkstra's Algorithm)找到从s到t的最短路径，将其作为最短路径p1并放入结果列表A中。
(2)在求得前K条短路径{p1，p2，…，pk}之后，取pk中除了终止节点t之外的每个节点vi作为可能的偏离节点，计算vi到节点t的最短路径。在计算vi到t的最短路径时，需要满足以下两个条件：
第一，为了保证无环，该路径不能通过当前最短路径pk上从s到vi之间任何节点；
第二，为了避免与以前找到的路径重复，从节点vi分出的边不能与以前找到的最短路径p1，p2，…，pk上从vi分出的边相同。
(3)在找到了vi与t之间满足以上两个条件的最短路径后，将该最短路径与当前路径pk上从s到vi的路径拼接在一起构成pk+1的一条候选路径，并将其存储在候选路径列表B中。
(4)从候选路径列表B中选择最短的一条作为pk+1，并将其放入结果列表A中。以上(2)～(4)过程不断重复，直到得到前K条短路径为止。
图5a中，按从左向右、从上向下的顺序查看，第一个子图中最短路径为：1→3→7→14→13；第二个子图中偏离点为节点1，路径为：1→2→3→7→14；第三个子图中偏离点为节点3，路径为：1→3→2→4→5→7→14→13；第四个子图中偏离点为节点7，路径为：1→3→7→8→10→13；第五个子图中偏离点为节点14，路径为：1→3→7→14→12→11→13；第六个子图中，最短路径为：1→3→7→14→13，次短路径为：1→2→3→7→14→13。
图5b中，按从左向右、从上向下的顺序查看，第一个子图中最短路径为：2→3→7→8→10；第二个子图中偏离点为节点2，路径为：2→4→5→7→8→10；第三个子图中偏离点为节点3，路径为：2→3→1→9→10；第四个子图中偏离点为节点7，路径为：2→3→7→14→13→10；第五个子图中偏离点为节点8，没有找到符合条件的路径；第六个子图中，最短路径为：2→3→7→8→10，次短路径为：2→4→5→7→8→10。
请参见图6，图6为本发明用于光网络系统的光学信息隐藏方法一实施例中为普通业务进行路由和波长分配过程的一举例示意图。
如图6所示，对于已经计算好的普通业务P(1,13)和P(2,10)的前K(K＝2)条短路径，将其放入普通业务路径集合R(P)中，依次从λ1～λ10波长平面进行遍历，找到与保密业务T(3,8)的路径3→7→8和保密业务T(4,14)的路径4→5→7→14重合度最高的路径，此处保密业务只在λ1波长平面传输，因此在λ1平面进行普通业务波长分配：
首先，从R(P)中选择P(2,10)的次短路径2→4→5→7→8→10，因为它能够与保密业务路径中的3条链路完全重合，所以为P(2,10)分配的路由为：2→4→5→7→8→10，分配的波长为λ1；
然后，将该路径及P(2,10)剩下的最短路径从R(P)中删除；
接下来，对于剩下的2条保密业务链路3→7、7→14和1个普通业务P(1,13)，选择P(1,13)的最短路径1→3→7→14→13，那么剩下的保密业务路径就能够完全与普通业务路径重合，使得保密业务全部隐藏于普通业务之下，选定该路径为P(1,13)的路径并将λ1波长分配给P(1,13)的最短路径，同样将P(1,13)的两条路径从R(P)中删除，至此完成了所有普通业务的路由和波长分配。
图6中，T(3,8)的路径：3→7→8，分配波长λ1；T(4,14)的路径：4→5→7→14，分配波长λ1；P(1,13)的路径：1→3→7→14→13，分配波长λ1；P(2,10)的路径：2→4→5→7→8→10，分配波长λ1。
请参见图7，图7为本发明保密通信交叉连接节点内部示意图。
如图7所示，该保密通信交叉连接节点表明了上述举例例子中节点7的连接关系。由于现有光网络中的交叉节点是对单个波长上的全部信号进行交换连接，而在本发明光学信息隐藏技术方案中，普通业务和保密业务在某个节点上的交换连接关系不一定是相同的，因此需要在光网络中所有节点上分别对普通业务和保密业务进行交换连接。如图3所示，假定光网络中每根光纤复用的波长数为10，分别为λ1～λ10，当光信号经过交叉连接节点时，首先经过放大器和解复用器，其中放大器一般选用EDFA，得到单波长光波之后，接下来需要对信号中包含的普通业务信号和保密业务信号进行分离；利用分光器将光信号分成两路，然后将两路信号分别经过与普通业务信号和保密业务信号相匹配的滤波器，从而得到对应的普通业务信号和保密业务信号。
在如图7所示的保密通信交叉连接节点7上，定义1端口为该节点与节点3相连的端口；2端口为该节点与节点5相连的端口；3端口该节点为与节点14相连的端口；4端口为该节点与节点8相连的端口。由控制平面得到的路由分配方案，1端口输入信号λ1波长中的普通业务信号将要交换到3端口的λ1波长中输出，2端口输入信号λ1波长中的普通业务信号将要交换到4端口的λ1波长中输出，1端口输入信号的λ1波长中的保密业务信号将要交换到4端口的λ1波长中输出，2端口输入信号的λ1波长中的保密业务信号交换到3端口的λ1波长中输出，这两个交叉连接矩阵均由控制平面进行控制。在完成交换连接之后，将对应端口对应波长的保密业务信号和普通业务信号叠加在一起，经过功率均衡器之后重新复用输出。而对于现有技术的光交换节点，普通业务信号和保密业务信号将一同经过同一个光交叉连接矩阵，这样将无法分别为普通业务和保密业务进行路径规划，降低保密业务传输的成功率，本发明方案则解决了现有技术的缺陷。
本发明还提供一种光学信息隐藏装置，能够优化光网络整体的资源利用率，提高光网络的业务承载能力和吞吐量。
请参见图8，图8为本发明光学信息隐藏装置一实施例的架构示意图。
如图8所示，本发明的一种光学信息隐藏装置，包括：路由算法模块81、光节点模块82。
路由算法模块81，用于接收保密业务和普通业务的建路请求，触发保密业务和普通业务的协同路径计算，其中，所述建路请求中包含业务源节点和目的节点；为保密业务和普通业务的协同传输分配路径，将保密业务隐藏在多段普通业务中。
其中，所述为保密业务和普通业务的协同传输分配路径，将保密业务隐藏在多段普通业务中，包括：获取光网络拓扑并初始化链路权值；对每个保密业务进行最短路径的构建并分配波长；更新光网络拓扑的链路权值；在所述已更新链路权值后的光网络拓扑上计算普通业务的排序靠前的设定数量短路径；为普通业务进行路由和波长分配，将保密业务所占用的波长分配给与保密业务的业务路径重合度高的普通业务。
光节点模块82，用于为普通业务和保密业务分别进行分离交叉连接，将完成分离交叉连接的普通业务和保密业务重新复用输出。
请参见图9，图9为本发明光学信息隐藏装置另一实施例的架构示意图。图9相对于图8更详细描述了装置结构。
如图9所示，本发明的一种光学信息隐藏装置，包括：路由算法模块81、光节点模块82。路由算法模块81、光节点模块82的功能也可以参见图8所述，此处不再赘述。
其中，所述路由算法模块81可以包括：请求接收子模块811和路径分配子模块812。
请求接收子模块811，用于接收保密业务和普通业务的建路请求，触发保密业务和普通业务的协同路径计算，其中，所述建路请求中包含业务源节点和目的节点。
路径分配子模块812，用于为保密业务和普通业务的协同传输分配路径，将保密业务隐藏在多段普通业务中，具体包括：获取光网络拓扑并初始化链路权值；对每个保密业务进行最短路径的构建并分配波长；更新光网络拓扑的链路权值；在所述已更新链路权值后的光网络拓扑上计算普通业务的排序靠前的设定数量短路径；为普通业务进行路由和波长分配，将保密业务所占用的波长分配给与保密业务的业务路径重合度高的普通业务。
其中，所述路径分配子模块812还可以进一步包括：第一处理子模块8121、第二处理子模块8122、第三处理子模块8123。
第一处理子模块8121，用于利用最短路径算法对每个保密业务，在波长平面上计算一条从源节点到目的节点的最短路径，在满足波长一致性和波长连续性的约束下，为每个保密业务分配一个可用波长。
第二处理子模块8122，用于对于其中一个波长平面，如果其中一条链路已经被保密业务所占用，将所述波长平面上所述链路的权值更新为第一权值；对于其中一个波长平面，如果其中一条链路与所述权值为第一权值的链路相邻，即除了与权值为第一权值的链路方向相反的链路之外，所述链路的出节点是权值为第一权值的链路的入节点，或者所述链路的入节点是权值为第一权值的链路的出节点，且所述链路的权值大于第二权值，将所述波长平面上所述链路的权值更新为第二权值；在所有的波长平面上找到与权值为第二权值的链路相邻的链路，根据其链路权值进行更新，直到遍历完所有波长平面上的所有链路。
第三处理子模块8123，用于依次从第一个波长平面遍历到最后一个波长平面，找到与保密业务路径集合中路径重合度最高的一条普通业务路径，选定所述找到的普通业务路径为第一普通业务的路径，并将与所述第一普通业务路径重合的保密业务路径所占用的波长分配给所述第一普通业务；将所述第一普通业务从源节点到目的节点的排序靠前的设定数量短路径从普通业务路径集合中删除，直到为普通业务集合中的所有普通业务完成路由和波长分配。
其中，所述光节点模块82还可以进一步包括：分离子模块821、交叉连接子模块822、功率控制子模块823、复用输出子模块824。
分离子模块821，用于根据普通业务信号和保密业务信号的交叉连接关系，将从各端口中接收到的业务信号通过放大器和解复用器，把每个波长上携带的普通业务信号和保密业务信号从接收到的业务信号中分离。
交叉连接子模块822，用于将所述解复用后的普通业务信号和保密业务信号分别经过普通业务光交叉连接矩阵和保密业务光交叉连接矩阵，然后将与噪声近似的保密业务信号加载到对应端口对应波长的普通业务信号上。
功率控制子模块823，用于通过功率均衡器控制各波长通道光功率的差异。功率均衡器可以使各波长通道光功率的差异控制在允许的范围内，防止在经过多个节点的掺饵光纤放大器级联以后造成严重的非线性效应。
复用输出子模块824，用于通过波分复用器将端口中相同波长的两种业务信号汇合，将汇合后的不同波长的业务信号从同一端口复用输出。
本发明在光网络中为普通业务和保密业务分别实现交叉连接，实现了更为灵活的光学信息隐藏，提高了光网络的业务承载能力和吞吐量，提高了光学信息在光传送网中传输的安全性、防止光学信息的截取和窃听。
上述装置和模块的功能还可以进一步参见前面方法部分的描述，此处不再赘述。
此外，根据本发明的方法还可以实现为一种计算机程序或计算机程序产品，该计算机程序或计算机程序产品包括用于执行本发明的上述方法中限定的上述各步骤的计算机程序代码指令。
或者，本发明还可以实施为一种非暂时性机器可读存储介质(或计算机可读存储介质、或机器可读存储介质)，其上存储有可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)，当所述可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)被电子设备(或计算设备、服务器等)的处理器执行时，使所述处理器执行根据本发明的上述方法的各个步骤。
本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于光网络系统的光学信息隐藏方法，其特征在于，包括：
接收保密业务和普通业务的建路请求，触发保密业务和普通业务的协同路径计算，其中，所述建路请求中包含业务源节点和目的节点；
为保密业务和普通业务的协同传输分配路径，将保密业务隐藏在多段普通业务中；
为普通业务和保密业务分别进行分离交叉连接，将完成分离交叉连接的普通业务和保密业务重新复用输出。
2.如权利要求1所述的用于光网络系统的光学信息隐藏方法，其特征在于，所述为保密业务和普通业务的协同传输分配路径，将保密业务隐藏在多段普通业务中，包括：
获取光网络拓扑并初始化链路权值；
对每个保密业务进行最短路径的构建并分配波长；
更新光网络拓扑的链路权值；
在所述已更新链路权值后的光网络拓扑上计算普通业务的排序靠前的设定数量短路径；
为普通业务进行路由和波长分配，将保密业务所占用的波长分配给与保密业务的业务路径重合度高的普通业务。
3.如权利要求2所述的用于光网络系统的光学信息隐藏方法，其特征在于，所述对每个保密业务进行最短路径的构建并分配波长，包括：
利用最短路径算法对每个保密业务，在波长平面上计算一条从源节点到目的节点的最短路径，在满足波长一致性和波长连续性的约束下，为每个保密业务分配一个可用波长。
4.如权利要求2所述的用于光网络系统的光学信息隐藏方法，其特征在于，所述更新光网络拓扑的链路权值，包括：
对于其中一个波长平面，如果其中一条链路已经被保密业务所占用，将所述波长平面上所述链路的权值更新为第一权值；
对于其中一个波长平面，如果其中一条链路与所述权值为第一权值的链路相邻，除了与权值为第一权值的链路方向相反的链路之外，所述链路的出节点是权值为第一权值的链路的入节点，或者所述链路的入节点是权值为第一权值的链路的出节点，且所述链路的权值大于第二权值，将所述波长平面上所述链路的权值更新为第二权值；
在所有的波长平面上找到与权值为第二权值的链路相邻的链路，根据其链路权值进行更新，直到遍历完所有波长平面上的所有链路。
5.如权利要求2所述的用于光网络系统的光学信息隐藏方法，其特征在于，所述为普通业务进行路由和波长分配，将保密业务所占用的波长分配给与保密业务的业务路径重合度高的普通业务，包括：
依次从第一个波长平面遍历到最后一个波长平面，找到与保密业务路径集合中路径重合度最高的一条普通业务路径，选定所述找到的普通业务路径为第一普通业务的路径，并将与所述第一普通业务路径重合的保密业务路径所占用的波长分配给所述第一普通业务；
将所述第一普通业务从源节点到目的节点的排序靠前的设定数量短路径从普通业务路径集合中删除，直到为普通业务集合中的所有普通业务完成路由和波长分配。
6.如权利要求1至5任意一项所述的用于光网络系统的光学信息隐藏方法，其特征在于，所述为普通业务和保密业务分别进行分离交叉连接，将完成分离交叉连接的普通业务和保密业务重新复用输出，包括：
根据普通业务信号和保密业务信号的交叉连接关系，将从各端口中接收到的业务信号经过放大器和解复用器，把每个波长上携带的普通业务信号和保密业务信号从接收到的业务信号中分离；
将所述解复用后的普通业务信号和保密业务信号分别经过普通业务光交叉连接矩阵和保密业务光交叉连接矩阵，然后将与噪声近似的保密业务信号加载到对应端口对应波长的普通业务信号上；
经过功率均衡器控制各波长通道光功率的差异；
经过波分复用器将端口中相同波长的两种业务信号汇合，将汇合后的不同波长的业务信号从同一端口复用输出。
7.一种光学信息隐藏装置，其特征在于，包括：
路由算法模块，用于接收保密业务和普通业务的建路请求，触发保密业务和普通业务的协同路径计算，其中，所述建路请求中包含业务源节点和目的节点；为保密业务和普通业务的协同传输分配路径，将保密业务隐藏在多段普通业务中；
光节点模块，用于为普通业务和保密业务分别进行分离交叉连接，将完成分离交叉连接的普通业务和保密业务重新复用输出。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述路由算法模块包括：
路径分配子模块，用于获取光网络拓扑并初始化链路权值；对每个保密业务进行最短路径的构建并分配波长；更新光网络拓扑的链路权值；在所述已更新链路权值后的光网络拓扑上计算普通业务的排序靠前的设定数量短路径；为普通业务进行路由和波长分配，将保密业务所占用的波长分配给与保密业务的业务路径重合度高的普通业务。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述路径分配子模块还包括：第一处理子模块、第二处理子模块和第三处理子模块；
第一处理子模块，用于利用最短路径算法对每个保密业务，在波长平面上计算一条从源节点到目的节点的最短路径，在满足波长一致性和波长连续性的约束下，为每个保密业务分配一个可用波长；
第二处理子模块，用于对于其中一个波长平面，如果其中一条链路已经被保密业务所占用，将所述波长平面上所述链路的权值更新为第一权值；对于其中一个波长平面，如果其中一条链路与所述权值为第一权值的链路相邻，除了与权值为第一权值的链路方向相反的链路之外，所述链路的出节点是权值为第一权值的链路的入节点，或者所述链路的入节点是权值为第一权值的链路的出节点，且所述链路的权值大于第二权值，将所述波长平面上所述链路的权值更新为第二权值；在所有的波长平面上找到与权值为第二权值的链路相邻的链路，根据其链路权值进行更新，直到遍历完所有波长平面上的所有链路；
第三处理子模块，用于依次从第一个波长平面遍历到最后一个波长平面，找到与保密业务路径集合中路径重合度最高的一条普通业务路径，选定所述找到的普通业务路径为第一普通业务的路径，并将与所述第一普通业务路径重合的保密业务路径所占用的波长分配给所述第一普通业务；将所述第一普通业务从源节点到目的节点的排序靠前的设定数量短路径从普通业务路径集合中删除，直到为普通业务集合中的所有普通业务完成路由和波长分配。
10.如权利要求7至9任一项所述的装置，其特征在于，所述光节点模块还包括：
分离子模块，用于根据普通业务信号和保密业务信号的交叉连接关系，将从各端口中接收到的业务信号通过放大器和解复用器，把每个波长上携带的普通业务信号和保密业务信号从接收到的业务信号中分离；
交叉连接子模块，用于将所述解复用后的普通业务信号和保密业务信号分别经过普通业务光交叉连接矩阵和保密业务光交叉连接矩阵，然后将与噪声近似的保密业务信号加载到对应端口对应波长的普通业务信号上；
功率控制子模块，用于通过功率均衡器控制各波长通道光功率的差异；
复用输出子模块，用于通过波分复用器将端口中相同波长的两种业务信号汇合，将汇合后的不同波长的业务信号从同一端口复用输出。
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