CN111866626B - 一种业务增加后光纤通道倒换环的过载检测及升级方法 - Google Patents

一种业务增加后光纤通道倒换环的过载检测及升级方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种业务增加后光纤通道倒换环的过载检测及升级方法，包括以下步骤：步骤S1：业务增加后，在原有的多环多线速光纤通道倒换环上试路由增加后的业务；若试路不成功，则进入步骤S2，否则，进入步骤S5；步骤S2：进行环容量过载检测，并最小化过载环的个数；步骤S3：增加过载环的线速；步骤S4：在升级后的多环中用同源汇聚方法进行路由和保护业务，并允许环间业务交换；步骤S5：进行业务路由。本发明能够实现业务变化时多环多线速光纤通道倒换环网的过载检测和平滑升级，提高光纤带宽使用率，减少升级成本。

Description

一种业务增加后光纤通道倒换环的过载检测及升级方法
技术领域
本发明涉及光通信息技术领域，特别是一种业务增加后光纤通道倒换环的过载检测及升级方法。
背景技术
光纤通道倒换环是SDH(同步光网络)自愈环的一种，它以通道为基础，采用1+1热备份的方式，通过“发端桥接和收端选收”实现业务的保护，即在发送端把业务同时送往工作通道和保护通道，它们都直达接收端，发生故障时只要在接收端选收保护通道即可，因此这种保护方式可靠性高，保护倒换时间极短，不用人为干预就能在很短时间(ms级)内从故障中恢复业务。这使得光纤通道倒换环在大容量光纤通信网中被大量使用，尤其是可靠性要求极高的电力骨干光纤通信网中。同时为了尽可能地减少成本和环上业务传输时延，经常组建多个互连的光纤通道环，每个环容量(线速)不一样，即形成多环多线速网络。
当业务变化，尤其是业务增加时，正在运行的光纤通道倒换环网可能无法容纳增加的业务。要判断在已经建立的光纤通道保护环网中能否路由增加后的业务，由于涉及到多环路由，用人工检查来实现几乎是不可能完成的。因此要找到一种方法，来进行多环多线速环网在业务增加时的过载检测，判断在现有多环网络中能否容纳增加后的业务，或者存在哪个或哪些环过载需要进行升级。
关于光纤通道保护环，出现了多环组网优化方法，它能在给定业务和节点的情况下，组建多环来路由业务，并最小化组网成本，以克服手工设计耗时耗力，业务路由难以完成，且浪费链路带宽组网成本高昂等缺点。虽然多环组网优化方法具有建网时自动组网的优点，但它不能适应或应用于业务变化，尤其是业务增加时不能在现有多环上进行过载环检测，给出具体的过载环进行升级，并在升级后的多环网结构中路由增加后的业务。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种业务增加后光纤通道倒换环的过载检测及升级方法，以实现业务变化时多环多线速光纤通道倒换环网的过载检测和平滑升级，提高光纤带宽使用率，减少升级成本。
本发明采用以下方案实现：一种业务增加后光纤通道倒换环的过载检测及升级方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：业务增加后，在原有的多环多线速光纤通道倒换环上试路由增加后的业务；若试路不成功，则进入步骤S2，否则，进入步骤S5；
步骤S2：进行环容量过载检测，并最小化过载环的个数；
步骤S3：增加过载环的线速；
步骤S4：在升级后的多环中用同源汇聚方法进行路由和保护业务，并允许环间业务交换；
步骤S5：进行业务路由。
上述步骤主要包括三个关键方法，即：
业务增加后的过载环检测方法，它在业务增加后，检测业务在现有多线速多环网上是否过载；
基于过载环的升级方法，对各个过载环依次进行线速升级，不改变各环结构，以及业务的路由和保护方式；
业务在升级环中的路由方法，采用多环互连承载业务，业务可在单环内路由，也可在环间交换后路由。
进一步地，步骤S2具体为：采用整数线性规划方法优化求解得到增加业务后过载环个数的最小值，从而减少环升级的个数和成本，并明确具体哪几个环过载；其中，该整数线性规划算法的目标函数为最小化过载环的个数：
Minimize∑c∈RCSetOVc；
式中，当OVc＝1时表示环c过载，RCSet为正在运行环的集合。
进一步地，在采用整数线性规划方法优化求解时，业务在多环多线速光纤通道倒换环中采用同源汇聚方法进行路由，同一节点发出的所有业务，无论目的节点是哪个节点，作为一个整体进行路由，计算它经过各节点的业务大小，使业务路由变量的大小从二维变成一维，减小路由变量集的大小，加快求解速度。即用同源业务路由变量
Figure BDA0002559296380000031
替代节点对间路由变量
Figure BDA0002559296380000032
Figure BDA0002559296380000033
表示所有从源节点s发送的业务中离开环c节点i的业务量大小，
Figure BDA0002559296380000034
表示节点s到d业务中离开环c节点i的业务量。用业务路由变量
Figure BDA0002559296380000035
替代节点对路由变量
Figure BDA0002559296380000036
类似。采用下式作为业务路由的约束表达式：
Figure BDA0002559296380000037
式中，
Figure BDA0002559296380000038
表示所有从源节点s发送的业务中离开环c节点i的业务量大小，
Figure BDA0002559296380000039
表示所有从源节点s发送的业务中进入环c节点i的业务量大小，dij表示为节点对i到j的业务量，NSet为多环网中所有节点的集合，dsi表示节点对s到i的业务量。这个表达式定义了业务在多环上的路由规则。具体来说，它表示节点s发出的业务经多环路由时，在源节点s处上多环的业务量等于源节点s发出的业务总量，在其他节点i处下多环的业务量等于dsi，它暗含从s到非i节点的业务只经过节点i(即进入减去离开的业务量为0)。
进一步地，在采用整数线性规划方法优化求解时，令业务进入任一环的业务量与离开该环的业务量相同，以保证进入环内的所有业务都被路由；业务在同一环上下时，自然满足这一特征；其中，经多环传输时，若业务进入一个环，则它经过该环交换节点交换到其它环的业务量等于进入该环的业务量，这一特征为环内路由约束，表示为：
Figure BDA0002559296380000041
式中，
Figure BDA0002559296380000042
表示所有从源节点s发送的业务中离开环c节点i的业务量大小，
Figure BDA0002559296380000043
表示所有从源节点s发送的业务中进入环c节点i的业务量大小；上式表示节点s发送业务进入和离开环c的业务量相等。
进一步地，在采用整数线性规划方法优化求解时，进行各环业务流量计算，并对各环分别进行流量过载检测，给出具体哪个或哪些环过载；
其中，各环流量计算的表达式为：
Figure BDA0002559296380000044
式中，
Figure BDA0002559296380000045
表示所有从源节点s发送的业务中离开环c节点i的业务量大小，变量fc表示环c上业务流量，即环c上占用带宽；该表达式表示所有节点s发出且经过环c上节点i的业务量之和为经过环c的业务量；
其中，各环流量过载的检测表达式为：
Figure BDA0002559296380000051
式中，常量Gc为环c的容量，M为一个很大的常数值(如1000，000)，则当
Figure BDA0002559296380000052
Figure BDA0002559296380000053
时，OVc＝1，表示当环c的流量fc超过环容量Gc时，环c过载(OVc＝1)。
进一步地，在采用整数线性规划方法优化求解时，保持现有环网中的环结构和环节点配置不变，在现有环网结构中进行环过载检测，其中环上节点配置对应的表达式为：
Figure BDA0002559296380000054
式中，
Figure BDA0002559296380000055
表示所有从源节点s发送的业务中离开环c节点i的业务量大小，
Figure BDA0002559296380000056
表示所有从源节点s发送的业务中进入环c节点i的业务量大小；δc嬘i表示环节点配置常量，当δc嬘i＝1时表示节点i在正在运行的环c上；M为一个很大的常数值(如1000,000)；该表达式表示只有节点i在环c上，业务才能在环c上路由经过节点i。
进一步地，步骤S3具体为，保持环结构和环节点配置不变，只对过载环线速进行升级(即OVc＝1的环c)，不改变非过载环，并保持各环结构、各环连接方式和环的保护倒换方式不变。
进一步地，步骤S4具体为：以同源汇聚的方法在互连多环中路由业务，令业务在同一环内发出和终止，并能经过环间交换节点到达另一环，令业务在同一环内完成，以最小化业务使用带宽；其中，最小化业务使用带宽的表达式为：
Figure BDA0002559296380000057
式中，
Figure BDA0002559296380000058
表示所有从源节点s发送的业务中离开环c节点i的业务量大小，
Figure BDA0002559296380000059
表示所有从源节点s发送的业务中进入环c节点i的业务量大小；该表达式最小化了所有光纤通道倒换环上使用带宽的总和。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明采用多环多线速的业务路由和保护方法，可应用于较大规模网络；对业务采用同源汇聚后再进行路由和保护，可以减小过载检测和业务路由时间；本发明在过载检测时最小化过载环个数，能减少要升级环的个数并节约升级成本，并且不改变多环结构。
附图说明
图1为本发明实施例的原理示意图。
图2为本发明实施例的业务拓扑示意图。其中，(a)表示原始业务拓扑图，(b)表示业务增加后的业务拓扑图。
图3为本发明实施例的多环过载检测及升级示意图。
图4为本发明实施例的升级后节点A发出业务的路由结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例提供了一种业务增加后光纤通道倒换环的过载检测及升级方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：业务增加后，在原有的多环多线速光纤通道倒换环上试路由增加后的业务；若试路不成功，则进入步骤S2，否则，进入步骤S5；
步骤S2：进行环容量过载检测，并最小化过载环的个数；
步骤S3：增加过载环的线速；
步骤S4：在升级后的多环中用同源汇聚方法进行路由和保护业务，并允许环间业务交换；
步骤S5：进行业务路由。
上述步骤主要包括三个关键方法，即：
业务增加后的过载环检测方法，它在业务增加后，检测业务在现有多线速多环网上是否过载；
基于过载环的升级方法，对各个过载环依次进行线速升级，不改变各环结构，以及业务的路由和保护方式；
业务在升级环中的路由方法，采用多环互连承载业务，业务可在单环内路由，也可在环间交换后路由。
在本实施例中，步骤S2具体为：采用整数线性规划方法优化求解得到增加业务后过载环个数的最小值，从而减少环升级的个数和成本，并明确具体哪几个环过载；其中，该整数线性规划算法的目标函数为最小化过载环的个数：
Minimize∑c∈RCSetOVc；
式中，当OVc＝1时表示环c过载，RCSet为正在运行环的集合。
在本实施例中，在采用整数线性规划方法优化求解时，业务在多环多线速光纤通道倒换环中采用同源汇聚方法进行路由，同一节点发出的所有业务，无论目的节点是哪个节点，作为一个整体进行路由，计算它经过各节点的业务大小，使业务路由变量的大小从二维变成一维，减小路由变量集的大小，加快求解速度。即用同源业务路由变量
Figure BDA0002559296380000081
替代节点对间路由变量
Figure BDA0002559296380000082
Figure BDA0002559296380000083
表示所有从源节点s发送的业务中离开环c节点i的业务量大小，
Figure BDA0002559296380000084
表示节点s到d业务中离开环c节点i的业务量。用业务路由变量
Figure BDA0002559296380000085
替代节点对路由变量
Figure BDA0002559296380000086
类似。采用下式作为业务路由的约束表达式：
Figure BDA0002559296380000087
式中，
Figure BDA0002559296380000088
表示所有从源节点s发送的业务中离开环c节点i的业务量大小，
Figure BDA0002559296380000089
表示所有从源节点s发送的业务中进入环c节点i的业务量大小，dij表示为节点对i到j的业务量，NSet为多环网中所有节点的集合，dsi表示节点对s到i的业务量。这个表达式定义了业务在多环上的路由规则。具体来说，它表示节点s发出的业务经多环路由时，在源节点s处上多环的业务量等于源节点s发出的业务总量，在其他节点i处下多环的业务量等于dsi，它暗含从s到非i节点的业务只经过节点i(即进入减去离开的业务量为0)。
在本实施例中，在采用整数线性规划方法优化求解时，令业务进入任一环的业务量与离开该环的业务量相同，以保证进入环内的所有业务都被路由；业务在同一环上下时，自然满足这一特征；其中，经多环传输时，若业务进入一个环，则它经过该环交换节点交换到其它环的业务量等于进入该环的业务量，这一特征为环内路由约束，表示为：
Figure BDA0002559296380000091
式中，
Figure BDA0002559296380000092
表示所有从源节点s发送的业务中离开环c节点i的业务量大小，
Figure BDA0002559296380000093
表示所有从源节点s发送的业务中进入环c节点i的业务量大小；上式表示节点s发送业务进入和离开环c的业务量相等。
在本实施例中，在采用整数线性规划方法优化求解时，进行各环业务流量计算，并对各环分别进行流量过载检测，给出具体哪个或哪些环过载；
其中，各环流量计算的表达式为：
Figure BDA0002559296380000094
式中，
Figure BDA0002559296380000095
表示所有从源节点s发送的业务中离开环c节点i的业务量大小，变量fc表示环c上业务流量，即环c上占用带宽；该表达式表示所有节点s发出且经过环c上节点i的业务量之和为经过环c的业务量；
其中，各环流量过载的检测表达式为：
Figure BDA0002559296380000096
式中，常量Gc为环c的容量，M为一个很大的常数值(如1000,000)，则当
Figure BDA0002559296380000097
时，OVc＝1，表示当环c的流量fc超过环容量Gc时，环c过载(OVc＝1)。
在本实施例中，在采用整数线性规划方法优化求解时，保持现有环网中的环结构和环节点配置不变，在现有环网结构中进行环过载检测，其中环上节点配置对应的表达式为：
Figure BDA0002559296380000101
式中，
Figure BDA0002559296380000102
表示所有从源节点s发送的业务中离开环c节点i的业务量大小，
Figure BDA0002559296380000103
表示所有从源节点s发送的业务中进入环c节点i的业务量大小；δc嬘i表示环节点配置常量，当δc嬘i＝1时表示节点i在正在运行的环c上；M为一个很大的常数值(如1000,000)；该表达式表示只有节点i在环c上，业务才能在环c上路由经过节点i。
在本实施例中，步骤S3具体为，保持环结构和环节点配置不变，只对过载环线速进行升级(即OVc＝1的环c)，不改变非过载环，并保持各环结构、各环连接方式和环的保护倒换方式不变。
在本实施例中，步骤S4具体为：以同源汇聚的方法在互连多环中路由业务，令业务在同一环内发出和终止，并能经过环间交换节点到达另一环，令业务在同一环内完成，以最小化业务使用带宽；其中，最小化业务使用带宽的表达式为：
Figure BDA0002559296380000104
式中，
Figure BDA0002559296380000105
表示所有从源节点s发送的业务中离开环c节点i的业务量大小，
Figure BDA0002559296380000106
表示所有从源节点s发送的业务中进入环c节点i的业务量大小；该表达式最小化了所有光纤通道倒换环上使用带宽的总和。
具体的，本实施例以一具有12个节点的某电力光纤通信网络为例进行说明，设它原先路由的业务矩阵情况如图2中的(a)所示，为集中和相邻业务的混合业务。后来，A节点(中心节点)与其余节点之间的业务量增加，如图2中的(b)所示。
图2中的(a)所对应的光纤通道多环网如图3所示，它包含3个环：环1、环2和环3。环1包含3个节点A、B和E，环2包含7个节点A、F、H、I、J、K和L，环3包含4个节点A、C、D和G，这三个环相交的节点为A，而环1、2和3的线速都为STM-4(622Mbps)。
当业务增加到如图2中的(b)所示时，在原环1、2和3上对增加后的业务进行试路由，找不到可行解，即无法在原有多环网上路由所有增加后的业务，因此应该是多环网带宽不够，过载溢出了；
为此，采用本实施例业务增加后的过载环检测方法检测，发现图3中除环3外，环1和环2都过载溢出，因此需要对过载的环1和环2进行线速升级；
为此，将环1和环2都升级到STM-16(2500Mbps)，而所有环(环1、环2和环3)的结构及环上节点均不改变；
在升级后的多环网中用同源汇聚方法进行业务路由，能得到优化的业务路由结果，其中从中心节点A发出业务的路由结果如图4所示。
综上，本实例例采用一种光纤通道倒换环网的过载检测及升级方法，对12节点的SDH多环网进行了过载检测及升级。计算结果验证了该方法在业务增加后环网过载检测及环网升级的可行性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种业务增加后光纤通道倒换环的过载检测及升级方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：业务增加后，在原有的多环多线速光纤通道倒换环上试路由增加后的业务；若试路不成功，则进入步骤S2，否则，进入步骤S5；
步骤S2：进行环容量过载检测，并最小化过载环的个数；
步骤S3：增加过载环的线速；
步骤S4：在升级后的多环中用同源汇聚方法进行路由和保护业务，并允许环间业务交换；
步骤S5：进行业务路由；
其中，步骤S2具体为：
①采用整数线性规划方法优化求解得到增加业务后过载环个数的最小值，从而减少环升级的个数和成本，并明确具体哪几个环过载；其中，该整数线性规划算法的目标函数为最小化过载环的个数：
Minimize∑c∈RCSetOVc；
式中，当OVc＝1时表示环c过载，RCSet为正在运行环的集合；
②业务路由的方法为：在不改变原有多光纤通道倒换环配置的情况下，采用同源汇聚方法进行路由，以下式作为业务路由的约束表达式：
Figure DEST_PATH_BDA0002559296380000037
式中，
Figure FDA0003610307090000012
表示所有从源节点s发送的业务中离开环c节点i的业务量大小，
Figure FDA0003610307090000013
表示所有从源节点s发送的业务中进入环c节点i的业务量大小，dij表示为节点对i到j的业务量，NSet为多环网中所有节点的集合，dsi表示节点对s到i的业务量；同时令业务进入任一环的业务量与离开该环的业务量相同，以保证进入环内的所有业务都被路由；其中，经多环传输时，若业务进入一个环，则它经过该环交换节点交换到其它环的业务量等于进入该环的业务量，这一特征为环内路由约束，表示为：
Figure FDA0003610307090000014
③对各环进行流量过载检测时，各环流量计算的表达式为：
Figure FDA0003610307090000021
式中fc为表示环c带宽需求的变量，该表达式表示所有节点s发出且经过环c上节点i的业务量之和要小于等于环c为之配置的总带宽，各环流量过载的检测表达式为：
Figure FDA0003610307090000022
式中常量Gc为环c的容量，M为常数，则当
Figure FDA0003610307090000023
时，OVc＝1，表示当环c需配置的带宽fc超过环容量Gc时，环c过载；
④保持现有环网中的环结构和环节点配置不变，在现有环网结构中进行环过载检测时，环上节点配置对应的表达式为：
Figure FDA0003610307090000024
式中δc,i表示环节点配置常量，当δc,i＝1时表示节点i在正在运行的环c上；M为常数；该表达式表示只有节点i在环c上，业务才能在环c上路由经过节点i；
步骤S3具体为，保持环结构和环节点配置不变，只对过载环线速进行升级，不改变非过载环，并保持各环结构、各环连接方式和环的保护倒换方式不变；
步骤S4具体为：以同源汇聚的方法在互连多环中路由业务，令业务在同一环内发出和终止，并能经过环间交换节点到达另一环，令业务在同一环内完成，以最小化业务使用带宽；其中，最小化业务使用带宽的表达式为：
Figure FDA0003610307090000025
该表达式最小化了所有光纤通道倒换环上使用带宽的总和。
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