CN117221975A - 半无滤光网络中的基于子网路由辅助的候选路由筛选方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了半无滤光网络中的基于子网路由辅助的候选路由筛选方法，属于光网络的技术领域。本发明的步骤包括：S1：给定半无滤光网络G，并确定所需源节点与目的节点间的候选路由数目K；S2：利用Yen算法计算子网路由数目M，记路由集合为P，并得到对应的子网路由集合SP；S3：筛选删除多余路由。本发明在半无滤光网络中为节点对筛选候选路由时，同时计算所得候选路由所对应的子网路由，然后在子网路由的辅助下从候选路由集合中删除存在子网环路、子网路由与其它子网路由重复、或子网路由包含其它子网路由的候选路由，以保证所得到的候选路由在半无滤光网络中的可用性。

Description

半无滤光网络中的基于子网路由辅助的候选路由筛选方法

技术领域

本发明涉及光网络的技术领域，尤其涉及半无滤光网络中的基于子网路由辅助的候选路由筛选方法。

背景技术

随着5G移动通信网和Fixed 5G（F5G）接入网的大量部署，越来越多的具有大带宽、低时延需求的应用得以接入网络中，这些应用对城域光汇聚网和光骨干网的传输能力都带来了较高的要求，因此需要对光城域网和光骨干网进行升级。在升级光网络时，除了可以通过提升每个波长的传输速率来实现，还可以通过增加节点在地域上分布密度的方式来实现。光节点一般都是由光分插复用器（Optical Add/Drop Multiplexer，OADM）或光交叉连接器（Optical Cross Connector，OXC）来实现的，这些设备非常昂贵，因此通过增加光节点分布密度的方式来升级网络的花费也非常高。为了降低网络升级成本，学者们提出了一种半无滤光网络（Semi-Filterless Optical Network，Semi-FON）的组网结构。在Semi-FON中，只有一部分节点使用OADM和OXC来实现，而剩余节点则使用分光器（OpticalSplitter，OS）和光耦合器（Optical Combiner，OC）来实现。由于分光器和光耦合器的费用非常低，所以网络升级的费用大幅度下降。

在Semi-FON中，安装有OADM/OXC的节点具有滤波能力，称为可滤节点（FilterableNode），使用OS/OC的节点不具有滤波能力，称为无滤节点（Filterless Node）。可滤节点将信号从需要的输出链路进行输出，而无滤节点将信号从所有输出链路上进行广播。可滤节点将网络拓扑划分为多个无滤子网，在每个无滤子网内部，信号被无滤节点广播到所有链路上。无滤节点的广播特性，导致信号在Semi-FON中不是沿着一条端到端路径传播，而是会被广播到路径所经历的所有无滤子网。因此，用于一般光网络中的路由搜索方式所得的候选路由不能直接应用于Semi-FON中，而需要针对Semi-FON设计专门的路由筛选方法对候选路由进行筛选。

申请号为202310516957.0的发明专利公开了一种光网络的集中式动态路由选择方法，所述方法由主节点控制层和从节点数据传输层构成，其中从节点数据传输层从终端获取业务；所述主节点控制层包含第一报文生成与处理模块、路由计算模块、第一存储模块、第一控制模块；从节点数据传输层包含第二报文生成与处理模块、接口检测模块、第二存储模块、波长转换模块、光电转换模块、第二控制模块；终端物理层为用户终端，上传用户间的业务数据。上述方法在光网络中采用集中式管理方式，获取全局拓扑及所有节点链路状态，通过实时监测链路成本cost变化，自适应调整区域内每两两节点间的路由选择，降低光网络的局部链路拥塞，提升全局的资源利用率。但是，上述发明不能应用到半无滤光网络中，因为用该方法得到的路由在半无滤光网络中可能会存在子网路由环路，从而导致无法在半无滤光网络中正常工作。

公布号为CN112769696A的发明专利公开了一种路由选择方法、网络控制器、系统和存储介质。该方法包括：根据在网络中收集的每两个节点之间的时延值，从网络中对源节点和目的节点之间的转发节点进行筛选，以筛选出符合预定时延要求的转发节点；基于源节点、目的节点与筛选出的转发节点所形成的每条链路的花费，计算从源节点到目的节点的每条路径的花费；选择花费最小的路径作为源节点到目的节点的路由选择路径。

但是上述专利中的节点并不存在可滤节点和无滤节点的区别，所应用的网络与半无滤光网络存在本质上的差异。同时，该专利主要以每条链路的花费为主要的筛选条件，筛选符合预定时延要求的链路，若应用在半无滤光网络可能会因存在子网路由环路而导致半无滤光网络无法正常运行。

发明内容

针对现有技术中光网络中的路由搜索方法所得到的路由不能直接应用于半无滤光网络中的技术问题，本发明提出半无滤光网络中的基于子网路由辅助的候选路由筛选方法，在半无滤光网络中为节点对搜索候选路由时，同时计算所得候选路由所对应的子网路由，然后从候选路由集合中删除存在子网环路、子网路由与其它子网路由重复、或子网路由包含其它子网路由的候选路由，以保证所得到的候选路由在半无滤光网络中的可用性。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：半无滤光网络中的基于子网路由辅助的候选路由筛选方法，其步骤包括：

S1：给定半无滤光网络G，以及所需的源节点与目的节点间的候选路由数目K；

S2：利用多候选路由搜索算法计算源节点到目的节点间的M条候选路由，记路由集合为P；求路由集合P中每条路由所对应的子路由，得到子网路由集合SP；

S3：从子网路由集合SP中选出无子网环路、子网路由间相互不重复、子网路由间相互不包含的前K条候选路由，在所选出子网路由的辅助下从路由集合P中筛选删除多余路由。

步骤S1所述半无滤光网络G(V,E,W,S)，其中V为节点集合，E为链路集合，W为可滤节点集合，S为子网集合。

所述候选路由数目M与候选路由数目K的关系为：M=nK，n为正整数。

所述节点集合V中节点个数小于等于10时，n=2。

所述节点集合V中节点个数大于10时，n≥3。

步骤S2所述利用多候选路由搜索算法计算源节点到目的节点间的M条候选路由的实现方法为：

S21：对节点集合V中的节点进行编号，利用两节点序号表示对应两节点间的链路；

S22：利用Yen算法搜索出源节点与目的节点间前M条最短路组成的路由集合P={p_n| n=1, 2, 3,…, M}。

所述多候选路由搜索算法为Yen算法。

每条最短路由表示为链路序列。

步骤S2所述得到子网路由集合SP的方法为：根据可滤节点划分半无滤光网络得到多个无滤子网，求路由集合P中路由p_n所对应的子网路由sp_n，得到子网路由集合SP。

步骤S3所述筛选删除多余路由的方法为：

S31：判断子网路由集合SP中每条子网路由sp_n是否包含子网环路，若存在路由子网环路，则从子网路由集合SP中删除子网路由sp_n、并从子网路由集合P中删除子网路由sp_n所对应的最短路由p_n；

S32：判断子网路由集合SP中是否存在重复的子网路由sp_n，若存在，从子网路由集合SP中删除对应路由长度较大的子网路由，并从路由集合P中删除子网路由sp_n所对应的最短路由p_n；

S33：判断子网路由集合SP中是否存在一条路由是另一条路由的子路由，若存在，则从子网路由集合SP中删除包含子网数较多的子网路由，并从路由集合P中删除子网路由sp_n所对应的最短路由p_n；

S34：判断当前子网路由集合SP中的子网路由条数是否大于K，如果大于K，则从路由集合P和子网路由集合SP中删除前K条之后的所有路由和子网路由，所得P即为候选路由集合、为对应的子网路由集合。

与现有技术相比，本发明的有益效果：在半无滤光网络中找出源节点到目的节点间的K条候选路由时，先用Yen算法计算出M条路由，并求出每条路由所对应的子网路由，然后从中选出无子网环路、子网路由间相互不重复、子网路由间相互不包含的前K条候选路由。本发明在半无滤光网络中为节点对搜索候选路由时，同时计算所得候选路由所对应的子网路由，然后从候选路由集合中删除存在子网环路、子网路由与其它子网路由重复、或子网路由包含其它子网路由的候选路由，以保证所得到的候选路由在半无滤光网络中的可用性。

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为半无滤光网络中候选路由搜索方法的具体操作流程。

图2为本发明半无滤光网络结构的一个实例。

图3为本发明半无滤光网络中信号传输过程的一个实例。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，半无滤光网络中的基于子网路由辅助的候选路由筛选方法，半无滤光网络中的节点分为可滤节点和无滤节点：可滤节点具有滤波能力，信号通过它后只从需要输出的链路上输出；无滤节点不具有滤波能力，信号通过它后广播到它所连接的所有链路。无滤节点的广播特性使得用于一般光网络的路由不一定适用于半无滤光网络。结合一个网络实例，本发明的具体步骤包括：

S1：给定半无滤光网络G(V,E,W,S)，其中V为节点集合、E为链路集合、W为可滤节点集合、S为子网集合，并确定所需源节点与目的节点间的候选路由数目K。

其中，节点集合V、链路集合E、可滤节点集合W和子网集合S与半无滤光网络G相关，当给定半无滤光网络G后即可确定其中的节点、链路、可滤节点和子网。

S2：利用经典的多候选路由搜索算法——Yen算法计算源节点到目的节点间的M条候选路由，记路由集合为P；求路由集合P中每条路由所对应的子网路路由，并得到子网路由集合SP。

数目M与候选路由数目K的关系为：M=nK，n为正整数，节点集合V中节点个数小于等于10时，n=2；点集合V中节点个数大于10时，n≥3。M的值可根据网络拓扑进行选取，对于节点个数不超过10的较小网络拓扑，取M=2K即可，对于节点个数大于10的较大网络拓扑，可以取M=3K或者更大的值。

节点集合V中节点个数较小时，拓扑结构较小，只需要较小的n值就可以得到K条可用的候选路由，设置的n值越小，需要检查的候选路由条数越少，检查所有候选路由可用性所需的时间也相应减少。因此，根据节点个数设置n值可以有效的提升检查的效率。

具体步骤为：

S21：对V为节点集合中的节点进行编号，利用两节点序号表示对应两节点间的链路。

具体的，如图2所示，半无滤光网络中，节点中的数字为节点的编号，链路上所标注数字为链路对应的长度，链路都为双向链路；节点2、节点4、节点7、节点9是可滤节点，其它节点为无滤节点。

S22：利用Yen算法源节点与目的节点间前M个最短的子网路由p_n，用链路表示路由p_n，记子网路由p_n的路由集合为P，n=1、2、3…M。

如图2所示，的半无滤光网络中，节点中的数字为节点的编号，链路上所标注数字为链路对应的长度，链路都为双向链路；节点2、节点4、节点7、节点9是可滤节点，其它节点为无滤节点；可滤节点将网络划分为五个无滤子网，分别为：

SN₁={(1,2),(1,4)}

SN₂={(2,5),(5,7)}

SN₃={(2,3),(3,4),(3,8),(7,8),(8,9)}

SN₄={(4,6),(6,9)}

SN₅={(7,10),(9,10)}

由于每条链路都是双向链路，且由于无滤节点的广播特性，双向链路会被同时使用，故此不对链路的方向进行区分，比如，链路(7,8)和链路(8,7)表示同一条链路。

网络中的路由是由链路序列构成的，但只通过链路序列的形式无法确定路由在半无滤光网络中的可用性。为了检查路由在半无滤光网络中的可用性，本发明给出路由的另一种表示方法，即将候选路由表示为子网序列的形式，称为“子网路由”。每一条路由对应着唯一的子网路由，但不同路由所对应的子网路由可能相同。

如图3所示，设定源节点为节点1，目的节点为节点7，源节点1与目的节点7通过路径p=[(1,2),(2,3),(3,8),(8,7)]进行通信，路径所对应的子网路由为sp=[SN₁,SN₃]。工作链路：信号从源节点1出发，经过节点2、节点3、节点8后，到达目的节点7，因此链路(1,2)、(2,3)、(3,8)、(8,7)为工作链路；浪费链路：信号经过无滤节点1、无滤节点3、无滤节点8时，节点会将信号广播给所有输出链路，因此信号还会在链路(1,4)、(3,4)、(8,9)上传播，这些链路为被浪费的链路。

假如要寻找节点1与节点7之间的前三条最短路，即源节点为1、目的节点为7，设定K=3，M=2K=6，可以先用Yen算法搜索出前2K（即6）条最短路由，路由集合为P={p1, p2, p3,p4, p5, p6}。

其中的每条路由可以表示为链路序列，则源节点1与目的节点7前6条最短路由和路由的对应长度的表示为：

p₁=[(1,2),(2,5),(5,7)]，L₁=130

p₂=[(1,2),(2,3),(3,8),(8,7)]，L₂=131

p₃=[(1,4),(4,6),(6,9),(9,8),(8,7)]，L₃=140

p₄=[(1,4),(4,3),(3,8),(8,7)]，L₄=154

p₅=[(1,4),(4,6),(6,9),(9,10),(10,7)]，L₅=157

p₆=[(1,2),(2,3),(3,4),(4,6),(6,9),(9,8),(8,7)]，L₆=161

路由集合为P={p₁, p₂, p₃, p₄, p₅, p₆}，其中，L₁-L₆分别表示路由p1-p6的路径长度。

路由集合对应的子网路由集合为SP={sp₁,sp₂, sp₃, sp₄, sp₅, sp₆}，这些子网路由可以使用子网序列表示为：

sp₁=[SN₁,SN₂]

sp₂=[SN₁,SN₃]

sp₃=[SN₁,SN₄,SN₃]

sp₄=[SN₁,SN₃]

sp₅=[SN₁,SN₄,SN₅]

sp₆=[SN₁,SN₃,SN₄,SN₃]。

S3：找到M个子网路由后，筛选删除多余路由。

路由是链路序列的形式，而且以链路序列的形式工作，环网路由、重复路由、子路由从链路序列的形式是无法看出的，因此需要转换为子网路由的形式才能进行判断，并予以删除。具体方法为：

S31：判断子网路由集合SP中每条子网路由sp_n是否包含子网环路，若存在路由子网环路，则子网路由集合从SP中删除sp_n、并从路由集合P中删除sp_n所对应的路由p_n。

若路由存在子网环路，会导致该路由在半无滤光网络中无法正常工作，因此，需要删除带有子网环路的路由，确保筛选出的所有路由都能正常工作。

具体的，对子网路由集合SP中的每个子网路由进行检查发现，在子网路由sp₆的子网序列中，包含两个SN₃，因此子网路由sp₆中存在子网环路，此时从子网路由集合SP中将子网路由sp₆删除，并从路由集合P中删除p₆。此时有：

P={p₁, p₂, p₃, p₄, p₅}

SP={sp₁, sp₂, sp₃, sp₄, sp₅}。

S32：判断子网路由集合SP中是否存在重复的子网路由，若存在，从子网路由集合SP中删除对应路由长度较大的子网路由，并从路由集合P中删除sp_n所对应的路由。

若两条路由的子网路由重复，则两条路由所经过的子网就完全一样。在为业务分配资源时，若在第一条路由上没有可用资源，则在第二条路由上也一定没有可用资源，两条路由的子网路由重复会造成浪费，因此需要把重复路由删去。

具体的，对子网路由集合SP中的所有子网路由进行检查发现，sp₂和sp₄所包含的子网序列相同，故此它们是重复的子网路由。sp₂对应的路由p₂的长度为131，sp₄对应的路由p₄的长度为154，故此从子网路由集合SP中删除sp₄，并从路由集合P中删除p₄。此时有

P={p₁, p₂, p₃, p₅}

SP={sp₁, sp₂, sp₃, sp₅}。

S33：判断子网路由集合SP中是否存在一条路由是另一条路由的子路由，若存在，则从子网路由集合SP中删除包含子网数较多的子网路由，并从路由集合P中删除sp_n所对应的路由p_n。

若一条路由的子网路由是另一条路由的子网路由的子路由，在为业务分配资源时，若在较短的子路由上没有可用资源，则在较长的母路由上也一定没有可用资源，重复检查会造成浪费，因此要把母路由删去。

具体的，对子网路由集合SP中的所有子网路由进行检查发现，sp₂中的所有子网都存在于sp₃中，即sp₂是sp₃的子路由，因此从子网路由集合SP中删除sp₃，并从路由集合P中删除p₃。此时有

P={p₁, p₂, p₅}

SP={sp₁, sp₂, sp₅}。

S34：判断当前子网路由集合SP中的子网路由条数是否大于K，如果大于K，则从当前的路由集合P和子网路由集合SP中删除前K条之后的所有路由和子网路由，所得P即为候选路由集合、SP为对应的子网路由集合。

当得到的路由条数多于K条时，使用者根据先前设定的所需子网路由条数K删除多余的子网路由，只选取前K条。

本发明使用Yen算法得到的路由条数可能少于M，这是因为半无虑网络中不同的路由条数少于M，最终得到的候选路由条数可能少于K条，这是因为无子网环路、子网路由间相互不重复、子网路由间相互不包含的路由条数少于K条。

本发明在半无滤光网络中为节点对筛选候选路由时，同时计算所得候选路由所对应的子网路由，然后在子网路由的辅助下从候选路由集合中删除存在子网环路、子网路由与其它子网路由重复、或子网路由包含其它子网路由的候选路由，以保证所得到的候选路由在半无滤光网络中的可用性。

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 (10)

1.半无滤光网络中的基于子网路由辅助的候选路由筛选方法，其特征在于，其步骤包括：

S1：给定半无滤光网络G，以及所需的源节点与目的节点间的候选路由数目K；

S2：利用多候选路由搜索算法计算源节点到目的节点间的M条候选路由，记路由集合为P；求路由集合P中每条路由所对应的子路由，得到子网路由集合SP；

S3：从子网路由集合SP中选出无子网环路、子网路由间相互不重复、子网路由间相互不包含的前K条候选路由，在所选出子网路由的辅助下从路由集合P中筛选删除多余路由。

2.根据权利要求1所述的半无滤光网络中的基于子网路由辅助的候选路由筛选方法，其特征在于，步骤S1所述半无滤光网络G(V,E,W,S)，其中V为节点集合，E为链路集合，W为可滤节点集合，S为子网集合。

3.根据权利要求2所述的半无滤光网络中的基于子网路由辅助的候选路由筛选方法，其特征在于，所述候选路由数目M与候选路由数目K的关系为：M=nK，n为正整数。

4.根据权利要求3所述的半无滤光网络中的基于子网路由辅助的候选路由筛选方法，其特征在于，所述节点集合V中节点个数小于等于10时，n=2。

5.根据权利要求3所述的半无滤光网络中的基于子网路由辅助的候选路由筛选方法，其特征在于，所述节点集合V中节点个数大于10时，n≥3。

6.根据权利要求4或5所述的半无滤光网络中的基于子网路由辅助的候选路由筛选方法，其特征在于，步骤S2所述利用多候选路由搜索算法计算源节点到目的节点间的M条候选路由的实现方法为：

S21：对节点集合V中的节点进行编号，利用两节点序号表示对应两节点间的链路；

S22：利用Yen算法搜索出源节点与目的节点间前M条最短路组成的路由集合P={p_n| n=1, 2, 3,…, M}。

7.根据权利要求6所述的半无滤光网络中的基于子网路由辅助的候选路由筛选方法，其特征在于，所述多候选路由搜索算法为Yen算法。

8.根据权利要求7所述的半无滤光网络中的基于子网路由辅助的候选路由筛选方法，其特征在于，每条最短路由表示为链路序列。

9.根据权利要求8所述的半无滤光网络中的基于子网路由辅助的候选路由筛选方法，其特征在于，步骤S2所述得到子网路由集合SP的方法为：根据可滤节点划分半无滤光网络得到多个无滤子网，求路由集合P中路由p_n所对应的子网路由sp_n，得到子网路由集合SP。

10.根据权利要求8所述的半无滤光网络中的基于子网路由辅助的候选路由筛选方法，其特征在于，步骤S3所述筛选删除多余路由的方法为：

S31：判断子网路由集合SP中每条子网路由sp_n是否包含子网环路，若存在路由子网环路，则从子网路由集合SP中删除子网路由sp_n、并从子网路由集合P中删除子网路由sp_n所对应的最短路由p_n；

S32：判断子网路由集合SP中是否存在重复的子网路由sp_n，若存在，从子网路由集合SP中删除对应路由长度较大的子网路由，并从路由集合P中删除子网路由sp_n所对应的最短路由p_n；

S33：判断子网路由集合SP中是否存在一条路由是另一条路由的子路由，若存在，则从子网路由集合SP中删除包含子网数较多的子网路由，并从路由集合P中删除子网路由sp_n所对应的最短路由p_n；

S34：判断当前子网路由集合SP中的子网路由条数是否大于K，如果大于K，则从路由集合P和子网路由集合SP中删除前K条之后的所有路由和子网路由，所得P即为候选路由集合、为对应的子网路由集合。