CN109547876A - 一种弹性光网络双重故障下的自适应保护级别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹性光网络双重故障下的自适应保护级别方法，属于光通信领域。该方法包括：S1：生成业务集合，标记业务类型，初始化网络拓扑资源；S2：动态地更新网络中各条链路的Metrics值，并记录链路上频谱资源使用占比；S3：为到来业务计算K条最短路径，并计算路径的f_k(u)、load_k数值，选择最佳传输路由；S4：计算传输路径的可用空闲频谱块，匹配可用频谱资源，并记录；S5：根据当前业务类型，通过APLA算法计算可用的保护路径及保护资源，并记录；S6：通过记录的传输路径、保护路径，分配对应频谱资源，并返回相关路径及资源信息。本发明避免了某些链路上资源的过度使用，可以根据不同的请求类型及频谱资源使用状态自适应的选择保护级别，在资源有限的条件下保证业务的正常传输。

Description

一种弹性光网络双重故障下的自适应保护级别方法

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体涉及弹性光网络双重故障下的生存性保护问题。

背景技术

近年来，随着科技的发展和互联网的普及，人们的生活方式在不断的改变。交互式网络电视、视频点播、云服务等新型应用的大量涌现，导致了高带宽需求的不断增加，因此每年的通信流量呈现指数级的增长，同时也推动了光网络的发展。另一方面，由于网络规模化引起的网络复杂化，导致光网络发生多故障的可能性极大的增加，研究高可靠、高效率、高生存性的光网络问题受到了广泛关注。传统的波分复用(Wavelength DivisionMultiplexing,WDM)网络采用固定粗粒度(50GHz或100GHz)的波长分配方式，在实际生活中，WDM这种固定粒度波长信道的资源分配方式难以实现频谱资源的高效利用。此外，WDM网络中无法自适应地选择调制格式，使得网络资源配置方式僵化，难以实现可扩展性，同时增加了网络能耗，使其难以适应未来光网络的发展需求。相比于WDM光网络，弹性光网络采用更精细的频谱粒度划分和灵活的频谱粒度组合来实现可变带宽业务的承载，提高了传输效率，减少了由于固定带宽粒度而导致的带宽的浪费，极大的提高了频谱的利用率。

由于通信网络中超过80％的信息在光纤链路中传输，光纤链路故障会造成大量的业务请求中断、信息丢失，因此，提高弹性光网络的生存性问题，降低因多故障导致大量业务中断带来的损失，是目前亟待解决的问题。M.Jinno在“Enhanced survivability oftranslucent elastic optical network employing shared protection with fallback[C].2017Optical Fiber Communications Conference and Exhibition(OFC),LosAngeles,CA,2017,pp:1-3.”提出了一种基于共享保护的路由和频谱子再生器分配保护算法，采用“Fallback”操作加强双链路故障的生存性，但是没有考虑业务的工作路径和备份路径同时失效的情况。“Hong Guo,Gangxiang Shen,Sanjay Kumar Bose.Routing andSpectrum Assignment for Dual Failure Path Protected Elastic Optical Networks[J].IEEE Access,2016,4:5143-5160.”中对于弹性光网络中的双重故障问题，提出了不同的混合共享保护算法，没有考虑动态业务的情况。“Shan Yin,Shangguo Huang,BingliGuo,et al.Shared-Protection Survivable Multipath Scheme in Flexible-GridOptical Networks Against Multiple Failures[J].Journal of LightwaveTechnology,2017,35(2):201-211.”在“Survivable multipath routing and spectrumallocation in OFDM-based flexible optical networks，2013”的基础上针对多故障问题改进了ILP模型，并提出了共享保护多路径配置算法，将业务分流进行部分保护，当实际的网络拓扑规模较小时，可选路径有限，而且分流过多增加了业务保护间隔的使用。

因此，在故障发生后导致网络连通性下降以及资源有限的情况下，考虑链路资源使用状态的自适应保护级别方法可以在有限的资源条件下减少因资源不足引起的业务阻塞，提高业务传输的成功率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种弹性光网络双重故障下的自适应保护级别方法，能够根据业务类型自适应的选择对应的最优保护方法，在双重故障发生导致的资源不足时，可以自适应的降级保护方法，保证业务正常传输。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种弹性光网络双重故障下的自适应保护级别方法，具体步骤如下：

S1：生成业务集合，标记业务类型，初始化网络拓扑资源；

S2：动态地更新网络中各条链路的Metrics值，并记录链路上频谱资源使用占比；

S3：为到来业务计算K条最短路径，并计算路径的f_k(u)、load_k数值，选择最佳传输路由；

S4：计算传输路径的可用空闲频谱块，匹配可用频谱资源，并记录；

S5：根据当前业务类型，通过APLA算法计算可用的保护路径及保护资源，并记录；

S6：通过记录的传输路径、保护路径，分配对应频谱资源，并返回相关路径及资源信息；

进一步，在步骤S1中，业务类型具体包括：

L_A：业务类型为L_A的请求优先选择共享保护。该类型请求允许同级别请求之间的保护路径共享频谱资源，可以降低频谱资源的冗余度。当保护路径没有可用资源的时候，向下一级自适应，采用L_B对应的保护方式。

L_B：业务类型为L_B的请求优先选择部分保护。对业务进行百分比为ρ的保护，考虑到可用路径的数目受到链路故障数目、以及网络拓扑节点度大小的影响，ρ取值为0.5，确保可以寻到三到四条路径供业务选择。将其中两条路径用来传输业务，额外选择一条保护路径分配大小为ρ·B_i的频谱资源。当保护路径没有可用资源时，降级采用L_C对应的保护方式。

L_C：业务类型为L_C的请求只进行工作路径的计算，当请求因资源不足无法正常传输的时候，采用高的调制格式匹配频谱资源进行业务的传输。

进一步，在步骤S3中，具体包括：

S31：利用Dijkstra算法为到来业务请求计算K条最短分离路径，若业务标号大于N，结束。

S32：根据链路上资源使用比例为<40％、41％～60％、61％～75％、76％～90％、>90％时，Metrics的值分别为1、2、3、4、5，计算所选K条路径的f_k(u)、load_k数值。

S33：若最短路径的load_k数值为0，选择除该路径外剩余路径中f_k(u)最大且满足传输要求的路径为传输路径；反之，选择最短路径。

其中，f_k(u)、load_k的定义如下：

表示第k条路径上第i条链路的频谱资源使用状态，L_k表示第k条路径上的链路数目，FS_used代表业务在当前链路上传输所占用的频隙资源之和,f_k(u)表示第k条路径上的频谱资源可用状态，met_i对应每条链路的Metrics值。

进一步，在步骤S5中，所述APLA算法的具体过程为：

判断请求类型，若请求类型为A，跳至步骤S51；若请求类型为B，跳至步骤S56；若请求类型为C，跳至步骤S58；

S51：在原有网络拓扑图中删除请求的工作路径，得到一个新的拓扑图G(V,E)。

S52：将前一个类型为A且尚未完成传输请求的工作路由加入集合P_W中，若该请求为第一个A类型请求，直接加入P_W中。

S53：在新的拓扑图G_P中计算该请求从源端到目的端的两条最短链路分离保护路径。

S54：判断该请求工作路径是否与集合P_W中尚未完成传输的工作路径是否链路不相交。若是，对应的保护路径上公共链路可共享频谱资源；若该请求为第一个A类型请求，直接计算保护路径空闲可用资源。

S55：若请求对应保护路径无满足条件的频谱资源，降级保护方式，执行步骤S58。反之，算法结束，返回。

S56：为请求计算两条最短链路分离路径，计算路径可用频谱块资源，判断两条路径上可用频谱块大于等于ρ·B_i的条数M，若M为2或1，执行下一步；反之，业务阻塞。

S57：若M为2，选取已确定工作路径和M条最短路径中最短路由为传输路径计算并分配频谱资源，选取剩余路径为部分保护路径计算并分配频谱资源，算法结束，返回。若M为1，降级保护方式，为已确定工作路径和M条传输路径寻找分配频谱资源。算法结束，返回。

S58：若已经为请求找到传输路径并成功分配频谱资源，执行下一步；若路径可用空闲频谱块大小不满足传输条件，采用高的调制格式进行资源的重新匹配，匹配成功则进行资源分配，反之，阻塞业务。

S59：APLA算法结束，返回。

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本发明的DFAPLA算法流程图

图2本发明的APLA算法流程图

具体实施方案

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明提供一种弹性光网络双重故障下的自适应保护级别方法，主要用于解决网络出现双重故障时大量业务由于故障而无法正常传输的情况。

参照图1，提出的双重故障下的自适应保护级别算法(DFAPLA)具体为：

输入：光网络拓扑G(V,E)，以及待处理业务请求数目N。

输出：请求的传输路径WP_i、保护路径PP_i以及所需频隙起始索引值index_i。

S1：初始化网络拓扑，初始化各链路频谱资源状态。

S2：根据表1动态地更新网络中各条链路的Metrics值，并记录链路上频谱资源使用占比。

S3：从候选业务请求队列中，取出第i个业务请求r_i(s_i,d_i,B_i)，为请求寻找从源端到目的端的K条最短分离路径。若i>N，转至S10；反之，执行S4。

S4：计算K条候选路径的f_k(u)、load_k数值，候选路径按照传输距离递增的方式进行排序。若最短路径的load_k值为0，转S5；反之，选择最短路由路径为该请求的传输路径，记录该路径标号，转S6。

S5：选取除S4中最短路径外的f_k(u)值最大的路由路径为该请求的工作路径进行业务的传输，并记录该路径标号。

S6：检查所选择的工作路径上的空闲频谱资源，找到路径上的空闲频谱块；根据业务传输所需的频隙数，遍历出大于等于业务传输所需频隙数的空闲频谱块，加入到可用空闲频谱块集合S_W中。

S7：根据该请求类型对应的保护级别，通过APLA算法计算请求的保护路径并寻找可用的频谱资源。

S8：根据记录的工作和保护路径标号及其对应的可用空闲频谱资源集合，按照最佳匹配和首次命中(BF+FF)决策为工作和保护路径分配频谱资源，记录所选取频谱块的起始频隙索引值，返回请求的传输路径以及起始频隙索引值。

S9：i＝i+1，转S2。

S10：算法结束。

图一中所涉及的APLA算法流程参照图2，其具体过程为：

判断请求类型，若请求类型为A，跳至步骤S71；若请求类型为B，跳至步骤S76；若请求类型为C，跳至步骤S78；

S71：在原有网络拓扑图中删除请求的工作路径，得到一个新的拓扑图G(V,E)。

S72：将前一个类型为A且尚未完成传输请求的工作路由加入集合P_W中，若该请求为第一个A类型请求，直接加入P_W中。

S73：在新的拓扑图G_P中计算该请求从源端到目的端的两条最短链路分离保护路径。

S74：判断该请求工作路径是否与集合P_W中尚未完成传输的工作路径是否链路不相交。若是，对应的保护路径上公共链路可共享频谱资源；若该请求为第一个A类型请求，直接计算保护路径空闲可用资源。

S75：若请求对应保护路径无满足条件的频谱资源，降级保护方式，执行步骤S78。反之，算法结束，返回。

S76：为请求计算两条最短链路分离路径，计算路径可用频谱块资源，判断两条路径上可用频谱块大于等于ρ·B_i的条数M，若M为2或1，执行下一步；反之，业务阻塞。

S77：若M为2，选取已确定工作路径和M条最短路径中最短路由为传输路径计算并分配频谱资源，选取剩余路径为部分保护路径计算并分配频谱资源，算法结束，返回。若M为1，降级保护方式，为已确定工作路径和M条传输路径寻找分配频谱资源。算法结束，返回。

S78：若已经为请求找到传输路径并成功分配频谱资源，执行下一步；若路径可用空闲频谱块大小不满足传输条件，采用高的调制格式进行资源的重新匹配，匹配成功则进行资源分配，反之，阻塞业务。

S79：APLA算法结束，返回。

Claims (4)

1.一种弹性光网络双重故障下的自适应保护级别方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

S1：生成业务集合，标记业务类型，初始化网络拓扑资源；

S2：动态地更新网络中各条链路的Metrics值，并记录链路上频谱资源使用占比；

S3：为到来业务计算K条最短路径，并计算路径的f_k(u)、load_k数值，选择最佳传输路由；

S4：计算传输路径的可用空闲频谱块，匹配可用频谱资源，并记录；

S5：根据当前业务类型，通过APLA算法计算可用的保护路径及保护资源，并记录；

S6：通过记录的传输路径、保护路径，分配对应频谱资源，并返回相关路径及资源信息。

2.根据权利要求1所述的一种弹性光网络双重故障下的自适应保护级别方法，其特征在于，在步骤S1中，业务类型具体包括：

L_A：业务类型为L_A的请求优先选择共享保护，该类型请求允许同级别请求之间的保护路径共享频谱资源，可以降低频谱资源的冗余度，当保护路径没有可用资源的时候，向下一级自适应，采用L_B对应的保护方式；

L_B：业务类型为L_B的请求优先选择部分保护，对业务进行百分比为ρ的保护，考虑到可用路径的数目受到链路故障数目、以及网络拓扑节点度大小的影响，ρ取值为0.5，确保可以寻到三到四条路径供业务选择；将其中两条路径用来传输业务，额外选择一条保护路径分配大小为ρ·B_i的频谱资源，当保护路径没有可用资源时，降级采用L_C对应的保护方式；

L_C：业务类型为L_C的请求只进行工作路径的计算，当请求因资源不足无法正常传输的时候，采用高的调制格式匹配频谱资源进行业务的传输。

3.根据权利要求1所述的一种弹性光网络双重故障下的自适应保护级别方法，其特征在于，步骤S3中，具体包括：

S31：利用Dijkstra算法为到来业务请求计算K条最短分离路径，若业务标号大于N，结束；

S32：根据链路上资源使用比例为<40％、41％～60％、61％～75％、76％～90％、>90％时，Metrics的值分别为1、2、3、4、5，计算所选K条路径的f_k(u)、load_k数值；

S33：若最短路径的load_k数值为0，选择除该路径外剩余路径中f_k(u)最大且满足传输要求的路径为传输路径；反之，选择最短路径；

其中，f_k(u)、load_k的定义如下：

表示第k条路径上第i条链路的频谱资源使用状态，L_k表示第k条路径上的链路数目，FS_used代表业务在当前链路上传输所占用的频隙资源之和,f_k(u)表示第k条路径上的频谱资源可用状态，met_i对应每条链路的Metrics值。

4.根据权利要求1所述的一种弹性光网络双重故障下的自适应保护级别方法，其特征在于，在步骤S5中，所述APLA算法的具体过程为：

判断请求类型，若请求类型为A，跳至步骤S51；若请求类型为B，跳至步骤S56；若请求类型为C，跳至步骤S58；

S51：在原有网络拓扑图中删除请求的工作路径，得到一个新的拓扑图G(V,E)；

S52：将前一个类型为A且尚未完成传输请求的工作路由加入集合P_W中，若该请求为第一个A类型请求，直接加入P_W中；

S53：在新的拓扑图G_P中计算该请求从源端到目的端的两条最短链路分离保护路径；

S54：判断该请求工作路径是否与集合P_W中尚未完成传输的工作路径是否链路不相交；

若是，对应的保护路径上公共链路可共享频谱资源；若该请求为第一个A类型请求，直接计算保护路径空闲可用资源；

S55：若请求对应保护路径无满足条件的频谱资源，降级保护方式，执行步骤S58；反之，算法结束，返回；

S56：为请求计算两条最短链路分离路径，计算路径可用频谱块资源，判断两条路径上可用频谱块大于等于ρ·B_i的条数M，若M为2或1，执行下一步；反之，业务阻塞；

S57：若M为2，选取已确定工作路径和M条最短路径中最短路由为传输路径计算并分配频谱资源，选取剩余路径为部分保护路径计算并分配频谱资源，算法结束，返回；若M为1，降级保护方式，为已确定工作路径和M条传输路径寻找分配频谱资源；算法结束，返回；

S58：若已经为请求找到传输路径并成功分配频谱资源，执行下一步；若路径可用空闲频谱块大小不满足传输条件，采用高的调制格式进行资源的重新匹配，匹配成功则进行资源分配，反之，阻塞业务。