TWI472191B - 非相交路徑計算演算法 - Google Patents

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Description

非相交路徑計算演算法
本發明之實施例係關於一種用於管理在一網路上之多協定標籤交換之系統。特定言之，本發明之該等實施例係關於一種用於對一主要標籤交換路徑判定一最佳的備用路徑之方法及系統。
多協定標籤交換(MPLS)係用於管理在一網路上之訊務之一技術。MPLS使用指派至一訊務串流之標籤以跨該網路路由遞送該訊務。該網路之每一節點藉由查核在該網路上接收之傳入的訊務及基於其之標籤遞送該訊務而支援MPLS。
具有訊務工程能力之MPLS網路可對定制的訊務服務最優化訊務工程資源分配。在具有訊務工程之MPLS網路中，對每一定制的訊務服務建立主要標籤交換路徑(LSP)。使用一受限最短路徑優先(CSPF)演算法計算該主要LSP。通常在頭端節點處計算該主要LSP，該頭端節點係一路徑發端之節點。該主要LSP之建置可係自動的。一LSP之自動產生可藉由該頭端節點或一分離路徑計算元件(PCE)完成。
假使該主要LSP失效，則對每一定制的訊務服務使用一備用LSP，且必須經手動組態。該備用LSP中之該等鏈路之各者係經手動選擇以建構一備用LSP，此之一目的係產生當該主要LSP處於失效之一狀態時可依賴的一非相交路徑。該備用LSP之手動組態之技術包含鏈路上色及節點排除。
然而，此等技術嚴重地依賴一管理者以手動組態該備用LSP。因此，該備用LSP之組態傾向於人為誤差。建置該等備用LSP之該等管理者必須自己驗證該等備用LSP符合該定制的訊務服務之所有限制或要求。該等管理者必須手動判定該等備用LSP提供最大可能保護或具有與該等主要LSP之最大非相交性。
本發明揭示一種執行於一網路元件上之方法，該網路元件實行多協定標籤交換(MPLS)以自動產生與一主要標籤交換路徑(LSP)最大非相交之一最佳確定性的備用標籤交換路徑以對該主要LSP提供一可靠的備用，該方法包括以下步驟：藉由該網路元件經由一發信號協定接收對一LSP之一產生之一請求；判定對該LSP之該產生之該請求係對該備用LSP；回應於判定該請求係對該備用LSP，定位一訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路；修改在該訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路以具有除一實際鏈路成本以外之一鏈路成本以阻止在該備用LSP中使用該主要LSP之每一鏈路；對該訊務工程資料庫實行一受限最短路徑優先(CSPF)演算法以獲得該備用LSP，其中由於該訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路之一已修改的成本，該備用LSP具有與該主要LSP之一最大非相交性；及經由該發信號協定傳回該備用LSP。
一種系統，其用於實行多協定標籤交換(MPLS)以自動產生與一主要標籤交換路徑(LSP)最大非相交之一最佳確定性的備用標籤交換路徑以對該主要LSP提供一可靠的備用，該系統包括：一標籤交換路由器，其經調適以接收對一LSP之一產生之一請求且經調適以呼叫一路徑計算元件以獲得該LSP且將該LSP傳回至一請求者；及路徑計算元件(PCE)，其耦合至該標籤交換路由器，該PCE經調適以判定對該LSP之該產生之該請求是否係對一備用LSP，其中該PCE係經調適以定位一訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路，其中該PCE係經調適以修改在該訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路以具有一已修改的成本，其中該已修改的成本阻止在該備用LSP中使用該主要LSP之一鏈路，其中該PCE係經調適以對該訊務工程資料庫實行一受限最短路徑優先(CSPF)演算法以獲得該備用LSP，其中由於使用於該備用LSP計算中之該主要LSP之每一鏈路之一已修改的成本，該備用LSP具有與該主要LSP之一最大非相交性，且其中該PCE係經調適以將該備用LSP傳回至第一標籤交換路由器。
本發明揭示一種網路元件，其用於實行多協定標籤交換(MPLS)以產生與一主要標籤交換路徑(LSP)最大非相交之一最佳確定性的備用標籤交換路徑以對該主要LSP提供一可靠的備用，該網路元件包括：一訊務工程資料庫，其經調適以儲存包含一主要LSP之鏈路狀態資訊之一網路拓樸之鏈路狀態資訊；一備用路徑計算模組，其耦合至該訊務工程資料庫且經調適以處理對該備用LSP之一請求，該備用路徑計算模組係經調適以定位一訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路且修改在該訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路以具有除一實際成本以外之一成本以阻止在該備用LSP中使用該主要LSP之每一鏈路；及一最佳路徑判定模組，其耦合至該備用路徑計算模組以使用來自該訊務工程資料庫之該鏈路狀態資訊判定至一目標節點之一最佳路徑。
本發明係藉由實例的方式(且並非藉由限定的方式)繪示於隨附圖式之圖中，其中相同的參考指示相似的元件。應注意的是，此揭示內容中對「一」(an或one)實施例之不同的參考並非必要係相同的實施例，且此等參考意味著至少一者。進一步言之，當結合一實施例描述一特定特徵、結構或特性時，認為結合無論是否明確描述的其他實施例使此特徵、結構或特性生效係在瞭解熟習此項技術者之知識中。
在下列描述中，陳述大量特定的細節。然而，應瞭解的是，本發明之該等實施例可在沒有此等特定的細節之情況下實行。在其他例子中，並未詳細顯示熟知的電路、結構及技術以免使此描述之瞭解變得晦澀。然而，熟習此項技術者將瞭解的是，本發明可在沒有此等特定的細節之情況下實踐。熟習此項技術者用所包含的描述將在沒有過度的實驗之情況下可以實行適當的功能。
將參考圖1及圖2之例示性實施例描述流程圖之操作。然而，應瞭解的是，流程圖之該等操作可藉由除該等參考圖1及圖2所討論之外的本發明之實施例實行，且參考圖1及圖2所討論之該等實施例可實行不同於該等參考圖3之流程圖所討論之操作。
可使用儲存及實行於一或多個電子器件(例如，一終端站、一網路元件，等等)上之編碼及資料實行該等圖中所顯示之技術。此等電子器件使用機器可讀或電腦可讀媒體(諸如機器可讀或電腦可讀儲存媒體(例如，磁碟；光碟；隨機存取記憶體；唯讀記憶體；快閃記憶體器件；及相變記憶體))(在內部及/或用一網路上之其他電子器件)儲存及傳達編碼及資料。再者，此等電子器件通常包含耦合至一或多個其他組件(諸如一或多個儲存器件、使用者輸入/輸出器件(例如，一鍵盤、一觸控螢幕及/或一顯示器)及網路連接)之一組一或多個處理器。該組處理器及其他組件之耦合通常係通過一或多個匯流排及橋接器(亦稱為匯流排控制器)。該儲存器件及攜載該網路訊務之信號各自代表一或多個機器可讀或電腦可讀儲存媒體及機器可讀或電腦可讀通信媒體。因此，一給定的電子器件之儲存器件通常儲存在該電子器件之該組一或多個處理器上實行之編碼及/或資料。當然，可使用軟體、韌體及/或硬體之不同的組合實行本發明之一實施例之一或多個部分。
如本文所使用，一網路元件(例如，一路由器、交換器、橋接器，等等)係通信互連該網路上之其他設備(例如，其他網路元件、終端站，等等)之一件網路連接設備(包含硬體及軟體)。一些網路元件係「多服務網路元件」，其等對多個網路連接功能(例如，路由、橋連、交換、第2層聚合、會話邊界控制、多重播送及/或用戶管理)提供支援及/或對多個應用服務(例如，資料、語音及視訊)提供支援。用戶終端站(例如，伺服器、工作站、膝上型電腦、掌上型電腦、行動電話、智慧型電話、多媒體電話、網路電話(VOIP phone)、可攜式媒體播放器、全球定位系統(GPS)單元、遊戲系統、機上盒(STB)，等等)存取在網際網路上提供之內容/服務及/或覆加於網際網路上之虛擬私人網路(VPN)上所提供之內容/服務。該內容及/或該等服務通常係藉由屬於一服務或內容提供者之一或多個終端站(例如，伺服器終端站)或參與一點對點服務之終端站提供，且可包含公共網頁(免費內容、店面、搜索服務，等等)、私人網頁(例如，提供電子郵件服務之使用者名稱/密碼存取網頁，等等)、VPN上之公司網路、IPTV，等等。通常，用戶終端站係耦合(例如，通過(有線或無線)耦合至一存取網路之用戶端設備)至邊緣網路元件，該等邊緣網路元件係耦合(例如，通過耦合至其他邊緣網路元件之一或多個核心網路元件)至其他終端站(例如，伺服器終端站)。
本發明之該等實施例提供避免先前技術之缺點之一系統、網路及方法，該等缺點包含：人為誤差、非最佳標籤交換路徑(LSP)、非最大非相交主要及備用LSP、備用LSP之確定性產生及管理者密集使用時間及資源以手動建立備用LSP。
本發明之該等實施例克服「毒化」一訊務工程資料庫中之一主要LSP之路徑之此等缺點，其中當產生一備用LSP時，每一鏈路被給予一高的或最大成本以阻止(但不禁止)該主要LSP之該等鏈路之使用。一旦該主要LSP之該等鏈路係以此方式修改，一路徑尋找演算法(諸如該受限最短路徑優先(CSPF)演算法)可用以確定性地自動判定與該主要LSP最大非相交之一最佳備用LSP。該主要LSP之該等鏈路成本係該等重設。
圖1係實行MPLS之一網路之一實施例之一圖。實例網路100包含節點A至節點F。在其他實施例中，該網路中亦可呈現任意數目之節點。該等節點之各者可係任意類型之計算器件，該計算器件包含一電腦或網路元件。該等計算器件可包含一桌上型電腦、膝上型電腦、網路連接元件、路由器、伺服器或類似的計算器件。該等節點之各者可在任意網路連接媒體上連接，且連接為一網路之任意大小或組態。該網路可係一區域網路(LAN)、廣域網路(WAN)(諸如網際網路或一類似的通信系統)。該網路100中之該等節點之各者支援MPLS或用於根據一標籤交換路徑(LSP)管理跨該網路100之訊務之類似的技術。該網路連接媒體可係任意有線或無線網路連接技術。該網路100可包含一頭端節點101及一目標節點111。一LSP開始於該頭端節點101處，且結束於該目標節點111處。該網路100中之任意數目之節點可作為分離LSP之頭端節點或目標節點。
該頭端節點101回應於一訊務服務請求而建置主要LSP 107。該頭端節點101亦可為該網路100上之每一訊務服務建置該主要LSP 107。該頭端節點101可包含計算該主要LSP 107之一路徑計算元件(PCE)103。在另一實施例中，該PCE 103係一分離的器件或以其它方式與該頭端節點101分離。在此實施例中，該頭端節點101通過一路徑計算用戶端(PCC)與一PCE通信。
該頭端節點101亦負責建置一備用LSP 109。該備用LSP 109理想地係具有與該主要LSP 107之一最大非相交性之一LSP，而仍具有自該頭端節點101至目標節點C 111之最好的、最有效率的或最佳的路線。該PCE 103亦可計算該備用LSP 109。每當產生一主要LSP 107或回應於指示待計算一備用LSP之一訊務服務請求，可計算該備用LSP 109。
在該例示性網路100中，該等節點A至F之間的該等鏈路(除節點C與節點F之間的鏈路之外)之各者具有相同的頻寬(例如，每秒十億位元)。此鏈路具有每秒0.5十億位元之一頻寬。藉由該頭端節點處理之對一LSP(自該頭端節點101至該目標節點C)之一訊務服務請求具有每秒十億位元之一頻寬需要。該主要LSP 107穿過節點A、B及C作為具有最少躍程之最直接的路線。僅使用相同的受限最短路徑優先(CSPF)演算法或類似的演算法來產生該備用LSP 109將產生與該主要LSP 107相同之路線。若排除該主要LSP 107之每一鏈路，則該備用LSP 109將被迫包含節點F與節點C之間的鏈路，該鏈路並不符合該訊務服務請求之限制。該PCE(如本文以下進一步詳細描述)藉由用一最大成本加權該主要LSP 107之該等鏈路之各者藉此阻止此等鏈路之使用但是並不禁止此等鏈路而產生該備用LSP 109。用此改變的加權或成本，實行該CSPF或類似的路徑尋找演算法，這將傳送基於已修改拓樸之成本之最佳路徑。所得的備用LSP 109提供與主要LSP 107之最大的非相交性，而仍保留被請求的訊務服務之限制。該備用LSP 109仍包含與該主要LSP 107共用之節點B與節點C之間的鏈路，證明在必要時於使用該主要LSP 107之該等鏈路之一靈活性。
圖2係一頭端節點或PCE之一實施例之一圖。可在該頭端節點中或一分離的PCE中實行計算該備用LSP之功能，該頭端節點與該分離的PCE通過在該頭端節點中之一PCC通信。在該頭端節點實行此功能之一實施例中，該功能可仍被分段為併入該頭端節點中之一分離的PCE。熟習此項技術者將瞭解的是，僅顯示與該備用LSP之計算直接相關之該頭端節點或PCE之該等組件。該頭端節點或PCE可具有必需用於計算該主要LSP之所有標準的功能及組件及其他類似的功能。在一實施例中，該頭端節點或PCE包含一備用LSP模組201、訊務工程資料庫203及一受限最短路徑優先(CSPF)模組205。在該功能係實行於該頭端節點中之一實施例中，存在服務一訊務服務請求且將該訊務遞送至鄰近的節點之一發信號引擎207。
該備用LSP模組201負責產生一備用LSP且建置在頭端節點與該目標節點之間之該備用LSP。該備用LSP模組201修改該訊務工程資料庫203以對一主要LSP之該等鏈路之各者「毒化」或給予一最大成本。接著，該備用LSP模組201請求該CSPF模組205基於該已修改的訊務工程資料庫203計算該備用LSP。該CSPF模組205並未察覺該訊務工程資料庫203之已修改的本質，且做出最好的LSP之一正常的計算。在藉由該CSPF模組205將該備用LSP傳回至該備用LSP模組201之後，該備用LSP模組201再次修改該訊務工程資料庫以恢復顯示該主要LSP之該等鏈路之各者之實際成本之原始值。當該主要LSP失效時，可藉由該發信號引擎使用該備用LSP以在該網路上遞送關聯的訊務。
圖3係用於計算一備用LSP之一程序之一實施例之一流程圖。在一實施例中，回應於一標籤交換路徑產生請求或一訊務服務請求而起始該程序(方塊301)。可藉由該網路上與該頭端節點或PCE通信之任意節點產生此請求。在一實施例中，此請求係藉由該頭端節點接收或藉由該頭端節點遞送至該PCE。當接收時，必須分析該請求以判定該請求係對一主要LSP或一備用LSP(方塊303)。在另一實施例中，對一主要LSP之請求在完成該主要LSP之後自動地起始一備用LSP之產生。直到完成該主要LSP計算方可計算該備用LSP。若該已接收的請求係用以產生一備用LSP，則必須定位該訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路(方塊307)。該等鏈路可藉由與該主要LSP關聯之該標籤或類似的識別符定位。修改在該訊務工程資料庫中識別的該主要LSP之每一鏈路(方塊309)。該修改可對鏈路給予任意值以定義其之成本。在一實施例中，此成本係一最大成本或顯著大於該網路拓樸之其他鏈路之任意量，使得於該備用LSP之計算中該等主要LSP鏈路之使用嚴重地受阻。
在修改該等鏈路之各者之後，接著使用CSPF或與用於計算該主要LSP之演算法相同之一類似的路徑尋找演算法來計算該最佳路徑(方塊305)。該CSPF演算法依賴該已修改的鏈路資訊，且因此產生一備用路徑，該備用路徑係符合該訊務服務請求之限制中之最大非相交但最佳的路徑。在計算該備用LSP之後，恢復該等已修改的鏈路之各者之原始值(方塊311)。接著，將該備用LSP供應至該請求者以用於在該MPLS網路上之訊務遞送及建立該LSP(方塊313)。
在該已接收的請求並非對備用LSP之情況下，則該程序僅使用現存的訊務工程資料來計算最佳路徑(方塊305)。回應於該請求者而傳回此主要LSP，以在該MPLS網路上建置該主要LSP。
因此，在實行MPLS之一網路中用於備用LSP計算之一方法、系統及裝置已經被描述。應瞭解的是，該上述描述意欲為繪示的且並非制約的。熟習此項技術者在閱讀及瞭解該上述描述之後將瞭解許多其他的實施例。因此，應參考該隨附申請專利範圍連同此申請專利範圍享有之權利之等效物之全範疇判定本發明之範疇。
100．．．網路
101．．．頭端節點
103．．．路徑計算元件
107．．．主要標籤交換路徑
109．．．備用標籤交換路徑
111．．．目標節點C
113．．．路徑計算用戶端
200．．．頭端節點或路徑計算元件
201．．．備用標籤交換路徑模組
203．．．訊務工程資料庫
205．．．受限最短路徑優先模組
207．．．發信號引擎
NODE A．．．節點A
NODE B．．．節點B
NODE D．．．節點D
NODE E．．．節點E
NODE F．．．節點F
SERVICE REQUEST．．．服務請求
ADJACENT NODE．．．鄰近節點
圖1係實行多協定標籤交換之一網路之一實施例之一圖表。
圖2係一頭端節點或路徑計算元件之一實施例之一圖表。
圖3係用於產生一備用標籤交換路徑之程序之一實施例之一流程圖。
100．．．網路
101．．．頭端節點
103．．．路徑計算元件
107．．．主要標籤交換路徑
109．．．備用標籤交換路徑
111．．．目標節點C
113．．．路徑計算用戶端
NODE A．．．節點A
NODE B．．．節點B
NODE D．．．節點D
NODE E．．．節點E
NODE F．．．節點F
SERVICE REQUEST．．．服務請求

Claims (18)

  1. 一種執行於一網路元件上之方法，該網路元件實行多協定標籤交換(MPLS)以自動產生與一主要標籤交換路徑(LSP)最大非相交之一最佳確定性的備用標籤交換路徑以對該主要LSP提供一可靠的備用，該方法包括以下步驟：藉由該網路元件經由一發信號協定接收對一LSP之一產生之一請求；判定對該LSP之該產生之該請求係對該備用LSP；回應於判定該請求係對該備用LSP，定位一訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路；修改在該訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路以具有除一實際鏈路成本以外之一鏈路成本，以阻止在該備用LSP中使用該主要LSP之每一鏈路；對該訊務工程資料庫實行一受限最短路徑優先(CSPF)演算法以獲得該備用LSP，其中由於該訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路之一已修改的成本，該備用LSP具有與該主要LSP之一最大非相交性；及經由該發信號協定傳回該備用LSP。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括以下步驟：在判定該備用LSP之後恢復在該訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路之一成本值以具有一原始成本。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包括以下步驟：回應於該主要LSP中之一失效之偵測而交換到該備用LSP。
  4. 如請求項1之方法，其中該請求係接收自一路徑通信用戶端。
  5. 如請求項1之方法，其中定位該訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路之步驟使用一MPLS標籤。
  6. 如請求項1之方法，其中該備用LSP包含該主要LSP之至少一鏈路。
  7. 一種系統，其用於實行多協定標籤交換(MPLS)以自動產生與一主要標籤交換路徑(LSP)最大非相交之一最佳確定性的備用標籤交換路徑以對該主要LSP提供一可靠的備用，該系統包括：一標籤交換路由器，其經調適以接收對一LSP之一產生之一請求且經調適以呼叫一路徑計算元件以獲得該LSP且將該LSP傳回至一請求者；及路徑計算元件(PCE)，其耦合至該標籤交換路由器，該PCE經調適以判定對該LSP之該產生之該請求是否係對一備用LSP，其中該PCE係經調適以定位一訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路，其中該PCE係經調適以修改在該訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路以具有一已修改的成本，其中該已修改的成本阻止在該備用LSP中使用該主要LSP之一鏈路，其中該PCE係經調適以對該訊務工程資料庫實行一受限最短路徑優先(CSPF)演算法以獲得該備用LSP，其中由於使用於該備用LSP計算中之該主要LSP之每一鏈路之該已修改的成本，該備用LSP具有與該主要LSP之一最大非相交性，且其中該PCE係經調適以將該備用LSP傳回至第一標籤交換路由器。
  8. 如請求項7之系統，其中該PCE係經調適以在獲得該備用LSP之後恢復在該訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路之一成本值以具有一原始成本。
  9. 如請求項7之系統，其中該標籤交換路由器係經調適以回應於該主要LSP中之一失效之偵測而交換至該備用LSP。
  10. 如請求項7之系統，其中該標籤交換路由器包含一路徑通信用戶端以發送該請求至該PCE。
  11. 如請求項7之系統，其中該PCE係經調適以藉由一MPLS標籤識別在該訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路。
  12. 如請求項7之系統，其中該PCE係與標籤交換路由器分離之一器件之一組件。
  13. 一種網路元件，其用於實行多協定標籤交換(MPLS)以產生與一主要標籤交換路徑(LSP)最大非相交之一最佳確定性的備用標籤交換路徑以對該主要LSP提供一可靠的備用，該網路元件包括：一訊務工程資料庫，其經調適以儲存包含一主要LSP之鏈路狀態資訊之一網路拓樸之鏈路狀態資訊；一備用路徑計算模組，其耦合至該訊務工程資料庫且經調適以處理對該備用LSP之一請求，該備用路徑計算模組係經調適以定位一訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路且修改在該訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路以具有除一實際成本以外之一成本以阻止在該備用LSP中使用該主要LSP之每一鏈路；及一最佳路徑判定模組，其耦合至該備用路徑計算模組以使用來自該訊務工程資料庫之該鏈路狀態資訊判定至一目標節點之一最佳路徑。
  14. 如請求項13之網路元件，其中該備用路徑計算模組係經調適以在獲得該備用LSP之後恢復在該訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路之一成本值以具有該實際成本。
  15. 如請求項13之網路元件，其中該備用路徑計算模組係經調適以藉由一MPLS標籤定位該訊務工程資料庫中之該主要LSP之每一鏈路。
  16. 如請求項13之網路元件，其中該請求係接收自一路徑通信用戶端。
  17. 如請求項13之網路元件，其中該備用LSP包含該主要LSP之至少一鏈路。
  18. 如請求項13之網路元件，其中該最佳路徑判定模組實行一受限最短路徑優先演算法。
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