专利名称：一种再生器在波分复用光网络中的配置方法
一种再生器在波分复用光网络中的配置方法技术领域
在已知波分复用光网络拓扑，可配置的再生器总数有限的前提下，以链路累计传输长度作为阈值，基于启发式和整数线性规划，确定网络中需要配置再生器的路由节点位置及每个节点配置再生器个数的方法，属于网络技术领域，尤其涉及可实现波分复用光网络具有一定与业务无关的性能保证的再生器配置算法技术领域。
背景技术：
在高速、长距离波分复用(WDM)的光纤通信系统中，由于光纤色散与非线性、系统噪声及器件老化等因素的影响，经过长距离传输后，信号受到不同程度的损伤，质量下降， 包括脉冲畸变、信噪比下降等，严重者甚至无法恢复出原始信号。因此有必要进行信号再生，以延长信号传输距离。在WDM光网络中，合理配置再生器可降低网络中由于信号质量差，目的节点无法正确接收信号而导致的业务阻塞率。然而，若在每个路由节点处均配置再生器，将大大增加网络成本。因此，需要在保证网络性能及可控成本范围内，采用适当的算法将再生器合理地配置在网络中最需要的路由节点上，以有限数量的再生器最大程度地降低网络的阻塞率，这也是WDM光网络设计中需要解决的一个关键问题。
目前，已有国外学者采用两步整数线性规划(ILP)方法解决再生器在混合速率光网络中的配置问题(参考文献A. Nag and Μ. Tornatore, Transparent vs. translucent optical network design with mixed line rates[C], Optical Fiber Communication Conference, 2009,0WI7 1-3)。首先在再生器总数存在最大值的约束下，以网络高比特率通路尽可能多为目标确定再生器的位置；然后在只考虑再生器及不同速率光转发器成本的前提下，以整个网络成本最低为目标确定再生器的配置个数。类似的方法还有在光路径传输损伤影响下，约束业务转发跳数，建立ILP模型，考虑WDM光网络中的业务疏导和再生器放置问题(参考文献Patel Α. N. , Gao C. , Jue J. P, et al. Optimal Traffic Grooming and Regenerator Placement in WDM optical networks [C], Optical Fiber Communication Conference2010,NTuAl 1-3)。这些基于ILP的方法计算量较大，只适用于业务已知或业务可预测的静态网络，而不适用于复杂的动态网络。
除使用整数线性规划解决再生器在光网络中的配置问题外，还有学者使用启发式方法来解决此问题。为提供任意两节点间的光连接，使用业务不相关的启发式算法，确定配置再生器的路由节点位置。(参考文献Saradhi C. V.，Fedrizzi R.，Zanardi A.，et al. Traffic independent heuristics for regenerator site selection for providing any-to-any optical connectivity[C], Optical Fiber Communication Conference, 2010，0TuG4 :1-3)。其中包括基于光路径的和与连通性相关的两类启发式算法。基于光路径的启发式通过对光路径分级排序，在网络中选择配置再生器的节点，以使所有网络中由于传输损伤限制不可到达(即不通)的光路变为光可到达的通路。与连通性相关的启发式在满足任意节点间可连通的前提下，基于k中心点法，确定网络需要配置再生器的最少路由节点数。与ILP方法相比，上述两种启发式算法较简单，计算量少，可适用于复杂的动态网络，但只能确定网络中需要配置再生器的节点位置和平均每个节点需要的再生器个数。
因此，关于再生器在WDM光网络中的配置问题，采用整数线性规划或启发式方法各有局限性，而尚未有将二者相结合的报道出现。本发明将启发式与整数线性规划相结合， 提供一种适用于复杂动态网络、在再生器总数有限的约束下，确定需要配置再生器的路由节点位置及每个节点配置再生器个数的方法，从而实现再生器在网络中的合理配置，达到最大程度降低网络由于光纤传输损伤限制而导致的阻塞率的目的。
为了进一步解释上述内容，下面给出几个重要的定义
1、网络中节点的平均中心距离
给定由N个节点和E条链路构成的网络G (N, E)。任意一节点i至少经过2N+m次 (其中N次作为源节点，N次作为目的节点，作为中间节点的次数m不定)，对于每条经过节点i的光路径都有自己路径长度的中心点，若设源节点s到目的节点d的光路径长度为lsd， 节点i为源节点s到目的节点d的光路径上的一个中间节点，节点i到目的节点的路径长度为did，则该节点i到该条光路径中心的距离为abs(did-lsd/2)，从而可求出每个节点的平12N+m 均中心距离 Σ abs^ -f)。
2、网络中单跳路径长度及累计光路径长度
网络中单跳路径长度是指两个相邻节点间连接链路的距离长度。累计光路径长度是指从源节点或完成再生的节点到当前节点，所经过的所有连接链路长度的加和。
3、链路长度域值及光路可通
信号经过一定距离Lt的光纤传输后会受到严重损伤，以至于目的节点无法正确恢复出原始信息，此Lt值即为链路长度阈值。当信号到达目的节点或是被再生器再生前，累计光路径长度小于或等于链路长度阈值Lt时，该光路视为可通，否则视为阻塞。另外单跳光路径均视为可通。
4、节点度及路径的跳数
网络中某节点所连接的支路个数称为节点度。某条路径从源节点到达目的节点经过节点(包括其目的节点)的总数称为该路径的跳数。发明内容
本发明公开了一种在已知节点连接信息的光网络拓扑中，根据光纤传输损伤限制，在再生器数量有限的约束下确定配置再生器的路由节点位置及每个节点配置再生器个数的方法。其包含以下步骤与内容。
1.确定需要配置再生器的路由节点位置
将网络拓扑模型化为一个无向图G (V，Ε)，其中V为节点集，E为边集，所有方向上的边的权重是相等的。
采用启发式方法，在保证任意两节点间光路可通的前提下，根据光纤传输损伤限制，选择需要配置再生器的节点，具体步骤如下
步骤一找出网络中任意两节点间的最短路径；
步骤二 以链路长度阈值为基准，判断每条光路是否可通；
步骤三计算每个节点的平均中心距离，并将节点分别按平均中心距离和节点度降序排列；步骤四选择节点度大的节点作为再生器放置节点，当一条光路中有两个或更多个节点具有相同节点度时，选择平均中心距离相对较长的节点；步骤五计算由配置再生器的节点分段后的子路径长度，并判断所有子路径的可通性；步骤六重复步骤三至步骤五，直到不再存在不通光路为止。2.确定各配置节点配置再生器的个数在找到需要配置再生器的节点位置后，通过整数线性规划确定每个节点配置再生器的个数。输入参数说明G(V，E)无向网络拓扑图，V为节点集，E为边集；N 节点个数；M 网络中可配置再生器的总数；w 每条链路支持的波长数；Isd 源节点s到目的节点d所经过的路径长度；Di 节点i的节点度；Lt 链路长度阈值；变量说明Xi 节点i配置的再生器个数；
权利要求
1. 一种再生器在波分复用光网络中的配置方法，其特征在于包含以下步骤 第一步，在保证任意两节点间光连接的前提下，采用启发式方法确定需要配置再生器的路由节点位置，包括首先找出网络中任意两节点间的最短路径；然后以链路长度阈值为基准，判断每条光路是否可通；计算每个节点的平均中心距离，并将节点分别按平均中心距离和节点度降序排列；根据排序结果，选择节点度大的节点作为再生器放置节点，当一条光路中有两个或更多个节点具有相同节点度，选择平均中心距离相对较长的节点作为再生器配置节点；确定再生器配置节点后，计算由再生器配置节点分段后的子链路长度，并判断所有子光路的可通性；最后重复前面节点排序、选择再生器配置节点及判断子光路可通性的过程，直到不再存在不通光路为止；第二步，在可配置的再生器总数一定的约束下，采用整数线性规划方法确定每个配置再生器的路由节点配置的再生器个数，使网络阻塞率最小； 实施整数线性规划过程中，输入参数 G(V，E)无向网络拓扑图，V为节点集，E为边集； N 节点个数；M 网络中可配置再生器的总数；w 每条链路支持的波长数；Isd 源节点s到目的节点d所经过的光路；Di 节点i的节点度；Lt 链路长度阈值；变量Xi 节点i配置的再生器个数；
2.如权利要求1所述的方法，将启发式和整数线性规划相结合，两种方法分别用于在已知波分复用光网络拓扑的情况下确定网络中配置再生器的路由节点位置和每个节点配置再生器的个数。
3.如权利要求1所述的方法，是与业务无关的，用于降低由于光纤物理传输损伤限制而导致的阻塞率，并可得到网络可实现的与业务无关的最低保守性能。
4.如权利要求1所述的方法，在保证任意节点间光连接的前提下，确定配置再生器的节点位置时，通过累计光路径长度与链路长度阈值相比较判断光路是否可通，若累计光路长度小于或等于链路长度阈值时，则视为可通；否则视为阻塞；但若某光路径只需一跳即可实现从源节点到目的节点的连接，则即使此单跳光路径长度大于链路长度阈值，此光路必视为可通，因此，单跳链路长度超过阈值的两端节点配置较多的再生器，此情形由整数线性规划中的约束条件( 保证；在确定每个配置再生器的节点配置再生器的个数，使阻塞率最小的步骤中，由于节点度高的节点利用率比其它节点高，网络业务会以较大的概率经过这些节点，若在这些节点上配置足够的再生器，在相同的网络负载情况下，信号更有可能被再生，从而降低由于长距离传输，信号质量差而被阻塞的概率；因此节点度高的节点配置更多的再生器，同时避免某一节点配置过多的再生器，以使再生器可被更合理地分配给其它节点，此情形由约束条件(4)保证。
5.权利要求1所述方法，得到的波分复用光网络中配置再生器的节点位置及个数的结果适用于波长路由网络或光分组交换网络。
全文摘要
本发明公开了一种再生器在波分复用(WDM)光网络中的配置方法。该方法将启发式和整数线性规划，分别用于确定网络中配置再生器的路由节点位置和每个节点配置再生器的个数。在已知网络拓扑，可配置的再生器总数有限的情况下，通过本方法合理配置再生器，可降低由于光纤物理传输损伤限制，目的节点无法正确恢复原信息而导致的网络阻塞率。该方法是与网络业务类型无关的，采用本方法可得到网络与业务无关的最低保守性能。另外，该方法是与网络交换类型无关的，由方法得到的WDM网络中再生器的配置结果，既可应用于波长路由网络，也可应用于光分组交换网络。
文档编号H04B10/12GK102523170SQ201110460668
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者武玥, 郑铮, 闫娟娟 申请人:北京航空航天大学