CN109905784A - 一种光网络波长分配的业务重构方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光网络波长分配的业务重构方法及设备，包括：初始化光网络，确定业务路由信息以及网络可用波长信息，生成第一网络拓扑信息；根据所述可用波长信息将所述第一网络拓扑信息图形化表示，并将业务的所述路由信息图形化表示；经过强化学习得到业务的所述路由信息的波长分配策略，并根据分配的波长信息更新网络，得到第二网络拓扑信息；当网络发生故障时，确定需要重构的业务并更新所述第一网络拓扑信息；根据更新的所述第一网络拓扑信息为重构业务确定路由信息；根据所述波长分配策略，为重构业务的所述路由信息分配波长信息；根据分配的所述波长信息更新所述第二网络拓扑信息。

Description

一种光网络波长分配的业务重构方法及设备

技术领域

本发明涉及光网络技术领域，特别是指一种光网络波长分配的业务重构方法及设备。

背景技术

随着信息与通信技术的快速发展，全球网络流量迅速增长，新型网络业务不断涌现，使得信息通信更加复杂，需要的网络带宽更大，导致光网络的规模不断扩大。同时，随着光网络传输技术的不断演进，从波分复用(WDM)到空分复用(SDM)，使得光网络带宽资源的分配变得愈加复杂。波分复用(WDM)技术目前已成为骨干网络的基础，因网络传输速率高达单波几十甚至上百Gb/s，一旦发生网络故障，会造成重大经济损失。因此当网络发生故障时如何快速高效进行业务重构成为了重要问题。

在包含光电转换器件或波长转换器的光网络中，业务重构包括对业务的路由资源分配与波长资源分配。对于路由资源的分配，可以利用如最短路径算法等基本算法进行分配，而对于波长资源的分配，尽管已经提出很多启发式算法，比如First-Fit(FF)算法，来解决光网络波长资源分配的问题，但是随网络规模的不断扩大，波长资源分配的愈加复杂，势必会耗费大量的计算成本，易造成网络阻塞。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种光网络波长分配的业务重构方法及设备，显著降低光网络计算成本及阻塞率。

基于上述目的，本发明提供了一种光网络波长分配的业务重构方法，包括：

初始化光网络，确定业务路由信息以及网络可用波长信息，生成第一网络拓扑信息；

根据所述可用波长信息将所述第一网络拓扑信息图形化表示，并将业务的所述路由信息图形化表示；

将图形化的所述第一网络拓扑信息和所述路由信息作为强化学习环境状态的输入，经过强化学习得到业务的所述路由信息的波长分配策略，并根据分配的波长信息更新网络，得到第二网络拓扑信息；

当网络发生故障时，确定需要重构的业务并更新所述第一网络拓扑信息；

根据更新的所述第一网络拓扑信息为重构业务确定路由信息；

根据所述波长分配策略，为重构业务的所述路由信息分配波长信息；

根据分配的所述波长信息更新所述第二网络拓扑信息。

进一步的，所述根据所述可用波长信息将所述第一网络拓扑信息图形化表示，并将业务的所述路由信息图形化表示，包括：

定义网络的基本拓扑态和基本路由态；

根据所述可用波长信息，将所述第一网络拓扑信息转化为所述基本拓扑态表示的拓扑信息图形；

将所述路由信息转化为所述基本路由态表示的路由信息图形。

进一步的，所述波长分配策略为重构业务的所述路由信息分配波长信息，并不断进行所述波长分配策略更新。

进一步的，所述根据所述波长分配策略，为重构业务的所述路由信息分配波长信息包括：

将更新的所述第一网络拓扑信息和重构业务的所述路由信息图形化表示；

根据所述波长分配策略，将图形化的所述第一网络拓扑信息和所述路由信息作为强化学习环境状态的输入，学习后获得波长行为在奖罚机制下的评价。

进一步的，所述根据所述波长分配策略，将图形化的所述第一网络拓扑信息和所述路由信息作为强化学习环境状态的输入，学习后获得波长行为在奖罚机制下的评价，包括：

根据所述波长分配策略，确定重构业务的所述路由信息每个链路的可用波长信息和不可用波长信息；

若所述链路中有所述可用波长信息，当为所述链路分配所述可用波长信息时，获得所述波长行为在奖罚机制下的评价为1，当为所述链路分配所述不可用波长信息时，获得所述波长行为在奖罚机制下的评价为-1；

若所述链路中没有所述可用波长信息，为所述链路分配所述不可用波长信息，获得所述波长行为在奖罚机制下的评价为-1。

进一步的，所述根据更新的所述第一网络拓扑信息为重构业务确定路由信息，包括：

通过最短路径算法计算得到重构业务的路由信息。

从上面所述可以看出，本发明提供的一种光网络波长分配的业务重构方法及设备，通过图形化的多模态光网络(即路由态与拓扑态)表示方法，充分发挥了卷积神经网络的特征表达能力；通过强化学习生成的波长分配策略及强化学习的实际应用实现了故障情况下光网络的动态业务重构，与现有启发式算法相比，重复运算次数大幅降低，简化了运算过程，降低了计算成本及网络阻塞率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的光网络波长分配的业务重构方法第一实施例的流程图；

图2为14节点22链路光网络的第一网络拓扑信息及第一网络拓扑信息的图形化示意图；

图3为本发明提供的光网络波长分配的业务重构方法中的路由信息的图形化示意图；

图4为发生故障时更新后的第一网络拓扑信息及第一网络拓扑信息的图形化示意图。

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。

以下结合附图对本发明进行进一步说明，如图1所示，为本发明提供的光网络波长分配的业务重构方法第一实施例的流程图，包括：

步骤101，初始化光网络，确定业务路由信息以及网络可用的波长信息，生成第一网络拓扑信息，使波长资源为可用状态，如图2(a)所示，为14节点，22链路的NSFNET拓扑，每条链路包含五个可用波长资源λ₁～λ₅。

步骤102，根据所述可用波长信息将第一网络拓扑信息图形化表示，并将业务的路由信息图形化表示。首先将原有拓扑图分为五个子拓扑图表示每个波长对应的拓扑，称为基本拓扑态，将第一网络拓扑信息转化为以基本拓扑态表示的拓扑信息图形，如图2(b)所示；将路由信息转化为以基本路由态表示的路由信息图形，如图3(a)所示，图形化为可选波长路由态，如图3(b)所示。

步骤103，将图形化的第一网络拓扑信息和路由信息作为强化学习环境状态的输入，经过强化学习得到业务路由信息的波长分配策略，并根据分配的波长信息更新网络，得到第二网络拓扑信息。通过定期或是条件触发的离线学习，为重构业务的路由信息分配波长信息，生成光网络的波长分配策略，并不断进行波长分配策略的更新。

步骤104，当网络发生故障时，确定需要重构的业务并更新第一网络拓扑信息。当链路5-7发生故障时，对于简单业务4-8需要重构，更新第一网络拓扑信息，如图4(a)所示。

步骤105，根据更新的第一网络拓扑信息为重构业务确定路由信息。对于需要重构的业务4-8，通过最短路径算法计算得到重构业务新的路由信息，即4-1-2-8，更新光网络路由信息，如图3(a)所示。

步骤106，根据波长分配策略，为重构业务的路由信息分配波长信息。将更新的第一网络拓扑信息和重构业务的路由信息图形化表示，如图4(b)所示；根据强化学习得到的波长分配策略，将图形化的第一网络拓扑信息和路由信息作为强化学习环境状态的输入进行强化学习，获得波长行为在奖罚机制下的评价，具体包括：根据所述波长分配策略，确定重构业务的所述路由信息每个链路的可用波长信息和不可用波长信息，若所述链路中有所述可用波长信息，当为所述链路分配所述可用波长信息时，获得所述波长行为在奖罚机制下的评价为1，当为所述链路分配所述不可用波长信息时，获得所述波长行为在奖罚机制下的评价为-1；若所述链路中没有所述可用波长信息，为所述链路分配所述不可用波长信息，获得所述波长行为在奖罚机制下的评价为-1。如图4(b)所示，路由信息4-1-2-8中链路4-1有四个可用波长资源，链路1-2有五个可用波长资源，链路2-8有4个可用波长资源，具体每条链路选择哪个波长资源由强化学习的输出决定，从而完成WDM光网络链路故障情况下的业务重构。

步骤107，根据分配的波长信息更新所述第二网络拓扑信息，并将此次为业务分配波长资源的数据保存到新的数据集里用于下一次强化学习网络的训练或者利用迁移学习微调强化学习网络。

从上面可以看出，本发明提供的光网络波长分配的业务重构方法根据光网络的状态和训练好的波长分配策略决定不同故障下的光网络资源分配方式，使光网络到达下一个状态并更新波长分配策略；通过采用强化学习技术，进行定期或是条件触发的强化学习网络的离线学习和实时高效的在线应用的动态结合，实现了故障情况下波分复用(WDM)光网络的高效优化资源重构，与现有启发式算法相比，重复运算次数大幅降低，简化了运算过程，降低了计算成本和网络阻塞率。

另一方面，本发明实施例的第二个方面，提出了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现本发明所述的方法。

上述实施例的装置用于实现前述实施例中相应的方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、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 (7)

1.一种光网络波长分配的业务重构方法，其特征在于，包括：

初始化光网络，确定业务路由信息以及网络可用波长信息，生成第一网络拓扑信息；

根据所述可用波长信息将所述第一网络拓扑信息图形化表示，并将业务的所述路由信息图形化表示；

将图形化的所述第一网络拓扑信息和所述路由信息作为强化学习环境状态的输入，经过强化学习得到业务的所述路由信息的波长分配策略，并根据分配的波长信息更新网络，得到第二网络拓扑信息；

当网络发生故障时，确定需要重构的业务并更新所述第一网络拓扑信息；

根据更新的所述第一网络拓扑信息为重构业务确定路由信息；

根据所述波长分配策略，为重构业务的所述路由信息分配波长信息；

根据分配的所述波长信息更新所述第二网络拓扑信息。

2.根据权利要求1所述的一种光网络波长分配的业务重构方法，其特征在于，所述根据所述可用波长信息将所述第一网络拓扑信息图形化表示，并将业务的所述路由信息图形化表示，包括：

定义网络的基本拓扑态和基本路由态；

根据所述可用波长信息，将所述第一网络拓扑信息转化为所述基本拓扑态表示的拓扑信息图形；

将所述路由信息转化为所述基本路由态表示的路由信息图形。

3.根据权利要求1所述的一种光网络波长分配的业务重构方法，其特征在于，所述波长分配策略为重构业务的所述路由信息分配波长信息，并不断进行所述波长分配策略更新。

4.根据权利要求1所述的一种光网络波长分配的业务重构方法，其特征在于，所述根据所述波长分配策略，为重构业务的所述路由信息分配波长信息包括：

将更新的所述第一网络拓扑信息和重构业务的所述路由信息图形化表示；

根据所述波长分配策略，将图形化的所述第一网络拓扑信息和所述路由信息作为强化学习环境状态的输入，学习后获得波长行为在奖罚机制下的评价。

5.根据权利要求4所述的一种光网络波长分配的业务重构方法，其特征在于，所述根据所述波长分配策略，将图形化的所述第一网络拓扑信息和所述路由信息作为强化学习环境状态的输入，学习后获得波长行为在奖罚机制下的评价，包括：

根据所述波长分配策略，确定重构业务的所述路由信息每个链路的可用波长信息和不可用波长信息；

若所述链路中有所述可用波长信息，当为所述链路分配所述可用波长信息时，获得所述波长行为在奖罚机制下的评价为1，当为所述链路分配所述不可用波长信息时，获得所述波长行为在奖罚机制下的评价为-1；

若所述链路中没有所述可用波长信息，为所述链路分配所述不可用波长信息，获得所述波长行为在奖罚机制下的评价为-1。

6.根据权利要求1所述的一种光网络波长分配的业务重构方法，其特征在于，所述根据更新的所述第一网络拓扑信息为重构业务确定路由信息，包括：

通过最短路径算法计算得到重构业务的路由信息。

7.一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-6任意一项所述的方法。