CN109547874B - 电力骨干光传输网业务可靠均衡路由波长分配方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力骨干光传输网的业务可靠均衡路由波长分配方法及系统，其包括：获取电力OTN网络节点和链路信息；计算包含节点重要度和链路可靠度及业务波长占用率的链路可靠均衡因子；按照平均链路可靠均衡因子最大准则选择业务路由路径；按照选择业务路由路径进行链路波长分配。本发明能有效提高电力骨干OTN网络规划性能的业务传输可靠性和网络资源均衡性。

Description

电力骨干光传输网业务可靠均衡路由波长分配方法及系统

技术领域

本发明涉及一种电力光传送网络(Optical Transport Network，OTN)技术领域，特别是关于一种电力骨干光传输网的业务可靠均衡路由波长分配方法及系统。

背景技术

目前，随着能源互联网的发展，电力通信网将承载大量高带宽、大颗粒IP业务。为适应以上需求，要求电力骨干光传输网能够既提供更高带宽以满足大颗粒业务的传输，又提供灵活可靠的业务调度和安全保障机制。光传送网络(OpticalTransport Network，OTN)技术是承载大容量电力骨干传输网络的重要技术，由于电力骨干传输网承载的业务数量和类型日益增长，而目前电力骨干传输网的可用网络资源有限，因此如何在电力骨干OTN网络中为业务构建合适的路由波长分配策略成为电力骨干OTN网络规划设计过程中重要环节。

现有电力骨干OTN网络常对业务采用最短路径或最小资源占用法路由规划与波长分配，能够满足现有电力业务的通信服务质量要求(Quality of Service,QoS)；但未同时考虑光纤链路可靠性和节点光纤波长资源占用均衡性控制。

发明内容

针对现有电力骨干OTN网络路由波长分配方法未考虑可靠均衡性的技术局限性问题，本发明的目的是提供一种电力骨干光传输网的业务可靠均衡路由波长分配方法及系统，其能有效提高电力骨干OTN网络规划性能的业务传输可靠性和网络资源均衡性。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种电力骨干光传输网的业务可靠均衡路由波长分配方法，其包括以下步骤：S1.获取电力OTN网络节点和链路信息；S2.计算包含节点重要度和链路可靠度及业务波长占用率的链路可靠均衡因子；S3.按照平均链路可靠均衡因子最大准则选择业务路由路径；S4.按照选择业务路由路径进行链路波长分配。

进一步，所述步骤S1中，设电力OTN网络的节点总数目为N，节点ID号标示为i，1≤i≤N；节点i的空间拓扑坐标为P_i(x_i,y_i)；设网络的链路总数目为M，节点i和节点j之间的链路为E_ij，1≤i,j≤N，链路E_ij的相关技术参数定义为：链路光纤长度为l_ij、链路光中继放大器数目为a_ij、链路波长容量为C_ij、链路承载业务后的业务链路占用波长数为f_ij，0≤f_ij≤C_ij；单位百公里长度光纤链路的故障风险率为P_e，单个光放大器的故障风险率为P_a；对网络中每个节点i，获取空间拓扑坐标为P_i(x_i,y_i)，计算电力OTN网络中心的空间拓扑坐标P_z(x_z,y_z)；对网络中每条链路E_ij，获取链路技术参数l_ij、a_ij、C_ij、f_ij，P_e和P_a。

进一步，所述电力OTN网络中心的空间拓扑坐标P_z(x_z,y_z)为：

进一步，所述步骤S2中，对网络中每个节点i，计算网络节点重要度I_i；对网络中每条链路E_ij，计算链路可靠度R_ij；对网络中每条链路E_ij，计算链路的波长占用率Z_ij；对网络中每条链路E_ij，根据网络节点重要度I_i、链路可靠度R_ij和链路的波长占用率Z_ij计算链路可靠均衡因子B_ij。

进一步，所述网络节点重要度I_i按照网络节点重要度I_i与节点i到网络中心距离成反比公式计算得到：

所述链路可靠度R_ij按照链路可靠度R_ij为链路光纤故障风险率和放大器故障风险度乘积公式计算得到：

所述链路的波长占用率Z_ij按照百分比占用比例公式计算得到：

其中，空间拓扑坐标为P_i(x_i,y_i)；电力OTN网络中心的空间拓扑坐标P_z(x_z,y_z)；P_e为单位百公里长度光纤链路的故障风险率；P_a为单个光放大器的故障风险率；l_ij为链路光纤长度；a_ij为链路光中继放大器数目；f_ij为链路承载业务后的业务链路占用波长数；C_ij为链路波长容量。

进一步，所述链路可靠均衡因子B_ij为：

进一步，所述步骤S3中，给定业务S_pq，给定起始节点和终止节点分别标识为p和q的任意一个业务S_pq，设业务S_pq可行的一条路由路径J_pq包含k条链路，链路J_pq的k-1个中继节点分别标识为s₁,s₂,...,s_h,...s_k-1，其中1≤s_h,≤N，则路由路径J_pq可标识为p→s₁→s₂→...→s_h...→s_k-1→q；根据优化目标，采用下一跳链路的路径添加法，选择出业务S_pq的最优路由路径optJ_pq。

进一步，所述优化目标为：以平均链路可靠均衡因子

最大为优化目标。

进一步，所述步骤S4中，对于定业务S_pq，按照选择业务路由路径optJ_pq，对路径包含的各条链路为该业务S_pq进行波长分配。

一种电力骨干光传输网的业务可靠均衡路由波长分配系统，其包括节点和链路信息获取模块、链路可靠均衡因子计算模块、业务路由路径选择模块和链路波长分配模块；所述节点和链路信息获取模块用于获取电力OTN网络节点和链路信息；所述链路可靠均衡因子计算模块用于计算包含节点重要度和链路可靠度及业务波长占用率的链路可靠均衡因子；所述业务路由路径选择模块用于按照平均链路可靠均衡因子最大准则选择业务路由路径；所述链路波长分配模块用于按照选择业务路由路径进行链路波长分配。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明在充分考虑业务路由波长分配中光纤链路故障风险度和节点波长占用均衡性基础上，通过获取网络拓扑信息及业务需求，计算包含节点重要度和链路可靠度及业务波长占用率的链路可靠均衡因子，按照平均链路可靠均衡因子最大准则选择业务路由路径，按照选择路由路径对传输业务进行波长分配，有效提高电力骨干OTN网络规划性能的业务传输可靠性和网络资源均衡性。

附图说明

图1为本发明方法整体流程示意图；

图2为本发明方法典型应用场景示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

如图1所示，本发明提供一种电力骨干光传输网的业务可靠均衡路由波长分配方法，其包括以下步骤：

S1.获取电力OTN网络节点和链路信息；

设电力OTN网络的节点总数目为N(取值范围为5～50)，节点ID号标示为i(1≤i≤N)，节点i的空间拓扑坐标为P_i(x_i,y_i)；设网络的链路总数目为M，节点i和节点j之间的链路为E_ij(1≤i,j≤N)，链路E_ij的相关技术参数定义为：链路光纤长度为l_ij(单位为百公里)、链路光中继放大器数目为a_ij(典型取值范围为0～6)、链路波长容量为C_ij、链路承载业务后的业务链路占用波长数为f_ij(0≤f_ij≤C_ij)；单位百公里长度光纤链路的故障风险率为P_e(P_e典型取值范围为0～0.001)，单个光放大器的故障风险率为P_a(P_a典型取值范围为0～0.001)；对网络中每个节点i，获取空间拓扑坐标为P_i(x_i,y_i)，按照公式

和公式

计算电力OTN网络中心的空间拓扑坐标P_z(x_z,y_z)；对网络中每条链路E_ij，获取链路以上技术参数l_ij、a_ij、C_ij、f_ij，P_e和P_a。

实施例：如图2所示，电力骨干OTN网络中包含6个节点，节点之间为双向链路。由于光模块传输存在距离限制，在各双向链路上均匀分布着若干光中继放大器。网络中虚线为二条节点6到节点3的可行传输路径。其中所述网络中节点需要具备波长转换功能，节点能够收集及统计其所连接链路中可用波长的信息，能够将接收到的信息频率进行波长转换，转换成下一跳链路中可用的波长频率，并将信息传送给下一节点。

在上述实施例中，电力OTN网络的节点总数目为N＝6，节点ID号标示为i(1≤i≤N)，节点i的空间拓扑坐标为P_i(x_i,y_i)，各节点坐标如表1所示；网络的链路总数目为M＝9，节点i和节点j之间的链路为E_ij(1≤i,j≤N)，链路E_ij的相关技术参数定义为：链路光纤长度为l_ij(单位为百公里)、链路光中继放大器数目为a_ij、链路波长容量为C_ij、链路承载业务后的业务链路占用波长数为f_ij(0≤f_ij≤C_ij)；单位公里长度光纤链路的故障风险率为P_e＝0.001，单个光放大器的故障风险率为P_a＝0.001；对网络中每个节点i，获取空间拓扑坐标为P_i(x_i,y_i)，按照公式

和公式

计算电力OTN网络中心的空间拓扑坐标P_z(x_z,y_z),如表1所示；对网络中每条链路E_ij，获取链路以上技术参数l_ij、a_ij、C_ij、f_ij，P_e和P_a,如表2所示。

表1网络节点坐标

P<sub>i</sub>	1	2	3	4	5	6	P
								(x<sub>i</sub>,y<sub>i</sub>)	(1,1)	(4,7)	(8,17)	(14,14)	(14,6)	(15,2)	(9,8)

表2链路的相关技术参数

E<sub>ij</sub>	l<sub>ij</sub>/百公里	a<sub>ij</sub>	C<sub>ij</sub>	f<sub>ij</sub>
					E<sub>12</sub>	1.6	2	144	30
E<sub>16</sub>	3.4	4	144	29
					E<sub>23</sub>	2.6	3	144	34
E<sub>24</sub>	3.0	3	144	34
					E<sub>26</sub>	2.9	3	144	27
E<sub>34</sub>	1.6	2	144	30
					E<sub>35</sub>	3.0	3	144	30
E<sub>45</sub>	2.0	2	144	32
					E<sub>56</sub>	1.0	1	144	33

S2.计算包含节点重要度和链路可靠度及业务波长占用率的链路可靠均衡因子；

对网络中每个节点i，按照网络节点重要度I_i与节点i到网络中心距离成反比公式

计算网络节点重要度I_i；对网络中每条链路E_ij，按照链路可靠度R_ij为链路光纤故障风险率和放大器故障风险度乘积公式

计算链路可靠度R_ij；对网络中每条链路E_ij，按照百分比占用比例公式

计算链路的波长占用率Z_ij；对网络中每条链路E_ij，按照公式

计算链路可靠均衡因子B_ij。

在如图2所示的实施例中，对网络中每个节点i，按照网络节点重要度I_i与节点i到网络中心(实施例中为(9，8))距离成反比公式

计算网络节点重要度I_i，如表3所示；对网络中每条链路E_ij，按照链路可靠度R_ij为链路光纤故障风险率和放大器故障风险度乘积公式

计算链路可靠度R_ij；对网络中每条链路E_ij，按照百分比占用比例公式

计算链路的波长占用率Z_ij；对网络中每条链路E_ij，按照公式

计算链路可靠均衡因子B_ij，链路可靠度R_ij，波长占用率Z_ij和链路可靠均衡因子B_ij如表4所示。

表3络节点重要度

P<sub>i</sub>	1	2	3	4	5	6
							I<sub>i</sub>	0.1000	0.0182	0.0034	0.0050	0.0238	0.0909

表4链路可靠度，波长占用率和链路可靠均衡因子

E<sub>ij</sub>	R<sub>ij</sub>	Z<sub>ij</sub>	B<sub>ij</sub>
				E<sub>12</sub>	0.9964	0.2153	0.2735
E<sub>16</sub>	0.9926	0.2083	0.4548
				E<sub>23</sub>	0.9944	0.2431	0.0442
E<sub>24</sub>	0.9940	0.2431	0.0474
				E<sub>26</sub>	0.9941	0.1944	0.2790
E<sub>34</sub>	0.9964	0.2153	0.0194
				E<sub>35</sub>	0.9940	0.2153	0.0628
E<sub>45</sub>	0.9960	0.2292	0.0626
				E<sub>56</sub>	0.9980	0.2361	0.2424

S3.按照平均链路可靠均衡因子最大准则选择业务路由路径；

给定业务S_pq，给定起始节点和终止节点分别标识为p和q的任意一个业务S_pq，设业务S_pq可行的一条路由路径J_pq包含k条链路，链路J_pq的k-1个中继节点分别标识为s₁,s₂,...,s_h,...s_k-1，其中1≤s_h,≤N，则路由路径J_pq可标识为p→s₁→s₂→...→s_h...→s_k-1→q；以平均链路可靠均衡因子

最大为优化目标，采用下一跳链路的路径添加法，选择出业务S_pq的最优路由路径optJ_pq。

在如图2所示的实施例中，给定业务S_pq，给定起始节点和终止节点分别标识为p和q的任意一个业务S_pq(实施例中业务为S₆₃)，设业务S_pq可行的一条路由路径J_pq包含k条链路，链路J_pq的k-1个中继节点分别标识为s₁,s₂,...,s_h,...s_k-1，其中1≤s_h,≤N，则实例中路由路径J_pq可标识为p→s₁→s₂→...→s_h...→s_k-1→q；以平均链路可靠均衡因子

最大为优化目标，采用下一跳链路添加法，选择出业务S_pq的最优路由路径optJ_pq，业务S₆₃的可行路径及平均链路可靠均衡因子

如表5所示，最优路由路径optJ_pq为6→1→2→3。

表5可行路径及对应平均链路可靠均衡因子

S4.按照选择业务路由路径进行链路波长分配；

对于定业务S_pq，按照选择业务路由路径optJ_pq，对路径包含的各条链路为该业务S_pq进行波长分配。

在如图2所示的实施例中，对于定业务S₆₃，按照选择业务路由路径optJ_pq:6→1→2→3，对路径包含的各条链路为该业务S₆₃进行波长分配。

本发明还提供一种电力骨干光传输网的业务可靠均衡路由波长分配系统，其包括节点和链路信息获取模块、链路可靠均衡因子计算模块、业务路由路径选择模块和链路波长分配模块；

节点和链路信息获取模块用于获取电力OTN网络节点和链路信息；

链路可靠均衡因子计算模块用于计算包含节点重要度和链路可靠度及业务波长占用率的链路可靠均衡因子；

业务路由路径选择模块用于按照平均链路可靠均衡因子最大准则选择业务路由路径；

链路波长分配模块用于按照选择业务路由路径进行链路波长分配。

综上所述，本发明在充分考虑业务路由波长分配中光纤链路故障风险度和节点波长占用均衡性基础上，通过获取网络拓扑信息及业务需求，计算包含节点重要度和链路可靠度及业务波长占用率的链路可靠均衡因子，按照平均链路可靠均衡因子最大准则选择业务路由路径，按照选择路由路径对传输业务进行波长分配，有效提高电力骨干OTN网络规划性能的业务传输可靠性和网络资源均衡性。

上述各实施例仅用于说明本发明，各个步骤都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别步骤进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种电力骨干光传输网的业务可靠均衡路由波长分配方法，其特征在于包括以下步骤：

S1.获取电力OTN网络节点和链路信息；其中，电力OTN网络为电力骨干光传输网；

S2.计算包含节点重要度和链路可靠度及业务波长占用率的链路可靠均衡因子；

S3.按照平均链路可靠均衡因子最大准则选择业务路由路径；

S4.按照选择业务路由路径进行链路波长分配；

所述步骤S2中，对网络中每个节点i，计算网络节点重要度I_i；对网络中每条链路E_ij，计算链路可靠度R_ij；对网络中每条链路E_ij，计算链路的波长占用率Z_ij；对网络中每条链路E_ij，根据网络节点重要度I_i、链路可靠度R_ij和链路的波长占用率Z_ij计算链路可靠均衡因子B_ij；

所述网络节点重要度I_i按照网络节点重要度I_i与节点i到网络中心距离成反比公式计算得到：

所述链路可靠度R_ij按照链路可靠度R_ij为链路光纤故障风险率和放大器故障风险度乘积公式计算得到：

所述链路的波长占用率Z_ij按照百分比占用比例公式计算得到：

其中，空间拓扑坐标为P_i(x_i,y_i)；电力OTN网络中心的空间拓扑坐标P_z(x_z,y_z)；P_e为单位百公里长度光纤链路的故障风险率；P_a为单个光放大器的故障风险率；l_ij为链路光纤长度；a_ij为链路光中继放大器数目；f_ij为链路承载业务后的业务链路占用波长数；C_ij为链路波长容量；

所述链路可靠均衡因子B_ij为：

2.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤S1中，设电力OTN网络的节点总数目为N，节点ID号标示为i，1≤i≤N；节点i的空间拓扑坐标为P_i(x_i,y_i)；设网络的链路总数目为M，节点i和节点j之间的链路为E_ij，1≤i,j≤N，链路E_ij的相关技术参数定义为：链路光纤长度为l_ij、链路光中继放大器数目为a_ij、链路波长容量为C_ij、链路承载业务后的业务链路占用波长数为f_ij，0≤f_ij≤C_ij；单位百公里长度光纤链路的故障风险率为P_e，单个光放大器的故障风险率为P_a；对网络中每个节点i，获取空间拓扑坐标为P_i(x_i,y_i)，计算电力OTN网络中心的空间拓扑坐标P_z(x_z,y_z)；对网络中每条链路E_ij，获取链路技术参数l_ij、a_ij、C_ij、f_ij，P_e和P_a。

3.如权利要求2所述方法，其特征在于：所述电力OTN网络中心的空间拓扑坐标P_z(x_z,y_z)为：

4.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述步骤S3中，给定业务S_pq，给定起始节点和终止节点分别标识为p和q的任意一个业务S_pq，设业务S_pq可行的一条路由路径J_pq包含k条链路，链路J_pq的k-1个中继节点分别标识为s₁,s₂,...,s_h,...s_k-1，其中1≤s_h,≤N，则路由路径J_pq可标识为从起始节点p依次经过各中继节点s₁,s₂,...,s_h,...s_k-1到达终止节点q；根据优化目标，采用下一跳链路添加法，选择出业务S_pq的最优路由路径optJ_pq。

5.如权利要求4所述方法，其特征在于：所述优化目标为：以平均链路可靠均衡因子

最大为优化目标。

6.如权利要求4所述方法，其特征在于：所述步骤S4中，对于业务S_pq，按照路径optJ_pq，对路径包含的各条链路为该业务S_pq进行波长分配。

7.一种电力骨干光传输网的业务可靠均衡路由波长分配系统，其特征在于：包括节点和链路信息获取模块、链路可靠均衡因子计算模块、业务路由路径选择模块和链路波长分配模块；

所述节点和链路信息获取模块用于获取电力OTN网络节点和链路信息；

所述链路可靠均衡因子计算模块用于计算包含节点重要度和链路可靠度及业务波长占用率的链路可靠均衡因子；

所述业务路由路径选择模块用于按照平均链路可靠均衡因子最大准则选择业务路由路径；

所述链路波长分配模块用于按照选择业务路由路径进行链路波长分配；

所述链路可靠均衡因子计算模块中，对网络中每个节点i，计算网络节点重要度I_i；对网络中每条链路E_ij，计算链路可靠度R_ij；对网络中每条链路E_ij，计算链路的波长占用率Z_ij；对网络中每条链路E_ij，根据网络节点重要度I_i、链路可靠度R_ij和链路的波长占用率Z_ij计算链路可靠均衡因子B_ij；

所述网络节点重要度I_i按照网络节点重要度I_i与节点i到网络中心距离成反比公式计算得到：

所述链路可靠度R_ij按照链路可靠度R_ij为链路光纤故障风险率和放大器故障风险度乘积公式计算得到：

所述链路的波长占用率Z_ij按照百分比占用比例公式计算得到：

其中，空间拓扑坐标为P_i(x_i,y_i)；电力OTN网络中心的空间拓扑坐标P_z(x_z,y_z)；P_e为单位百公里长度光纤链路的故障风险率；P_a为单个光放大器的故障风险率；l_ij为链路光纤长度；a_ij为链路光中继放大器数目；f_ij为链路承载业务后的业务链路占用波长数；C_ij为链路波长容量；

所述链路可靠均衡因子B_ij为：

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