WO2011134242A1

WO2011134242A1 - 一种波长分配的计算方法及装置

Info

Publication number: WO2011134242A1
Application number: PCT/CN2010/077783
Authority: WO
Inventors: 汪文颖; 王家昱
Original assignee: 中兴通讯股份有限公司
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2011-11-03
Also published as: EP2562950A1; EP2562950B1; CN101834690A; EP2562950A4; CN101834690B

Abstract

本发明公开了一种波长分配的计算方法，包括：为路由路径上的各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵；从路由路径上的首节点开始，依次对各节点的节点内部波长连通性矩阵，按设置的矩阵运算方法进行计算，直到路由路径上的尾节点。本发明还同时公开了一种波长分配的计算装置，运用该方法和装置可降低波长分配的计算时间。

Description

一种波长分配的计算方法及装置技术领域

本发明涉及光通信技术领域中的波长分配技术，尤其涉及一种波长分配的计算方法及装置。背景技术

在当前的光层组网技术中，最常用的是密集型光波复用（DWDM )技术， DWDM技术能将多个波长复用到一根光纤中，用以提高现有光纤骨干网的带宽。传统的 DWDM系统本质上还是一个点到点的线路系统，大多数的光层组网只能通过终端站（TM )来实现光层线路系统的构建，随后出现的光分插复用器（OADM )逐渐实现从点到点的组网向环网发展。但是， OADM只能上下一个或多个固定数目的波长，节点的路由是确定的，因此， OADM 并没有真正实现灵活的光层组网；然而，可重构型光分插复用器 ( ROADM )则可通过软件控制某个波长在节点内灵活上下路或进行穿通，实现光网络的动态重构，与 TM或 OADM组成的光网络相比， ROADM组成的光网络能真正实现业务的灵活调度，因此 ROADM被广泛应用于目前的光网络中。

现有的波长变换技术主要基于光电光（OEO )转换技术，但由于 OEO 转换器件在 ROADM中的数量是有限的，因此 ROADM不能完全实现波长变换，所以在节点中的 ROADM不能进行波长变换时，两个节点上各自进行波长交换的端口之间的波长必须是相同的，该约束称为波长连续性约束。

在 ROADM组成的光网络中，计算路由时还需进行波长分配。波长分配过程中，为了解决上文所述的波长连续性约束的限制，引入了路由与波长分配（RWA )算法，即：在网络中某对节点间有光路建立请求时，首先在源节点和目的节点之间寻找一条路由，然后在该路由上分配波长。

目前，主要通过波长图分层算法来实现 RWA算法，波长图分层算法主要为：将每个波长抽象为节点，通过抽象所得节点与原节点间链路的选择来实现波长指配，即：将每个波长抽象为节点，等价于在原有节点数目的基础上又增加了多个节点，所增加的节点数与所有波长的总数相同，相应的，波长分配相当于节点与节点间的链路选择，该方法所形成的新的路由路径拓朴图的复杂程度大大提高。可见，该方法在节点和波长数目较少时可用性较强，但是当网络中的节点数目较多或者波长个数较多时，波长分配的复杂程度大大增加，对应的计算时间呈几何增长，使得波长分配的计算效率低。发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种波长分配的计算方法及装置，可降低波长分配的计算时间。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种波长分配的计算方法，该方法包括：

为路由路径上的各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵；从路由路径上的首节点开始，依次对各节点的节点内部波长连通性矩阵，按设置的矩阵运算方法进行计算，直到路由路径上的尾节点。

其中，所述节点按类型的不同分为：光光节点、电电节点、光电节点和电光节点。

其中，所述节点内部波长连通性矩阵的构造方法为：根据各节点的不同类型为各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵，具体为：

所述节点为光光节点时，所构造的节点内部波长连通性矩阵为 n*n阶矩阵；

所述节点为电电节点时，所构造的节点内部波长连通性矩阵为 1*1 阶矩阵；

所述节点为光电节点时，所构造的节点内部波长连通性矩阵为 n*l 阶矩阵；

所述节点为电光节点时，所构造的节点内部波长连通性矩阵为 l *n阶矩阵；

其中，所述 n为波长的总个数。

上述方案中，所述依次对各节点的节点内部波长连通性矩阵进行计算的方法，为：

先对首节点和第二个节点各自对应的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，所得结果形成一个新矩阵，再将计算所得的新矩阵与第三个节点的节点内部波长连通性矩阵执行矩阵运算，所得结果再与第四个节点的节点内部波长连通性矩阵执行矩阵运算，直到最后一个节点完成矩阵运算。

其中，所述设置的矩阵运算设为 Δ , 所述按设置的矩阵运算方法进行计算为：

Z = ΧΑΥ = Μη (χ + V )；其中，所述 X和 Y表示路由路径上任意两个节点的节点内部波长连通性矩阵；所述 n表示波长的总个数；所述和>¾为矩阵 X和 Y中的元素。

其中，所述矩阵 Z中的任一元素 ζ_ϋ表示为：

z.. = Min(x_n + y_Xj， x_i2 + y_2J , ..., x_in + y_nj ) , 表示从矩阵 X对应节点的入端口波长 i到矩阵 Y对应节点的出端口通波长 j的最小连通代价。

其中，所述对任两个节点的节点内部波长连通性矩阵进行运算的同时 , 该方法进一步包括：记录下 Z中各元素 ζ_ϋ取最小值时对应的 r, 即最小的

Xir+Yrj中的 r。

其中，对所有节点的节点内部波长连通性矩阵计算结束后，该方法还包括：在矩阵计算所得的结果矩阵中选择取值最小的矩阵元素，根据该元素对应的 r序列，在路由路径上的节点间执行波长分配操作。

本发明还提供了一种波长分配的计算装置，该装置包括：矩阵构造模块和矩阵运算模块；其中，

所述矩阵构造模块，用于为路由路径上的各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵，并将构造结果发送到矩阵运算模块；

所述矩阵运算模块，用于从路由路径上的首节点开始，依次对矩阵构造模块构造的各节点的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，直到路由路径上的尾节点。

该装置进一步包括波长分配模块，用于根据矩阵运算模块的计算结果执行波长分配操作；相应的，

所述矩阵运算模块，进一步用于将计算结果发送到波长分配模块。本发明提供的波长分配的计算方法及装置，为路由路径上的各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵；从路由路径上的首节点开始，依次对各节点的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，直到路由路径上的尾节点。本发明的波长分配计算即为对构造的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，所设置的矩阵运算方法对应的计算原理简单，计算的核心思想仅为取最小值。

此外，在计算过程中，可利用现有数学领域中矩阵运算时的优化方法对本发明的计算过程进行简化处理，如：可将复杂的矩阵先进行简化后再进行矩阵运算，或釆用分布式矩阵运算方法等。可见，本发明波长分配的计算方法和原理相对现有的波长图分层算法来说理论性强且实现简单，因而可降低波长分配的计算时间。附图说明图 1为本发明波长分配的计算方法实现流程示意图；图 2为本发明实施例路由路径的拓朴图；

图 3为本发明波长分配的计算装置的结构示意图。具体实施方式

本发明的基本思想是：为路由路径上的各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵；从路由路径上的首节点开始，依次对各节点的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，直到路由路径上的尾节点；进一步地，根据计算结果进行波长分配。

本发明中，根据各节点对 OEO转换器件的使用将现有光网络中的所有节点分为四种类型，分别为：光光节点、电电节点、光电节点和电光节点；其中，所述光光节点的入端口和出端口都使用波长资源；所述电电节点的入端口和出端口都使用时隙资源；所述光电节点的入端口使用波长资源，出端口使用时隙资源；所述电光节点的入端口使用时隙资源，出端口使用波长资源。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图 1为本发明波长分配的计算方法实现流程示意图，如图 1所示，该流程的实现步骤如下：

步骤 101 :为路由路径上的各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵；

具体为：路由路径上的各节点根据自身的不同类型分别构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵。其中，所述节点按类型分为：光光节点、电电节点、光电节点和电光节点，对于这四种节点，设波长直通时的连通代价为 0, 所述波长直通即为：某节点入端口接收的波长不经过光电光转换而直接从该节点出端口发出；设波长经过光电光转换需要一定的连通代价时，连通代价为 k,所述 k满足 0<k<∞;设节点入端口的波长和出端口的波长无法连通的连通代价为∞。上述四种节点对应的节点内部波长连通性矩阵的构造方法如下：

1 ) 对于光光节点，由于光光节点的入端口和出端口都使用波长资源, 为光光节点构造一个 n*n阶矩阵来对节点内部波长连通性进行建模，可表示为：

A 公式（ 1 )

其中，所述 n为波长的总个数， A中的任一元素 _aij表示波长 i和波长 j 间的连通代价， &_ϋ的取值为 [0,∞]。 Α_ϋ=0时，可得 i=j , 表示波长 i从节点的入端口直通到出端口； afk时，表示入端口使用波长 i、出端口使用波长 j 时需要的连通代价为 k; _aij=∞时，表示入端口使用波长 i、出端口使用波长 j时是无法连通的。

2 ) 对于电电节点，由于电电节点的入端口和出端口都使用时隙资源，则为电电节点构造一个 1 *1 阶矩阵来对节点内部波长连通性进行建模，可表示为：

B = (b) 公式 ( 2 )

其中，所述 b的取值只可能为 0或者 00 , 因为电电节点的出、入端口均使用时隙资源，不存在波长选择的问题，所以只存在连通和不连通的问题，即： b=0时，电电节点的入端口和出端口存在可连通的时隙， b=∞时，电电节点的入端口和出端口不存在可连通的时隙。

3 ) 对于光电节点，由于光电节点的入端口使用波长资源，出端口使用时隙资源，可为光电节点构造一个 n*l 阶矩阵来对节点内部波长连通性进行建模，可表示为：公式（ 3 )

其中，所述 c_u的取值为 [0,∞] , c_u=0时，可得 i=l , 表示波长 1从节点的入端口直通到出端口； c_u=k时，表示入端口使用波长 i时的连通代价为 k; (^=∞时，表示入端口使用波长 i时是无法连通的。

4 ) 对于电光节点，由于电光节点的入端口使用时隙资源，出端口使用波长资源，可为电光节点构造一个 l *n阶矩阵来对节点内部波长连通性进行建模，可表示为：

D = {d_n … d_ln ) 公式（4 )

其中，所述的取值为 [0,∞] , dij=0时，可得 j=l , 表示波长 1从节点的出端口输出时，节点的入端口和出端口直通； d^k时，表示出端口使用波长 j时的连通代价为 k; 时，表示出端口使用波长 j时是无法连通的。

步骤 102: 从路由路径上的首节点开始，依次对各节点的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，直到路由路径上的尾节点；具体为：光网络管理系统侧从路由路径上的首节点开始，首先对首节点和第二个节点各自对应的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，所得结果形成一个新矩阵，再将计算所得的新矩阵与第三个节点的节点内部波长连通性矩阵执行矩阵运算，所得结果再与第四个节点的节点内部波长连通性矩阵执行矩阵运算，以此类推，直到路由路径上的最后一个节点完成矩阵运算。

本发明中，将所述对节点内部波长连通性矩阵进行的矩阵运算设为 Δ , 运算公式可表示为：

Ζ = ΧΑΥ = Μη (χ + v 5 )

r=l ir > rj ) 公式（其中，所述 X和 Y表示路由路径上任意两个节点的节点内部波长连通性矩阵；所述 n表示波长的总个数；所述和 y_q.为 X和 Y两矩阵中的元素。设 Χ Δ Υ的结果为矩阵 Z, 矩阵 Z中的任一元素 ζ_ϋ则表示为：

zij = ^Min (¾ + y_Xj , x_i2 + y_2j , ..., _in + y_nj ) 公式（ 6 ) 其中，假设矩阵 X和 Y分别对应节点 Al和节点 A2, 那么， Zij则表示从节点 A1入端口波长 i到节点 A2出端口通波长 j的最小连通代价。从公式（6 )可得，矩阵 Z中的所有元素 _Zij都是通过一次取最小值得到的。

这里，如果路由路径上有多个节点，对应的节点内部波长连通性矩阵依次为： Al , A2...Am, 那么 Z = ΑΑ^Α— Δ^的结果则表示从首节点 Al 的入端口波长到尾节点 Am的出端口通波长的最小连通代价，即：从首节点 A1开始依次对路径上各节点的节点内部波长连通性矩阵进行矩阵运算，直到尾节点 Am,最终的结果矩阵 Z表示从首节点入端口到尾节点出端口的最小连通代价。

本发明在矩阵运算过程中，计算任两个节点的节点内部波长连通性矩阵的运算结果矩阵 Z时，还需同时记录下矩阵 Z的各元素 ζ_ϋ取最小值时对应的 r, 即最小的 x_k+y_q.中的 r,其中，所述 ζ_ϋ不等于∞, 因为如果 ζ_ϋ等于∞, 说明首节点入端口的波长 i不能连通到尾节点出端口波长」。那么，所有矩阵进行运算后所得的结果矩阵 Z中的每个元素 ζ_ϋ均对应一个 r序列，用于后续在节点间进行波长分配。例如：对节点 A1和节点 A2的节点内部波长连通性矩阵进行矩阵运算时，同时记录每个元素 ζ_ϋ的 x_k+y_q.取最小值时对应的 r, 那么如果最终选择 ζ_ϋ进行波长分配，节点 A1和节点 A2间分配的波长就为波长 r, 也就是说从节点 A1的出端口到节点 A2的入端口间分配的波长为波长 r, 具体为：

如果节点 A1和节点 A2的节点内部波长连通性矩阵分别为 2*2阶矩阵 A和 B, 矩阵 A的元素为 au、 a₁₂、 a₂₁ ^。a₂₂, 矩阵 B的元素为 b_u、 b₁₂、 b₂₁ 和 b₂₂, 计算 ΑΔ Β的结果为矩阵 C, 矩阵 C同样包括四个元素 c_u、 c₁₂、 c₂₁ 和 c₂₂, 以元素 Cn进行波长分配为例， Cn= Min ( a_u +b_u, a₁₂ +b₂₁ ), 口果在 an +b_u ^。 a₁₂ +b₂₁中， a₁₂ +b₂₁较小，又因为 a₁₂ +b₂₁对应的 r为 2, 那么节点 Al和节点 A2间存在如下的波长分配 1-2-1 , 即：波长 1从节点 A1的入端口，经过节点 Al转换为波长 2进入节点 A2, 经过节点 A2转换为波长 1 从节点 A2的出端口出来。

这里，在本步骤的计算过程中，可利用现有数学领域中矩阵运算时的优化方法对本发明的计算过程进行简化处理，如：可将复杂的矩阵先进行简化后再进行矩阵运算，或釆用分布式矩阵运算方法等，降低波长分配计算的复杂程度，因而可降低波长分配的计算时间。

本发明还包括步骤 103:在矩阵计算所得的结果矩阵中选择取值最小的矩阵元素，根据该元素对应的 r序列在路由路径上的节点间执行波长分配操作；

具体为：经步骤 102所述的矩阵计算过程得到最终的结果矩阵，该结果矩阵中所有取值为非 00的元素 ζ_ϋ都分别对应一个用于波长分配的 r序列，也就是说，结果矩阵中的每个元素 ζ_ϋ对应一种波长分配方法。

这里，由于波长资源有着不同的连通代价，而对于不同的波长分配序列 r, 波长资源在各节点和链路上的使用也不同，因此，波长序列有不同的连通代价。从这些波长序列 r中，如果选择波长资源连通代价最小的 r序列在路由路径上的节点间进行波长分配，将可达到波长最优分配的效果。其中，所述波长资源连通代价最小的 r序列，即为结果矩阵中取值最小的元素 ζ_ϋ对应的 r序列，所述 ζ_ϋ不等于∞。

下面结合两个实施例对本发明波长分配的计算方法进行详细描述。实施例一

本实施例的路由路径上有六个节点，如图 2所示，分别为节点 A、节点：6、节点 C、节点 D、节点 E和节点 F, 节点 A为首节点，为电电节点；节点 B为电光节点；节点 C为光光节点；节点 D为光光节点；节点 E为光电节点；节点 F为尾节点，为电电节点。

为节点 A至节点 F构造的节点内部波长连通性矩阵分别为： 1 *1阶矩阵 A、 l*n阶矩阵 B、 n*n阶矩阵 C、 n*n阶矩阵 D、 n*l阶矩阵 E和 1*1 阶矩阵 F, 然后从节点 A开始进行矩阵运算如下：

矩阵 A(l*l)和矩阵 B(l*n)做 Δ运算，设运算结果为矩阵 Bl(l*n), 并记录 Bl(l*n)对应的 r;

矩阵 Bl(l*n)和矩阵 C(n*n)做 Δ运算，设运算结果为矩阵 Cl(l*n), 并记录 Cl(l*n)对应的 r;

矩阵 Cl(l*n)和矩阵 D(n*n)做 Δ运算，设运算结果为矩阵 Dl(l*n), 并记录 Dl(l*n)对应的 r;

矩阵 Dl(l*n)和矩阵 E(n*l)做 Δ运算，设运算结果为矩阵 El(l*l), 并记录 El(l*l)对应的 r;

矩阵 El(l*l)和矩阵 F(l*l)做 Δ运算，设运算结果为矩阵 Fl(l*l), 并记录 F1 (1*1)对应的 r;

经过上述计算过程，矩阵 Fl(l*l)就体现了从首节点 A的入端口到尾节点 F的出端口的波长连通性，因为矩阵运算结果矩阵 F1中只有一个元素，所以根据已记录的该元素对应的 r序列在路由路径上进行波长分配。

实施例二

本实施例的路由路径上只有两个节点，设其分别为图 2中的节点 C和节点 D, 节点 C为首节点，为光光节点；节点 D为尾节点，也为光光节点。

为节点 C和节点 D构造的节点内部波长连通性矩阵分别为： n*n阶矩阵 C和 n*n阶矩阵 D, 然后从节点 C开始进行矩阵运算如下：

矩阵 C(n*n)和矩阵 D(n*n)做 Δ运算，设运算结果为矩阵 Dl(n*n), 并记录 Dl(n*n)对应的 r;

经过上述计算过程，矩阵 Dl(n*n)就体现了从首节点 C的入端口到尾节点 D的出端口的波长连通性，从矩阵运算结果矩阵 D1 中选择取值最小的非 00元素 dij, 利用已记录的与 dij对应的 r序列在路由路径上进行波长分配，该分配即为最优波长分配。

为实现上述方法，本发明还提供了一种波长分配的计算装置，如图 3 所示，该装置包括：各节点上的矩阵构造模块和光网络管理系统侧的矩阵运算模块；其中，

所述矩阵构造模块，用于为路由路径上的各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵，并将构造结果发送到光网络管理系统侧的矩阵运算模块；

所述矩阵运算模块，用于从路由路径上的首节点开始，依次对各节点上的矩阵构造模块构造的各节点的节点内部波长连通性矩阵，按设置的矩阵运算方法进行计算，直到路由路径上的尾节点。

该装置进一步包括光网络管理系统侧的波长分配模块，用于根据矩阵运算模块的计算结果执行波长分配操作；相应的，

所述矩阵运算模块，进一步用于将计算结果发送到波长分配模块。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书

1、一种波长分配的计算方法，其特征在于，该方法包括：

2、根据权利要求 1所述的波长分配的计算方法，其特征在于，所述节点按类型的不同分为：光光节点、电电节点、光电节点和电光节点。

3、根据权利要求 2所述的波长分配的计算方法，其特征在于，所述节点内部波长连通性矩阵的构造方法为：根据各节点的不同类型为各节点构造各自对应的节点内部波长连通性矩阵，具体为：

所述节点为电电节点时，所构造的节点内部波长连通性矩阵为 1 *1 阶矩阵；

所述节点为光电节点时，所构造的节点内部波长连通性矩阵为 n* l 阶矩阵；

其中，所述 n为波长的总个数。

4、根据权利要求 1至 3任一项所述的波长分配的计算方法，其特征在于，所述依次对各节点的节点内部波长连通性矩阵进行计算的方法，为：先对首节点和第二个节点各自对应的节点内部波长连通性矩阵按设置的矩阵运算方法进行计算，所得结果形成一个新矩阵，再将计算所得的新矩阵与第三个节点的节点内部波长连通性矩阵执行矩阵运算，所得结果再与第四个节点的节点内部波长连通性矩阵执行矩阵运算，直到最后一个节点完成矩阵运算。

5、根据权利要求 4所述的波长分配的计算方法，其特征在于，所述设置的矩阵运算设为 Δ，所述按设置的矩阵运算方法进行计算为：

Ζ = ΧΑΥ = Μη (χ + v )；其中，所述 X和 Y表示路由路径上任意两个节点的节点内部波长连通性矩阵；所述 η表示波长的总个数；所述和>¾为矩阵 X和 Υ中的元素。

6、根据权利要求 5所述的波长分配的计算方法，其特征在于，所述矩阵 Ζ中的任一元素 Zy表示为： ζ_ϋ = Min(x_n + γ_υ , x_i2 + y_2J , ..., x_in + y_nj ) , 表示从矩阵 X对应节点的入端口波长 i到矩阵 Y对应节点的出端口通波长 j的最小连通代价。

7、根据权利要求 5或 6所述的波长分配的计算方法，其特征在于，所述对任意两个节点的节点内部波长连通性矩阵进行运算的同时，该方法进一步包括：记录下 Z中各元素 ζ_ϋ取最小值时对应的 r。

8、根据权利要求 7所述的波长分配的计算方法，其特征在于，对所有节点的节点内部波长连通性矩阵计算结束后，该方法还包括：

在矩阵计算所得的结果矩阵中选择取值最小的矩阵元素，根据该元素对应的 r序列，在路由路径上的节点间执行波长分配操作。

9、一种波长分配的计算装置，其特征在于，该装置包括：矩阵构造模块和矩阵运算模块；其中，

所述矩阵运算模块，用于从路由路径上的首节点开始，依次对矩阵构造模块构造的各节点的节点内部波长连通性矩阵，按设置的矩阵运算方法进行计算，直到路由路径上的尾节点。

10、根据权利要求 9所述的波长分配的计算装置，其特征在于，该装置进一步包括波长分配模块，用于根据矩阵运算模块的计算结果执行波长分配操作；相应的，

所述矩阵运算模块，进一步用于将计算结果发送到波长分配模块。