CN112104554A - 一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于综合数据网优化与设计技术领域，尤其涉及一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法。本发明首先基于电力通信业务流特征，分析链路失效风险；其次，根据业务重要度和链路风险度对业务进行差异化保护，考虑负载均衡的影响，将网络中的业务向风险较低的链路上进行疏导，在为高重要度业务分配独立保护路径的基础上，复用P圈来保护高风险链路，从而同时降低网络的阻塞率和风险。本发明同时考虑业务特性与链路风险对工作路径进行保护，提高了电力通信网的资源利用率，保证电力业务的可靠传输。

Description

一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法
技术领域
本发明属于综合数据网优化与设计技术领域，尤其涉及一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法。
背景技术
未来综合数据网需要承载更多、更复杂的数据业务，服务对象也将更加广泛。电网公司现代化建设产生的新业务要求综合数据网具备更强的带宽承载能力和更灵活的带宽接入能力。与此同时，电网与通信网的耦合日益加深，通信网故障可能引发电网的连锁故障，对综合数据网的生存性和业务恢复能力提出了更高要求。EPCN的容量资源有限，资源利用率较低的1+1双路由、BLSR环等线性保护的生存性方案不能满足日益增长的通信网业务需求。因此，综合性地衡量并提高网络保护质量对综合数据网的发展具有重要意义。随着EPCN逐渐由可靠性差的环网向连通性高的网状网演进，新型保护技术将在节约通信资源、降低网络冗余等方面发挥重要作用。
电力光缆故障是EPCN故障的主要原因，占通信各类设备总故障的87％，为提高网络可靠性通常需要高资源冗余以抵抗多重故障影响。现有网络无法负担100％保证业务请求可靠性的成本，且并非所有电力业务都需要相同级别的保护，某些业务甚至可以在网络风险较高的情况下执行，目前同时考虑业务特性与链路风险对工作路径进行保护的研究工作相对较少。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法。其目的是为了同时考虑业务重要度和链路风险度两种指标，在网络成本和目标保护质量之间取得良好的平衡，在对高重要度业务保护后，选出风险度高的链路集进行保护，节约资源的同时又能最大程度地降低网络整体风险，提高网络资源的利用率的发明目的。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法，包括以下步骤：
步骤1：输入网络拓扑及仿真参数；
步骤2：等待业务请求；
步骤3：业务请求到达网络后，生成工作路径及其链路集；
步骤4：判断待处理业务是否必须配保护路径，如果是则执行步骤5；否则执行步骤7；
步骤5：为工作路径搜索链路分离的备份路径，若找到则执行步骤6；否则阻塞业务请求，转向步骤2；
步骤6：判断备份路径上所有链路是否存在空闲容量；
步骤7：删除链路集中链路风险值小于阈值，不需要保护的链路；
步骤8：配置链路P圈保护链路集中链路。
进一步的，所述仿真参数包括链路容量矩阵，初始化链路权值为1。
进一步的，步骤3中所述生成工作路径及其链路集，是用最短路径算法为业务请求搜索工作路径，形成工作路径链路集，判断工作路径上所有链路是否存在空闲容量；若是，则工作路径可用，为其分配容量，更新全网链路的空闲容量，执行步骤4；否则阻塞业务请求，转向步骤2。
进一步的，步骤4中所述判断待处理业务是否必须配保护路径，其中保护路径为1+1保护路径，需要根据《电力系统通信设计技术规定》来判断，继电保护业务、安稳系统业务、广域向量测量系统、计量自动化及调度管理必须配有完全独立的冗余路由。
进一步的，步骤5中所述与工作路径链路分离的备份路径是指：工作路径和备份路径之间，除源节点和目的节点外，无公共链路和节点。
进一步的，步骤6中所述判断备份路径上所有链路是否存在空闲容量是指：若是，则备份路径可用，为其分配容量，更新全网链路的空闲容量，转向步骤2；否则阻塞业务请求，转向步骤2。
进一步的，步骤7中所述删除链路集中链路风险值小于阈值，不需要保护的链路，若
Figure BDA0002654007460000021
则执行步骤8；否则转向步骤2；
所述链路风险定义为：
Figure BDA0002654007460000022
式中，p(u,v)是链路长度为l(u,v)的光纤链路失效概率，a(u,v)为链路(u,v)剩余容量与网络总有效带宽的比值，r表示链路(u,v)风险值，e表示自然对数的底数。
进一步的，所述步骤8中配置链路P圈保护链路集中链路，是指采用P圈复用算法配置链路P圈保护链路集中链路，若P圈可用，更新全网链路的空闲容量，转向步骤2；否则阻塞业务请求，转向步骤2。
进一步的，所述P圈复用算法的步骤包括：
步骤801，输入为业务请求的待保护链路集；
步骤802，取出待保护链路集中的链路，并将其从待保护链路集中删除；
步骤802，判断网络中已配置的P圈是否可以进行复用，来保护链路；若可以，则转向步骤803；否则，转向步骤805；
所述步骤802，为降低计算时间和复杂度，在搜索可复用P圈时采用首次命中原则First Fit，一旦选到满足条件的P圈，则直接返回该圈，不再继续检验其他圈；
步骤803，在已配P圈上确定最佳保护路径，更新P圈保护容量；
步骤804，判断待保护链路集中是否还有需要被保护的链路；若是，则转向步骤802；否则，则转向步骤806；
步骤805，为链路配置保护P圈，在圈上找到最佳保护路径，并将该P圈加入到已配P圈集中；
步骤806，输出可保护链路的P圈及链路的保护路径；
步骤807，等待输入下一个待保护链路集。
一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法的步骤。
本发明具有以下有益效果及优点：
本发明同时考虑业务特性与链路风险对工作路径进行保护，提出一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法，首先基于电力通信业务流特征，分析链路失效风险，其次，根据业务重要度和链路风险度对业务进行差异化保护，考虑负载均衡的影响，将网络中的业务向风险较低的链路上进行疏导，在为高重要度业务分配独立保护路径的基础上，复用P圈来保护高风险链路，从而同时降低网络的阻塞率和风险，提高了综合数据网的资源利用率，保证电力业务的可靠传输。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明的整体步骤示意图；
图2为本发明单根光纤中承载不同服务的波长分类示意图；
图3为高风险链路为圈上链路示意图；
图4为高风险链路为趿拉链路示意图；
图5为本发明中链路p-Cycle复用条件分析示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1和图2描述本发明一些实施例的技术方案。
实施例1
本发明是一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法，如图1所示，图1是本发明的
如图1所示，本实施例主要包括如下步骤：
步骤1：输入网络拓扑G及仿真参数；
所述仿真参数包括链路容量矩阵，初始化链路权值为1；
步骤2：等待业务请求Rq；
步骤3：业务请求Rq到达网络后，生成工作路径及其链路集；
所述生成工作路径及其链路集，是在网络拓扑G中用Dijkstra最短路径算法为业务请求Rq搜索工作路径pw，形成工作路径链路集pr，判断工作路径pw上所有链路是否存在空闲容量。
若是，则工作路径pw可用，为其分配容量，更新全网链路的空闲容量，执行步骤4；否则阻塞业务请求Rq，转向步骤2；
步骤4：判断待处理业务是否必须配1+1保护路径，如果是则执行步骤5；否则执行步骤7；
所述步骤4，判断待处理业务是否必须配1+1保护路径，需要根据《电力系统通信设计技术规定》来判断，继电保护业务、安稳系统业务、广域向量测量系统、计量自动化、调度管理等必须配有完全独立的冗余路由以保证业务的可靠传输。
步骤5：为工作路径pw搜索链路分离的备份路径pd，若找到则执行步骤6；否则阻塞业务请求Rq，转向步骤2；
所述步骤5，与工作路径链路分离的备份路径是指：工作路径和备份路径之间，除源节点和目的节点外，无公共链路和节点。
步骤6：判断备份路径pd上所有链路是否存在空闲容量。若是，则备份路径pd可用，为其分配容量，更新全网链路的空闲容量，转向步骤2；否则阻塞业务请求Rq，转向步骤2；
步骤7：删除链路集pr中链路风险值小于阈值，不需要保护的链路，若
Figure BDA0002654007460000051
则执行步骤8；否则转向步骤2；
所述步骤7，链路风险定义为：
Figure BDA0002654007460000052
式中，p(u,v)是链路长度为l(u,v)的光纤链路失效概率，a(u,v)为链路(u,v)剩余容量与网络总有效带宽的比值，r表示链路(u,v)风险值，e表示自然对数的底数。
步骤8：采用P圈复用算法配置链路P圈保护链路集pr中链路，若P圈可用，更新全网链路的空闲容量，转向步骤2；否则阻塞业务请求Rq，转向步骤2。
所述P圈复用算法是指通过复用网络中配置的P圈，为新业务确定最佳保护路径的算法，为现有算法。
所述步骤8中，P圈复用算法目的是尽可能利用网络中已经配置的P圈保护新到达业务请求以减少保护资源占用，最大化P圈保护效率，降低网络冗余度和阻塞率，具体步骤为：
步骤801，输入为业务请求Rq的待保护链路集pr；
步骤802，取出待保护链路集pr中的链路
Figure BDA0002654007460000053
并将其从待保护链路集pr中删除；
步骤802，判断网络中已配置的P圈是否可以进行复用，来保护链路
Figure BDA0002654007460000054
若可以，则转向步骤803；否则，转向步骤805；
所述步骤802，为降低计算时间和复杂度，在搜索可复用P圈时采用首次命中原则First Fit，即一旦选到满足条件的P圈，则直接返回该圈，不再继续检验其他圈。
步骤803，在已配P圈上确定最佳保护路径，更新P圈保护容量；
步骤804，判断待保护链路集pr中是否还有需要被保护的链路，若是，则转向步骤802；否则，则转向步骤806；
步骤805，为链路
Figure BDA0002654007460000061
配置保护P圈，在圈上找到最佳保护路径，并将该P圈加入到已配P圈集中；
步骤806，输出可保护链路
Figure BDA0002654007460000062
的P圈及链路
Figure BDA0002654007460000063
的保护路径；
步骤807，等待输入下一个待保护链路集。
实施例2
本发明中单根光纤中承载不同服务的波长分类示意图，如图2所示。
图2显示了单模光纤上的波长分布。波长λ1至λw分配给该光纤上承载的工作业务，波长λw+1至λw+p用于保护，其余波长可自由分配用于潜在的其它业务。若以链路失效率最小为准则为业务选择传输路径，可能会导致网络中的业务集中到某些特定链路，降低网络的吞吐量，不但网络资源的整体利用率会降低，还会造成阻塞，产生瓶颈链路。因此，本发明将不同类型光纤链路容量作为选择路径的考虑因素之一，对链路剩余容量Sλ进行均衡，以保证在电力业务风险最小的情况下，平衡业务流向，避免业务集中现象的出现。
定义链路(u,v)剩余容量与网络总有效带宽的比值a(u,v)为：
Figure BDA0002654007460000064
式中，Wλ为链路(u,v)的工作容量，Pλ为保护容量。
实施例3
本发明中单根光纤中，对于跨接链路，P圈为链路提供两条保护路径图。高风险链路与链路p-Cycle的不同位置关系示意图，如图3和图4所示，图3为高风险链路为圈上链路示意图，图4为高风险链路为趿拉链路示意图。
图3中，在单根光纤中，当高风险链路为圈上链路时，P圈为圈上链路提供一条保护路径图。
当高风险链路为圈上链路时，P圈u-a-b-c-v-u为圈上链路(u,v)提供一条保护路径u-a-b-c-v。
在图4中，在单根光纤中，当高风险链路为趿拉链路时，对于跨接链路(u,v)，即端点在P圈上但两端点间连线不在圈上的链路，P圈u-a-b-v-c-u为链路(u,v)提供两条保护路径u-a-b-v和u-c-v。
实施例4
如图5所示，图5为本发明中链路p-Cycle复用条件分析示意图。
其中，s1-s6和d1-d6分别对应业务1-业务6的发送端和接收端，业务1，业务2/业务3，业务4，业务5/业务6四组业务的工作链路互不相同，因此网络中某条链路中断后最多只会影响其中一个业务的传输，此时对应的保护路径不会发生资源竞争，能够确保业务的快速恢复。
对于业务业务2、业务3，当一个业务占用其中一条保护路径时，另一个业务只能占用另一条保护路径。链路故障的发生可能导致业务5、业务6传输中断，由于业务共用保护路径u-a-c-b-v，预置的保护路径只能保护一个业务，需再配置P圈以保护其他业务。
实施例5
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1-4所述的一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：输入网络拓扑及仿真参数；
步骤2：等待业务请求；
步骤3：业务请求到达网络后，生成工作路径及其链路集；
步骤4：判断待处理业务是否必须配保护路径，如果是则执行步骤5；否则执行步骤7；
步骤5：为工作路径搜索链路分离的备份路径，若找到则执行步骤6；否则阻塞业务请求，转向步骤2；
步骤6：判断备份路径上所有链路是否存在空闲容量；
步骤7：删除链路集中链路风险值小于阈值，不需要保护的链路；
步骤8：配置链路P圈保护链路集中链路。
2.根据权利要求1所述的一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法，其特征是：所述仿真参数包括链路容量矩阵，初始化链路权值为1。
3.根据权利要求1所述的一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法，其特征是：步骤3中所述生成工作路径及其链路集，是用最短路径算法为业务请求搜索工作路径，形成工作路径链路集，判断工作路径上所有链路是否存在空闲容量；若是，则工作路径可用，为其分配容量，更新全网链路的空闲容量，执行步骤4；否则阻塞业务请求，转向步骤2。
4.根据权利要求1所述的一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法，其特征是：步骤4中所述判断待处理业务是否必须配保护路径，其中保护路径为1+1保护路径，需要根据《电力系统通信设计技术规定》来判断，继电保护业务、安稳系统业务、广域向量测量系统、计量自动化及调度管理必须配有完全独立的冗余路由。
5.根据权利要求1所述的一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法，其特征是：步骤5中所述与工作路径链路分离的备份路径是指：工作路径和备份路径之间，除源节点和目的节点外，无公共链路和节点。
6.根据权利要求1所述的一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法，其特征是：步骤6中所述判断备份路径上所有链路是否存在空闲容量是指：若是，则备份路径可用，为其分配容量，更新全网链路的空闲容量，转向步骤2；否则阻塞业务请求，转向步骤2。
7.根据权利要求1所述的一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法，其特征是：步骤7中所述删除链路集中链路风险值小于阈值，不需要保护的链路，若
Figure FDA0002654007450000021
则执行步骤8；否则转向步骤2；
所述链路风险定义为：
Figure FDA0002654007450000022
式中，p(u,v)是链路长度为l(u,v)的光纤链路失效概率，a(u,v)为链路(u,v)剩余容量与网络总有效带宽的比值，r表示链路(u,v)风险值，e表示自然对数的底数。
8.根据权利要求1所述的一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法，其特征是：所述步骤8中配置链路P圈保护链路集中链路，是指采用P圈复用算法配置链路P圈保护链路集中链路，若P圈可用，更新全网链路的空闲容量，转向步骤2；否则阻塞业务请求，转向步骤2。
9.根据权利要求8所述的一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法，其特征是：所述P圈复用算法的步骤包括：
步骤801，输入为业务请求的待保护链路集；
步骤802，取出待保护链路集中的链路，并将其从待保护链路集中删除；
步骤802，判断网络中已配置的P圈是否可以进行复用，来保护链路；若可以，则转向步骤803；否则，转向步骤805；
所述步骤802，为降低计算时间和复杂度，在搜索可复用P圈时采用首次命中原则FirstFit，一旦选到满足条件的P圈，则直接返回该圈，不再继续检验其他圈；
步骤803，在已配P圈上确定最佳保护路径，更新P圈保护容量；
步骤804，判断待保护链路集中是否还有需要被保护的链路；若是，则转向步骤802；否则，则转向步骤806；
步骤805，为链路配置保护P圈，在圈上找到最佳保护路径，并将该P圈加入到已配P圈集中；
步骤806，输出可保护链路的P圈及链路的保护路径；
步骤807，等待输入下一个待保护链路集。
10.一种计算机存储介质，其特征是：所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-9所述的一种基于链路故障的综合数据网业务差异化保护方法的步骤。
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