一种解决光网络拥塞的新型路由算法
【技术领域】
[0001] 本发明设计光通信技术领域，其中在光分组交换中引入流量工程的思路进行流量 分配的均衡化。特别设计一种链路代价函数为递减线性凹函数的新型路由算法。 技术背景
[0002] 1，光分组交换是指从信源到信宿的过程中，数据包的净荷部分保持在光域中，而 依据交换、控制的技术不同，数据包的控制部分（开销）可以在中间交换节点处经过或不经 过0/E/0的变换。换句话说，数据包的传输在广域中进行，而路由在电域或者光域中进行。 光分组交换目前都使用这种混合的解决方案，传输与交换在光域中实现，路由和转发功能 以电的方式实现。
[0003] 2,光分组交换的关键技术为：光分组的产生，光分组的同步，解决竞争的方法以 及光缓存，光分组的再生。
[0004] 3,流量工程的主要实现方法是利用约束路由计算显示路径，再利用显示路径方式 建立标签交换路径（LSP)和利用标签交换路径进行流量分配。采用流量工程的好处有：支 持显示路由，不受按照目的来转发分组的限制实现路径选择，流量均衡，自愈恢复，路径优 先级等。流量工程一般有两种实现方式：在线模式和离线模式。
[0005] 引入GMPLS流量工程控制平面，可以简化光分组交换网络中控制信息处理路由选 择的过程，同时，GMPLS完善的流量工程机制可以减少网络流量业务拥塞率并且降低丢包 率，从而实现负载均衡，以及保护和恢复机制。
【发明内容】
[0006] (一）要解决的技术问题
[0007] 在光分组交换中，流量分布不均导致链路阻塞，丢包率上升，网络性能下降，提供 一种运用流量工程的技术，将链路的代价函数设置为分段线性递减凹函数的新型路由算 法。
[0008] (二）技术方案
[0009] 具体如下
[0010] 1，一种在光网络中实现流量工程的方法，以此算法建立标签交换路径，并以此路 径实现路由分配。其特征在于，通过合理设置链路的权值，将链路代价函数设置成为分段线 性递减凹函数，具体有如下步骤。
[0011] 步骤一，依据随机产生的业务带宽、起始节点要求确定下一跳路由节点，初始化 流量分配；
[0012] 步骤二，设置链路代价上限，上限的设置必须与网络的规模与流量的需要相适应， 并且根据网络的发展需要定时调整链路代价上限。
[0013] 步骤三，定义链路的代价函数，其中，这种代价函数是一种分段线性递减的凹函 数。
[0014] 步骤四，根据新的代价函数确定路由方案，由新的路由分配流量。
[0015] 步骤五，进行链路拥塞检测，发现拥塞则改变代价函数，否则，进行新流量的分配。
[0016] 优选的，所述步骤一中网络中流量初始分配需要考虑到流量均衡，其特征在于：所 述步骤一中，使用最短路径算法或者负价环算法可以使得流量分配后的其总代价和最小。 这样可以认为初始状态下的流量分布较为合理。
[0017] 优选的，所述步骤二中所述的代价上限需要根据网络初始流量以及在较长范围内 的网络流量需求，网络拓扑结构和节点数目来共同确定。
[0018] 优选的，所述步骤三中所述的代价函数需要由网络仿真数据给出，其特征在于：步 骤三中的代价函数是一种分段线性递减凹函数，具体思路为当链路的拥塞程度比较高时， 这条链路的代价相应的需要设置的较大，所以从代价上限中减少的代价就需要设置的小； 同理，当链路的拥塞程度比较低时，这条链路的代价相应的需要设置的较小，所以从代价上 限中减少的代价就需要设置的大。
[0019] (三）有益效果
[0020] 本发明通过一种新算法解决光网络拥塞，属于流量工程问题，有益效果在于如下 图1所示，
[0021] 当使用传统的流量工程算法时，代价函数为线性递增的凸函数，当链路利用 率比较均匀时，路径上链路的数目成为路径代价的主要影响因素，如图所示的路径 S - 1 - η - t,跳数少的路径将被选择。这样都大量流量到来时，必然会出现链路拥塞的 可能。以及当一条链路中出现拥塞链路而其总链路代价小时选择此路径这样两种情况均能 够导致的链路阻塞。比如图中链路m - η段链路为拥塞链路，但是路径s - 1 - m - η - t 的代价和小于其余路径时，传统路由将优先选择这条路径，而链路m - η的拥塞将导致整个 路径的拥塞。但当使用分段线性递减函数时，由于所有链路的代价都发生变化，所以总代价 就可以设置成没有拥塞链路的路径最小。从而避免了上述的传统算法的不足。
[0022] 具体实施方案如图2所示
[0023] 步骤一，依据随机产生的业务带宽、起始节点要求运行负价环算法确定下一跳路 由节点；
[0024] 步骤二，设置链路代价上限，上限的设置必须与网络的规模与流量的需要相适应， 并且根据网络的发展需要定时调整链路代价上限。
[0025] 步骤三，定义链路的代价函数，其中，这种代价函数是一种分段线性递减的凹函 数。
[0026] 步骤四，根据新的代价函数确定路由方案，由新的路由分配流量。
[0027] 步骤五，进行链路拥塞检测，发现拥塞则改变代价函数，否则，进行新流量的分配。
[0028] 结合一个简单的例子进行发明方案的详细说明，见图3，
[0029] 由图中所示可以看出从A到F的流量可以通过三条路径，他们分别是 A - B - C - E - F及A - B - D - E - F和A - B - C - D - E - F，经过初始化分配后 发现D -E段路径出现拥塞，所以需要调整链路的权值设置，根据分段线性递减凹函数的要 求，可以作如下设置，具体函数的选择可以根据流量需要来确定，比如：
[0030] 函数 f (X) = sin(x)在区间[0，π ]中，以及函数 f (X) = -X2和 = /χ. 等，具体的链路权值可以根据链路的拥塞状况作如下改变，如下图4,在链路拥挤最严重的 D - E段链路的权值减少1，而中等拥塞的链路如B - C，C - D减少权值2,而链路最通畅 的B - D，C - E减少3,由减少的权值可以看出函数是一个根据流量拥塞程度典型的分段 线性递减凹函数。重新分配后流量更多从D - E段向C - E段转移，从而实现流量均衡。
[0031] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。对于本领域的技 术人员来说，对于本发明的多种修改将是显而易见的，凡在本发明的精神和原则之内，所做 的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
【附图说明】
[0032] 图1为一个由5个结点组成的简单网络模型；
[0033] 图2为算法流程图；
[0034] 图3为进行发明方案的详细说明的一个例子；
[0035] 图4为进行修改后重新进行链路带宽设置后的网络图。
【主权项】
1. 一种在光网络中实现流量工程的方法，以此算法建立标签交换路径，并以此路径实 现路由分配。其特征在于，通过合理设置链路的权值，将链路代价函数设置成为分段线性递 减凹函数，具体有如下步骤。 A:依据随机产生的业务带宽、起始节点要求确定下一跳路由节点，初始化流量分配； B:设置链路代价上限，上限的设置必须与网络的规模与流量的需要相适应，并且根据 网络的发展需要定时调整链路代价上限。 C:定义链路的代价函数，其中，这种代价函数是一种分段线性递减的凹函数。 D:根据新的代价函数确定路由方案，由新的路由分配流量。 E:进行链路拥塞检测，发现拥塞则改变代价函数，否则，进行新流量的分配。
2. 如权利要求1中所述的代价函数需要由网络仿真数据给出，其特征在于：所述步骤 C中的代价函数是一种分段线性递减凹函数，具体思路为当链路的拥塞程度比较高时，这条 链路的代价相应的需要设置的较大，所以从代价上限中减少的代价就需要设置的小；同理， 当链路的拥塞程度比较低时，这条链路的代价相应的需要设置的较小，所以从代价上限中 减少的代价就需要设置的大。
3. 如权利要求1和2中网络中流量初始分配需要考虑到流量均衡，其特征在于：所述 步骤A中，使用最短路径算法或者负价环算法可以使得流量分配后的其总代价和最小。这 样可以认为初始状态下的流量分布较为合理。
4. 如权利要求1，2中所述的代价上限需要根据网络初始流量以及在较长范围内的网 络流量需求，网络拓扑结构和节点数目来共同确定。
5. 如权利要求1和2中的流量工程是通过控制路由来实现流量均衡提高资源利用效率 的同时减少网络拥塞，他是通过建立区网络拓扑和流量矩阵建模得到优化的路由来实现这 种流量均衡的。
【专利摘要】本发明提供了一种在光网络中实现流量工程以达到流量均衡的新型算法。即将链路的代价函数设置为分段线性递减凹函数的新型路由实现思路。传统的流量工程算法中的代价函数是链路利用率的函数，为惩罚路由方案中的高负载链路情形，通常这种函数定义为分段线性递增凸函数。但是使用这种线性递增凸函数的缺陷在于当链路利用率比较均匀时，路径上链路的数目成为路径代价的主要影响因素，跳数少的路径将被选择以及当一条链路中出现拥塞链路而其总链路代价小时选择此路径这样两种情况均能够导致的链路阻塞。采用本发明能够在合理设置链路权值的条件下，运用新型算法达到流量均衡的目的，缓解链路拥塞，减少业务丢包率，提高光网络传输特性。
【IPC分类】H04L12-803
【公开号】CN104579999
【申请号】CN201410659925
【发明人】刘博 , 忻向军, 张丽佳, 张琦, 王拥军, 尹霄丽, 史明松, 李博文, 田清华
【申请人】北京邮电大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年3月2日