CN1825820A - 智能光网络中路径选择的方法 - Google Patents
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Abstract
一种智能光网络中路径选择的方法，包括以下步骤：(a)将第一存储单元和第二存储单元清空，并将源节点放入第一存储单元；(b)将第一存储单元中相对于源节点路径代价最小的节点及对应路径放入第二存储单元；(c)若所述节点为目标节点，则执行步骤(d)，否则选取满足约束条件的邻居节点及对应路径放入第一存储单元；(d)判断第一存储单元是否为空；(e)若第一存储单元非空，返回步骤(b)；否则判断目的节点是否在第二存储单元中，若目的节点在第二存储单元中，则第二存储单元中的路径就是最短路径。本发明的智能光网络中路径选择的方法，通过对基本Dijkstra算法进行改进，从而可在具有负链路代价的网络拓扑中获取最短路径。
Description
技术领域
本发明涉及智能光网络自愈技术，特别涉及一种智能光网络中路径选择的方法。
背景技术
基于网状网(MESH)的结构，智能光网络能够提供多种业务保护和恢复策略，例如1+1专用保护、1∶N共享保护、预置路径保护、完全重路由保护等。其中，1+1专用保护是保护强度最高的一种端对端业务保护方式。
1+1专用保护就是采用一条专用的路径(保护路径)来保护另外一条路径(工作路径)。在正常情况下，工作路径和保护路径上同时传输业务，业务方向的出节点选收工作路径上的业务；当工作路径发生故障时，业务方向的出节点自动切换到从保护路径上接收业务。1+1专用保护通过在业务端点上建立工作路径和保护路径的子网连接保护(SNCP)组来实现，业务倒换时间可以达到不大于20ms。为了避免保护路径和工作路径同时发生故障，要求保护路径和工作路径相互之间尽量分离，即两条路径尽量不经过相同的链路。
在智能光网络系统中，业务路径的计算通常采用约束最短路径优先(CSPF)算法(即基本迪克斯特拉算法(Dijkstra))。CSPF算法在计算业务路径时，首先判断节点或链路是否满足业务约束要求(如带宽要求、保护类型要求、是否被排除等)，然后在满足约束要求的节点和链路中，选择出由源节点到目的节点的最短路径。CSPF算法计算出的最短路径是所有可行路径中路径代价最小的一条。路径代价是衡量路径优劣的一个数值，一般采用“路径代价＝路径上所有链路的链路代价之和”来计算。链路代价表示业务通过该链路所花费的代价，它根据链路当前可用带宽、链路长度等属性而计算出来。
现有获取1+1业务的两条路径的其中一种方法的过程如下：(a)采用基本Dijkstra算法，计算源节点到目的节点的首条最短路径(称为主用路径)；(b)排除主用路径上的所有链路，然后再次采用基本Dijkstra算法，计算源节点到目的节点的第二条最短路径(称为备用路径)。然而，该方法只能获取由源节点到目的节点的两条链路完全分离的路径，如果网络拓扑中不存在链路完全分离的两条路径，则计算失败；另外在某些网络拓扑中，即使存在链路完全分离的两条路径，现有方法可能找不出这两条路径；在某些网络拓扑中，该方法找出的两条路径不是最优的，即这两条路径的路径代价之和不是所有可行的两条路径中最小的。如图1所示，该方法计算出节点A到节点D的1+1业务的主用路径为A-B-C-D，其路径代价为150；排除主用路径上的链路后，由于节点A和节点D之间没有连通的路径，计算备用路径失败。而实际上，图1的网络拓扑中存在两条链路完全分离的路径：A-E-C-D和A-B-F-D，其路径代价分别为350和450。此外，基本Dijkstra算法不适用在具有负链路代价的网络拓扑中获取最短路径。
针对图1的“陷阱”拓扑，存在公知的技术获取两条分离的路径。其中的一种技术的过程如下：(a)采用基本Dijkstra算法，计算由源节点到目的节点的首条最短路径(路径一)，如果计算失败，则找不到满足条件的两条路径，计算结束；(b)将路径一上的所有反向链路的链路代价设置为原链路代价的-1倍，并将路径一上的所有正向链路的设置为不可用；采用Bhandari改进Dijkstra算法，计算由源节点到目的节点的第二条最短路径(路径二)，如果计算失败，则找不到满足条件的两条路径，计算结束；(c)检查路径二上所有正向链路，如果某条链路的链路代价为负值，则从路径二和路径一上删除该链路及其反向链路，即删除路径一和路径二上相重叠但通过方向相反的链路；(d)合并删除链路后的路径一和路径二，找到1+1业务的两条分离路径。然而该方法获取1+1业务的两条路径的方法存在的缺点是：只能获取由源节点到目的节点的两条链路完全分离的路径，如果网络拓扑中不存在链路完全分离的两条路径，则计算失败。例如，对于图2的网络拓扑，节点D到节点G之间只有一条双向链路，即首节点A到末节点G之间不存在链路完全分离的两条路径，该方法获取1+1业务的两条路径将失败，而不能找到两条链路尽量分离的最优路径。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种智能光网络中路径选择的方法，以及一种智能光网络中链路尽量分离的两条最优路径选择的方法，解决现有的智能光网络中不能找到两条链路尽量分离的最优路径的问题。
本发明的技术方案是，提供一种智能光网络中路径选择的方法，包括以下步骤：
(a)将第一存储单元和第二存储单元清空，并将源节点放入第一存储单元；
(b)将第一存储单元中相对于源节点路径代价最小的节点以及对应路径放入第二存储单元；
(c)若所述相对于源节点路径代价最小的节点为目标节点，则执行步骤(d)，若所述相对于源节点路径代价最小的节点不是目标节点，则选取满足约束条件的所述节点的邻居节点以及对应路径放入第一存储单元；
(e)判断第一存储单元是否为空；
(f)若第一存储单元非空，则返回步骤(b)；若所述第一存储单元为空，则判断目的节点是否在第二存储单元中，若目的节点在第二存储单元中，则第二存储单元中的路径就是最短路径。
上述的智能光网络中路径选择的方法中，步骤(c)还包括：
(c1)判断依次判断所述节点的邻居节点是否满足约束条件；
(c2)若满足条件的邻居节点既不在第一存储单元中，也不在第二存储单元，则将所述邻居节点放入第一存储单元中；
(c3)若满足条件的邻居节点在第一存储单元中，则比较源节点到当前邻居节点的新、旧路径，若新路径的代价小于旧路径，则将新路径放入所述第一存储单元，同时删去旧路径；
(c4)若满足条件的邻居节点在第二存储单元中，当所述邻居节点不在源节点到所述相对于源节点路径代价最小的节点的最短路径上，且源节点到当前邻居节点的新路径的代价小于第一存储单元中的源节点到当前邻居节点的对应旧路径，则将新路径放入所述第一存储单元和第二存储单元，同时删去旧路径。
上述的智能光网络中路径选择的方法中，所述步骤(c4)还包括以下步骤：
(c41)判断当前邻居节点是否位于由源节点到所述相对于源节点路径代价最小的节点的最短路径上；
(c42)若当前邻居节点位于由源节点到所述相对于源节点路径代价最小的节点的最短路径上，则放弃源节点到当前邻居节点的新路径；
(c43)若当前邻居节点不位于由源节点到所述相对于源节点路径代价最小的节点的最短路径上，则比较源节点到当前邻居节点的新路径及第一存储单元中的源节点到当前邻居节点的对应旧路径，若新路径的代价小于旧路径，则将新路径放入所述第一存储单元和第二存储单元，同时删去旧路径。
本发明还提供一种智能光网络中路径选择的方法，包括以下步骤：
(a)采用基本Dijkstra算法，计算由源节点到目的节点的第一最短路径；
(b)将所述第一最短路径上的所有反向链路代价取反，并将所述第一最短路径上的所有正向链路加上较大常数；
(c)采用以下步骤计算第二最短路径：
(c1)将第一存储单元和第二存储单元清空，并将源节点放入第一存储单元；
(c2)将第一存储单元中相对于源节点路径代价最小的节点以及对应路径放入第二存储单元；
(c3)若所述相对于源节点路径代价最小的节点为目标节点，则执行步骤(c4)，若所述相对于源节点路径代价最小的节点不是目标节点，则选取满足约束条件的所述节点的邻居节点以及对应路径放入第一存储单元；
(c4)判断第一存储单元是否为空；
(c5)若第一存储单元非空，则返回步骤(c2)；若所述第一存储单元为空，则判断目的节点是否在第二存储单元中，若目的节点在第二存储单元中，则第二存储单元中的路径就是第二最短路径；
(d)删除所述第一最短路径及第二最短路径上对应于第二最短路径的负链路部分；
(e)合并所述第一最短路径和第二最短路径的剩余链路，获得两条由源节点到目的节点的路径；
(f)恢复链路代价，重新计算所述的两条路径的路径代价，以路径代价较小的路径作为最终的第一最短路径，另外一条路径作为最终的第二最短路径。
上述的智能光网络中路径选择的方法中，所述步骤(c3)包括以下步骤：
(c31)判断依次判断所述节点的邻居节点是否满足约束条件；
(c32)若满足条件的邻居节点既不在第一存储单元中，也不在第二存储单元，则将所述邻居节点放入第一存储单元中；
(c33)若满足条件的邻居节点在第一存储单元中，则比较源节点到当前邻居节点的新、旧路径，若新路径的代价小于旧路径，则将新路径放入所述第一存储单元，同时删去旧路径；
(c34)若满足条件的邻居节点在第二存储单元中，当所述邻居节点不在源节点到所述相对于源节点路径代价最小的节点的最短路径上，且源节点到当前邻居节点的新路径的代价小于第一存储单元中的源节点到当前邻居节点的对应旧路径，则将新路径放入所述第一存储单元和第二存储单元，同时删去旧路径。
上述的智能光网络中路径选择的方法中，所述步骤(c34)还包括以下步骤：
(c341)判断当前邻居节点是否位于由源节点到所述相对于源节点路径代价最小的节点的最短路径上；
(c342)若当前邻居节点位于由源节点到所述相对于源节点路径代价最小的节点的最短路径上，则放弃源节点到当前邻居节点的新路径；
(c343)若当前邻居节点不位于由源节点到所述相对于源节点路径代价最小的节点的最短路径上，则比较源节点到当前邻居节点的新路径及第一存储单元中的源节点到当前邻居节点的对应旧路径，若新路径的代价小于旧路径，则将新路径放入所述第一存储单元和第二存储单元，同时删去旧路径。
上述的智能光网络中路径选择的方法中，步骤(d)还包括判断所述第二最短路径上链路代价大于所述较大常数的链路是否具有约束条件两倍以上的可用带宽。若所述第二最短路径上链路代价大于所述较大常数的链路不具有约束条件两倍以上的可用带宽，则当前网络中不存在两条可行的路径。
本发明的智能光网络中路径选择的方法，通过对基本Dijkstra算法进行改进，从而可在具有负链路代价的网络拓扑中获取最短路径。此外，本发明还可获取1+1业务的两条链路尽量分离的较优路径。
附图说明
图1是第一实施例的网元拓扑结构示意图；
图2是第二实施例的网元拓扑结构示意图；
图3是智能光网络的分层体系结构示意图；
图4是本发明的智能光网络中路径选择的方法中获取最短路径的流程图；
图5是本发明的智能光网络中路径选择的方法中获取工作路径与保护路径的流程图；
图6是针对图2采用基本Dijkstra算法获得的第一路径的示意图；
图7是图2的网元拓扑结构经过取反和加常数后的示意图。
图8是针对图3采用图4所示的方法获取的第二路径的示意图；
图9是对图6进行链路删除后剩余的链路的示意图；
图10是对图7进行链路删除后剩余的链路的示意图；
图11是针对图2最终获取的链路尽量分离的两条最优路径的示意图。
具体实施方式
如图3所示，智能光网络由三个逻辑平面，即传送平面13、控制平面12和管理平面11构成。控制平面12与传送平面13分别与管理平面11连接，而控制平面12与传送平面13之间通过连接控制接口14连接。
传送平面13由作为交换实体的传送网网元131组成，所述网元131通过子网连接132相互连接。传送平面13主要完成连接/拆线、交换(选路)和传送等功能，以提供从一个端点到另一个端点的双向或单向信息传送，以及一些控制和网络管理信息。
控制平面12实现智能光网络内的呼叫控制和连接控制等功能。控制平面12由信令网络支持，由多种功能部件组成，包括一组通信实体和控制单元122(如光连接控制器)及相应的内部网络节点接口124。通信实体和控制单元122分别组成多个管理域121，管理域121之间通过外部网络节点接口124相互连接。通信实体和控制单元122主要用于调用传送网的资源，以提供与连接的建立、维持和拆除(释放网络资源)有关的功能。这些功能中最主要的就是信令功能和路由功能。此外，控制平面12还通过用户网络接口与请求代理16连接。
管理平面11对控制平面12和传送平面13进行管理，在提供对光传送网及网元131进行管理的同时，实现网络操作系统与网元131之间更加高效的通信功能。
如图4所示，为本发明的获取最短路径的流程图。在本实施例中，控制平面12在计算两节点间最佳路径时使用到最短路径树(PATHS)和潜在下一跳集合(TENT)两个数据库，其中，PATHS中保存了由源节点到达其他节点的最短路径的信息，而TENT中保存在找到最短路径之前的尝试节点的信息。在计算的初始状态，两个数据库都为空。
首先，控制平面12清空PATHS和TENT，并将源节点放入TENT，并设置源节点路径代价为0(步骤S41)。然后，在TENT中选取相对于源节点的路径代价最小的节点以及对应的路径放入PATHS(步骤S42)，并判断放入PATHS的节点(当前节点)是否为目的节点(步骤S43)。如果当前节点是目的节点，则执行步骤S45(将在以下描述)。
如果当前节点不是目的节点，则执行步骤S44，按照规则逐个检查刚加入PATHS中的当前节点的邻居节点(称为当前邻居节点)及到达该邻居节点的链路(称为当前链路)是否满足约束条件(如带宽等)。如果不满足，则当前链路和当前邻居节点被放弃；如果满足，则控制平面12计算通过当前链路到达当前邻居节点的路径代价(称为当前路径代价)，并根据如下方法判断是否将当前邻居节点以及对应路径加入TENT中：
A.如果当前邻居节点已存在于TENT中，则表示存在到达该邻居节点的新路径，控制平面12比较当前路径代价与TENT中的旧路径的路径代价大小。如果当前路径代价小于旧路径的路径代价，则用新路径代替旧路径，即以当前链路和当前路径代价更新保存于TENT中的到达当前邻居节点的链路和路径代价；否则，放弃新路径，保留TENT中的旧路径。
B.如果当前邻居节点已存在于PATHS中，则检查当前邻居节点是否位于由源节点到当前节点的路径上。如果当前邻居节点位于由源节点到当前节点的路径上，表示通过当前链路到达当前邻居节点的路径会形成环路，当前链路不被放弃；否则，表示存在到达该邻居节点的新路径，然后比较当前路径代价与TENT中的旧路径的路径代价大小，如果当前路径代价小于旧路径的路径代价，则用新路径代替旧路径，即以当前链路和当前路径代价更新保存于TENT中的到达当前邻居节点的链路和路径代价，并更新PATHS中当前邻居节点的子树上所有节点的路径代价；否则，忽略新路径，保留TENT中的旧路径。
C.如果当前邻居节点既不在PATHS中也不在TENT中，则将当前邻居节点加入TENT中。
当前节点的所有邻居节点按照上述方法加入TENT或放弃后，控制平面12判断当前TENT是否为空(步骤S45)。如果TENT不为空，则返回步骤S42。如果TENT为空，则控制平面12判断目的节点是否在PATHS中步骤S46。
如果目的节点在PATHS中，则计算成功，找到由源节点到目的节点的最短路径为PATHS中的路径(步骤S48)；如果目的节点不在PATHS中，则计算失败，不存在由源节点到目的节点的最短路径(步骤S47)。
当然，上述的数据库并不局限于TENT以及PATHS，只要是两个不同存储单元即可。
如图5所示，是本发明的智能光网络中获取链路尽量分离的两条最优路径的流程图。以下结合图2、图6-图10介绍本发明的方法。
首先，采用基本Dijkstra算法，计算由源节点到目的节点的首条最短路径(第一路径)，结果如图6所示，即最短路径A-B-C-D-G(步骤S51)。将第一路径上的所有反向链路的链路代价设置为原链路代价的-1倍，并将第一路径上的所有正向链路的链路代价增加一个大常数(定义为MAX_METRIC，在本实施例中可以为300000)，结果如图7所示(步骤S52)。然后采用图4所示的最短路径获取方法，计算由源节点到目的节点的第二条最短路径(第二路径)，结果如图8所示，即A-E-C-B-F-D-G(步骤S53)。
检查第二路径上所有正向链路，并判断第二路径上是否存在代价为负值的链路，在本实施例中B-C链路为负值(步骤S54)。如果某条链路的链路代价为负值，则从第一路径和第二路径上删除该链路及其反向链路，即删除第一路径和第二路径上相重叠但通过方向相反的链路。在本实施例中删除链路B-C，删除链路后的结果如图9和图10所示。如果第二路径上某条正向链路的链路代价大于MAX_METRIC(本实施例中为链路D-G)，则检查该链路及其反向链路是否具有两倍于需求带宽或以上的可用带宽，如果没有，则表示找不到满足条件的两条路径，计算结束；否则，表示最终找到的两条路径上存在重合的链路，不是链路完全分离的两条路径(步骤S55)。
然后合并删除链路后的第一路径和第二路径，结果如图11所示，最终获得1+1业务的两条最优路径，本实施例中两条链路分别为A-E-C-D-G和A-B-F-D-G(步骤S56)。恢复链路的链路代价，分别计算两条路径的路径代价，本实施例中两路径的代价分别为400和500，并将路径代价较小的路径设置为主用路径，而路径代价较大的路径设置为备用路径(步骤S57)。
上述步骤S52中，要求选取的MAX_METRIC大于可能的最大路径代价。步骤2)的作用是使得在计算第二条路径时，尽量优先选择路径一上的反向链路，而尽量不选择路径一的正向链路。(链路方向是相对于路径而言，由源节点到目的节点的方向为正向)。
上述方法通过加大第一路径的正向链路的链路代价而允许两条路径通过同一链路，从而在仅存在一条链路的情况下可找到两条尽量分离的1+1业务的两条路径。
Claims (7)
1、一种智能光网络中路径选择的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)将第一存储单元和第二存储单元清空，并将源节点放入第一存储单元；
(b)将第一存储单元中相对于源节点路径代价最小的节点以及对应路径放入第二存储单元；
(c)若所述相对于源节点路径代价最小的节点为目标节点，则执行步骤(d)，若所述相对于源节点路径代价最小的节点不是目标节点，则选取满足约束条件的所述节点的邻居节点以及对应路径放入第一存储单元；
(d)判断第一存储单元是否为空；
(e)若第一存储单元非空，则返回步骤(b)；若所述第一存储单元为空，则判断目的节点是否在第二存储单元中，若目的节点在第二存储单元中，则第二存储单元中的路径就是最短路径。
2、根据权利要求1所述的智能光网络中路径选择的方法，其特征在于，步骤(c)还包括：
(c1)依次判断所述节点的邻居节点是否满足约束条件；
(c2)若满足条件的邻居节点既不在第一存储单元中，也不在第二存储单元，则将所述邻居节点放入第一存储单元中；
(c3)若满足条件的邻居节点在第一存储单元中，则比较源节点到当前邻居节点的新、旧路径，若新路径的代价小于旧路径，则将新路径放入所述第一存储单元，同时删去旧路径；
(c4)若满足条件的邻居节点在第二存储单元中，当所述邻居节点不在源节点到所述相对于源节点路径代价最小的节点的最短路径上，且源节点到当前邻居节点的新路径的代价小于第一存储单元中的源节点到当前邻居节点的对应日路径，则将新路径放入所述第一存储单元和第二存储单元，同时删去旧路径。
3、根据权利要求1所述的智能光网络中路径选择的方法，其特征在于，所述步骤(c4)还包括以下步骤：
(c41)判断当前邻居节点是否位于由源节点到所述相对于源节点路径代价最小的节点的最短路径上；
(c42)若当前邻居节点位于由源节点到所述相对于源节点路径代价最小的节点的最短路径上，则放弃源节点到当前邻居节点的新路径；
(c43)若当前邻居节点不位于由源节点到所述相对于源节点路径代价最小的节点的最短路径上，则比较源节点到当前邻居节点的新路径及第一存储单元中的源节点到当前邻居节点的对应旧路径，若新路径的代价小于旧路径，则将新路径放入所述第一存储单元和第二存储单元，同时删去旧路径。
4、一种智能光网络中路径选择的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)采用基本Dijkstra算法，计算由源节点到目的节点的第一最短路径；
(b)将所述第一最短路径上的所有反向链路代价取反，并将所述第一最短路径上的所有正向链路加上较大常数；
(c)采用以下步骤计算第二最短路径：
(c1)将第一存储单元和第二存储单元清空，并将源节点放入第一存储单元；
(c2)将第一存储单元中相对于源节点路径代价最小的节点以及对应路径放入第二存储单元；
(c3)若所述相对于源节点路径代价最小的节点为目标节点，则执行步骤(c4)，若所述相对于源节点路径代价最小的节点不是目标节点，则选取满足约束条件的所述节点的邻居节点以及对应路径放入第一存储单元；
(c4)判断第一存储单元是否为空；
(c5)若第一存储单元非空，则返回步骤(c2)；若所述第一存储单元为空，则判断目的节点是否在第二存储单元中，若目的节点在第二存储单元中，则第二存储单元中的路径就是第二最短路径；
(d)删除所述第一最短路径及第二最短路径上对应于第二最短路径的负链路部分；
(e)合并所述第一最短路径和第二最短路径的剩余链路，获得两条由源节点到目的节点的路径；
(f)恢复链路代价，重新计算所述的两条路径的路径代价，以路径代价较小的路径作为最终的第一最短路径，另外一条路径作为最终的第二最短路径。
5、根据权利要求4所述的智能光网络中路径选择的方法，其特征在于，所述步骤(c3)包括以下步骤：
(c31)判断依次判断所述节点的邻居节点是否满足约束条件；
(c32)若满足条件的邻居节点既不在第一存储单元中，也不在第二存储单元，则将所述邻居节点放入第一存储单元中；
(c33)若满足条件的邻居节点在第一存储单元中，则比较源节点到当前邻居节点的新、旧路径，若新路径的代价小于旧路径，则将新路径放入所述第一存储单元，同时删去旧路径；
(c34)若当前邻居节点不位于由源节点到所述相对于源节点路径代价最小的节点的最短路径上，则比较源节点到当前邻居节点的新路径及第一存储单元中的源节点到当前邻居节点的对应旧路径，若新路径的代价小于旧路径，则将新路径放入所述第一存储单元和第二存储单元，同时删去旧路径。
6、根据权利要求4所述的智能光网络中路径选择的方法，其特征在于，所述步骤(c34)包括以下步骤：
(c341)判断当前邻居节点是否位于由源节点到所述相对于源节点路径代价最小的节点的最短路径上；
(c342)若当前邻居节点位于由源节点到所述相对于源节点路径代价最小的节点的最短路径上，则放弃源节点到当前邻居节点的新路径；
(c343)若当前邻居节点不位于由源节点到所述相对于源节点路径代价最小的节点的最短路径上，则比较源节点到当前邻居节点的新路径及第一存储单元中的源节点到当前邻居节点的对应旧路径，若新路径的代价小于旧路径，则将新路径放入所述第一存储单元和第二存储单元，同时删去旧路径。
7、根据权利要求4所述的智能光网络中路径选择的方法，其特征在于，步骤(d)还包括判断所述第二最短路径上链路代价大于所述较大常数的链路是否具有约束条件两倍以上的可用带宽，若所述第二最短路径上链路代价大于所述较大常数的链路不具有约束条件两倍以上的可用带宽，则当前网络中不存在两条可行的路径。
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