CN109617809A - 弹性光网络中再生器选择放置和流量疏导方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹性光网络中再生器选择放置和流量疏导方法，包含以下步骤：寻找最佳再生器的种类和位置：使用最短路由算法为每个业务选择工作链路和保护链路，当链路的长度超过最大无中继传输距离时，需要放置再生器；当业务到达时，首先观察IP层的虚拟链路上剩余的容量是否足够承载业务；如果在IP层就可以完成业务，则改变IP层上虚拟链路的剩余容量以完成流量疏导；如果IP层上的虚拟链路容量不够，则在物理层找寻物理链路，再进行以上步骤。本发明考虑不同再生方式，能够更加合理的使用再生器，降低网络成本，减少网络资源的消耗。

Description

弹性光网络中再生器选择放置和流量疏导方法

技术领域

本发明涉及一种再生器选择放置和流量疏导方法，特别是一种弹性光网络中再生器选择放置和流量疏导方法。

背景技术

任何光通道在光纤中传输均会受到各种物理层损伤的影响，从而限制了其无中继传输距离。为让光通道能传输更远距离，需要实施信号再生，使其信号在时间、 幅度和形状上得到同步和恢复。尽管针对 IP over WDM 光网，已存在少量的面向物理层传输损伤的生存性流量疏导的研究，但此类研究仍十分稀缺，而对于 IP over EON，此类研究目前仍为空白，何时采用 IP 层再生，何时采用光层 OEO 再生使得整体性能达到最优。为降低网络成本，除了链路上保护资源的共享，保护路径上的 OEO 再生能力的共享是一个值得研究的问题。

针对于再生器的放置共享的研究，以前的研究者往往只使用单一的再生方式，而没有考虑到不同的再生方式各自的优缺点。IP 层流量疏导不仅可以实现 IP 层业务汇聚，同时间接地提供了光通道信号再生的能力，但其成本相对较高，而光层信号再生虽然不能像 IP 层信号再生那样支持业务汇聚，但其优势在于成本较低，同时也能减少业务流的时延。根据网络实际情况来选择再生器，我们可以达到网络整体性能的最佳状态。而本研究结合了网络生存性流量疏导的研究，使得网络在受到损伤时依旧可以完成信息传输。因此再生方式的选择和流量疏导的融合是弹性光网络中非常重要的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种弹性光网络中再生器选择放置和流量疏导方法，降低网络成本。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种弹性光网络中再生器选择放置和流量疏导方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：寻找最佳再生器的种类和位置：使用最短路由算法为每个业务选择工作链路和保护链路，当链路的长度超过最大无中继传输距离时，需要放置再生器；

步骤二：当业务到达时，首先观察IP层的虚拟链路上剩余的容量是否足够承载业务；

步骤三：如果在IP层就可以完成业务，则改变IP层上虚拟链路的剩余容量以完成流量疏导；

步骤四：如果IP层上的虚拟链路容量不够，则在物理层找寻物理链路，再进行以上步骤。

进一步地，所述步骤一中，工作链路的选择过程为

1.1计算出工作链路需要的最少再生器个数m；

1.2将链路所需的最少m个再生器随机放置在工作路径的中间节点上，使用穷举法尝试所有的可能位置；

1.3计算出该段工作链路所需要的频谱数量F，由此可以计算出该工作链路的容量利用率；

1.4根据该工作链路的容量利用率选择OEO再生或IP再生方式；

1.5确定所有的再生器类型之后对每段链路进行频谱分配，如果使用m个再生器无法完成业务，则在链路的其他中间节点上依次加入一个再生器，循环以上的方法，直到链路可以完成业务；

1.6当确定链路上再生器的类型时，根据不同再生方式，在IP层建立虚拟链路。

进一步地，所述1.1具体为使用公式m=[Lr/LBPSK]来计算出链路所需要的最少再生器个数，其中Lr表示该工作路径的长度，LBPSK表示调制格式BPSK下的透明传输距离。

进一步地，所述1.3具体为对于被再生器分割的每一段无中继链路，利用公式2∙F∙B∙SE≥R，计算出该链路所需要的最小频谱数F，其中R代表该节点对之间的业务量，SE对于调制格式BPSK，QPSK,8-QAM,16-QAM分别是1,2,3,4bits/Hz，B代表每个频谱的带宽，由此可以计算出该链路的容量利用率。

进一步地，所述SE采用调制格式BPSK为1 bits/Hz，B为12.5GHz。

进一步地，所述1.4具体为若该链路容量利用率高于设定的阈值，则该链路的容量得到了充分的利用，剩余容量完成流量疏导的可能性较小，选用OEO再生方式；若该链路容量利用率低于设定的阈值，则选择IP再生方式。

进一步地，所述步骤一中，保护链路的选择过程为

2.1先计算出链路所需最少再生器个数；

2.2找到该保护链路上能够共享的再生器节点，优先使用共享再生器；

2.3如果链路上可共享的再生器不足以承载业务，则在其他节点上加入新的再生器，直到保护链路能够完成保护；

2.4根据再生器的类型在IP层建立相应的保护虚拟链路。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明考虑不同再生方式，能够更加合理的使用再生器，降低网络成本，减少网络资源的消耗。

附图说明

图1是本发明的实施例的OEO再生示意图。

图2是本发明的实施例的IP再生示意图。

图3是本发明的实施例的NSFNET网络的测试结果图。

图4是本发明的实施例的COST239网络的测试结果图。

图5是本发明的实施例的小型网络的测试结果图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

本发明的一种弹性光网络中再生器选择放置和流量疏导方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：寻找最佳再生器的种类和位置：使用最短路由算法为每个业务选择工作链路和保护链路，当链路的长度超过最大无中继传输距离时，需要放置再生器；

工作链路的选择过程为

1.1计算出工作链路需要的最少再生器个数m；使用公式m=[Lr/LBPSK]来计算出链路所需要的最少再生器个数，其中Lr表示该工作路径的长度，LBPSK表示调制格式BPSK下的透明传输距离。

1.2将链路所需的最少m个再生器随机放置在工作路径的中间节点上，使用穷举法尝试所有的可能位置；

1.3计算出该段工作链路所需要的频谱数量F，由此可以计算出该工作链路的容量利用率；对于被再生器分割的每一段无中继链路，利用公式2∙F∙B∙SE≥R，计算出该链路所需要的最小频谱数F，其中R代表该节点对之间的业务量，SE对于调制格式BPSK，QPSK,8-QAM,16-QAM分别是1,2,3,4bits/Hz，B代表每个频谱的带宽，由此可以计算出该链路的容量利用率。SE采用调制格式BPSK为1 bits/Hz，B为12.5GHz。这里使用调制格式BPSK计算是因为在该调制格式下的透明传输距离是最长的。

1.4根据该工作链路的容量利用率选择OEO再生或IP再生方式；若该链路容量利用率高于设定的阈值，则该链路的容量得到了充分的利用，剩余容量完成流量疏导的可能性较小，选用OEO再生方式；若该链路容量利用率低于设定的阈值，则选择IP再生方式。

1.5确定所有的再生器类型之后对每段链路进行频谱分配，如果使用m个再生器无法完成业务，则在链路的其他中间节点上依次加入一个再生器，循环以上的方法，直到链路可以完成业务；

1.6当确定链路上再生器的类型时，根据不同再生方式，在IP层建立虚拟链路。

保护链路的选择过程为

2.1先计算出链路所需最少再生器个数；

2.2找到该保护链路上能够共享的再生器节点，优先使用共享再生器；

2.3如果链路上可共享的再生器不足以承载业务，则在其他节点上加入新的再生器，直到保护链路能够完成保护；

2.4根据再生器的类型在IP层建立相应的保护虚拟链路。

步骤二：当业务到达时，首先观察IP层的虚拟链路上剩余的容量是否足够承载业务；

步骤三：如果在IP层就可以完成业务，则改变IP层上虚拟链路的剩余容量以完成流量疏导；

步骤四：如果IP层上的虚拟链路容量不够，则在物理层找寻物理链路，再进行以上步骤。

本发明考虑不同再生方式，能够更加合理的使用再生器，降低网络成本，减少网络资源的消耗。

在弹性光网络传输时，我们考虑了两种不同的再生方式，IP再生和OEO再生。图1和图2分别展示了OEO再生与IP再生的基本原理。通过光电光转换， OEO 再生器两端的光通道可采用不同的调制格式、频谱带宽和中心波长，但这两条光通道的传输速率是一样的，因为对于 IP 层来讲，这两条光通道（尽管中间经历了 OEO 再生）事实上仍属于同一条虚拟链路，中继节点上不能汇聚或提取任何 IP 层业务。

具体地，对于三条业务连接 C1、 C2、 C3， C1 由 MF-BVT 在 A-B 间建立的光通道承载， C2、 C3 分别由 MF-BVT在 A-C 和 A-D 间建立的光通道承载。 A-C 和 A-D 光通道在中间节点 B 经历了光层 OEO 再生， 再生后，光通道 A-C 在链路 B-C 上采用了不同的中心波长（或频谱），但仍采用 8-QAM调制格式，而光通道 A-D 在经过 OEO 再生后，在光通道 B-C-D 段上不仅采用了不同的中心波长，而且因为 B-C-D 段距离较远，也改用了BPSK 调制格式，所以 B-C-D 段上的频谱带宽明显增大。IP 层再生通过路由器内部的光电光转换过程完成信号再生，然而不同于光层再生，这里不仅允许路由器两端的光通道传输不同的速率，同时该路由器上可以汇聚或分流属于该节点的 IP 业务。对于 IP 层来讲，这两条光通道事实上为两条独立的虚拟链路。光通道 A-D 在中间节点 B 上被 IP 层中断再生，采用了不同的中心波长、调制格式和频谱带宽，同时通过节点 B 的路由器将新连接C4（和已建立的连接 C3 一起）汇聚到了 B-C-D 光通道上，这是区别于前面光层再生的主要方面。

下面通过具体的实施例来对本发明做进一步说明。

我们考虑了三个测试网络，即14节点，21链路NSFNET网络和11节点，26链路COST239网络和10节点，22链路小型网络进行仿真研究。做出以下假设。每段光纤上承载320个频隙，工作路径与保护路径均可以使用四种调制格式。节点对之间的业务量均随机产生并且大小位于200 Gb/s 到 500 Gb/s之间。我们将每次需求业务到来的顺序打乱100次，选取其中网络成本最低的一次记录。基于以上假设我们可以得出如图3、图4和图5所示的结果图。

如图3、图4和图5所示，三个测试网络，在不同带宽阈值的情况下，网络中需要的再生器以及收发器的个数。可以看出每个测试网络都能在特定的带宽阈值下得到网络成本的最低点，可以看出结合两种不同的再生方式相对于只考虑一种再生方式来说能够降低网络成本。右侧结果图展示了在不同带宽阈值下，网络一共需要的频谱总数。同网络成本结果相似，网络消耗的频谱资源总数也能达到一个最低点。所以可以得出结论，考虑两种不同的再生方式不仅可以降低网络成本还可以节约网络资源。

对于结果图不同网络中最低点的阈值分析如下：由于COST239的网络连接度最高，所以在该网络中可以最大化发挥IP再生器的作用。所以尽可能多的向COST239网络中放置IP再生器可以更多的完成流量疏导，从而降低网络成本。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种弹性光网络中再生器选择放置和流量疏导方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：寻找最佳再生器的种类和位置：使用最短路由算法为每个业务选择工作链路和保护链路，当链路的长度超过最大无中继传输距离时，需要放置再生器；

步骤二：当业务到达时，首先观察IP层的虚拟链路上剩余的容量是否足够承载业务；

步骤三：如果在IP层就可以完成业务，则改变IP层上虚拟链路的剩余容量以完成流量疏导；

步骤四：如果IP层上的虚拟链路容量不够，则在物理层找寻物理链路，再进行以上步骤。

2.按照权利要求1所述的弹性光网络中再生器选择放置和流量疏导方法，其特征在于：所述步骤一中，工作链路的选择过程为

1.1计算出工作链路需要的最少再生器个数m；

1.2将链路所需的最少m个再生器随机放置在工作路径的中间节点上，使用穷举法尝试所有的可能位置；

1.3计算出该段工作链路所需要的频谱数量F，由此可以计算出该工作链路的容量利用率；

1.4根据该工作链路的容量利用率选择OEO再生或IP再生方式；

1.5确定所有的再生器类型之后对每段链路进行频谱分配，如果使用m个再生器无法完成业务，则在链路的其他中间节点上依次加入一个再生器，循环以上的方法，直到链路可以完成业务；

1.6当确定链路上再生器的类型时，根据不同再生方式，在IP层建立虚拟链路。

3.按照权利要求2所述的弹性光网络中再生器选择放置和流量疏导方法，其特征在于：所述1.1具体为使用公式m=[Lr/LBPSK]来计算出链路所需要的最少再生器个数，其中Lr表示该工作路径的长度，LBPSK表示调制格式BPSK下的透明传输距离。

4.按照权利要求2所述的弹性光网络中再生器选择放置和流量疏导方法，其特征在于：所述1.3具体为对于被再生器分割的每一段无中继链路，利用公式2∙F∙B∙SE≥R，计算出该链路所需要的最小频谱数F，其中R代表该节点对之间的业务量，SE对于调制格式BPSK，QPSK,8-QAM,16-QAM分别是1,2,3,4bits/Hz，B代表每个频谱的带宽，由此可以计算出该链路的容量利用率。

5.按照权利要求4所述的弹性光网络中再生器选择放置和流量疏导方法，其特征在于：所述SE采用调制格式BPSK为1 bits/Hz，B为12.5GHz。

6.按照权利要求2所述的弹性光网络中再生器选择放置和流量疏导方法，其特征在于：所述1.4具体为若该链路容量利用率高于设定的阈值，则该链路的容量得到了充分的利用，剩余容量完成流量疏导的可能性较小，选用OEO再生方式；若该链路容量利用率低于设定的阈值，则选择IP再生方式。

7.按照权利要求1所述的弹性光网络中再生器选择放置和流量疏导方法，其特征在于：所述步骤一中，保护链路的选择过程为

2.1先计算出链路所需最少再生器个数；

2.2找到该保护链路上能够共享的再生器节点，优先使用共享再生器；

2.3如果链路上可共享的再生器不足以承载业务，则在其他节点上加入新的再生器，直到保护链路能够完成保护；

2.4根据再生器的类型在IP层建立相应的保护虚拟链路。