CN112511924B - 基于业务需求的PeOTN网络路由规划方法 - Google Patents

基于业务需求的PeOTN网络路由规划方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于业务需求的PeOTN网络路由规划方法，所述方法包括确定PeOTN网络拓扑图，计算每条链路j的失效率F(j)，确定PeOTN网络上承载的业务i，计算业务i的实时性系数d(i)和可靠性系数f(i)，根据业务i运维目标确定路由规划中的实时性权重k1和可靠性权重k2，采用K条最短路径算法获得k条路径，引入业务i承载在网络链路中出现的时延，以及根据目标函数分别计算业务i在k条路径上的函数值，和选择函数值中的最小值，且将该最小值所对应的路径作为业务i的最优路径。本发明的PeOTN网络路由规划方法能够综合实际因素，并结合系统承载的各个具体业务实时性和可靠性的要求，给出适合该业务需求PeOTN网络承载路由。

Description

基于业务需求的PeOTN网络路由规划方法
技术领域
本发明涉及网络路由技术领域，特别涉及一种基于业务需求的PeOTN网络路由规划方法。
背景技术
PeOTN对多业务的处理非常灵活，可以根据业务的属性提供不同颗粒度的处理方式，最终匹配到最合适的ODUk管道中进行传送。PeOTN专线能够更好地满足业务的个性化需求，能够帮助电信运营商将政企客户业务向更深层次的方向进行拓展，能够完成电力、铁路、军工等领域通信网控制和管理类业务的承载。
PeOTN网络需要给承载的业务分配一条路径，以保证业务的有效开通。目前网络分配路由比较常用的算法有最短路径法、负载均衡法等，系统根据网络情况运用上述算法筛选出一条“最优”路径来承载各项业务，但是由于业务的性质不同，颗粒度大小不同，对安全性、实时性、可靠性等要求不同，系统给出的所谓“最优”未必适用于每一类业务，而距离最短、网络跳数最少也不一定是最优。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于业务需求的PeOTN网络路由规划方法，以能够综合实际因素，并结合系统承载的各个具体业务实时性和可靠性的要求，给出了PeOTN网络路由的规划方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于业务需求的PeOTN网络路由规划方法，所述方法包括如下的步骤：
a.确定PeOTN网络拓扑图，记录图中链路的光缆距离S，光缆的平均修复时间MTTR和平均故障间隔时间MTBF，并计算每条链路j的失效率F(j)；
b.确定PeOTN网络上承载的业务i，并根据业务i的需求分析业务i的实时性和可靠性，计算业务i的实时性系数d(i)和可靠性系数f(i)；
c.根据业务i运维目标确定路由规划中的实时性权重k1和可靠性权重k2；
d.根据各条链路的失效率F(j)，采用K条最短路径算法分别获得k条路径Pm，m＝1、2、3…k；
e.在得到的k条路径中，引入业务i承载在网络链路中出现的时延delay(j)；
f.根据如下目标函数分别计算业务i在k条路径中每条链路上的函数值，
Figure GDA0003730697560000021
其中，j为路径Pm上的链路，Ym为路径Pm上的链路个数，delay(j)表示业务i在链路中的时延，【d(i)×delay(j)】*和【f(i)×F(j)】*均表示归一化后的数据；
g.选择业务i在k条路径上的函数值的最小值，且将该最小值所对应的路径作为业务i的最优路径。
进一步的，步骤a中按以下公式计算链路j的失效率F(j)，
F(j)＝S(j)×MTTR(j)/MTBF(j)。
进一步的，步骤b中计算业务i的实时性系数d(i)和可靠性系数f(i)包括如下的步骤：
b1.建立层次结构模型；
b2.构造判断矩阵；
b3.计算业务i的实时性系数d(i)和可靠性系数f(i)。
进一步的，步骤c1的结构模型包括目标层、准则层和方案层；步骤c2中采用一致矩阵法分析各业务对实时性和可靠性的相对重要性，构造判断矩阵。
进一步的，步骤c中，若业务运维目标为基于业务实时性优化，则实时性权重k1为1、可靠性权重k2为0；若业务运维目标为基于业务可靠性优化，则实时性权重k1为0、可靠性权重k2为1；若业务运维目标为同时基于业务实时性和可靠性优化，则k1＝d(i)/(d(i)+f(i))，k2＝f(i)/(d(i)+f(i))。
进一步的，步骤d中获得k条路径包括如下的步骤：
d1.输入源点o和终点d，确定路径数k；
d2.计算源点o到终点d的最短路径Pm＝1；
d3.依次计算次短路径Pm＝2、第三短路径Pm＝3、第四短路径Pm＝4，直至第k短路径Pm＝k；
其中，步骤d3依次计算各短路径Pm+1(m＝1、2、3…k-1)包括如下的步骤：
d31.判断m是否小于k-1，且是否存在候选链路；
d32.m小于k-1，且存在候选链路时，将路径Pm上的各节点分别看作偏离点，其中路径Pm上的各节点不包括d，偏离点设x个，将每个偏离点记为Vn(n＝1、2…x)，从V1开始到Vx遍历每个偏离点，并对于每个偏离点计算Vn到终点d的最短路径；
d33.将路径Pm上从o到Vn的路径，以及已获得的Vn到d的最短路径，作为Pm+1的候选路径，放入候选路径集合中；
d34.找出候选路径集合中的最短路径，作为短路径Pm+1，并将其从候选路径集合移除；
d35.重复步骤d31至d34，直至m＝k-1，且不存在候选链路。
进一步的，步骤e中引入N类业务承载在网络上出现的时延，为得到业务i在k条路径中传输时网络总体可靠性程度R(i)m，以及业务i在k条路径中传输时网络总体的实时性程度D(i)m，且：
Figure GDA0003730697560000031
Figure GDA0003730697560000041
进一步的，【d(i)×delay(j)】*和【f(i)×F(j)】*均为依据x*＝x-min/max-min对d(i)×delay(j)和f(i)×F(j)进行归一化得到；其中，x*为归一化后的数据，x为归一化前的原有数据，min为样本数据的最小值，max为样本数据的最大值。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明的PeOTN网络路由规划方法，能够综合考虑光缆的失效率、业务在网络的时延等实际因素，并可结合系统承载的业务的实时性和可靠性要求，且针对这些需求联合考虑，规划出一条适合该业务需求的PeOTN网络承载路由。
本发明的PeOTN网络路由规划方法可有效提高PeOTN网络对业务的网络承载传输效率，减小设备建设规模和功率，从而能够降低网络成本。
附图说明
构成本发明的一部分的附图，是用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明是用于解释本发明，其中涉及到的前后、上下等方位词语仅用于表示相对的位置关系，均不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的基于业务需求的PeOTN网络路由规划方法的层次结构模型图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
同时，除非特别说明，本实施例中所涉及的处理方法依照现有网络路由规划领域中的一般处理方法便可。
本实施例涉及一种基于业务需求的PeOTN网络路由规划方法，该方法包括有如下的处理步骤：
步骤a.确定PeOTN网络拓扑图，记录图中链路的光缆距离S，光缆的平均修复时间MTTR和平均故障间隔时间MTBF，并计算每条链路j的失效率F(j)。
在该步骤a中，确定的PeOTN网络拓扑图一般应包括PeOTN网络的各个节点和链路，所述光缆距离S，光缆的平均修复时间MTTR和平均故障间隔时间MTBF通常可通过调查及收集资料获得。
而且在上述步骤a中也按以下公式计算链路j的失效率F(j)，
F(j)＝S(j)×MTTR(j)/MTBF(j)。
获得的链路的失效率F(j)可作为系统链路的风险概率。
步骤b.确定PeOTN网络上承载的业务i，并根据业务i的需求分析业务i的实时性和可靠性，计算业务i的实时性系数d(i)和可靠性系数f(i)。
在该步骤b中，具体而言，计算业务i的实时性系数d(i)和可靠性系数f(i)也包括有如下的步骤：
步骤b1.建立层次结构模型；
步骤b2.构造判断矩阵；
步骤b3.计算业务i的实时性系数d(i)和可靠性系数f(i)。
其中，在步骤c1的建立层次结构模型中，本实施例为将业务权重设为决策的目标，且具体也是将实时性和可靠性作为考虑因素，也即将实时性与可靠性决策准则。此外，本实施例决策对象便是PeOTN网络上将要承载的各类业务，而本业务i的重要程度一般也是相对于其它业务而言的。
故在步骤c1中，按上述各部分之间的相互关系，所建立的结构模型具体包括有目标层、准则层和方案层，且绘制出的层次结构模型也如图1所示。
此外，在确定各层次各因素之间的权重时，如果只是定性的结果，则常常达不到理想的效果。因此在步骤b2中也采用“一致矩阵法”，以分析各业务对实时性和可靠性的相对重要性，从而构造判断矩阵。
此时，采用一致矩阵法也即不把所有因素放在一起比较，而是两两相互比较，由此在对比时采用相对尺度，以尽可能减少性质不同的因素相互比较的困难，并借此提高准确度。
本实施例中鉴于只分析各个业务对实时性和可靠性的相对重要性，也即方案层和准则层的关系，因此构造的矩阵为：
Figure GDA0003730697560000061
其中，对于Cij的赋值，可以根据两两对比的业务在实时性或可靠性方面的相对重要性。如同等重要则为1，同时Cii＝1；如i业务比j业务稍微重要则为2或3，明显重要可为4或5，强烈重要可为6或7，极端重要可为8或9。以此原则根据所列业务多少来确定赋值间隔。
但需要注意的是，Cij大于0且Cij＝1/Cji。
经过对构造矩阵的计算，本实施例也便可得到业务的实时性系数和可靠性系数，且其结果具体如下：
Figure GDA0003730697560000062
从其中也即可获得业务i的实时性系数d(i)与可靠性系数f(i)。
步骤c.根据业务i运维目标确定路由规划中的实时性权重k1和可靠性权重k2。
在该步骤c中，具体的，若业务运维目标为基于业务实时性优化，则实时性权重k1为1、可靠性权重k2为0。若业务运维目标为基于业务可靠性优化，则实时性权重k1为0、可靠性权重k2为1。若业务运维目标为同时基于业务实时性和可靠性优化，则k1＝d(i)/(d(i)+f(i))，k2＝f(i)/(d(i)+f(i))。
步骤d.根据各条链路的失效率F(j)，采用K条最短路径算法分别获得k条路径Pm，m＝1、2、3…k。
在步骤d中，获得k条路径具体包括有如下的步骤：
d1.输入源点o和终点d，确定路径数k；
d2.计算源点o到终点d的最短路径Pm＝1；
d3.依次计算次短路径Pm＝2、第三短路径Pm＝3、第四短路径Pm＝4，直至第k短路径Pm＝k；
其中，上述步骤d3依次计算各短路径Pm+1(m＝1、2、3…k-1)则又具体包括如下的步骤：
步骤d31.判断m是否小于k-1，且是否存在候选链路；
步骤d32.m小于k-1，且存在候选链路时，将路径Pm上的各节点分别看作偏离点，其中路径Pm上的各节点不包括d，偏离点设x个，将每个偏离点记为Vn(n＝1、2…x)，从V1开始到Vx遍历每个偏离点，并对于每个偏离点计算Vn到终点d的最短路径；
步骤d33.将路径Pm上从o到Vn的路径，以及已获得的Vn到d的最短路径，作为Pm+1的候选路径，放入候选路径集合中；
步骤d34.找出候选路径集合中的最短路径，作为短路径Pm+1，并将其从候选路径集合移除；
步骤d35.重复步骤d31至d34，直至m＝k-1，且不存在候选链路。
通过以上步骤，直到找到k条最短路径便可。
步骤e.在得到的k条路径中，引入业务i承载在网络链路中出现的时延delay(j)。
在步骤e中，由于本实施例为将业务i在网络承载过程中有可能遇到的风险及时延进行量化，此时，根据步骤a得到的系统失效率F(j)，以及步骤b得到的i业务可靠性系数f(i)可以得到业务i在k条路径中传输对于风险方面造成的影响，其即用R(i)m表示，并代表所得到网络总体的可靠性程度。
再根据步骤c得到的业务i实时性系数d(i)，以及一般通过调查测量得知的业务i本身在各条路径中的时延delay(j)，由此便可得到业务i在k条路径中传输对于时延方面造成的影响，其可用D(i)m表示，且代表所得到网络总体的实时性程度。
此时，所得到的业务i在k条路径中传输时网络总体可靠性程度R(i)m，以及业务i在k条路径中传输时网络总体的实时性程度D(i)m，两者也具体为：
Figure GDA0003730697560000081
Figure GDA0003730697560000082
其中，Ym表示路径Pm上的链路j的个数。
步骤f.根据如下目标函数分别计算业务i在k条路径上的函数值，
Figure GDA0003730697560000083
其中，【d(i)×delay(j)】*和【f(i)×F(j)】*均表示归一化后的数据，这是由于在目标函数中实时性和可靠性两个量化值的性质不同，且具有不同的量纲和较大的数值差别。两者若直接相加的效果会不够理想。因此，本实施例中需要对其进行归一化。
此时，本实施例中上述的【d(i)×delay(j)】*和【f(i)×F(j)】*也均为依据x*＝x-min/max-min对d(i)×delay(j)和f(i)×F(j)进行归一化得到的。
其中，x*为归一化后的数据，x为归一化前的原有数据，min为样本数据的最小值，max为样本数据的最大值。
步骤g.选择业务i在k条路径上的函数值的最小值，且将该最小值所对应的路径作为业务i的最优路径。
由此，通过以上的步骤，即可实现本实施例的基于具体业务需求的PeOTN网络路由规划方法，从而获得业务i的最优路径。而且重复上述方法，便能够分别得到i＝1、2、3…N时各业务i的最优路径。
本实施例的PeOTN网络路由规划方法，首先根据PeOTN网络的运行情况确定其网络链路的失效率作为定量指标，形成网络链路代价，并运用计算k条最短路径的方法确定系统的路径集合。然后，结合具体业务要求，设置业务的实时性权重和可靠性权重，并引入业务承载在网络上出现的时延量化值，且由具体函数计算出业务在各条路径上的目标函数，从而根据得到的最小目标函数值即能够选择业务承载最优的路径。
本实施例的PeOTN网络路由规划方法，可有效提高PeOTN网络对业务的网络承载传输效率，并能够减小设备建设规模和功率，降低网络成本，而有着很好的应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于业务需求的PeOTN网络路由规划方法，其特征在于：所述方法包括如下的步骤：
a.确定PeOTN网络拓扑图，记录图中链路的光缆距离S，光缆的平均修复时间MTTR和平均故障间隔时间MTBF，并计算每条链路j的失效率F(j)；
b.确定PeOTN网络上承载的业务i，并根据业务i的需求分析业务i的实时性和可靠性，计算业务i的实时性系数d(i)和可靠性系数f(i)；
c.根据业务i运维目标确定路由规划中的实时性权重k1和可靠性权重k2；
d.根据各条链路j的失效率F(j)，采用K条最短路径算法分别获得k条路径Pm，m＝1、2、3…k；
e.在得到的k条路径中，引入业务i承载在网络链路中出现的时延delay(j)；
f.根据如下目标函数分别计算业务i在k条路径中的每条路径上的函数值，
Figure FDA0003677766270000011
其中，j为路径Pm上的链路，Ym为路径Pm上的链路个数，delay(j)表示业务i在链路j中的时延，【d(i)×delay(j)】*和【f(i)×F(j)】*均表示归一化后的数据；
g.选择业务i在k条路径上的函数值的最小值，且将该最小值所对应的路径作为业务i的最优路径。
2.根据权利要求1所述的基于业务需求的PeOTN网络路由规划方法，其特征在于：步骤a中按以下公式计算链路j的失效率F(j)，
F(j)＝S(j)×MTTR(j)/MTBF(j)。
3.根据权利要求2所述的基于业务需求的PeOTN网络路由规划方法，其特征在于：步骤b中计算业务i的实时性系数d(i)和可靠性系数f(i)包括如下的步骤：
b1.建立层次结构模型；
b2.构造判断矩阵；
b3.计算业务i的实时性系数d(i)和可靠性系数f(i)。
4.根据权利要求3所述的基于业务需求的PeOTN网络路由规划方法，其特征在于：步骤c1的结构模型包括目标层、准则层和方案层；步骤c2中采用一致矩阵法分析各业务对实时性和可靠性的相对重要性，构造判断矩阵。
5.根据权利要求3所述的基于业务需求的PeOTN网络路由规划方法，其特征在于：步骤c中，若业务运维目标为基于业务实时性优化，则实时性权重k1为1、可靠性权重k2为0；若业务运维目标为基于业务可靠性优化，则实时性权重k1为0、可靠性权重k2为1；若业务运维目标为同时基于业务实时性和可靠性优化，则k1＝d(i)/(d(i)+f(i))，k2＝f(i)/(d(i)+f(i))。
6.根据权利要求5所述的基于业务需求的PeOTN网络路由规划方法，其特征在于：步骤d中获得k条路径包括如下的步骤：
d1.输入源点o和终点d，确定路径数k；
d2.计算源点o到终点d的最短路径Pm＝1；
d3.依次计算次短路径Pm＝2、第三短路径Pm＝3、第四短路径Pm＝4，直至第k短路径Pm＝k；
其中，步骤d3依次计算各短路径Pm+1(m＝1、2、3…k-1)包括如下的步骤：
d31.判断m是否小于k-1，且是否存在候选链路；
d32.m小于k-1，且存在候选链路时，将路径Pm上的各节点分别看作偏离点，其中路径Pm上的各节点不包括d，偏离点设x个，将每个偏离点记为Vn(n＝1、2…x)，从V1开始到Vx遍历每个偏离点，并对于每个偏离点计算Vn到终点d的最短路径；
d33.将路径Pm上从o到Vn的路径，以及已获得的Vn到d的最短路径，作为Pm+1的候选路径，放入候选路径集合中；
d34.找出候选路径集合中的最短路径，作为短路径Pm+1，并将其从候选路径集合移除；
d35.重复步骤d31至d34，直至m＝k-1，且不存在候选链路。
7.根据权利要求6所述的基于业务需求的PeOTN网络路由规划方法，其特征在于：步骤e中引入N类业务承载在网络上出现的时延，为得到业务i在k条路径中传输时网络总体可靠性程度R(i)m，以及业务i在k条路径中传输时网络总体的实时性程度D(i)m，且：
Figure FDA0003677766270000031
Figure FDA0003677766270000032
8.根据权利要求7所述的基于业务需求的PeOTN网络路由规划方法，其特征在于：【d(i)×delay(j)】*和【f(i)×F(j)】*均为依据x*＝x-min/max-min对d(i)×delay(j)和f(i)×F(j)进行归一化得到；其中，x*为归一化后的数据，x为归一化前的原有数据，min为样本数据的最小值，max为样本数据的最大值。
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