CN1585350A - 一种网络故障恢复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种网络故障恢复方法，适用于由ATM、SDH、WDM、MPLS、GMPLS等技术构成的网状网结构，属于通信领域。所述的中介节点恢复消息时附上中介节点标识，更新路由标识，以记录消息所经过的路由；更新空闲容量数；判断某个方向的链路上的空闲容量是否为0，若为0，停止向该方向传播恢复消息，若不为0，更新可用通道容量，并传播恢复消息；判断某个方向上的节点是否在已知路由上，若在，则不向该方向泛播恢复消息，若不在，则继续泛播恢复消息。以便适合节点故障或多故障情况下的网络故障的快速恢复，充分利用网络资源，使网络资源不易浪费，故障发生时不会形成严重的拥塞。
Description
技术领域：本发明涉及一种网络故障恢复方法，适用于由ATM、SDH、WDM、MPLS、GMPLS等技术构成的网状网结构，属于通信领域。
背景技术：在电信传送网中，网络技术包括ATM、SDH、WDM、MPLS、GMPLS等，它们承载着多种业务，如话音、数据、图像等，是一种高速率、大容量的网络，因此在网络的运行过程中，网络中的任何通道、链路或节点的故障，都会影响其上所承载的业务的传送。为确保网络的服务质量，使网络在发生故障的情况下，对正在进行的网络业务的影响降到最小，关键技术之一是网络恢复技术。网络故障恢复所完成的任务就是，如何在无需人工干预的情况下，尽快地动态寻找一条可用的恢复路由，在极短的时间内将受影响的业务倒换过去，使用户感觉不到网络已出故障。在传统恢复方法中，恢复过程由三个阶段组成：传播(flooding)阶段、选择(selection)和证实(confirmation)阶段。主要是针对发生一条链路故障的情况(特殊故障类型、单故障)，不适合节点故障或多故障，并且只有一对与故障链路相邻的节点对作为发送方节点和选择方节点。在传播阶段，所有可能的恢复路由均被寻找。在选择阶段，选择方每收到一个帮助信息，将对消息沿途搜索到空闲容量进行确认，并生成一条对应的通知消息，沿帮助消息来的路由返回到发送方。在返回过程中，通知消息将沿途预占一定数量的空闲信道。在证实阶段，一旦发送方收到通知消息(AM)，就启动了证实阶段。在将受损信道在发送方倒换到恢复信道后，它就送回一个带有指定信道的链路消息(LM)到所选路由的选择方。每个中介节点证实空闲信道，交叉连接该信道。当选择方收到一个链路消息，它将受损信道倒换至恢复信道，完成所有恢复过程。由于在传统恢复算法中，会有很多恢复消息到达(即，很多用于传送恢复过程的消息同时到达选择方节点)，而又要求选择方节点应在尽可能短的时间内将这些到达的恢复消息进行处理和判断，尽快在大量路由消息中做出正确的路由选择，这是很困难的。存在大量的恢复消息，从而浪费了网络资源，甚至会在发生故障时造成严重的拥塞现象发生。产生的消息多，恢复速度慢，尤其是多个故障或大型网络时，需要的空闲资源明显增多，空闲容量争夺问题严重，在恢复过程中对中断处理困难，如果没有倒回，这个业务所用路由会越来越长。上述背景内容可参考以下给出的资料：W.Grover，“The self-healing network：A fastdistributed restoration technique for networks using digitalcrossconnect machines，”Proc.IEEE Global conf.OnCommun.，Tokyo，Japan，1987。
发明内容：本发明的目的就是提供一种网络故障恢复方法，以便适合节点故障或多故障情况下的网络故障的快速恢复，充分利用网络资源，使网络资源不易浪费，故障发生时不会形成严重的拥塞。
为实现这一目的，本发明提出了一种网络故障恢复方法，其特征是：它包括；
初始阶段：
在已选通的通道上的与故障点相邻的每个节点首先收到告警信息(AIS)，并检测到故障；
通过已选通通道上的故障点确定已选通通道上行的发送方节点集和下行的选择方节点集，由故障点向源发送方向的第一节点为第一发送方节点，由故障点向目标方向的第一节点为第一选择方节点；
传播阶段：
由已选通通道上的第一个发送方节点产生第一恢复消息；
已选通的通道上的第一个发送方节点通过相邻的中介节点向选择方节点集泛播第一恢复消息；
已选通的通道上的第二个发送方节点通过与其相邻的中介节点向选择方节点集泛播第二恢复消息；
已选通的通道上的第N个发送方节点通过与其相邻的中介节点向选择方节点集泛播第N恢复消息；
选择阶段：
中介节点收到第一个恢复消息后，就将该恢复消息泛播到与其相邻链路的下一个节点，并对随后到达的恢复消息进行保持；
当选择方节点集中的任何一个节点首先收到上述的恢复消息时，就启动选择阶段，并以相关的原则进行取舍；
选择方节点集中的每个节点收到恢复消息之后，选取一条迂回通道，并向该受损通道的通道端点返回一个证实消息；
当通道端点收到第一个到达的证实之后，就选取该路由作为恢复路由；
当该通道容量不能完全恢复故障通道时，就用第二个证实消息作为恢复路由，直至恢复率达到100％；
若恢复完成，则对随后达到的恢复消息以取消消息代替，沿原路返回，同时向其他选择方节点发送停止信号，表示该故障通道已完全恢复；
中介节点每收到一个证实消息，要将证实消息请求预占的空闲容量与实际能提供的空闲容量比较，若够用，则预占该容量，若不够用(如只有k个)，则留用k个，同时生成一个取消消息，发往选择方节点，以取消沿途多占的容量；
倒换阶段：
当通道端点收到反向传来的一个证实消息后，即产生一个倒换消息，沿该路由向选择方节点方向发送，各中介节点收到倒换消息时，修改其中的通道号；
重置阶段：
将每个节点状态恢复到无故障状态。
所述的中介节点收到恢复消息时，保留可用的通道容量来用作迂回通道，并将恢复消息泛播，只是将其中的一些数据进行更新。
所述的中介节点恢复消息时附上中介节点标识，更新路由标识，以记录消息所经过的路由；更新空闲容量数；判断某个方向的链路上的空闲容量是否为0，若为0，停止向该方向传播恢复消息，若不为0，更新可用通道容量，并传播恢复消息；判断某个方向上的节点是否在已知路由上，若在，则不向该方向泛播恢复消息，若不在，则继续泛播恢复消息。
属于同一故障通道的几个恢复消息均到达某个中介节点时，中介节点对恢复消息的取舍原则是，其发送方节点离源点越近越优先。
中介节点收到恢复消息，将其节点号与消息上的选择方节点号比较，若相等，则停止传播，若不相等，则将该消息处理，并向相邻节点发送。中介节点每收到一个恢复消息，将跳数加1，并判断跳数是否达到上限值，若达到，则停止发送恢复消息，若未达到，则继续发送恢复消息。所有的恢复消息都是以选择方节点集作为其目的地。所述的选择方节点集中选取一条迂回通道以“容量最大”为原则。
所述的中介节点是除沿该通道路由上的节点外的网中节点。
中介节点每收到一个证实消息，要将证实消息请求预占的空闲容量与实际能提供的空闲容量比较，若够用，则预占该容量，若不够用(如只有k个)，则留用k个，同时生成一个取消消息，发往选择方，以取消沿途多占的容量。
所述的中介节点恢复消息时，保留可用的通道容量来用作迂回通道，并将恢复消息泛播，只是将其中的一些数据进行更新，用于恢复故障的迂回路是线路恢复、通道恢复、中途恢复中的任意一条。
发送方节点是检测到故障并发送恢复消息的节点。
选择方节点是恢复消息的目的地节点。
本发明的特点是：以发送方节点集来泛播消息，以选择方节点集来选择路由。它有利于节点故障的恢复；减少了对网络资源的需求量，因为恢复路由可以灵活建立；能保证完全恢复所有故障通道，这一点对现有的泛播算法来讲比较困难。更多的优点将用如下表格中的对比给出。
| 内容 | 传统恢复算法 | 多点算法 |
| 恢复速度 | 慢(单一路由寻找) | 快(多种可能路由寻找) |
| 算法恢复消息处理协议 | 似 | 似 |
| 产生的消息数 | 多 | 少 |
| 恢复段 | 链路终端间 | 沿通道的任何节点间 |
| 所需的空闲资源 | 大 | 小 |
| 节点故障的恢复 | 难 | 易 |
| 对多故障或未预见故障的恢复 | 似 | 似 |
| 对迂回路由的优化 | 无 | 有 |
以下结合实施例附图对本发明作进一步的描述。
附图说明：
图1是恢复算法原理图。
图2是消息泛播机制。
图3是传播消息树的情况。
图4是路由的优化的情况。
图中：1、发送方节点；2、选择方节点；3、故障点；4、中介节点；5、发送方通道端点；6、选择方通道端点。
具体实施方式：一种网络故障恢复方法，它由五个阶段组成，这五个阶段是：初始阶段、传播阶段、选择阶段、倒换阶段和重置阶段。
1、初始阶段
如图1所示，在源点为A，宿点为F，由A-B-C-D-E-F组成的通道的路由中，当C、D节点间发生断缆故障时，与故障链相邻的节点C和D分别收到一个告警(AIS)，并检测到故障。
通过A-B-C-D-E-F通道上故障点3确定选通通道上行的发送方节点集和下行的选择方节点集，由故障点3向源发送方向的第一节点为第一发送方节点，由故障点向目标方向的第一节点为第一选择方节点；对所述的通道来讲，确定从C节点到源点A的各节点(C、B、A)分别为发送方节点1，确定从D到宿点F的各节点(D、E、F)为选择方节点2。
2、传播阶段
之后，由C产生恢复消息11，并向除B、D以外的相邻节点泛播恢复消息11，其目的地为所有的选择方节点2，在这里可以用选择方节点集表示。同时由B节点产生恢复消息12，并向除A、C以外的相邻节点发送恢复消息12，这时，B作为恢复消息12的发送方节点1的ID，以D-E-F作为选择方节点集在网中泛播。同理，由A产生恢复消息13。
当中介节点4(如G)收到恢复消息时，保留可用的通道容量来用作迂回通道，并将恢复消息泛播，只是将其中的一些数据进行更新。具体在中介节点4的处理如下：
(1)附上中介节点4ID，更新路由ID，以记录消息所经过的路由；
(2)更新空闲容量数；
(3)判断某个方向的链路上的空闲容量是否为0，若为0，停止向该方向传播恢复消息，若不为0，更新可用通道容量，并传播恢复消息；
(4)判断某个方向上的节点是否在路由[i]、节点ID上，若在，则不向该方向泛播恢复消息，若不在，则继续泛播恢复消息；
(5)当属于同一故障通道的几个恢复消息(如恢复消息11、恢复消息12、恢复消息13)均到达某个中介节点4时，中介节点4对恢复消息的取舍原则是，其发送方节点1的ID离源点越近越优先；
(6)每个中介节点4收到恢复消息，将其ID号与消息上的选择方节点2的ID号比较，若相等，则停止传播，若不相等，则将该消息处理，并向相邻节点发送；
(7)每收到一个恢复消息，将HC+1，并判断HC是否达到上限值，若达到，则停止发送恢复消息，若未达到，则继续发送恢复消息。
3、选择阶段
当在网中的任何一个中介节点4(除沿该通道路由上的节点外的网中节点)收到第一个恢复消息后，就将该恢复消息传到与其相邻链路的下一个节点，并对随后到达的恢复消息进行保持。
所有的恢复消息都是以D-E-F作为其目的地。当D、E、F中的任何一个节点首先收到某个恢复消息，就启动选择阶段。选择方节点集中的每个节点收到恢复消息之后，就以“容量最大”为原则选取一条迂回通道，并向该受损通道的源点(A)返回一个证实消息。当A收到第一个到达的证实消息之后，就选取该路由作为恢复路由，即“时间最短原则”。当该通道容量不能完全恢复故障通道时，就用第二个证实消息作为恢复路由，直至恢复率达到100％。若恢复完成，则对随后达到的恢复消息以取消消息代替，沿原路返回，同时向其他选择方节点发送停止信号，表示该故障通道已完全恢复。
中介节点4每收到一个证实消息，要将证实消息请求预占的空闲容量与实际能提供的空闲容量比较，若够用，则预占该容量，若不够用(如只有k个)，则留用k个，同时生成一个取消消息，发往选择方，以取消沿途多占的容量。
4、倒换阶段
当源点收到反向传来的一个证实消息后，即产生一个倒换消息(swiMSG)，沿该路由向选择方节点2方向发送，各中介节点4收到swiMSG时，修改其中的通道号。
5、重置阶段
在完成恢复后，节点状态需返回到无故障状态。
本发明的主要特点体现在以下几方面：
(1)迂回路由的取舍原则为回传(反向)选取路由法
在本算法中，当各选择方节点集都收到恢复消息时，每个选择方节点中都有一个计时器，当时间到时，选择方节点在其恢复消息缓冲器中根据一定原则，如“容量最大原则”，选出一条最佳路由，每个选择方节点都沿所选定的路由向该受损通道的源点回溯一个证实消息，由源点根据“时间最短”的原则进行最优迂回路由的取舍，最后选定的迂回路由就是恢复路由。
(2)充分利用网络资源
如图2所示，由于多点的恢复算法中存在多个发送方节点1产生的恢复消息。因此在网中的中介节点就可能收到为恢复同一通道的来自不同发送方节点1的恢复消息，我们的原则是，只对先到达的恢复消息并进行泛播，而对后到的恢复消息令其在节点的缓冲器中等待。这就避免了重复保留空闲容量以及网中的消息泛滥问题。当返回的证实消息到达中介节点4时，它在缓冲器内保持的恢复消息中选取一条最佳路由，并保留空闲容量。
(3)避免了路由“回拉”现象
在这里，一改传统的单选择方和单发送方的恢复方法，而是发送方和选择方均不固定。首先发送方是沿上游的故障检测点到通道源点所有节点(如：A、B、C)，每个发送方都泛播用于恢复故障通道的消息。其次每个恢复消息的目的地(选择方)是从下游的故障检测点到通道宿点的任何一个节点。这些节点谁最先收到一个恢复消息，就沿该消息所传的迂回路由返回一个证实消息。因此，用于恢复故障的迂回路由既可能是线路恢复，也可能是通道恢复，也可能是中途恢复。并且一改传统的单一式的通道恢复或路由恢复思路，而是沿A→F的任意段的恢复。另外，这种方法还可大大缩短恢复时间，提高恢复率。
(4)大大减少了网中消息的传播数目
如图3所示，从图3中可以看出，在传统方法中，网中所传播的恢复消息是来自于一个节点，随后以树状形式在网中泛播，因此会造成网中消息数的泛滥。而在本发明的恢复算法中，网中用于恢复的消息来自多个节点，虽然发送的节点多，但消息数并不多，消息的传播是不会出现泛滥现象的。
(5)改善了原有路由(路由优化)
在模拟和研究中我们发现，由于多点算法中采用的对路由段数和路由优化的方法，不仅可以恢复受损通道的路由(这是自愈恢复技术的基本目的)，而且还可以改善原通道的路由，使迂回路由比原路由还好，而传统方法只是单单将故障通道恢复，不存在优化路由的问题，最终的恢复路由一般较原路由的段数长。
如图4所示，因B-D段链路故障使通道A-B-D-F-E受损，若采取传统的泛播恢复方法，恢复后的通道路由为A-B-H-D-F-E等(设有足够空闲容量时)，而用多点恢复算法，则最优通道恢复路由可以是A-C-E。
(6)适用于多链路故障或节点故障的恢复
在多故障时，可根据故障通道ID来将不同故障的恢复消息区分开来。在发生节点1故障时，由于每个节点是通过在链路上的信令丢失来检测故障的，并无法区分是链路故障还是节点故障，采用上述方法，由于每个恢复消息是针对每个受损的通道设计的，其目的地是每个受损通道的选择方节点集，因此无论是节点故障还是链路故障，最终都能很快地将所有通道恢复。
综上所述，实现本发明的主导思想之一是基于分布式的自愈思想。根据自愈机制本身的特点，它要求没有人的干预，另外，电信网运行的高速率使得网络的各种状态信息在很短的时间内都会发生较大的变化，而分布式的思想能更客观、更实时地反映网络的瞬时情况，作出的处理也更切合实际，并能真正做到快速、无缝地恢复受故障影响的业务。之二是以通道恢复为主。在进行网络的恢复时，可以有两种方法：线路恢复和通道恢复。通道恢复是以每个通道为恢复对象，从受损通道的终接节点出发，寻找最佳的迂回路由，重新建立受损的通道。从发展的角度来看，基于通道恢复的算法便于与其他恢复技术和控制机制衔接，并充分考虑了各受损通道的特点。之三是适应多故障。网络的运行环境往往是很复杂的，如果所设计的恢复算法只能适合单故障的情况，是不切实际的，而目前多数恢复算法在处理多链路或节点故障上都存在着局限性。之四是充分利用网络资源。网络上传送的是各种业务的信息，网络资源的利用是确保服务质量的重要前提，因此所设计的恢复算法能否充分利用已有的空闲恢复，是衡量其可用性的主要指标。
Claims (10)
1、一种网络故障恢复方法，其特征是：它包括；
初始阶段：
在已选通的通道上的与故障点相邻的每个节点首先收到告警信息(AIS)，并检测到故障；
通过已选通通道上的故障点确定已选通通道上行的发送方节点集和下行的选择方节点集，由故障点向源发送方向的第一节点为第一发送方节点，由故障点向目标方向的第一节点为第一选择方节点；
传播阶段：
由已选通通道上的第一个发送方节点产生第一恢复消息；
已选通的通道上的第一个发送方节点通过相邻的中介节点向选择方节点集泛播第一恢复消息；
已选通的通道上的第二个发送方节点通过与其相邻的中介节点向选择方节点集泛播第二恢复消息；
已选通的通道上的第N个发送方节点通过与其相邻的中介节点向选择方节点集泛播第N恢复消息；
选择阶段：
中介节点收到第一个恢复消息后，就将该恢复消息泛播到与其相邻链路的下一个节点，并对随后到达的恢复消息进行保持；
当选择方节点集中的任何一个节点首先收到上述的恢复消息时，就启动选择阶段，并以相关的原则进行取舍；
选择方节点集中的每个节点收到恢复消息之后，选取一条迂回通道，并向该受损通道的通道端点返回一个证实消息；
当通道端点收到第一个到达的证实之后，就选取该路由作为恢复路由；
当该通道容量不能完全恢复故障通道时，就用第二个证实消息作为恢复路由，直至恢复率达到100％；
若恢复完成，则对随后达到的恢复消息以取消消息代替，沿原路返回，同时向其他选择方节点发送停止信号，表示该故障通道已完全恢复；
中介节点每收到一个证实消息，要将证实消息请求预占的空闲容量与实际能提供的空闲容量比较，若够用，则预占该容量，若不够用(如只有k个)，则留用k个，同时生成一个取消消息，发往选择方节点，以取消沿途多占的容量；
倒换阶段：
当通道端点收到反向传来的一个证实消息后，即产生一个倒换消息，沿该路由向选择方节点方向发送，各中介节点收到倒换消息时，修改其中的通道号；
重置阶段：
将每个节点状态恢复到无故障状态。
所述的中介节点收到恢复消息时，保留可用的通道容量来用作迂回通道，并将恢复消息泛播，只是将其中的一些数据进行更新。
2、根据权利要求1所述的一种网络故障恢复方法，其特征是：所述的中介节点恢复消息时附上中介节点标识，更新路由标识，以记录消息所经过的路由；更新空闲容量数；判断某个方向的链路上的空闲容量是否为0，若为0，停止向该方向传播恢复消息，若不为0，更新可用通道容量，并传播恢复消息；判断某个方向上的节点是否在已知路由上，若在，则不向该方向泛播恢复消息，若不在，则继续泛播恢复消息。
3、根据权利要求1所述的一种网络故障恢复方法，其特征是：属于同一故障通道的几个恢复消息均到达某个中介节点时，中介节点对恢复消息的取舍原则是，其发送方节点离源点越近越优先。
4、根据权利要求1所述的一种网络故障恢复方法，其特征是：中介节点收到恢复消息，将其节点号与消息上的选择方节点号比较，若相等，则停止传播，若不相等，则将该消息处理，并向相邻节点发送。
5、根据权利要求1所述的一种网络故障恢复方法，其特征是：中介节点每收到一个恢复消息，将跳数加1，并判断跳数是否达到上限值，若达到，则停止发送恢复消息，若未达到，则继续发送恢复消息。
6、根据权利要求1所述的一种网络故障恢复方法，其特征是：所有的恢复消息都是以选择方节点集作为其目的地。
7、根据权利要求1所述的一种网络故障恢复方法，其特征是：所述的选择方节点集中选取一条迂回通道以“容量最大”为原则。
8、根据权利要求1所述的一种网络故障恢复方法，其特征是：所述的中介节点是除沿该通道路由上的节点外的网中节点。
9、根据权利要求1所述的一种网络故障恢复方法，其特征是：中介节点每收到一个证实消息，要将证实消息请求预占的空闲容量与实际能提供的空闲容量比较，若够用，则预占该容量，若不够用(如只有k个)，则留用k个，同时生成一个取消消息，发往选择方，以取消沿途多占的容量。
10、根据权利要求7所述的一种网络故障恢复方法，其特征是：所述的中介节点恢复消息时，保留可用的通道容量来用作迂回通道，并将恢复消息泛播，只是将其中的一些数据进行更新，用于恢复故障的迂回路由是线路恢复、通道恢复、中途恢复中的一条。
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
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| CN1585350A true CN1585350A (zh) | 2005-02-23 |
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| CN 03134529 Pending CN1585350A (zh) | 2003-08-18 | 2003-08-18 | 一种网络故障恢复方法 |
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2003
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned | ||
| C20 | Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned |