CN1287559C - 在多协议标签转换网络中的路由确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在MPLS(多协议标签转换)网络中确定至少一个业务路由的方法。在这种路由确定方法中，当一个业务到达一个入口边缘路由器时，边缘路由器从一个给定的MPLS网络的全部链路中删除剩余容量低于业务需求的链路以生成第一网络拓扑，根据流过每个链路的当前业务和业务需求计算第一网络拓扑的每个链路的距离，根据计算的距离信息确定用于业务需求的第一路由；从MPLS网络中删除剩余容量低于业务需求的链路和属于第一路由的链路以生成第二网络拓扑，根据流过每个链路的当前业务和业务需求计算第二拓扑中每个链路的距离，根据从第二拓扑处获得的距离信息确定用于业务需求的第二路由，分割到达的业务成两个部分，并将这两个部分分别分配给第一和第二路由。

Description

在多协议标签转换网络中的路由确定方法

发明的背景

发明的领域

本发明涉及一种确定在MPLS(多协议标签转换)网络中至少一个业务路由的方法。

相关技术说明

MPLS确保了通过一个IP(因特网协议)网络传送业务的服务质量(QOS)以及对网络资源的有效利用。因此，它在业务工程领域备受关注。

MPLS业务工程以各种方式确定一个LSP(标签转换路径)以恰当地接收对用户IP包的各种QOS需求。LSP是一个从入口边缘路由器到出口边缘路由器连接的点对点(PTP)路径。

IETF(因特网工程任务组)委员会正在讨论关于在确定一个LSP以预防意外的网络故障时的改换路由、保护性转换和快速改换路由。保护性转换和快速改换路由的方法存储一个备份路径用于一个主LSP以预防网络故障。然而，当一个备份路径被存储时，该备份路径的某些带宽被保留并且不能用于其它的业务。

另一个方法已经被提出以解决该缺点。在这一方法中，一个储存的备份路径在正常操作的网络中被用于其它低QoS需求的业务，在故障网络中被用于主LSP的业务。

尽管有这样一种改善方法，但仍需要为网络故障准备新的方法，尽可能的减少分配给备份路径的带宽。

另外，在LSP的确定中，传统的方法仅仅把当前的通过网络正被发送的业务看作链路或结点的费用。换句话说，他们完全不考虑待发送的业务，这限制了从整个网络的角度对最佳路径的确定。因此，这种传统的方法暴露了业务工程的低效率。

同时，由于基于IP的网络的迅速发展，需要各种多媒体服务，例如VOIP、VOD、AOD、在线电影和电视会议。这些众多的多媒体服务需要一个点到多点(PTM)树。如果一个PTM多媒体服务是通过点对点LSPs提供的，网络资源的使用效率变得更差和/或QoS的管理变得不容易。这是因为多点传送业务通过一个单点传送方式被发送。

在IETF委员会的Internet建议范围内，许多分配MPLS标签的方法正在被编成目录。这些方法使用PIM-SM或PIM-DM这些传统的多点传送IP协议。除提议的众多方法之外，MPLS多点传送方法正在IETF中被标准化。

然而，由于直到现在，已经被建议的现有的多点传送协议确定树的方法全都基于接收者，它不便于恰当地反映一个服务提供者或用户的意图。此外，一个使用现有PTP路径确定方式的多点传送业务传送方法不能有效地使用网络资源，导致了服务质量的恶化。

另外，所有现有的树确定方法仅仅考虑当前的网络状态，换句话说他们根本不考虑待发送的业务，这导致在整个网络中业务负载没有被均匀地分配的问题。

发明概要

本发明的一个目的是提供一种在MPLS网络中的业务路由确定方法，其考虑到当前的网络状态和待发送的业务需求，在源节点确定多于一个业务的路由。

本发明的另一个目的是提供一种在MPLS网络中的业务路由确定方法，其在用于PTP的二个主LSP和一个备份LSP将被确定以获得一个需要相对高QoS的业务的稳定的PTP路由选择时，在尽可能减少备份路径的保留带宽并有效地预备网络故障的同时，从费用角度确定最佳通信路径。

本发明的再一个目的是提供一种在MPLS网络中的业务路由确定方法，其最佳地分配一个业务需求给两个为PTM确定的LST(标签转换树)并平衡整个网络内的网络负载，同时考虑待发送的业务需求及当前的网络状态。

根据本发明一种确定在MPLS网络中路由的方法，其特征在于包括步骤：从MPLS网络的全部链路中删除剩余容量低于一个待发送业务需求的链路以生成第一网络拓扑；根据当前流过每个链路的业务和业务需求计算第一网络拓扑中每个链路的距离；根据计算出的距离信息确定用于业务需求的第一路由；从MPLS网络的全部链路中删除剩余容量低于业务需求的链路和属于已经确定的第一路由的链路以生成第二网络拓扑；根据当前流过每个链路的业务和业务需求计算第二网络拓扑中每个链路的距离；根据从第二网络拓扑中获得的距离信息确定用于业务需求的第二路由；以及分割业务需求为两个部分并将这两个部分分别分配给第一和第二路由。

根据本发明另一种确定在MPLS网络中路由的方法，其特征在于包括步骤：从MPLS网络的全部链路中删除剩余容量低于一个待发送业务需求的链路以生成第一网络拓扑；根据当前流过每个链路的业务和业务需求计算第一网络拓扑中每个链路的距离；根据计算出的距离信息确定用于业务需求的第一路由；从MPLS网络的全部链路中删除剩余容量低于零的链路和/或属于已经确定的第一路由的链路以生成第二网络拓扑；根据当前流过每个链路的业务和业务需求计算第二网络拓扑中每个链路的距离；根据从第二网络拓扑中获得的距离信息确定用于业务需求的第二路由；以及分割业务需求为两个部分并将这两个部分分别分配给第一和第二路由。

附图的简要说明

附图，提供了对本发明进一步的理解，其列举了本发明的最佳实施例，连同说明书一起用来理解本发明的原理，其中：

图1是一个由几个路由器组成的MPLS网络的示意图；

图2是根据本发明的另一个MPLS网络的示意图，其中为PTP(点对点)业务建立有两个主LSP(标签转换路径)和一个单独的备份LSP；

图3是根据本发明的再一个MPLS网络的示意图，其中为多点传送业务建立有两个LST(标签转换树)；

图4是根据本发明一个确定LSP或LST的入口LER(标签边缘路由器)的简化框图；

图5是根据本发明的路由确定方法的一个实施例的流程图；以及

图6是根据本发明的路由确定方法的另一个实施例的流程图。

最佳实施例的详细说明

为了更完整地理解本发明，将参考附图对最佳实施例进行详细的说明。

图1是一个示意性的MPLS网络100，由几个路由器组成。在那些路由器中，一个起网络100的入口作用的用于任意数据业务的路由器被称作入口LER(标签边缘路由器)，同时一个用作网络100的出口的路由器被称作出口LER。并且，位于从入口到出口LER的路径上的用作中继节点的路由器被称作LSR(标签转换路由器)。在图1中，标号110、120和130分别代表入口LER、出口LER和LSR。一条不通过或通过至少一个LSR130从入口110连接到出口LER120的路径被称作′LSP′。在图1中，标记了两个标签转换路径′LSP1′和′LSP2′。标签转换路径′LSP1′是一条110→132→133→120的路径并且标签转换路径′LSP2′是一条110→131→120的路径。这种标签转换路径是为在入口LER110的输入业务确定的。

图2是另一个MPLS网络的示意图，其中为PTP业务建立了两个主标签转换路径′LSP1′与′LSP2′和一个单独的备份LSP以预备保护转接。在图2中，一个主标签转换路径′LSP1′是一个从入口→LSR2→LSR5→出口的路径，另一个别LSP2是从入口→LSR3→LSR6→出口的路径，以及备份LSP是从入口→LSR1→LSR4→LSR7→出口的路径。当主LSP出故障时，备份LSP用作将通过主LSPs被发送的业务的一个迂回路径。两个主LSP最佳地分派业务需求，并且备份LSP保留用于一个迂回路径的带宽，该带宽与大部分分派业务的带宽差不多。

图3是又一个MPLS网络的示意图，其中为多点传送业务建立了两个LSTs(标签转换树)。图3说明了入口LER为一个指定了三个出口LER′Egress1′、′Egress2′和′Egress3′的输入多点传送业务确定了两个标签转换树′LST1′和′LST2′，相当于若干个LSPs。

第一个LST′LST1′，用粗实线标出，是一个从入口→LSR2→LSR5→出口1，2，3的树并且第二LST′LST2′，用粗虚线标出，是一个从入口→LSR3→LSR6→出口1和从入口→LSR3→LSR6→出口2，3的树。在需要一个多点传送业务的路由选择时，如前所述由入口LER确定两个LSTs。

例如，当多点传送业务10将从入口LER被发送到三个出口′Egresses l to 3′任何一个时，入口LER确定两个LSTs′LST1′和′LST2′并且以特定的比率，例如6比4分配所述的多点传送业务10到两个LSTs。

在图2的MPLS网络中，LSPs以不相交原则来确定，然而，在图3中，LSTs是以非不相交原则确定的。

图4是根据本发明一个确定LSPs或LSTs的入口LER的简化框图。图4的入口LER包含一个I/O接口401，配备有多个I/O端口，通过I/O端口接收/发送数据；一个转换矩阵402，设置每个输入数据的输出路径，直接将数据指向其目的地；一个存储器403，存储有一个路由选择表；和一个控制器404，构造该路由表，并根据路由表控制转换矩阵402的路径设置以发送输入业务到一个合适的相邻节点。

控制器404按照以下解释的路由确定方式构造路由表，并将其存储到存储器403中。

图5是根据本发明的一个路由确定方法的实施例的流程图。图5中的实施例将确定两个主LSPs和一个备份LSP。假定引导该实施例的入口LER了解网络拓扑、费用函数(例如延时函数)、每个链路初始的和剩余的容量以及为其分配LSP的业务需求(即，要被发送到网络中的业务负载)。如果必要，还可以假定MPLS网络上的所有LSRs都知道那些信息。

用于下文解释的符号定义如下。G或G(m，n)表示在要为一个新业务确定一个LSP时的网络，其中m是链路总数并且n是节点数目；G^{p}(z)表示一个网络G，其中剩余容量的链路低于z以及属于路径p的链路被删除；y_i是链路i＝(1，2，...，m)上当前的业务流；d是一个将被发送的业务需求；f_i(x_i)是在业务流x_i装载到链路i的情况下的费用；f_i′(x_i)是在业务流x_i装载到链路i的情况下增加每单位流量比率的费用；dist(i)是链路i的一个概念上的距离；并且P_k是第k个主LSP，其中k＝1和2。

首先，剩余容量(以下标记为′C_i′)低于业务需求d的链路被从MPLS网络100的全部链路中删除(步骤S501)。一个链路意味着在两个相邻节点之间的装置，例如、在110和131、132和133之间的线等等。在图5的步骤S501中，G(d)代表一个从中删除C_i低于d的链路的MPLS网络G(m，n)。

接下来，根据每个链路i的y_i和业务需求d为网络G(d)的每个链路i计算dist₁(i)。如果一个延迟函数被用于费用函数f_i(x_i)，dist₁(i)被定义为f_i(x_i)的导数，即，f_i′(x_i)中的x_i被替换为y_i+d。因此网络G(d)的每个链路距离可从以下的公式(1)中获得(S502)。

${\mathrm{dist}}_1\left(i\right)=f_i^{\′}(y_i+d)=\frac{{\mathrm{tc}}_i-y_i}{{({\mathrm{tc}}_i-(y_i+d))}^2}=\frac{c_i}{{(c_i-d)}^2}$ .........公式(1)

在公式(1)中，i代表链路索引，即从1到m，其中m是链路总数，dist(i)是链路i的距离，tc_i和C_i分别是链路i的初始和剩余容量。因此，ci等于′tc_i-y_i′。另外，若在链路i上的延迟由f_i(x_i)代表，其中x_i是流过链路i的容量，则f_i(x_i)＝x_i/(tc_i-x_i)且其导数f_i′(x_i)＝c_i/(tc_i-x_i)²。因此公式(1)通过用y_i+d替换导数f_i′(x_i)中的变量x_i来导出。

f_i′(x_i)是在业务流x_i在链路i上流动时增加每单元流量比率的费用函数。

该费用函数也可不使用延迟函数。若一个函数为每个链路给出概念上的距离y_i+d，这个函数可以作为本发明的费用函数。尤其是，如果采用一个非线性函数作为链路业务的费用函数，则可以找到一个最小费用链路。

接着，根据每个链路的dist₁(i)信息确定一个PTP路径p1(＝LSP1)(S503)。确定的PTP路径是一个从入口LER到出口LER其距离之和最小的链路组。

在步骤S503确定了第一路径LSP1后，另一个网络拓扑被构造如下：

即，从MPLS网络100(S504)中删除c_i低于业务需求d的链路和属于第一路径p1(＝LSP1)的链路。从而构造的网络被表示为G^{p1}(d)。

接着，根据每个链路i的y_i和业务需求d从公式(2)计算新网络拓扑G^{p1}(d)中的每个链路的距离dist₂(i)(s505)。因为选择了延迟作为费用，公式(2)与公式(1)完全相同。

${\mathrm{dist}}_2\left(i\right)=f_i^{\′}(y_i+d)=\frac{{\mathrm{tc}}_i-y_i}{{({\mathrm{tc}}_i-(y_i+d))}^2}=\frac{c_i}{{(c_i-d)}^2}$ .........公式(2)

然后，根据在步骤S505中计算的每个链路的dist₂(i)信息确定第二PTP路径p2(＝LSP2)(S506)。确定的第二PTP路径与第一路径一样也是距离之和最小的链路组。

然后，入口LER计算业务需求d(＝q₁+g₂)的分割部分q₁与q₂。分割业务q₁与q₂被选择取值使公式(3)的函数最小(S507)。

$g(q1,q2)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i(q_1{\mathrm{\δ}}_i^1+q_2{\mathrm{\δ}}_i^2)$ ......公式(3)

其中q₁，q₂＞0， $c_i\≥q_1{\mathrm{\δ}}_i^1+q_2{\mathrm{\δ}}_i^2\≥0,$ 且如果链路i属于被确定的路径p_k(k＝1，2)则δ_i ^k是1。

最后，将从可以传输分割业务q₁和q₂中的大部分的链路中确定一个备份LSP。为确定备份LSP，c_i低于q_b＝max(q₁，q₂)的链路以及属于第一路径p₁(＝LSP1)或p₂(＝LSP2)的链路被从MPLS网络100中的所有链路中删除(S508)。由此构造的网络被表示为G^{p1，p2}(q_b)。

接着，基于每个链路i的yi和业务需求q_b，以与上述主路径确定相同的方式再次计算网络拓扑G^{p1，p2}(q_b)的每个链路的距离dist₃(i)(S509)。替换费用函数f_i(x_i)中的x_i的值是y_i+q_b。

然后，在步骤S509根据计算的每个链路的信息dist₃(i)确定第三PTP路径(p_b＝LSP3)(S510)。确定的第三PTP路径与第一条路径一样也是距离之和最小的链路组。

在这三条路径中，入口LER设置第一′LSP1′和第二路径′LSP2′为主LSPs，设置第三路径′LSP3′为备份LSP(S511)。

在所需的LSPs全部确定之后，入口LER分别分配分割业务q₁与q₂到路径′LSP1′和′LSP2′。

图6是根据本发明路由确定方法的另一个实施例的流程图。

假定一个引导该实施例的入口LER了解网络拓扑、费用函数(例如延迟函数)、每个链路初始与剩余容量c_i，以及为其分配LST的业务需求d′(即，要被发送的多点传送业务负载)。如果需要，也可假定MPLS网络中所有LSRs都知道此信息且能够复制标签和业务。

首先，从MPLS网络G100的所有链路中删除剩余容量c_i低于多点传送业务需求d′的链路以创建新的网络拓扑G(d′)(S601)。

接着，根据每个链路i的y₁和多点传送业务需求d′为网络G(d′)的每个链路i计算dist_a(i)(S602)。如果采用延迟函数作为费用函数f_i(x_i)，公式(1)可被用于该距离的计算。

接下来，基于每个链路的dist₁(i)信息，在网络G(d′)上确定第一PTM树t1(＝LST1)(S603)。在该树的确定中，最好是选择一个从入口LER到出口LER的距离总量小于预定阈值的树。不寻找一个最小距离总量树的原因是这需要巨大的计算能力。设置阈值以便以允许的计算负载获得一个相对小距离总量的树。

第一个树被确定后，核对下一个树的确定规则(S604)。如果规则设置为′非不相交′，则从网络G中构造网络G(0)，其中多点传送业务d′想象上被装载到属于确定树t1(＝LST1)的链路上(S605-1)。网络G(0)是指由c_i不低于0的链路组成的网络。

如果规则设置为′不相交′，则从网络G构造网络拓扑G^{t1}(0)(S605-2).

下一步，基于每个链路i的y_i和业务需求d′，再次计算新网络拓扑G(0)或G^{t1}(0)的每个链路的距离dist_b(i)(S606)。因为G(0)和G^{t1}(0)都是G(d′)的子集，从dist_a(i)计算的距离组可以被再次使用以替换为G(0)或G^{t1}(O)一个接一个的计算dist_b(i)。

然后，第二个PTM树t2(＝LST2)和第一个PTM树一样，在每个链路的dist_b(i)信息的基础上被确定(S607)。

最后，入口LER计算多点传送业务需求d′(＝r₁+r₂)的分割部分r₁和r₂。分割业务r₁和r₂被选择取值使公式(4)的函数最小。

$g(r_1,r_2)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i(r_1{\mathrm{\δ}}_i^1+r_2{\mathrm{\δ}}_i^2)$ ......公式(4)

其中 $r_1,r_2>0,c_i\≥r_1{\mathrm{\δ}}_i^1+r_2{\mathrm{\δ}}_i^2\≥0,$ 且如果链路i属于确定树t_k(k＝1，2)则δ_i ^k是1。

在两个LST被完全确定后，入口LER分别分配分割的多点传送业务r₁和r₂到树′LST1′和′LST2′(S608)。

根据本发明上述说明的在MPLS网络中的路由确定方法，其通过多个主路径或树发送PTP或PTM业务，可以显著降低整个费用(传输费用、业务延迟等)，有效处理网络故障，并且如果以主路径不相交地建立一条备份路径可以改善业务对抗网络故障的生存能力。

此外，该方法还可以降低发生在多点传送路由上的费用，并且如果多个树是互相不连接的建立，还可以改善多点传送业务对抗网络故障的生存能力。这是因为当多个树中的一个出故障时，只会导致一部分多点传送业务丢失，而不是全部。然而，在传统的使用一个树发送多点传送业务的方法中，整个多点传送业务都会被丢失。

很显然本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明做出各种修改和变形。因而，意味着本发明覆盖了在附加权利要求及其等价的范围内提供的对本发明的各种修改和变化形式。

Claims (11)

1.一种相MPLS多协议标签转换网络中确定路由的方法，包含步骤：

(a)从MPLS网络的全部链路中删除剩余容量低于待发送的业务需求的链路；

(b)根据流过每个链路的当前业务和业务需求计算在步骤(a)中构造的网络的每个链路的距离；以及

(c)根据计算的距离信息确定用于业务需求的第一路由；

其中，基于下述公式来计算每个链路的距离： $f_i^{\′}(y_i+d)=\frac{{\mathrm{tc}}_i-y_i}{{\left({\mathrm{tc}}_{i-}(y_i+d)\right)}^2}=\frac{c_i}{{(c_i-d)}^2},$ i代表从1到m的链路索引，m是链路总数，f_i’(x_i)是在业务流x_i在链路i上流动时每单元流量延迟增加的比率，而延迟函数f_i(x_i)表示为f_i(x_i)＝x_i/(tc_i-x_i)，y_i是链路i上当前的业务流，d是需要路由的业务需求，tc_i和c_i分别是链路i的初始和剩余容量，因此，c_i等于’tc_i-y_i’。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述的步骤(a)到(c)通过业务需求进入的一个入口边缘路由器引导的。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：

(d)从MPLS网络的全部链路中删除剩余容量低于业务需求的链路和属于确定的第一路由的链路；

(e)根据流过每个链路的当前业务和业务需求，计算在步骤(d)中构造的网络的每个链路的距离；

(f)根据在步骤(e)中获得的距离信息确定用于业务需求的第二路由；以及

(g)分割业务需求为两个部分并将该两个部分分别分配给第一和第二路由。

4.如权利要求3所述的方法，进一步包含以下步骤：

(h)从MPLS网络的全部链路中删除剩余容量低于业务需求的链路和属于确定的第一路由或第二路由的链路；

(i)根据流过每个链路的当前业务和从分割的两个部分中选择的一个，计算在步骤(h)中构造的网络的每个链路的距离；以及

(j)根据在所述步骤(i)中计算的距离信息确定一个用于业务需求的备份路由。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述的选择分割部分比另一个要大。

6.如权利要求3所述的方法，其中如果给定f_i(x)作为链路i的费用函数，所述的两个分割部分为使函数 $g(q1,q2)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{f}_i(q_1{\mathrm{\δ}}_i^1+q_2{\mathrm{\δ}}_i^2)$ 最小的q₁和q₂，其中 $q_1,q_2>0,c_i\≥q_1{\mathrm{\δ}}_i^1+q_2{\mathrm{\δ}}_i^2\≥0,$ 并且如果链路i属于确定路径p_k(k＝1，2)则δ_i ^k是1。

7.如权利要求1所述的方法，其中为业务需求确定的路由是一个从入口到出口距离总量最小的链路组。

8.如权利要求1所述的方法，其中为业务需求确定的路由是从入口到出口距离总量低于一个预定阈值的链路组。

9.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：

(d)从MPLS网络的所有链路中删除剩余容量低于零的链路和属于确定的第一路由的链路；

(e)根据流过每个链路的当前业务和业务需求，计算在步骤(d)中构造的网络的每个链路的距离；

(f)根据步骤(e)中获得的距离信息确定用于业务需求的第二路由；以及

(g)分割业务需求为两个部分并将该两个部分分别分配给第一和第二路由。

10.如权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：

(d)从MPLS网络的全部链路中删除剩余容量低于零的链路；

(e)根据流过每个链路的当前业务和业务需求，计算在步骤(d)中构造的网络的每个链路的距离；

(f)根据步骤(e)中获得的距离信息确定用于业务需求的第二路由；以及

(g)分割业务需求为两个部分并将该两个部分分别分配给第一和第二路由。

11.如权利要求1所述的方法，其中确定的路由由至少一个支持多点传送业务的路径组成。

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