专利名称：一种基于最小支配集分簇的光网络故障定位方法
技术领域：
本发明 涉及光通信技术领域，具体涉及光波分复用网络中ー种故障定位方法。
背景技术：
随着波分复用(WDM)技术在全光网络中的应用，光纤所能承载的业务量不断増大，单光纤传输速率已能达到40Gbit/s甚至更高。而ー个短暂的网络故障，特别是经常发生的光纤断裂等链路故障将会引起海量数据丢失。因此，网络的生存性管理尤其重要，其中故障定位是恢复丢失业务的前提和保证。准确快速地感知光网络传输质量和故障位置，将有效地降低网络故障所帯来的损失。目前光网络的故障定位方法主要有两大类。第一类可以归纳为基于监测设备的故障定位方法，主要采用监测设备覆盖全网的方法定位故障。即通过一定的方法将监测波长覆盖整个网络并安放监测器，当网络出现故障吋，收集各个监测器的故障告警代码，然后查找故障代码表，最后定位出故障链路。如Hongqing Zeng等人在“A novel fault detectionan localization scheme for mesh al_L—optical networks based on monitoringcycles”Photonic Network Communications, May. 2006，11 (3) :277_286中提出的经典M-cycle (Monitoring cycles)算法。该算法利用构造圈将整个网络覆盖,使姆一条链路具有唯一的故障告警代码，当网络发生故障后M-cycle算法可以快速的定位故障。这类故障定位方法虽然能实现快速有效的光网络链路故障定位，但难以做到完全故障定位并需要产生大量的额外开销(监测器和监测波长的开销)，同时该类方法需要监测波长多次覆盖同一条链路，进ー步增加了故障定位的成本。另ー类故障定位方法是基于业务感知的故障定位方法。其主要是通过感知业务光通路的中断与否来完成故障定位，因此它在实现准确故障定位的基础上，节省了大量监测器和监测波长的开销。如Hussein T. Mouftah等人在专利“Limited perimeter vectormatching iault localization protocol lor survivable all-optical networks”United States, US20070787201, Dec 6, 2007中提出了有限周边矢量匹配协议(Limited-perimeter vector matching protocol, LVM)白勺故障定位方法。i亥方法无需客页外的监测器件和监测波长，可以节省大量的定位成本，但其对业务依赖性较高，必须至少要两个光通道经过一条链路才能准确定位故障，且这两个光通道必须要有不同的源节点和目的节点。同时LVM需要节点间多次交换信息导致定位时间较长。因此，对于LVM这种基于业务感知的故障定位方法，如何提高故障定位的速度和减小对业务的依赖性，仍是目前亟待解决的难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题针对现有光网络的链路故障定位方法成本开销高、定位速度慢、业务依赖大等问题，本发明提出一种基于最小支配集分簇的故障定位方法。该方法属于业务感知的定位方法，主要基于最小支配集理论，把光网络的各个节点优化地划分在不同簇中，通过簇头节点和汇聚节点快速收集链路信息，从而实现全网的故障定位。本发明实现了低开销下对网络单链路故障的准确定位，同时相比现有方法提升了故障定位的速度和降低了对业务的依赖。本发明解决其技术问题所采用的技术方案提出一种基于最小支配集分簇的光网络故障定位方法，该方法包括离线计算和在线计算两部分。离线计算是将网络根据物理拓扑进行最优化分簇，在线计算是当网络出现故障时通过簇头节点收集链路信息表以及汇聚节点收集簇头矩阵，节点将收集到的信息进行匹配后定位出故障链路。离线计算首先根据网络物理拓扑确定网络的所有最小支配集，并利用最短路径算法分别计算各最小支配集的直径，将直径最小的支配集作为最优的最小支配集。然后将最优的最小支配集中节点设为簇头节点，随后遍历网络中的所有节点，将簇头节点邻接的节点作为成员节点加入该簇头所在的簇。簇头节点承担收集簇内成员节点的链路信息表和 将簇头矩阵发送给汇聚节点的任务。最后在簇头节点中选取汇聚节点，选取汇聚节点的规则为首先利用最短路径算法计算每一个簇头节点到其他任意簇头节点的最大距离，然后选取该最大距离最小的簇头节点作为汇聚节点。汇聚节点可同时作为簇头节点和汇聚节点。此时网络被分为两层簇结构，第一层是簇头节点和簇内成员节点所组成的多个星形网络结构，第二层是簇头节点和汇聚节点组成的星形网络结构。在线计算当网络发生故障后，各簇的节点将监测到的链路信息表发送给各自的簇头节点。各个节点的链路信息表中包含了所有通过该节点的光通路以及该光通路的状态。当簇头节点收集到各自的成员节点的链路信息表后，对所有链路信息表进行匹配井生成向量表(当簇头节点收集到的链路信息表中光通路状态全部为正常工作吋，无需进行匹配和生成向量表)。向量表中包含了毎次匹配的结果，对向量表中的所有ニ进制向量进行逻辑与的操作后，得到一个新的ニ进制向量，该ニ进制向量被称为故障链路向量。如可设为故 障链路向量中链路相应值为0，则表示该链路已经被判定为正常链路，反之故障链路向量中链路相应的值为1，则表示该链路可能发生故障。如果故障链路向量中值为I的链路不唯一，则还需要汇聚节点进ー步判断哪个链路发生故障；如果故障链路向量中值为I的链路唯一，则故障定位结束，故障链路为故障链路向量中值为I的链路。如果各簇头节点不能独立定位出故障，则各个簇头节点根据故障链路向量构造簇头矩阵并将簇头矩阵发送给汇聚节点。簇头矩阵中的每个元素表示一条链路。如果链路值为I表示该链路可能发生故障；如果链路值为0表示该链路正常；如果链路值为-I表示该簇头节点无法判断链路是否正常。构造簇头矩阵规则为如果该簇头节点没有产生故障链路向量，则表示该簇头节点收集到的光通路都是正常工作，即这些光通路所经过的链路都没有发生故障，因此我们将其簇头矩阵中表示这些链路的元素置0 ;而这些正常工作的光通路没有经过的链路，簇头无法判断其是否发生故障，因此将其置-1。如果该簇头节点已经产生故障链路向量，则故障链路必然在故障链路向量中值为I的链路中，则将簇头矩阵中这些链路置1，表示这些链路可能发生故障。同时将簇头矩阵中其他的所有链路置0，因为该簇头节点已经定位出故障链路的范围，可以确定这些链路发生故障即这些链路都是正常工作的。当汇聚节点接收到簇头节点发送的簇头矩阵后，通过与汇聚节点自己的簇头矩阵相匹配定位出故障链路。在匹配吋，汇聚节点通过排除正常链路来定位故障链路，首先查找接受到的簇头矩阵中正常工作的链路，然后在自己的簇头矩阵中将这些正常工作的链路置O，最后剩下唯一的值为I的链路即为故障链路。到此在线计算过程结束。本发明的有益效果本发明提出的故障定位方法，在最小支配集最优化分簇后，使用了最小的簇头节点数，并通过单跳路由实现了快速收集簇内节点的链路信息。相比基于监测设备的故障定位方法，本发明节省了大量的监测设备和监测波长；相比其他基于业务感知的故障定位方法，本发明不仅能更快速准确地定位故障，而且减小了对业务的依赖，即只要有业务覆盖的链路发生故障，本方法都能将其准确定位。
图I基于最小支配集分簇的故障定位方法流程图；图2网络分簇的实例图；图3链路信息构造实例网络图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作具体描述。本发明基于图论的最小支配集进行最优化分簇，并通过节点对业务的感知，快速收集簇内成员节点产生的链路信息表。若簇头节点无法定位故障，则簇头矩阵被发送给汇聚节点，由汇聚节点实现全网的快速故障定位。设网络G= {E，V}，其中E= {ei, e2, e3,……}为网络的链路集合，V={vi,v2, v3,……}代表网络中的节点集合。如图I所示，具体包括以下步骤Stepl :求所有的最小支配集。通过网络G的物理拓扑求出网络的最小支配集的集
合P={的……)，其中VizfiWr和表示ー个最小支配集的节
点集合，并且任意ー个最小支配集中有K个节点。如果P中的元素唯一，则该唯一的最小支配集为最优最小支配集并转到Step3 ;如果P中的元素不唯一，需要进ー步求取最优的最小支配集，则转到St印2。Step2 :求最优的最小支配集。ー个最小支配集的直径定义为在该最小支配集中任意两个节点的最大距离，用表示。任意ー个最小支配集VI/； 11的直径可根据公式(I)进行计算。
「 nDisi mir = max /)(v,,v’,.') .Vv, e<//Cl )Vmm Vko リ，たノ， 7 Y ,其中D (Vj, Vk)表示节点Vj到节点Vk的最短距离。求取集合P中的姆个支配集的直径。将直径最小的支配集作为最优的最小支配集。式(I)保证了节点间发送信息时的最大延迟最小。Step3 :根据最优的最小支配集确定簇头节点，分簇并选取汇聚节点。将最优的最小支配集中的节点设为簇头节点，并在网络中遍历所有节点，将与簇头节点邻接的节点加入簇头节点所在簇。如果节点与某个簇头节点邻接，则将该节点加入该簇头节点所在簇；如果节点与多个簇头节点邻接，则将该节点同时加入多个簇头节点所在簇。如果有两个簇头节点邻接，则将两个簇头节点分别加入与其邻接的簇头节点所在簇，这时这两个簇头节点同时有两个身份一个是本簇的簇头节点和其他簇的成员节点。当网络被划分为K个簇后，进ー步选取汇聚节点，设网络M={Bi，B2，……，Bi,……，BK}，其中Bi为ー个簇的节点集合(包括簇头节点和簇内成员节点)，簇Bi的簇头节点为比，
则簇头节点集合H=Oi1, h2, h3,......，hK}。MAXdisth表示一个簇头节点到其他任意一个簇头
节点的最大距离，而MAXdisth最小的簇头节点为中心簇头节点。对任意ー个簇头节点hj调用公式(2)计算姆一个簇头节点到其他簇头节点的最大距离MAXdisth,
权利要求
1.一种基于最小支配集分簇的故障定位方法，其特征在于根据光网络的物理拓扑，基于最小支配集将光网络进行分簇，并在簇头节点中选取汇聚节点，网络被分为两层簇结构，第一层是簇头节点和簇内成员节点所组成的多个星形网络结构，第二层是簇头节点和汇聚节点组成的星形网络结构；各个簇头节点收集该簇成员节点发送的链路信息表并对其进行匹配，定位故障，如果簇头节点没有定位出故障，则各个簇头节点将簇头矩阵发送给汇聚节点，由汇聚节点对各个簇头矩阵进行匹配，定位故障。
2.根据权利要求I所述的故障定位方法，其特征在于所述将光网络进行分簇具体为根据网络物理拓扑确定网络的所有最小支配集，分别计算各最小支配集的直径，将直径最小的支配集作为最优的最小支配集，并将最优的最小支配集中节点设为簇头节点，遍历网络中的所有节点，将簇头节点邻接的节点作为成员节点加入该簇头所在的簇。
3.根据权利要求I或2所述的故障定位方法，其特征在于选取汇聚节点的方法具体 为计算每一个簇头节点到其他簇头节点的最大距离，然后选取该最大距离中最小的簇头节点作为汇聚节点。
4.根据权利要求I所述的故障定位方法，其特征在于簇头节点定位故障具体为:簇头节点查找各个链路信息表LIT中的链路信息LI状态，将中断的最短光通路作为该簇头节点的匹配对象MO，然后将该MO逐一与所有LIT中的每一个LI匹配，并将每一次匹配的结果保存在向量表VT中，对向量表中的所有二进制向量进行逻辑与操作，得到故障链路向量。
5.根据权利要求I所述的故障定位方法，其特征在于簇头矩阵匹配具体为将汇聚节点的簇头矩阵HM与汇聚节点收集到的其他簇头节点的簇头矩阵HT进行匹配，如果其他簇的HM^. = O，则将汇聚节点的HMpj置为O，当汇聚节点的HM中值为I的元素唯一时，匹配结束。
6.根据权利要求2所述的故障定位方法，其特征在于如果有节点与多个簇头节点邻接，则将该节点同时成为多个簇的成员节点；如果有多个簇头节点相互邻接，则将多个簇头节点分别加入与其邻接的簇头节点所在簇，这时这些簇头节点既是本簇的簇头节点也是其他簇的成员节点。
7.根据权利要求4所述的故障定位方法，其特征在于匹配规则为对于状态为O的LI，如果MO与该LI中有相同的链路，则将BV中该链路对应的值设为O，反之为I ;对于状态为I的LI，如果MO与该LI中有相同的链路，则将BV中该链路对应的值设为1，反之为O。
全文摘要
本发明请求保护一种基于最小支配集分簇的故障定位方法，涉及光通信技术领域。本发明针对现有故障定位方法定位成本高、对业务依赖性大和定位时间较长等缺点，提出了一种新的故障定位方法，以簇为单位通过最小支配集将光网络进行分簇。各个簇头节点可以通过单跳路由快速收集簇内成员节点监测到的链路信息表并进行定位。若簇内无法单独定位出故障，则簇头节点将生成的簇头矩阵发送给汇聚节点进行进一步定位。本方法相比基于监测设备的故障定位方法可以节省大量的定位成本；相比基于业务感知的故障定位方法能更快速准确地定位故障，并减小了对业务的依赖，即只要有业务覆盖的链路，当其故障后本方法就可以定位该链路的故障。
文档编号H04B10/08GK102801468SQ201210307758
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者熊余, 张鸿, 王汝言, 吴大鹏 申请人:重庆邮电大学