专利名称：IP/MPLS over WDM网络保护恢复方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及IP/MPLS over WDM动态光网络的技术领域，尤其涉及一种IP/MPLS over WDM网络保护恢复方法，及其一种IP/MPLS over WDM网络保护恢复系统。
背景技术：
随着IP业务的普及，高速路由器技术的快速发展，以及波分复用(WDM， Wavelength Division Multiplex)技术的大量采用，目前在骨干通信承载网上(包括国家干线、省级干线以及城域干线)，IP/MPLS路由器直接承载在WDM光网络上的两层架构已经非常成熟和普及。如图 1 所示，IP(Internet Protocol)/MPLS(Multi-Protocol Label Switching) 网络负责向终端用户(end user)提供具有QoS(Quality of krvice，服务质量)的网络业务，保证的丰富的数据业务和多媒体应用，支持流量工程TECretraffic engineering)、 SLA (Service-Level Agreement)、VPN (Virtual Private Network) > AAA (Authorization, Authentication, Accounting)等功能；而底层的智能光网络则负责为其上的客户，即IP/ MPLS网络提供稳定的、可扩展的，并且功能强大的传送网络功能，这样的承载网我们称之为 IP/MPLS/WDM 网络或 IP/MPLS over WDM 网络。对通信网络而言，业务的生存性(Survivability，即在网络故障时对于业务通路的迅速保护和恢复)是一个至关重要的问题。在WDM光网络中，网络组件的故障(例如光纤中断，Fiber-Cut)会导致所有经过该故障链路的光通道上的业务发生故障。因为目前的单纤已经可以支持Tb/s的高业务速率，所以光通道的故障会导致严重的大量业务中断。因此对于那些希望布设大容量光传送网的运营商以及电信厂商来说，网络的生存性能是他们关注的一个重要方面。通信网络的生存策略，可以分为保护策略(protection)，或者是恢复 (restoration)；可以是基于通道的(path-based)、也可以是基于链路的(link-based)；可以是基于环形的(ring-based)，也可以是基于网孔形的(mesh-based)；对于保护资源，可以是专用保护(dedicated protection)，也可以是共享保护(shared protection)。目前，在IP/MPLS over WDM网络中，网络的生存策略基本是分离进行的，即在IP/ MPLS路由器构成的数据网络中，会使用IP/MPLS网络的生存策略，例如快速重路由(FRR)， Ι+lLSI^s保护，1 lLSI^s保护等，来应对业务故障；而在WDM光网络中，则会采用光传送网的一些生存策略，例如1+1光通道保护(Lightpath)U 1光通道保护、光通道恢复来完成对业务的保护。但是，目前IP/MPLS over WDM网络的生存方案中，数据网络的生存策略和光网络的生存策略分离，没有兼顾到各层的生存策略的优点，多层之间的生存策略是没有协调的， 这样做不仅会导致资源的浪费，而且还会导致告警风暴而造成混乱
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种能够协调IP/MPLS over WDM网络中的数据网络和光网络，提高网络生存性的IP/MPLS over WDM网络保护恢复方法。一种IP/MPLS over WDM网络保护恢复方法，包括检测故障链路中的故障光通道的属性；如果所述故障光通道是工作光通道，则进一步检测所述工作光通道是否有对应的保护光通道；若所述工作光通道有对应的保护光通道，则将所述工作光通道上的LSI^s业务转移到相应的保护光通道上，并释放所述工作光通道的资源；若所述工作光通道没有对应的保护光通道，则在IP/MPLS层对所述工作光通道上的所有LSI^s业务进行重路由；如果所述故障光通道是保护光通道，则释放所述保护光通道的资源。本发明要解决的技术问题还在于提供一种能够协调IP/MPLS over WDM网络中的数据网络和光网络，提高网络生存性的IP/MPLS over WDM网络保护恢复系统。一种IP/MPLS over WDM网络保护恢复系统，包括通道检测模块、保护属性检测模块、业务转移模块、重路由模块和资源释放模块。所述通道检测模块用于检测故障链路中的故障光通道的属性；所述保护属性检测模块用于在所述故障光通道为工作光通道时，检测所述工作光通道是否有对应的保护光通道；所述业务转移模块用于在所述保护属性检测模块检测所述工作光通道有对应的保护光通道时，将所述工作光通道上的LSI^s的业务转移到相应的保护光通道上；所述重路由模块用于在所述保护属性检测模块检测所述工作光通道没有对应的保护光通道时，在IP/MPLS层对所述工作光通道上的所有LSI^s的业务进行重路由；所述资源释放模块用于释放所述故障光通道的资源。与现有技术相比较，本发明的IP/MPLS over WDM网络保护恢复方法及其系统中， 首先识别故障光通道是工作光通道还是保护光通道，如果是工作光通道，则判断其是否具有对应的保护光通道，如果具有，则将所述工作光通道上的LSI^s业务转移到相应的保护光通道上运行，使故障光通道的LSI^s业务不会中断；如果不具有保护光通道，则在IP/MPLS层对所述工作光通道上的所有LSI^s业务进行重路由，通过重路由对所述工作光通道上的所有LSI^s业务重新指定新的光通道，使业务能够在新的光通过继续运行。如果所述故障光通道是保护光通道，则释放所述保护光通道的资源，使故障能够尽快恢复。在IP/MPLS over WDM这样的多层网络中，每一层在生存性上都有其优势和不足， 如WDM光层的大粒度、快速，以及对上层通用的业务恢复特性，但却无法根据高层业务的特性进行保护和恢复；IP/MPLS路由器层的保护/恢复具有带宽有效性和保护的灵活性，但却具有速度慢的弊端，以及无法探知到物理层的故障。通过本发明的IP/MPLS over WDM网络保护恢复方法及其系统，能够结合数据网络层和光网络层的生存性特点，综合考虑IP/MPLS层和WDM光层的拓扑和资源利用信息的基础上，联合多层的生存性，能够提高IP/MPLS overWDM网络的联合动态生存性。通过仿真结果证明了本发明的方法及系统具有较优的资源利用率及生存效率，包括保护效率和恢复效率。
图1是现有技术的IP/MPLS over WDM网络结构示意图；图2是本发明IP/MPLS over WDM网络保护恢复方法的流程示意图；图3是本发明的IP/MPLS over WDM网络保护恢复系统的结构示意图。
图4是本发明IP/MPLS over WDM网络保护恢复系统一种优选实施方式的结构示意图；图5是IP/MPLS over WDM网络的故障时间示意图；图6是实施例中的物理拓扑模型的示意图；图7是在Mesh-Torus和NSFNet拓扑下，本发明和其它网络生存策略的随网络负载变化的动态阻塞性能的对比示意图；图8是在Mesh-Torus和NSFNet拓扑下，本发明和其它网络生存策略在不同网络链路故障频率下动态阻塞性能的对比示意图；图9是在Mesh-Torus和NSFNet拓扑下，本发明和其它网络生存策略在不同网络负载下的生存效率的对比示意图；图10是在Mesh-Torus和NSFNet拓扑下，本发明和其它网络生存策略在不同的单链路故障频率下的生存效率的对比示意图。
具体实施例方式请参阅图2，图2是本发明IP/MPLS over WDM网络保护恢复方法的流程示意图。所述IP/MPLS over WDM网络保护恢复方法，包括以下步骤S101，检测故障链路中的故障光通道的属性；如果所述故障光通道是工作光通道， 则执行步骤S102 ；如果所述故障光通道是保护光通道，则执行步骤S105。当光网络层发生故障时，首先利用光层的保护光通道实施业务恢复，所以，在本步骤中，首先判断发生故障的光通道属性是工作光通道还是保护光通道，如果是工作光通道， 即可判断其是否具有对应的保护光通道，如果有则可以利用对应的保护光通道实施业务恢
Μ. οS102，检测所述工作光通道是否有对应的保护光通道；如果所述工作光通道有对应的保护光通道，则执行步骤S103 ；否则执行步骤S104。S103，将所述工作光通道上的LSI^s业务转移到相应的保护光通道上，并释放所述工作光通道的资源；S104，在IP/MPLS层对所述工作光通道上的所有LSI3s业务进行重路由；S105，释放所述保护光通道的资源。通过本发明的IP/MPLS over WDM网络保护恢复方法及其系统，能够结合IP/MPLS 数据网络层和WDM光网络层的生存性特点，综合考虑IP/MPLS层和WDM光层的拓扑和资源利用信息的基础上，联合多层的生存性，能够提高IP/MPLS over WDM网络的联合动态生存性。具体来说，可以提高IP/MPLS over WDM网络的资源利用效率和生存效率。在本实施方式中，执行步骤SlOl之前，对于到来的LSI^s请求，利用相应的动态联合路由算法，在光层建立光通道。并且，同时利用RWA(Routingand Wavelength Assignment, WDM网络中的路由和波长分配算法)，对于已在光层成功建立的各个新的光通道建立保护光通道；若所述通道建立模块建立保护光通道成功，则所述保护属性设置模块将所述工作光通道的安全状态标记为已保护(“!Protected”)，表明该工作光通道中的所有 LSPs业务都是受到保护的；若所述通道建立模块建立保护光通道失败，则所述保护属性设置模块将所述工作光通道的安全状态标记为未保护(“Unprotected”)。这是IP/MPLSoverWDM网络下的WDM光层共享通道保护策略。则在步骤S102中可以通过检测所述工作光通道的安全状态来判断其是否具有对应的保护通道如果所述工作光通道的安全状态为已保护，则判断所述工作光通道有对应的保护光通道；如果所述工作光通道的安全状态为未保护，则判断所述工作光通道没有对应的保护光通道。通过所述安全状态标记可以快速地获得所述工作光通道的是否有对应的保护光通道，从而能够第一时间利用所述保护光通道承载所述工作光通道上运行的业务，减低故障对业务运行的影响。进一步地，在步骤SlOl中检测到所述故障光通道为保护光通道时，可进一步执行以下步骤将所述保护光通道对应的工作光通道的安全状态标记为未保护。如果故障的光通道是保护光通道，则所述保护光通道对相应的工作光通道不再起到保护的作用，因此，将相应的工作光通道的安全状态标记为未保护，以便在所述工作通道发生故障时能够根据所述安全状态标记来判断。作为一种优选实施方式，在步骤S104，在IP/MPLS层对所述工作光通道上的所有 LSPs业务进行重路由具体可通过以下步骤实现将所述工作光通道上的LSI^s的故障消息以信令方式发送至各个所述LSI^s的起始节点，即利用信令机制将故障LSI^s的故障消息通知到故障LSP的起始节点；在IP/MPLS层对接收到故障消息的所述LSI3s进行重路由。通过信令机制，将光网络层的故障消息，传送至数据网络层，并在IP/MPLS层对发生故障的LSI^s进行重路由处理。实现光网络层和数据网络层之间的讯息通信和协调，通过数据网络层的处理使得光网络层的故障对业务的影响得到处理和恢复，增强了 IP/MPLS over WDM网络的生存性。作为一种优选实施方式，在IP/MPLS层对所述故障工作光通道上的所有LSI^s业务进行重路由之后，进一步执行以下步骤若对所述LSI^s进行重路由成功，则建立恢复LSI^s，将所述故障工作光通道上的 LSPs的业务转移到所述恢复LSI^s上；若对所述LSI^s进行重路由失败，则中断所述LSI^s的业务，等待IP/MPLS层的业务恢复完成后，释放所述故障工作光通道的资源。通过建立新的恢复LSI^s，可以有效承载故障光通道的LSI^s的业务数据，在重路由失败的情况下中断故障光通道的LSI^s的业务数据，并在IP/MPLS层的业务恢复完成后，释放所述故障工作光通道的资源给物理拓扑，使得资源能够得到有效利用。对于上述步骤S105，在释放所述保护光通道的资源之前，还包括步骤判断所述保护光通道是否有LSI^s的业务正在运行；如果有LSI^s的业务正在运行，则中断在所述故障保护光通道上的LSI^s的业务，再释放所述保护光通道的资源给物理拓扑，使故障光通道上的LSI^s的业务不会继续误传。然后再回到光层的保护。与现有技术相比较，本发明的IP/MPLS over WDM网络保护恢复方法，首先识别故障光通道是工作光通道还是保护光通道，如果是工作光通道，则判断其是否具有对应的保护光通道，如果具有，则将所述工作光通道上的LSI^s业务转移到相应的保护光通道上运行，使故障光通道的LSI^s业务不会中断；如果不具有保护光通道，则在IP/MPLS层对所述工作光通道上的所有LSI^s业务进行重路由，通过重路由对所述工作光通道上的所有LSI^s业务重新指定新的光通道，使业务能够在新的光通过继续运行。如果所述故障光通道是保护光通道，释放所述保护光通道的资源，使故障能够尽快恢复。由于光层的保护具有快速、带宽有效、大粒度、操作简单等优点，而IP/MPLS层的恢复同时又具有业务恢复的灵活性、高的恢复有效性、小粒度等优点，所以本发明的IP/ MPLS over WDM网络保护恢复方法结合光层的保护和IP/MPLS层的恢复，使用了一种联合光层的保护和 IP/MPLS层的恢复的 IPRA(Integrated Protection Restoration Algorithm)。 这种方法结合了光层共享通道保护OSPP(Optical Shared Path Protection)的高资源利用率，快速的业务恢复时间，以及IP/MPLS层的LSI3S动态恢复IBURantegrated Bottom UpRestoration)禾口 ITDR(Integrated Top Down Restoration)的Μ 舌个生。胃女子的罾iH 有效性和生存性能，这是由于它结合光层共享通道保护的快速、大粒度和资源有效性，以及在IP/MPLS层小粒度动态恢复的灵活性和较高的恢复效率。请参阅图3，图3是本发明的IP/MPLS over WDM网络保护恢复系统的结构示意图。IP/MPLS over WDM网络保护恢复系统，包括通道检测模块11，用于检测故障链路中的故障光通道的属性；保护属性检测模块12，用于在所述故障光通道为工作光通道时，检测所述工作光通道是否有对应的保护光通道；业务转移模块13，用于在所述保护属性检测模块检测所述工作光通道有对应的保护光通道时，将所述工作光通道上的LSI^s的业务转移到相应的保护光通道上；重路由模块14，用于在所述保护属性检测模块检测所述工作光通道没有对应的保护光通道时，在IP/MPLS层对所述工作光通道上的所有LSI^s的业务进行重路由；资源释放模块15，用于释放所述故障光通道的资源。与现有技术相比较，本发明的IP/MPLS over WDM网络保护恢复系统，所述通道检测模块11首先识别故障光通道是工作光通道还是保护光通道，如果是工作光通道，则所述保护属性检测模块12判断其是否具有对应的保护光通道，如果具有，则由所述业务转移模块13将所述工作光通道上的LSI^s业务转移到相应的保护光通道上运行，使故障光通道的 LSI^s业务不会中断；如果不具有保护光通道，则由所述重路由模块14在IP/MPLS层对所述工作光通道上的所有LSI^s业务进行重路由，通过重路由对所述工作光通道上的所有LSI^s 业务重新指定新的光通道，使业务能够在新的光通过继续运行。如果资源释放模块15在所述故障光通道为保护光通道时，释放所述保护光通道的资源；在所述业务转移模块将工作光通道上的LSI^s的业务转移到相应的保护光通道上后，或者在所述工作光通道上的LSI^s 重路由后，释放所述工作光通道的资源，使故障能够尽快恢复。请参阅图4，图4是本发明的IP/MPLS over WDM网络保护恢复系统一种优选实施方式的结构示意图。在本实施方式中，所述IP/MPLS over WDM网络保护恢复系统进一步包括通道建立模块16和保护属性设置模块17。
所述通道建立模块16用于建立工作光通道，并对各个所述工作光通道建立保护光通道；所述保护属性设置模块17在所述通道建立模块16建立保护光通道成功时，将所述工作光通道的安全状态标记为已保护；在所述通道建立模块16建立保护光通道失败时， 将所述工作光通道的安全状态标记为未保护。则，所述保护属性检测模块12检测所述工作光通道的安全状态为已保护时，判断所述工作光通道有对应的保护光通道；在所述工作光通道的安全状态为未保护时，判断所述工作光通道没有对应的保护光通道。通过所述安全状态标记可以快速地获得所述工作光通道的是否有对应的保护光通道，从而能够第一时间利用所述保护光通道承载所述工作光通道上运行的业务，减低故障对业务运行的影响。进一步地，所述保护属性设置模块17在所述通道检测模块11检测到所述故障光通道为保护光通道时，将所述保护光通道对应的工作光通道的安全状态标记为未保护。如果故障的光通道是保护光通道，则所述保护光通道对相应的工作光通道不再起到保护的作用，因此，将相应的工作光通道的安全状态标记为未保护，以便在所述工作通道发生故障时能够根据所述安全状态标记来判断。在本实施方式中，所述重路由模块14包括故障通知模块141，将所述工作光通道上的LSI^s的故障消息以信令方式发送至各个所述LSI^s的起始节点；重路由执行模块142，在IP/MPLS层对接收到故障消息的所述LSI5s进行重路由。通过信令机制，将光网络层的故障消息，传送至数据网络层，并在IP/MPLS层对发生故障的LSI^s进行重路由处理。实现光网络层和数据网络层之间的讯息通信和协调，通过数据网络层的处理使得光网络层的故障对业务的影响得到处理和恢复，增强了 IP/MPLS over WDM网络的生存性。进一地，本实施方式的所述IP/MPLS over WDM网络保护恢复系统还包括=LSI3S建立模块18和业务中断模块19 ；所述LSI^s建立模块18在所述重路由模块14对所述LSI^s进行重路由成功时，建立恢复LSI^s，所述业务转移模块13将所述工作光通道上的LSI^s的业务转移到所述恢复LSI^s 上；所述业务中断模块19在所述重路由模块14对所述LSI^s进行重路由失败时，中断所述LSI^s的业务；并且所述资源释放模块15在IP/MPLS层的业务恢复完成后，释放所述工作光通道的资源。通过建立新的恢复LSI^s，可以有效承载故障光通道的LSI^s的业务数据，在重路由失败的情况下中断故障光通道的LSI^s的业务数据，并在IP/MPLS层的业务恢复完成后，释放所述工作光通道的资源给物理拓扑，使得资源能够得到有效利用。进一地，本实施方式的所述IP/MPLS over WDM网络保护恢复系统还包括运行属性检测模块20，所述运行属性检测模块20用于判断故障的保护光通道是否有LSI^s的业务正在运行，所述业务中断模块19在所述保护光通道有LSI^s的业务正在运行时，中断在所述保护光通道上的LSI^s的业务。所述资源释放模块15释放所述保护光通道的资源给物理拓扑。为了进一步说明本发明的技术优点，借助仿真试验，综合比较了各种联合保护和联合恢复策略的性能，重点考察本发明的动态阻塞性能(表征策略的资源利用率)和动态生存效率(包括业务保护/恢复效率，业务中断率)，并且将本发明和其他各种动态联合生存策略进行了对比。具体地，对WDM光网络的各种不同的动态生存策略的资源利用率、保护/恢复效率、业务中断率，在不同的网络拓扑、网络负载、故障发生频率、故障修复时间下做了比较。首先，进行网络建模用G(N，L，W)表示IP/MPLS over WDM网络的物理拓扑，其中N代表节点集，L代表双向链路集，W是每条光纤上的可用波长集。假定每条链路都由一对方向相反的单向光纤链路组成，每条光纤可支持的波长集都是{λ ，λ2，...，λ |w|}。考虑的光路也是双向光路。节点数、链路数和波长数分别用|n|、|l|和|w|表示。这里我们考虑对等的网络模型， 每一个节点都是由IP/MPLS路由器和OXC(Optical Cross-Connect，光交叉连接，WDM网络的节点)组成，并且假定所有的CKC都不具有波长变换功能。另外假定IP/MPLS路由器的处理能力不受限制，以及OXC中的光收发器的数目也不受限制。用Pv(N, Lv, Wv)表示IP/MPLS over WDM网络的虚拓扑，即从IP/MPLS层看到的由IP/MPLS路由器节点以及已经建立起的WDM层光通道链路所构成的动态网络，其中N代表节点集，Lv表示虚链路集，Wv表示虚波长集。其中Lv和Wv都是动态变化的，当任意两个节点之间存在光通道时，它们之间就存在虚链路，每个虚链路中的虚波长的数目不是固定不变的，而是随着网络的状态在动态变化的。LSP (Label Switched Path，标记交换路径)是IP/MPLS网络中面向连接的业务通道，其连接建立请求可以表示为(8丨，肚，1^)，其中&，肚￡队分别表示该请求所对应的源、 宿节点路由器，bi表示连接请求LSP的带宽。不失一般性，可以用单波长的传输速率作为带宽请求的基本单位。通常，LSP建立请求的带宽要求都小于一个基本单位。以此为基础建立动态单链路故障模型在光网络模型中，假定所有的物理链路都是由两个方向相反的单向光纤链路 (Unidirectional Link)组成，并且称这样的链路为双向链路(BidirectionalLink)。每个单向光纤链路中包含一定数目的波长，并且称这样的波长为一个波长信道(Wavelength Channel)，或简称为信道(Channel)。一条光通道是由一个链路序列和其中的波长唯一标识的。既然我们在每个节点不考虑波长转换，因此，一条光通道是由一个具有相同波长的信道序列构成的。通常，光网络中的故障来自链路故障、节点故障(光收发器、光开光、前/后置光放大器故障、供电故障等)以及其它一些硬件故障，如线路光放大器等等。在这些故障中， 链路故障(Link-Failure)如Fiber-Cut是最常见的故障，并且单链路故障的发生概率远大于多链路故障，也是在研究中最常采用的故障模型。在此，以单链路故障(Single-link failure)评价WDM光网络的生存性。考虑一个更为实际的单链路故障模型。在这个模型中，有两个独立的参量平均链路故障间隔时间(MTBF，Mean Time Between Failures)Ti和平均链路故障修复时间(MTTR，Mean Time To R印air)!1!·。其中Ti表示接连发生的两个单链路故障的间隔时间，其大小决定了网络中链路故障发生的频率，Ti越小说明网络的单链路故障频率越高；Tr则代表了修复单链路故障所用的平均时间。在模型中，这两个参量是不相关的，即它们可以独立变化。既然在建立的网络模型中，所有的链路均是双向链路，所以，一个单链路故障将会导致方向相反的两个单向链路的故障。如图5所示，在时刻ti(i = 1，2，3，···)随机地发生了一个单链路故障，然后这个单链路故障状态将保持一段时间直到时刻ti’ (i = 1,2,3,…)，则ti与ti+1之间的时间就是平均链路故障间隔时间Ti ；ti与ti’之间的时间，也就是阴影部分表示平均链路故障修复时间Tr。在Tr时间间隔内，该故障链路对于任何连接请求都是不可用的，直到时刻 ti’。为了保证每次都只有一个链路故障发生，再假定任何时候都有Tr < Ti。随着仿真时间的向前推进，每隔一段时间Ti，一个单链路被随机地选择产生故障， 并且这种故障状态将会持续一段时间Tr直到被修复至正常。在每一个时刻点ti，所有经过该故障链路的光通道上的业务将被中断掉(Disrupted)。为说明本发明的IP/MPLS over WDM网络保护恢复方法与现有技术相比较具有的优点，针对IP/MPLS over WDM多层网络，定义以下动态仿真性能参数来评估该策略的网络生存性能资源利用率、保护效率、恢复效率和业务中断率，具体如下资源利用率ηu(Resource Utilization) nu 定义为 Ns 禾口 Nc 的比值，nu = Ns/Nc，为未被阻塞的连接呼叫请求在所有呼叫连接请求中所占的比例。该参数表示一种保护/恢复策略所需要的网络资源。在动态仿真中，通常用连接呼叫请求的阻塞率来表示各种策略的资源利用率。呼叫阻塞率(BlockingProbabilityWb被定义为被阻塞的连接呼叫请求所占所有呼叫连接请求的比例，即1 = (Nc-Ns)/Ne，考虑到生存性策略中，一些为被阻塞掉的LSI^s的业务由于链路故障而被中断掉，所以我们又定义了一个有效阻塞率 (Effective Blocking ftx)bability)Pe，用来表示那些被阻塞掉以及被中断掉的LSI3s所占所有连接请求LSI^s的比例，Pe = (Nc-Ns+Nd)/Nc0可以看出，由于有效阻塞率将中断掉的连接也计入了连接呼叫的阻塞中，所以有效阻塞率大于阻塞率的值。阻塞率和资源利用率的关系是，网络的阻塞率越高，说明网络的资源利用率就越低。保护效率η ρ (Protection Efficiency) np = Np/Nw，该参数表示在网络发生单链路故障时，借助于相应的保护策略，所有的故障工作LSI^s上的业务被成功保护的比例。恢复效率nr (Restoration Efficiency) η r = Nr/Nw，该参数表示在网络发生单链路故障时，借助于相应的恢复策略，所有的故障工作LSI^s上的业务被成功保护的比例。生存效率ns(Survival Efficiency) ns = (Np+Nr)/Nw，该参数表示在网络发生单链路故障时，借助于相应的保护和恢复策略，所有的故障工作LSI^s上的业务被成功保护和恢复的比例。该参数用于上面所提出的既有保护又有恢复的联合保护/恢复策略。业务中断率nd(Service Disruption Ratio) η d = Nd/Ns，该参数的意义为，由于网络的单链路故障，导致被中断掉的LSI^s业务所占总的成功建立起来的LSI^s的比例。中断掉的LSI^s业务主要有两部分构成其一是故障工作LSI^s，这些故障工作LSI^s在发生链路故障时没有保护资源可用，即状态为未保护(Unprotected)的故障工作LSPs，或者是那些状态为已保护(ftOtected)的但是相应的共享保护LSP的状态为运行(Running)的故障工作LSI^s。另外一部分是由保护LSI^s构成，当这些故障保护LSI^s处于运行(Running)状态时，其上的业务也会被中断掉。该参数的值越小，说明相应的生存策略越好。
为便于比较，我们采用了两个物理拓扑:16-Node 32-Link的Mesh-Torus (图 6(a))和16-Node 25-Link的NSFNet (图6(b))。两个拓扑具有相同的节点数，但却具有不同的平均节点度。其中Mesh-Torus为一规则拓扑，所有节点的节点度均为4，而NSFNet 则为一实际运营的不规则拓扑，平均节点度为3. 125。通过比较不同的拓扑，来消除拓扑本身的差异对仿真结果的影响。在这两个拓扑中，所有的物理光纤链路都是双向链路 (Bi-directional)。并且假定所有的单向链路(Uni-directional)中的波长数为W = 8。在仿真模型中，我们采用动态业务量模式。业务请求平均地分布在所有节点对之间，即所有的节点对s-d都可能成为源节点和目的节点。连接请求到达网络是按照Poisson 分布的，平均到达率为λ。已经建立的光通道的通道保持遵从负指数分布，通道的平均保持时间为l/μ。则网络的负载我们可以用P = λ/μ来表示。在这里我们设l/μ = 1，所以λ的大小就表示了网络的负载。另外我们总的光通道的连接请求次数为1000000次，即仿真结果中的每一个数据点都是1000000个LSP连接请求的仿真结果。另外，在下面的仿真实验中，我们采用的动态RWA策略是K-Shortest-Link-Disjoint-Path Algorithm 条链路分离的最小路径路由算法)和First-Fit Algorithm(首次命中波长分配算法)。下面，给出针对IP/MPLS over WDM网络建模仿真所需的其他参数符号Nc 单次动态仿真实验中总的LSP连接呼叫请求数，这里NC = 1000000。Ns 在整个动态仿真过程中，成功建立起来的LSP连接数目。Nd 在整个动态仿真过程中，总的业务中断数目，即被中断掉的工作LSP的数目。 对于工作LSPs，在单链路故障发生时，若没有可用的保护资源，则该工作LSP上的业务将会被中断。对于保护LSI^s，如果它们处在“Running”状态，则在其上运行的保护业务也将被中断。对于恢复策略，如果没能为中断掉的工作LSI^s找到可用的保护资源，那么也将导致业务的中断。Nw 在整个动态仿真过程中，由于单链路故障而导致的工作LSI^s发生故障的数目，即总的故障工作 LSPs 数目(Total Number of Failed WorkingLSPs)。Np :在整个动态仿真过程中，在单链路故障发生时，由于保护策略而成功恢复业务
LSPs g (Total Number of Failed Working LSPs thatare Successfully Protected)。Nr :在整个动态仿真过程中，在单链路故障发生时，由于恢复策略而成功恢复业务
LSPs g (Total Number of Failed Working LSPs thatare Successfully
Restored)。Pr 保护率，在保护策略中的一个参数。在建立工作LSI^s时，同时为其建立成功建立保护LSI^s的比例。1/μ 已经建立起来的LSI^s的平均通道保持时间，这里我们假定LSI^s的通道保持特性是服从负指数分布的。在我们的仿真实验中，我们设l/μ为固定值，l/μ =1个时间单位，不是一般性，我们假定这里所有的时间单位均为“秒”，即l/μ = Is。λ 单位时间内LSI^s的连接请求的平均到达率，这里我们假定LSI^s的达到特性是遵从Poisson分布的。通常λ/μ被用来表征网络的繁忙程度，也就是网络的业务负载，既然l/μ = 1，所以在我们的仿真中，λ值的大小就直接代表网络的负载。W:光网络物理拓扑上，单纤链路中的波长数，这里我们都假定所有的链路中的波长数都相等，W = 8。Ti 单链路故障的平均时间间隔，即MTBF。Tr 单链路故障的平均修复时间，即MTTR。以下与现有技术常用的IP/MPLS over WDM网络保护方法为例，对比说明1)IP/MPLS over WDM 网络中 WDM 光层的保护策略 0-SPP(0ptical_layerShared Path Protection)在该策略下，对于网络业务的保护都是在光层完成。在IP/MPLS overWDM网络体系结构下，我们所考虑的业务连接请求都是在IP/MPLS层的LSP，这些LSP都是小于或远小于一个波长通道的容量。所以在网络发生单链路故障时，需要对该故障链路中所有波长上所承载的所有LSP进行保护操作，只不过此时的保护恢复操作是以波长通道为单位的。即此时，我们在仅考虑光层的保护恢复时，不考虑上层的业务的具体属性。但是我们在考察网络的生存性性能的时候，则必须考虑倒网络中所承载的业务特性。具体的说，在考虑网络的呼叫连接请求数、中断业务的数目、成功保护的业务数等参数，我们都是针对小粒度的LSP 连接请求而言的。2)联合专用通道保护 IDPP(Integrated dedicated path protection)在这种策略中，所有的工作LSP (Working LSP)的保护LSP (ftOtectionLSP)都是专用的。在一个LSP连接请求到达时，首先利用联合路由策略为其建立一条工作LSP，然后再利用联合路由策略为其建立一条保护LSP。在建立工作LSP和保护LSP的时候，我们都是首先在光层建立起一条源节点到宿节点对之间的一条光通道，然后在此光通道上再建立起所需要的LSP，如果在光层建立新的光通道失败，则在IP/MPLS路由器构成的虚拓扑上直接建立LSP。只有当在物理拓扑和虚拓扑上都无法建立工作LSP的时候，此LSP连接请求将被阻塞，而当成功建立起工作LSP，而无法建立起保护LSP的时候，那么此工作LSP将会被标记上“ Unprotected”。3)联合共享通道保护 ISPPantegrated Shared path protection)在这种策略中，不同的工作LSP(Working LSP)的保护LSP(ProtectionLSP)之间是可以共享保护资源的。在一个LSP连接请求到来时，首先利用动态联合路由策略为其建立一条工作LSP，然后再利用联合路由策略为该工作LSP建立一条保护LSP。建立工作LSP 的方法同联合专用通道保护。在建立保护LSP的时候，为了最大限度地共享资源，我们首先在IP/MPLS路由器构成的虚拓扑上进行路由并建立保护LSP。在建立保护LSP的时候，我们的原则是，该保护 LSP不能占用任何工作LSP的资源，但能够共享已建立的保护LSP的资源。并且在共享保护资源的时候，由于LSP的容量都不是固定不变的，而是有差异的，所以存在一个保护带宽的调整问题。此时我们必须在所要共享的保护LSP的带宽和即将要建立的保护LSP的带宽之间寻求一个最大值作为共享保护带宽，若调整后的共享保护带宽超过了虚波长中的剩余容量，那么保护LSP建立失败，并且取消保护带宽的调整。成功建立保护LSP后，检查该保护 LSP在虚拓扑上的每一跳，对于只有一条保护LSP占用的保护资源，设置其状态为“Idle”。如果在虚拓扑上建立保护LSP失败，那么我们再转入到光层建立起一条源节点到宿节点对之间的一条光通道，然后在此光通道上再建立起所需要的保护LSP。当在物理拓扑和虚拓扑上都无法建立工作LSP的时候，此LSP连接请求将被阻塞，而当成功建立起工作LSP，而无法建立起保护LSP的时候，那么此工作LSP将会被标记上 "Unprotected，，。4)联合自顶向下恢复策略 ITDR(Integrated Top-Down Restoration)在这种策略中，在探测到网络的单链路故障后，首先通过信令机制通知所有故障 LSPs的源节点，然后在IP/MPLS层触发LSP的动态恢复过程，若成功，通过相应信令机制去建立新的恢复通道，将故障LSI^s上的业务倒换到新的恢复通道上去。如果在IP/MPLS层上的故障LSP的动态恢复失败，那么此时再转入光层，通过RWA，重新建立恢复光通道，若成功，建立新的恢复光通道，然后在此恢复通道上建立起新的LSP，将故障LSP上的业务倒换至新的恢复LSP上。ITDR策略吸收了在IP/MPLS层上的小粒度业务恢复的灵活性和高效性，并且可以在IP/MPLS层上实施一些基于优先级和QoS的恢复策略，因为高层可以识别业务的特性。该策略的缺点在于，由于在高层进行恢复，不可避免的会牺牲一些资源的有效性，另外在高层恢复会导致所需的操作较多，所需的恢复时间过大。5)联合自底向上恢复策略 IBUR(Integrated Bottom—Up Restoration)这种策略中，在探测到网络的单链路故障后，首先在光层通过信令机制将故障消息传送到所有故障光通道的起始节点，然后触发RWA对故障光通道进行重路由，若路由成功，则将故障光通道上的所有LSP业务倒换到新的保护光通道上去，并释放掉故障光通道的资源。若在光层对故障光通道的重路由失败，再通过信令机制将故障消息通知道故障LSP 的起始节点，然后在IP/MPLS层上进行故障LSP的重路由，若成功，则通过信令建立起新的恢复LSP，切换故障LSP的业务至新的保护LSP上去。若故障LSP的重路由失败，则中断掉该故障LSP上的业务。在对所有故障LSP处理完毕后，释放掉故障链路上的所有故障光通道所占用的资源。IBUR的优点是保证了光层恢复的高速度，大粒度恢复的带宽有效性，以及所需操作相对较少，实施方便。然后在光层恢复失败的情况下，再以小粒度的LSP为单位在IP/ MPLS层上进行恢复，这有可兼顾小粒度恢复的有效性和灵活性，从而提高了对业务的恢复效率，降低业务的中断率。该策略的缺点是，由于优先在底层进行恢复，不能探知到高层的业务属性，较难实现基于QoS的业务恢复。1.资源利用率的对比图7给出了 Mesh-Torus和NSFNet拓扑下，IP/MPLS over WDM网络中本发明和其它生存策略的随网络负载变化的动态阻塞性能。从图中我们可以看出，本发明拥有和光层共享通道保护OSPP相近的动态阻塞性能，并且在网络负载较重的时候，本发明和OSPP的较高的资源利用率的优势是很明显的，尤其是对于网络可用资源相对较少的NSFNet物理拓扑(λ > 400Erlang)。这是由于本发明采用了首先在光层进行共享通道保护，在这一点上和OSPP是相同的。这样做保证了本发明具有高的带宽有效性和快速的保护倒换操作和较少的信令操作。另外联合恢复策略IBUR和ITDR普遍具有比联合保护策略IDPP和ISPP高的资源利用率，尤其是IBUR在网络负载不是很重的时候(对于Mesh-Torus拓扑，λ < 700Erlang ； 对于NSFNet拓扑，λ < 400Erlang)，具有相当高的资源利用率。图8给出了 Mesh-Torus和NSFNet拓扑下，IP/MPLS over WDM网络中本发明和其它生存策略在不同网络链路故障频率下动态阻塞性能。在网络的链路故障频率加剧时，本发明的资源利用率反而增加，这同样是由于频繁的链路故障会导致网络的可用资源相对增多，从而使得网络可以响应(Accommodate)更多的新到达的LSI3s连接请求，从而降低了网络的阻塞率。从图8中我们还可以看出，在不同的网络链路故障频率下，本发明拥有和光层共享通通道保护OSPP相近的阻塞性能。在NSFNet拓扑下，本发明和OSPP在不同的网络链路故障频率下拥有较好的资源利用率。而在网络可用资源相对丰富的Mesh-Torus拓扑下，本发明的阻塞性能则差于IBUR、ITDR和ISPP，尤其在网络故障不是很频繁时。另外IDPP在参照的这些生存策略中，无论网络故障频繁与否，依然具有最差的资源利用率，这和IDPP在进行保护会占用过多的资源有关。2.生存效率的对比图9给出了 Mesh-Torus和NSFNet拓扑下，IP/MPLS over WDM网络中本发明和其它生存策略在不同网络负载下的生存效率。仿真结果显示，本发明具有了类似于IDPP 的保护效率，甚至是高于IDPP的保护效率(对于NSFNet拓扑，在λ > 600Erlang时，对 Mesh-Torus拓扑，在λ > 210Erlang时，本发明拥有了高于IDPP的生存效率)。这使得本发明除了具有OSPP的高的资源利用率，和快速的保护倒换优点，还具有了高的生存效率， 同时拥有比OSPP高的多的保护效率，这主要是因为本发明同时还结合了 IBUR和ITDR在 IP/MPLS层的动态恢复所带来的高的恢复效率。图10给出了 Mesh-Torus和NSFNet拓扑下，IP/MPLS over WDM网络中本发明禾口其它生存策略在不同的单链路故障频率下的生存效率。从图中我们发现，当网络的链路故障频率降低时，本发明的生存效率呈上升之势，并且具有了和ITDR相近的恢复效率，尤其是对于Mesh-Torus物理拓扑。同时仿真结果也显示了，恢复策略IBUR和ITDR在所有的网络链路故障频率下都拥有比保护策略高的多的生存效率。通过上述对比数据可知综合比较各种联合保护策略和联合恢复策略，以及结合了光层共享通道保护和 IP/MPLS层的动态恢复的本发明的生存性能。在所有的保护和恢复策略中，在不同的网络负载和故障频率下，OSPP依然具有最佳的资源利用率，尤其是在网络负载重、网络平均节点度低的拓扑(如NSFNet)情形下。本发明拥有近似于OSPP的资源利用率，这是由于本发明结合了光层保护的特点。联合恢复策略IBUR、ITDR具有比联合保护策略IDPP、ISPP好的资源利用率。在生存效率方面，联合恢复策略IBUR和ITDR的性能远好于联合保护策略IDPP 和ISPP。本发明的生存效率仅次于ITDR，尤其是在网络负载重、链路故障不是很频繁以及网络平均节点度大的拓扑(如Mesh-Torus)的情形下。综合看来，本发明都具有较好的资源有效性和生存性能，这是由于它结合光层共享通道保护的快速、大粒度和资源有效性，以及在IP/MPLS层小粒度动态恢复的灵活性和较高的恢复效率。以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
权利要求
1.一种IP/MPLS over WDM网络保护恢复方法，其特征在于，包括以下步骤 检测故障链路中的故障光通道的属性；如果所述故障光通道是工作光通道，则进一步检测所述工作光通道是否有对应的保护光通道；若所述工作光通道有对应的保护光通道，则将所述工作光通道上的LSI^s业务转移到相应的保护光通道上，并释放所述工作光通道的资源；若所述工作光通道没有对应的保护光通道，则在IP/MPLS层对所述工作光通道上的所有LSI^s业务进行重路由； 如果所述故障光通道是保护光通道，则释放所述保护光通道的资源。
2.如权利要求1所述的IP/MPLSover WDM网络保护恢复方法，其特征在于，在IP/MPLS 层对所述工作光通道上的所有LSI^s业务进行重路由的步骤包括将所述工作光通道上的LSI^s的故障消息以信令方式发送至各个所述LSI^s的起始节占.在IP/MPLS层对接收到故障消息的所述LSI^s进行重路由。
3.如权利要求1或者2所述的IP/MPLSover WDM网络保护恢复方法，其特征在于，在 IP/MPLS层对所述工作光通道上的所有LSI^s业务进行重路由之后，进一步包括以下步骤若对所述LSI^s进行重路由成功，则建立恢复LSI^s，将所述工作光通道上的LSI^s的业务转移到所述恢复LSI^s上；若对所述LSI^s进行重路由失败，则中断所述LSI^s的业务，等待IP/MPLS层的业务恢复完成后，释放所述工作光通道的资源。
4.如权利要求1所述的IP/MPLSover WDM网络保护恢复方法，其特征在于，释放所述保护光通道的资源之前，还包括步骤判断所述保护光通道是否有LSI^s的业务正在运行；如果有LSI^s的业务正在运行，则中断在所述保护光通道上的LSI^s的业务。
5.如权利要求1所述的IP/MPLSover WDM网络保护恢复方法，其特征在于，检测故障链路中的故障光通道之前，进一步包括以下步骤对各个所述工作光通道建立保护光通道；若建立保护光通道成功，则将所述工作光通道的安全状态标记为已保护； 若建立保护光通道失败，则将所述工作光通道的安全状态标记为未保护。
6.如权利要求5所述的IP/MPLSover WDM网络保护恢复方法，其特征在于，检测所述工作光通道是否有对应的保护光通道的步骤包括检测所述工作光通道的安全状态；如果所述工作光通道的安全状态为已保护，则判断所述工作光通道有对应的保护光通道；如果所述工作光通道的安全状态为未保护，则判断所述工作光通道没有对应的保护光通道。
7.如权利要求6所述的IP/MPLSover WDM网络保护恢复方法，其特征在于，如果判断所述故障光通道为保护光通道，则进一步执行以下步骤将所述保护光通道对应的工作光通道的安全状态标记为未保护。
8.一种IP/MPLS over WDM网络保护恢复系统，其特征在于，包括通道检测模块，用于检测故障链路中的故障光通道的属性；保护属性检测模块，用于在所述故障光通道为工作光通道时，检测所述工作光通道是否有对应的保护光通道；业务转移模块，用于在所述保护属性检测模块检测所述工作光通道有对应的保护光通道时，将所述工作光通道上的LSI^s的业务转移到相应的保护光通道上；重路由模块，用于在所述保护属性检测模块检测所述工作光通道没有对应的保护光通道时，在IP/MPLS层对所述工作光通道上的所有LSI^s的业务进行重路由；资源释放模块，用于释放所述故障光通道的资源。
9.如权利要求8所述的IP/MPLSover WDM网络保护恢复系统，其特征在于，所述重路由模块包括故障通知模块，将所述工作光通道上的LSI^s的故障消息以信令方式发送至各个所述 LSPs的起始节点；重路由执行模块，在IP/MPLS层对接收到故障消息的所述LSI^s进行重路由。
10.如权利要求8或者9所述的IP/MPLSover WDM网络保护恢复系统，其特征在于，进一步包括LSI^建立模块和业务中断模块；所述LSP s建立模块在所述重路由模块对所述LSI^s进行重路由成功时，建立恢复LSI^s， 所述业务转移模块将所述工作光通道上的LSI^s的业务转移到所述恢复LSI^s上；所述业务中断模块在所述重路由模块对所述LSI^s进行重路由失败时，中断所述LSI^s 的业务；所述资源释放模块在IP/MPLS层的业务恢复完成后，释放所述工作光通道的资源。
全文摘要
本发明提供一种IP/MPLS over WDM网络保护恢复方法及其系统，所述方法包括检测故障链路中的故障光通道的属性；如果所述故障光通道是工作光通道，则进一步检测所述工作光通道是否有对应的保护光通道；若所述工作光通道有对应的保护光通道，则将所述工作光通道上的LSPs业务转移到相应的保护光通道上，并释放所述工作光通道的资源，否则则在IP/MPLS层对所述工作光通道上的所有LSPs业务进行重路由；如果所述故障光通道是保护光通道，则释放所述保护光通道的资源。本发明提供的IP/MPLS over WDM网络保护恢复方法能够协调IP/MPLS over WDM网络中的数据网络和光网络，提高网络生存性。
文档编号H04L12/24GK102420702SQ20111038650
公开日2012年4月18日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者张优训, 李伟强, 王云 申请人:广东省电信规划设计院有限公司