一种适用于频谱灵活光网络的路由选择方法
【专利摘要】一种适用于频谱灵活光网络的路由选择方法，包括以下步骤：a.对网络进行初始化配置；b.等待业务请求开始；c.分析所收到业务请求的类型，若为连接建立请求则进入步骤d，若为连接释放请求则进入步骤h；d.启动路由选择；e.判断路由选择结果是否成功，若成功进入步骤f，否则进入步骤g；f.对频谱资源进行分配；g.搜索业务链表，定义下一个连接请求的过程事件；h.资源释放，返回步骤b。本发明在路由过程中进行频谱资源的选择和重整，同时进行频谱资源的分配。该方法采用启发式算法，比传统的ILP方法具有更好的灵活性，且无需中心计算节点，也无需全局信息，可以完全采用分布式的方法进行处理，适于在大规模网络中应用。
【专利说明】
-种适用于频谱灵活光网络的路由选择方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种适用于频谱灵活光网络的备用路由选择方法，属于通信技术领 域。
【背景技术】
[0002] 随着光网络中的业务速率等级、业务粒度逐渐增大，传统的基于固定波长、固定时 隙的网络已经无法满足业务的爆炸式增长需求。灵活光网络定位于提高网络的资源利用效 率，W适应新的业务接入。然而，由于业务的动态拆建、W及业务带宽在进行分配时缺少合 理的规划，在网络的运行过程中形成了大量分散的碎片，影响了后续大容量业务的快速接 入。在进行业务路由时，有必要考虑可能存在的碎片风险，合理规划业务的路由，提升业务 的接入速度。栅格化的波分复用系统(Wavelength Division Multiplexing，简称WDM)相比 无固定栅格的WDM系统已经无法满足当前的业务需求。在考虑业务生存性时，需要考虑网络 的多重风险，在进行业务工作路由、备用路由选择时均应进行考虑。目前，针对业务工作路 由的规划和设计考虑较多，而对于备用路由的资源整合性考虑较少，从而导致大容量业务 在发生故障时，无法快速恢复，还需要对备用路由的频谱资源提前整合，浪费了宝贵的业务 恢复时间。考虑到工作路由可W通过集中式网管进行在线设计，现有的整数线性规划 (Integer Linear Programming,简称ILP)方法虽然计算结果较为优化，但是对于动态性业 务的实时计算场景并不适用，无法满足快速路由计算与资源分配的需求。另一方面，灵活光 网络中的资源在碎片化后，可W被更多的业务所共享，然而却对计算速度提出了更高的要 求。因此，在骨干光网络业务呈现出动态化明显的特征后，需要采用一种能够达到近似于 ILP性能的启发式算法。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种适用于频谱灵活光网络的路由 选择方法，W实现大规模网络内的快速资源计算，满足动态性业务快速路由计算与资源分 配的需求，使网络能够容纳带宽需求更高的业务。
[0004] 本发明所述问题是W下述技术方案解决的：
[0005] -种适用于频谱灵活光网络的路由选择方法，所述路由选择按W下步骤进行：
[0006] a.对网络进行初始化配置，配置信息包括：网络业务数目、所需频谱资源需求、业 务的起止节点位置，完成配置后进入步骤b;
[0007] b.等待业务请求开始，对于静态业务，从网络的初始化配置链表取出；对于动态业 务，则根据网络的接入请求时间动态启动路由计算，通过事件触发的方式实现，完成后进入 步骤C;
[000引C.分析所收到业务请求的类型，若所收到的信息为连接建立请求，则进入步骤d; 若所接收到的消息为连接释放请求，则进入步骤h;
[0009] d.启动路由选择，根据业务的物理拓扑连接关系、资源限制条件，计算工作路由和 备用路由，完成后进入步骤e;
[0010] e.判断路由选择结果是否成功，若所计算的路由满足路径的限定条件和资源的限 制条件，则选路成功，进入步骤f;否则，选路失败进入步骤g;
[0011] f.针对整个路径上的频谱资源，对所选择的路由的路径上的频谱资源进行分配， 完成后进入步骤g;
[0012] g.捜索业务链表，定义下一个连接请求的过程事件，返回步骤b;
[OOU] h.资源释放，返回步骤b。
[0014] 上述适用于频谱灵活光网络的路由选择方法，所述步骤d中的路由计算方法如下：
[0015] ①将当前所能够获取的业务链表完整输入当前的拓扑结构，至少包含业务的源、 目的节点，资源需求，网络的节点、链路的邻接关系，完成后进入步骤②；
[0016] ②筛查有效的网络拓扑结构，消除无效的连接，完成后进入步骤③；
[0017] ③按照预先定义的业务疏导策略定义各类边的权值，完成后进入步骤④；
[0018] ④启动K优最短路径化化ortest Path,简称KSP)选路，首先构造源-目的节点间 的接入点集合，求解接入路由集合，最终进行路径合并；
[0019] ⑤对选择的多条路由进行一致性判断，即对选择路由的有效性进行甄别，确定所 选择的路由是否满足业务的接入条件，如果所有路由均不符合要求，进入步骤⑧;否则，进 入步骤⑥；
[0020] @根据防口计算的路由结果筛选路由，分析伞《>'晚± ^^43义创^'晚1:的可用带宽资 源，将带宽最小的链路确定为瓶颈链路1，使网络达函 其中Cl和Cp分别 表示链路1和路径P上的链路可用频谱连续度，L(P)为构成路径P的链路集合；
[0021] ⑦完成路由选择后，更新网络的拓扑，进入步骤⑨；
[0022] ⑧统计业务失败数目，进入步骤⑨；
[0023] ⑨路由选择过程结束。
[0024] 上述适用于频谱灵活光网络的路由选择方法，所述链路1上的链路采用频谱连续 度Cl计算，方法如下：
[0025]
[0026] 其中，F为每个链路资源包含频率隙总数，Bi表示链路1上可用频谱块个数，为链 路1上第i个频率隙的使用情况，a,/+1为链路1上第i+1个频率隙的使用情况；
[0027] 链路1上可用频谱块个数Bi通过下式来估计：
[002引
[0029] 所述路径P上的链路可用频谱连续度Cp的计算方法如下：
[0030]
[0031] 其中为路径P上的频谱占用状态，<根据每个链路进行 估计：
[0032]
[00削其中，h，l2-ln分别为路径P上的n条链路。
[0034] 本发明在路由过程中进行频谱资源的选择和重整，不仅可W降低业务在进行路由 时的频谱碎片，使网络能够容纳带宽需求更高的业务，而且便于后续的带宽再分配和管理。 该方法在路由过程中同时进行频谱资源的分配，避免了现有路由的硬性中断，同时也降低 了对于控制平面的需求和实时业务在传递过程中的代价。本发明采用启发式算法，比传统 的ILP方法具有更好的灵活性，且无需中屯、计算节点，也无需全局信息，可W完全采用分布 式的方法进行处理，适于在大规模网络中应用。
【附图说明】
[0035] 图1是灵活光网络中的交叉连接点路由资源分配方式示意图；
[0036] 图2是本发明的路由计算及资源分配流程图；
[0037] 图3是路由选择与更新的流程图。
[0038] 文中所用符号:Ci和Cp分别表示链路1和路径P上的链路可用频谱连续度，L(P)为构 成路径P的链路集合，F为每个链路资源包含频率隙总数，Bi表示链路1上可用频谱块个数， 为链路1上第i个频率隙的使用情况，为链路1上第i+1个频率隙的使用情况，为路径 P上的频谱占用状态，h，l2-，ln分别为路径P上的n条链路。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0040] 本发明提出了一种适用于频谱灵活光网络的路由选择方法，该方法在备用路由的 计算及资源分配过程中，首先配置网络业务数目、所需频谱资源需求、业务的起止节点位置 信息，针对静态业务从网络的初始化配置链表取出业务信息，针对动态业务则根据网络的 接入请求时间，动态启动路由计算，通过事件触发的方式实现。重点考虑业务的连接建立请 求与连接释放请求，除了计算工作路由外，同时还提供备用路由计算，计算过程主要考虑业 务的物理拓扑连接关系、资源限制条件，包括所分配频谱的连续性限制条件等，直到全部业 务配置备用路由完成。
[0041 ]下面结合【附图说明】其具体流程。
[0042]图1示意性示出了灵活光网络中的交叉连接点路由资源分配方式。图中Nodel~ Nodes分别为具有非栅格化资源管理能力的光交叉节点。其中，存在两条业务路径分别为路 径 A:Nodel-Node3-Node4-Node6 与路径 B:Node2-Node3-Node4-Node5，Node3 与 Node4 间的路 径为公共链路，两条业务路径分别用粗线、细线区分。在两条业务路径上，所接入的业务可 W为经过汇聚后的业务路由，也可W为由路径起始节点发起的业务连接，具体的业务形态 不构成对于本发明的限制，在实际的应用场景可能会存在更多业务交叉连接的情况，可W 采用本发明的方法进行类推。假定路径A与路径B所需资源分别为频谱资源A与频谱资源B， 由于两条业务路由存在公共的链路，因而无法使用相同的频谱资源，在进行业务路由时必 须考虑对应的资源限制。对于高速光传输系统而言，频谱资源A与频谱资源B应当预留有保 护带宽，W防止引发不必要的串扰。在频谱灵活光网络中，一旦业务路由设定完成，在路径 中的各上下游节点链路均采用相同的频谱资源，并且对于大容量业务而言，还需要满足频 谱的邻接约束条件，所采用的频谱资源一定为连续分配的。一旦在频谱资源的分配过程、或 者回收过程中产生碎片，必然会影响后续业务路由的接入，造成系统效率低下。在满足频谱 资源连续性限制的条件下，可W有效地分配和管理网络的资源。对于没有公共链路、公共节 点的业务路由，则不存在频谱交叠的问题，无需进行考虑。考虑到与传统光网络固定栅格的 技术相比，灵活光网络中的频谱资源，可W动态调节未使用的带宽并用于其它业务通道。根 据不同时间业务所需要的带宽差异，动态调整网络的容量，将不用资源释放后对带宽的碎 片进行整合，所用的光路资源也可W针对用户的需求进行调整，从而降低带宽分配效率低 下的风险。由于分配给每个连接的资源不再是固定的，而是转化为一系列连续的频谱，而且 所用的宽度也并未确定，在进行分配和管理过程中必须要考虑资源的连续性。静态频谱资 源分配问题在数学上属于NP-Complete问题，仅仅适用于小型网络。在网络规模达到一定程 度时，无法实用化，特别是在考虑网络具有动态业务连接拆建的条件下，网络带宽剩余资源 的回收无法建立精确模型，从而导致ILP方法无法应用。
[0043] 图2给出了本发明的路由计算及资源分配流程：
[0044] 在步骤a,网络完成初始化配置，所配置的信息包括：网络业务数目、所需频谱资源 需求、业务的起止节点位置等，完成配置W后进入步骤b;
[0045] 在步骤b，等待业务请求开始，对于静态业务则从网络的初始化配置链表取出；对 于动态业务，由于无法准确预估动态请求的发起时间，可W根据网络的接入请求时间，动态 启动路由计算，通过事件触发的方式实现。完成后，进入步骤C;
[0046] 在步骤C，分析所收到的业务请求类型，本发明所设及的内容主要针对业务的路由 计算与资源分配，因此，在步骤C仅考虑业务的连接建立请求与连接释放请求，其它消息类 型的处理不构成对于本发明的限制。若所收到的信息为连接建立请求，则进入步骤d;若所 接收到的消息为连接释放请求，则进入步骤h;
[0047] 在步骤d，启动路由选择，本步骤除了计算工作路由外，同时还提供备用路由计算， 计算过程主要考虑业务的物理拓扑连接关系、资源限制条件，如所分配频谱的连续性限制 条件等，完成后进入步骤e;
[0048] 在步骤e，判断S204的路由选择结果是否成功。若所计算的路由满足路径的限定条 件W及资源的限制，则选路成功，进入步骤f;否则，选路失败进入步骤g。
[0049] 在步骤f，对所选择的路由的路径上的频谱资源进行分配，不同于常规的分布式路 由选择，该步骤所用的资源分配时针对整个路径上的资源而定的，完成后进入步骤g。
[0050] 在步骤g，捜索业务链表，定义下一个连接请求的过程事件，返回步骤b等待请求。 若链表为空，则所定义的连接请求为空，此时仍然进入步骤b等待下一次动态业务连接请 求。
[0化1 ] 在步骤h，资源释放，返回步骤b等待请求。
[0052] 图3给出了步骤d中描述的路由选择与更新的详细过程；
[0053] 在步骤①，将当前所能够获取的业务链表完整输入当前的拓扑结构，至少应包含 业务的源、目的节点、资源需求、网络的节点、链路的邻接关系等，完成后进入步骤②；
[0054] 在步骤②，筛查有效的网络拓扑结构，在此筛查过程中主要目的是为了消除无效 的连接，如某些不满足资源需求的物理拓扑虽然存在，但是若加入资源计算，必将耗费不必 要的计算及存储资源。通过有效的筛查，可W降低实时网络的计算需求，提高响应速度；
[0055] 在步骤③，按照预先定义的业务疏导策略定义各类边的权值，完成后进入步骤④； 此处，权值的设定主要是为了调整网络的业务路由而定，通过业务疏导策略将不同类别的 业务归类于不同的路由，而后则可W根据业务的类别选择不同的调制格式，W适应系统收 发节点的信息传输，同时也更好地利用频谱的碎片。与传统的固定栅格网络相比，原有信息 传递过程中的调制格式设定需要根据所用的光路而定，而灵活光网络中则根据使用的频谱 不同，针对子载波进行设定。
[0056] 在步骤④，启动K优最短路径化化Ortest Path,简称KSP)选路，首先构造源-目的 节点间的接入点集合，求解接入路由集合，最终进行路径合并。在满足拓扑资源连续性的条 件下，尽量满足路径的不相关原则，避免构建属于同一风险链路组的多路由；
[0057] 在步骤⑤，对选择的多条路由进行一致性判断，在此主要对选择路由的有效性进 行甄别，确定所选择的路由是否满足业务的接入条件，如果步骤⑤的结果为空集，也即所有 路由均不符合要求，进步步骤⑧;否则，进入步骤⑥；
[0058] 在步骤⑥，根据KSP计算的路由结果，筛选路由，在此筛选的规则主要是根据每条 路径的频谱连续度而定，通过比较链路和路径上的可用频谱连续度，优先选择差异化最小 的链路。假定链路1与路径P的链路可用频谱连续度分别为Cl和Cp,本发明的目标是选定路径 上平均链路频谱利用度差别最小的路由，从而使资源的利用更为均衡。
[0059] 确定瓶颈链路1使网络达到
其中Cl和Cp分别表示链路1和路径 P上的链路可用频谱连续度，L(P)为构成路径P的链路集合。在进行路由选择时，需要综合考 虑每条路径上的每条链路的频谱利用情况，分别针对链路1与路径P计算Cl和Cp。
[0060] Cl的计算方法如下：
[0061]
[0062] 其中，F为每个链路资源包含频率隙总数，Bi表示链路1上可用频谱块个数，《,/为链 路1上第i个频率隙的使用情况，为链路1上第i+1个频率隙的使用情况
[0063] 链路1上可用频谱块个数则通过下式来估计：
[0064]
[0065] 则可W根据每个链路进行估计：
[0066]
[0067]其中，h，b…In分别为路径P上的n条链路，进而计算路径P的频谱连续度；
[006引
[0069]
[0070] 在步骤⑦，完成路由选择后，更新网络的拓扑，进入步骤⑨；
[0071] 在步骤⑧，统计业务失败数目，进入步骤⑨；
[0072 ]在步骤⑨，路由选择过程结束。
[0073] W上实施例仅用W说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对 本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可W对本发明的【具体实施方式】进 行修改或者等同替换，运些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请 待批的本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种适用于频谱灵活光网络的路由选择方法，其特征是，所述路由选择按以下步骤 进行： a. 对网络进行初始化配置，配置信息包括：网络业务数目、所需频谱资源需求、业务的 起止节点位置，完成配置后进入步骤b; b. 等待业务请求开始，对于静态业务，从网络的初始化配置链表取出；对于动态业务， 则根据网络的接入请求时间动态启动路由计算，通过事件触发的方式实现，完成后进入步 骤c; c .分析所收到业务请求的类型，若所收到的信息为连接建立请求，则进入步骤d;若所 接收到的消息为连接释放请求，则进入步骤h; d. 启动路由选择，根据业务的物理拓扑连接关系、资源限制条件，计算工作路由和备用 路由，完成后进入步骤e; e. 判断路由选择结果是否成功，若所计算的路由满足路径的限定条件和资源的限制条 件，则选路成功，进入步骤f;否则，选路失败进入步骤g; f. 针对整个路径上的频谱资源，对所选择的路由的路径上的频谱资源进行分配，完成 后进入步骤g; g. 搜索业务链表，定义下一个连接请求的过程事件，返回步骤b; h. 资源释放，返回步骤b。2. 根据权利要求1所述的适用于频谱灵活光网络的路由选择方法，其特征是，所述步骤 d中的路由计算方法如下： ① 将当前所能够获取的业务链表完整输入当前的拓扑结构，至少包含业务的源、目的 节点，资源需求，网络的节点、链路的邻接关系，完成后进入步骤②； ② 筛查有效的网络拓扑结构，消除无效的连接，完成后进入步骤③； ③ 按照预先定义的业务疏导策略定义各类边的权值，完成后进入步骤④； ④ 启动K优最短路径(K Shortest Path，简称KSP)选路，首先构造源-目的节点间的接 入点集合，求解接入路由集合，最终进行路径合并； ⑤ 对选择的多条路由进行一致性判断，即对选择路由的有效性进行甄别，确定所选择 的路由是否满足业务的接入条件，如果所有路由均不符合要求，进入步骤⑧;否则，进入步 骤⑥； ⑥ 根据KSP计算的路由结果筛选路由，分析业务路由上每条链路上的可用带宽资源，将 带宽最小的链路确定为瓶颈链路1，使网络丨，其中cjPCp分别表不链 路1和路径P上的链路可用频谱连续度，L(p)为构成路径P的链路集合； ⑦ 完成路由选择后，更新网络的拓扑，进入步骤⑨； ⑧ 统计业务失败数目，进入步骤⑨； ⑨ 路由选择过程结束。3. 根据权利要求2所述的适用于频谱灵活光网络的路由选择方法，其特征是，所述链路 1上的链路可用频谱连续度&的计算方法如下：其中，F为每个链路资源包含频率隙总数，81表示链路1上可用频谱块个数，为链路1上 第i个频率隙的使用情况，为链路1上第i+Ι个频率隙的使用情况； 链路1上可用频谱块个数出通过下式来估计：所述路径P上的链路可用频谱连续度0>的计算方法如下：其中 为路径P上的频谱占用状态，《f根据每个链路进行估 计：其中，11，12-_1"分别为路径?上的11条链路。
【文档编号】H04L12/751GK105827528SQ201610239183
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月17日
【发明人】郭劲松, 王朝霞
【申请人】国网四川省电力公司乐山供电公司, 国家电网公司