专利名称：基于多容量的预置保护圈网络保护方法
技术领域：
本发明涉及一种网络保护方法，具体是一种基于多容量的预置保护圈网络保护方法。用于网络通信技术领域。
背景技术：
随着Internet和网络技术的不断发展，对网络的生存性和可重构性提出了越来越高的要求。基于网络的环型拓扑和网状网拓扑已提出许多保护恢复策略。在环型网络中(如BLSR)可实现快速的保护恢复(约50ms)，但至少需要预留100％的备份资源。在网状网中，采用共享路径保护方法可以实现很高的资源利用率(如可少于70％)，但由于故障恢复时需要复杂的信令，而且当故障发生后，中间各节点的开关需要实时配置，因此无法实现如环型网络一样快速的保护恢复。基于预置保护圈的保护方案同时具备了环型网络快速保护和网状网高效资源利用率两个优点，所以预置保护圈是提高网络生存性的一种理想方案。预置保护圈可以应用于各种网络，如IP，MPLS，SDH，ASON，WDM网络。
目前存在三种类型的预置保护圈链路保护预置保护圈、节点保护预置保护圈和流保护预置保护圈。经文献检索发现，G.Shen等人在美国电气与电子工程师协会的通信选题杂志(即《IEEE JSAC》)的第21卷第8期上发表了一篇文章扩展为路径段保护的预置保护圈用于链路和节点失效的保护恢复(“Extending thep-cycle concept to path segment protection for span and node failure recovery”)。该文介绍了流保护预置保护圈的概念，这种类型的预置保护圈可以保护预置保护圈的圈链路和弦链路上的所有业务，也可以保护与预置保护圈至少有两个以上不同交点的业务流。这三种预置保护圈统称为传统预置保护圈，它们有一个共同点，那就是每个预置保护圈的各条圈链路上必须配置相同的备份资源，这个限制带来了一定的资源冗余。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的传统预置保护圈技术的不足和缺陷，提出了一种基于多容量的预置保护圈网络保护方法，使其获得更高的网络资源利用率。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明使用基于多容量的预置保护圈为网络提供保护，在保证网络100％可恢复的前提下，首先采用线性规划模型，使网络的备份资源的总量或总代价最小，达到优化网络资源配置的目的，其次采用一个修正算法调整每条圈链路的备份资源以保护预置保护圈的预置特性，其中所述的基于多容量的预置保护圈是指各条圈链路上允许配置两种或者两种以上的备份资源的预置保护圈，可以降低资源冗余度，提高网络资源的利用率。线性规划解决方法采用成熟算法，可以是单纯算法，或是Karmarkar算法，或者用线性规划软件包求解。
1、所述的线性规划模型，建立步骤如下(1)搜集网络参数S是网络的链路集合；P是网络中所有预选的预置保护圈集合；ck是链路k中单位带宽的代价；Di是受失效影响的所有节点对集合；dr是节点对r之间业务的单位带宽的个数；当链路i失效时，如果预置保护圈j不能保护流r，则γi，jr是0，如果失效链路i既在工作业务r中又在圈j中，则为1，否则为2；如果圈j中的链路k是用来保护工作业务流r中的失效链路i，则δi，j，kr为1，否则为0；(2)定义变量nj，k是线性规划模型的最终变量，表示圈j上的圈链路k的单位带宽个数；ni，jr是线性规划模型的中间变量，表示当工作业务r上的链路i失效时，圈j需要的最多单位带宽个数。(注在保护恢复这个工作业务r的时候，如果圈j中的某些链路没有使用到，则不必在这些链路上配置备份资源，因此预置保护圈的各条圈链路上如果允许配置两种或者两种以上的备份资源，则可以减少网络资源的冗余，提高了网络资源的利用率。这是本发明的基于多类度预置保护圈和传统预置保护圈的主要区别。)
(3)建立生存性约束Σj∈Pγi,jr·ni,jr≥dr---∀i∈S;∀r∈Dt]]>该生存性约束保证了网络在发生故障的时候失效业务能100％的恢复。
(4)建立带宽约束Σr∈Dtni,jr·δi,j,kr≤nj,k---∀i∈S;∀j∈P;∀k∈S]]>该约束表示如果链路i处发生故障，而且预置保护圈j用来提供保护恢复，则圈j上的圈链路k的带宽足够为所有的失效业务提供保护恢复。
(5)建立目标函数MinimizeΣΣcknj,k]]>该目标函数保证通过本发明的线性规划模型求得的多类度P圈上的带宽配置总代价最小。如果ck取1，则目标函数表示备份资源的总量最小。
通过求解上面的线性规划方程组，得到各个预置保护圈的各条链路上需要配置的备份资源数量。
2、所述的圈链路备份资源修正算法如下所述在预置保护圈上，备份资源容量为0的圈链路定义为虚链路。在预置保护圈上，除了虚边以外，备份资源容量最小的圈链路定义为最小容量链路。虚链路和最小容量链路把预置保护圈分成若干个段。为了保证预置保护圈的预置特性，多容量预置保护圈必须满足一个预置约束，那就是对于每个预置保护圈段上的所有边都必须配置这些边中的最大备份资源容量。算法对每个预置保护圈进行调整，并分两步实现(1)找出这个圈上的虚链路和最小容量链路，即找到了被分割得到的所有预置保护圈段；(2)分别找到每个预置保护圈段上的最大容量，并对该圈段上的所有边都配置该段上的最大容量。
与传统的预置保护圈的网络保护方法相比，采用本发明的预置保护圈网络保护方法，在保留传统预置保护圈的快速保护恢复特性的同时，在不同的网络拓扑和业务分布下，可以提高4％-60％的网络资源利用率。
图1为本发明的多容量预置保护圈示意2为本发明的线性规划模型求解得到的多容量预置保护圈的备份资源容量配置示意3为本发明的预置保护圈的圈链路备份资源修正算法调整后得到的多容量预置保护圈的备份资源容量配置示意图具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图对实施方式作详细的描述。
实例1下面用一个六节点的环网为例来比较本发明的预置保护圈和传统预置保护圈的区别，如图1所示。图1中1是预置保护圈的圈链路；图1中2是工作业务。假设在环网中有两个业务，一个是B-A-F-E-D，另一个是B-C-D-E，两个业务的带宽都是10。
在传统的预置保护圈方法中的预置保护圈为A-B-C-D-E-F-A。预置保护圈上所有链路的备份资源相同，均为20。
在图1中，如果当业务流B-A-F-E-D失效时，恢复路径采用B-C-D，这表明圈j中的链路k(即B-C或C-D)是用来保护工作业务流r(即B-A-F-E-D)中的失效链路i(即B-A，或A-F，或F-E，或E-D)，也就是说，当k为B-C或C-D时，δi，j，kr为1，而k为其它边时则为0。相似地，如果业务流B-C-D-E失效，恢复路径采用B-A-F-E，则当k为B-A，或A-F，或F-E时，δi，j，kr为1，而k为其它边时则为0。通过求解上述的线性规划方程组(可以使用线性规划软件包，如LP_Solver，CPLEX等)，即可得到在保证网络100％可恢复的前提下，使网络的备份资源的总量或总代价最小的情况下，各个预置保护圈的各条圈链路上需要配置的备份资源数量，如图1所示。可以发现，两个业务的保护恢复都没用到链路D-E，因此，链路D-E上的备份资源可以为0，即链路D-E为虚链路。由于在本实例中，预置约束条件已经满足，所以不必实行圈链路备份资源修正算法。在本实例中，采用多容量预置保护圈的网络保护方法比传统的预置保护圈的网络保护方法节约了58.3％。
实例2
假设预置保护圈每条圈链路的备份资源容量已经通过线性规划方法求得，如图2所示。图2中的3是预置保护圈中预置的保护路径。在图2中，圈链路D-E是虚链路，而圈链路A-B是最小容量链路。为了保证预置保护圈的预置特性，圈链路上的备份资源容量需要采用修正算法进行调整。即预置保护圈段A-F-E之间的所有圈链路都配置2个单位的备份资源容量，预置保护圈段B-C-D之间的所有圈链路都配置3个单位的备份资源容量。最后得到的多容量预置保护圈的备份资源配置如图3所示，与传统的预置保护圈的网络保护方法相比，本发明的多容量预置保护圈的网络保护方法可以节约38.9％。
权利要求
1.一种基于多容量的预置保护圈网络保护方法，其特征在于，使用基于多容量的预置保护圈为网络提供保护，在网络100％能恢复的前提下，首先采用线性规划模型，使网络的备份资源的总量或总代价最小，达到优化网络资源配置，其次采用一个修正算法调整每条圈链路的备份资源保护预置保护圈的预置特性，其中，所述的基于多容量的预置保护圈是指各条圈链路上允许配置两种或者两种以上的备份资源的预置保护圈率。
2.根据权利要求1所述的基于多容量的预置保护圈网络保护方法，其特征是，所述的线性规划模型，建立步骤如下(1)搜集网络参数S是网络的链路集合，P是网络中所有预选的预置保护圈集合，ck是链路k中单位带宽的代价，Di是受失效影响的所有节点对集合，dr是节点对r之间业务的单位带宽的个数，当链路i失效时，如果预置保护圈j不能保护流r，则γi，jr是0，如果失效链路i既在工作业务r中又在圈j中，则为1，否则为2；如果圈j中的链路k是用来保护工作业务流r中的失效链路i，则δi，j，kr为1，否则为0；(2)定义变量nj，k是线性规划模型的最终变量，表示圈j上的圈链路k的单位带宽个数，ni，jr是线性规划模型的中间变量，表示当工作业务r上的链路i失效时，圈j需要的最多单位带宽个数；(3)建立生存性约束Σj∈Pγi,jr·ni,jr≥dr]]>i∈S；r∈Di该生存性约束保证了网络在发生故障的时候失效业务能100％的恢复；(4)建立带宽约束Σj∈Dini,jr·δi,j,kr≤nj,k]]>i∈S；j∈P；k∈S该约束表示如果链路i处发生故障，而且预置保护圈j用来提供保护恢复，则圈j上的圈链路k的带宽足够为所有的失效业务提供保护恢复；(5)建立目标函数Minimize∑∑cknj，k该目标函数保证通过线性规划模型求得的多类度P圈上的带宽配置总代价最小，如果ck取1，则目标函数表示备份资源的总量最小。
3.根据权利要求1所述的基于多容量的预置保护圈网络保护方法，其特征是，所述的圈链路备份资源修正算法如下在预置保护圈上，备份资源容量为0的圈链路定义为虚链路，在预置保护圈上，除了虚边以外，备份资源容量最小的圈链路定义为最小容量链路，虚链路和最小容量链路把预置保护圈分成若干个段，为了保证预置保护圈的预置特性，多容量预置保护圈必须满足一个预置约束，那就是对于每个预置保护圈段上的所有边都必须配置这些边中的最大备份资源容量，算法对每个预置保护圈进行调整，并分两步实现(1)找出这个圈上的虚链路和最小容量链路，即找到了被分割得到的所有预置保护圈段；(2)分别找到每个预置保护圈段上的最大容量，并对该圈段上的所有边都配置该段上的最大容量。
全文摘要
一种基于多容量的预置保护圈网络保护方法，用于网络通信技术领域。使用基于多容量的预置保护圈为网络提供保护，在网络100％能恢复的前提下，首先采用线性规划模型，使网络的备份资源的总量或总代价最小，达到优化网络资源配置，其次采用一个修正算法调整每条圈链路的备份资源保护预置保护圈的预置特性，其中所述的基于多容量的预置保护圈是指各条圈链路上允许配置两种或者两种以上的备份资源的预置保护圈率。采用本发明的预置保护圈网络保护方法，可以实现传统预置保护圈的快速保护恢复，而且具有比传统预置保护圈网络保护方法更高的网络资源利用率。
文档编号H04L12/24GK1588883SQ20041006659
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月23日 优先权日2004年9月23日
发明者祝国龙, 曾庆济, 许田, 叶通, 杨俊杰 申请人:上海交通大学