基于分层虚拓扑的跨粒度层的生存性方法

摘要

基于分层虚拓扑的跨粒度层的生存性方法，通过分层的虚拓扑反映了网络中的波带和波长资源使用状态；应用分层路由机制，通过业务带宽需求与阀值的比较，将业务分为大带宽和小带宽两种类型，大带宽业务将在波带粒度层路由，小带宽业务在波长粒度层路由，使大带宽业务在找到最短路径时，自动满足带宽需求，同时减少了小带宽业务对空闲波带资源的占用；应用联合路由机制可在更完整的网络资源下寻求满足业务需求的路径。

说明书

技术领域

本发明属于通信领域，具体涉及一种适用于多粒度光网络中具有不同带宽需求的业务的基于分层虚拓扑的跨粒度层的生存性方法。

背景技术

随着通信业务量的快速增长和WDM技术的不断成熟，同一根光纤中可集成的波长数也不断增加。这样一方面提高了光纤资源的利用率，另一方面也增加了OXC节点的成本和复杂性，降低了其可靠性。多粒度交换包括波长，波带和光纤的交换。其核心思想是将不同的波长绑定在波带或光纤上，组成一个信息实体，直接进行交换，这样就减小了节点的端口规模，并增加了吞吐能力。

由于光纤中拥有数量众多的波长，且波长具有很高的比特率，所以光网络的故障会对网络性能带来很大影响。因而生存性研究对光网络具有重要意义。生存性机制主要包括保护机制和恢复机制。其中，保护机制具有很短的恢复时间，能够满足所有业务对恢复时间的要求，在光网络中被更多的研究和使用。

当前多粒度网中的生存性策略仍然存在以下不足：

(1)在多粒度光网络的生存性研究中，主要是针对波长级的业务，少数文章是针对波带级的业务。未考虑业务请求带宽是可变的，比如业务需要单个或多个波长或波带。

(2)在多粒度光网络的生存性研究中，未考虑业务的带宽需求，大带宽粒度的业务在选取最短路径后，可能无法满足带宽需求。

(3)在多粒度网中的生存性研究中，小带宽粒度的业务会占用大量空闲的波带，消耗大量波带资源。

发明内容

本发明的目的在于解决多粒度网中现有的生存性策略在对不同带宽粒度业务的路由问题，为业务计算最短路由时不能满足业务带宽需求的问题，以及小带宽粒度业务请求下提高网络资源利用率的基于分层虚拓扑的跨粒度层的生存性方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，首先是分层虚拓扑的建立机制，它是将物理网络依照波带的个数，划分为逻辑上相互独立的子网，每个子网包含该波带内的波长，根据波长和波带粒度建立分层虚拓扑，即波长粒度层和波带粒度层；其次是不同带宽需求业务的分层路由机制，该机制设定了一个阀值，将业务的带宽需求与阀值相比较，若带宽需求大于阀值，从波带粒度层使用Dijkstra算法计算最短路径，若带宽需求小于阀值，从波长粒度层计算K条最短路径，然后计算在波长粒度层所得到的K条路径的带宽，即在各子网内的满足波长连续性要求的可用波长数，选取满足且最接近业务带宽需求的路径；再次是跨粒度层的联合路由机制，若上述方法未找到满足需求的路径，联合波带粒度层和波长粒度层计算K条最短路径，并计算各路径的带宽，选取满足且最接近业务需求的路径；最后是保护路由的计算，如果工作路径处于波带粒度层，则去除相应的波带链路，在波带层或跨粒度层计算保护路由，如果工作路径处于波长层，则去除相应的波长链路，在波长层和跨粒度层计算保护路由，如果工作路径处于跨粒度层，则去除相应的波长和波带链路，在跨粒度层计算保护路由。

所述的分层虚拓扑由波带粒度层，波长粒度层和层间的虚链路组成。波带粒度层由波带节点，波带链路组成。波长粒度层由波长节点和波长链路组成，并且去除了与波带链路相对应的波长链路，波长粒度层是一个多层图，包含多个相互独立的波长虚拓扑层。波带节点和波长节点之间由虚链路连接起来。

所述的针对不同带宽需求业务分层路由机制，将依据业务带宽粒度做出判断，带宽大于阀值的业务在波带粒度层计算最短路由，带宽小于阀值的业务在波长粒度层计算K条最短路由，并选定带宽最接近且满足业务需求的路径。

所述的联合路由机制，在上述方法未找到合适路径时，将会联合波带粒度层和波长粒度层计算K条最短路由，并选定带宽最接近且满足业务需求的路径。该机制中的工作路径建立方法如下：

S101网络初始化，构建虚拓扑图；

S102业务到来，计算的T-γ值，如果计算所得T-γ＞0，转S103，否则转S104，其中T为业务请求带宽所需的波长数，γ为设定的阀值；

S103在各波带子网的波带粒度层计算最短路由；

S104在各子网的波长粒度层计算K条最短路由，并计算各路径的WBP_x(1＜X＜|B|)的值及P_X(P_X＝WBP_x-T)的值，其中X为波带子网的排序号，|B|为光纤中所含波带数，WBP_x为路径在序号为X的波带子网内满足波长连续性约束的可用波长数；

S105判断是否在波带粒度层找到最短路径，找到转S107，否则转S108：

S106判断是否存在使P_X＞0的路径，若存在转S109，否则转S108；

S107符合业务请求的工作路由计算成功；

S108联合波长和波带粒度层计算K条最短路由，并计算各路径的WBP_x(1＜X＜|B|)的值及P_X的值；

S109符合业务请求的工作路由计算成功；

本发明通过分层的虚拓扑反映了网络中的波带和波长资源使用状态；应用分层路由机制，通过业务带宽需求与阀值的比较，将业务分为大带宽和小带宽两种类型，大带宽业务将在波带粒度层路由，小带宽业务在波长粒度层路由，使大带宽业务在找到最短路径时，自动满足带宽需求，同时减少了小带宽业务对空闲波带资源的占用；应用联合路由机制可在更完整的网络资源下寻求满足业务需求的路径。

附图说明

图1是本发明的实现步骤；

图2是分层路由和联合路由机制流程图；

文中：T、业务请求带宽所需的波长数；γ、设定的阀值；X、波带子网的序号；|B|、光纤中所含波带数；WBPP_x、每条路径在各波带子网内满足波长连续性条件的波长数；P_X、WBP_x与T的差值。

图3是本算法举例中的示意图；

图4是本算法性能分析中的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明的实现步骤如图1所示，下面详细描述本发明的实现步骤。

(1)分层虚拓扑的建立机制

分层虚拓扑由波带粒度层，波长粒度层和层间的虚链路组成。波带粒度层由波带节点，波带链路组成。波长粒度层由波长节点和波长链路组成，并且去除了与波带链路相对应的波长链路，波长粒度层是一个多层图，包含多个相互独立的波长虚拓扑层。波带节点和波长节点之间由虚链路连接起来。

(2)针对不同带宽需求业务的分层路由机制

依据业务带宽粒度做出判断，带宽大于阀值的业务在波带粒度层计算最短路由，带宽小于阀值的业务在波长粒度层计算K条最短路由，并选定带宽最接近且满足业务需求的路径。

(3)联合路由机制

若上诉方法未找到合适路径，将会联合波带粒度层和波长粒度层计算K条最短路由，并选定带宽最接近且满足业务需求的路径。针对不同带宽需求业务的分层路由机制和联合路由机制流程图如图2所示，步骤如下：

S101网络初始化，构建虚拓扑图；

S102业务到来，计算的T-γ值，如果计算所得T-γ＞0，转S103，否则转S104，其中T为业务请求带宽所需的波长数，γ为设定的阀值；

S103在各波带子网的波带粒度层计算最短路由；

S104在各子网的波长粒度层计算K条最短路由，并计算各路径的WBP_x(1＜X＜|B|)的值及P_X(P_X＝WBP_x-T)的值，其中X为波带子网的排序号，|B|为光纤中所含波带数，WBP_x为路径在序号为X的波带子网内满足波长连续性约束的可用波长数；

S105判断是否在波带粒度层找到最短路径，找到转S107，否则转S108；

S106判断是否存在使P_X＞0的路径，若存在转S109，否则转S108；

S107符合业务请求的工作路由计算成功；

S108联合波长和波带粒度层计算K条最短路由，并计算各路径的WBP_x(1＜X＜|B|)的值及P_X的值；

S109符合业务请求的工作路由计算成功；

(4)得到工作路径后，去除相应链路，再以相同方法计算保护路径。

具体实施例

为了更好的解释算法，图3中给出一个例子。图3(a)表示物理网络拓扑结构。且假设光纤中含有两个波带B1，B2，每个波带含3个波长。令5个业务S(0，3，2)，S(2，4，1)，S(3，5，3)，S(1，7，1)，S(0，6，2)依次到达。其中在S(s，d，T)中，s表示源节点，d表示目的节点，T为业务的带宽粒度需求。

当S(0，3，2)到达后，网络中处于初始状态，未有资源的占用，所有波带链路处于均空闲状态。分配0-1-2-3作为工作路径，在图3(b)中使用_ _ _表示；0-5-4-3作为备份路径，在图3(b)中使用_._._表示。同时波带粒度层链路0-1-2-3，0-5-4-3被从波带粒度层去除，且在λ3波长虚拓扑层中加入相应链路。

S(2，4，1)的业务粒度为1，将首先使用K条最短路径在波长粒度层路由。分配2-3-4为工作路径，2-1-0-5-4为备份路径。

S(3，5，3)粒度为3，将依次从两子网B1，B2中的波带粒度层，使用最短路径方法寻找路径。如图3(d)所示，波带B2中_ _ _线条表示为其分配的工作路径。波带B 1中的_._._线条表示的是为其分配的备份路径。

图3(e)则描述了S(1，7，1)的工作路径及备份路径的分配情况。

对于业务S(0，6，2)，在波带粒度层和波长粒度层均没有满足其需求的路径，故在两层之间寻找路径。图3(f)中的_ _ _代表工作路径，此路径的0-5-7处于波带粒度层，经过波带节点7和波长节点7之间的虚链路连接，然后通过波长粒度层的0-7到达目的点。_._._则代表了备份路径。

下面说明本方法的性能：

首先，对于大带宽业务将在波带粒度层计算最短路由，因波带粒度层链路由空闲波带构成，当找到合适路径时，带宽需求可自动满足。若业务带宽请求为小带宽粒度时，将在波长粒度层计算K条最短路径，再计算每条路径的WBP_x和P_x的值，然后选取使得Px取最小正值的路径，即找到了满足带宽需求的路径。

其次，大带宽的业务优先从波长粒度层路由，提高了找到有效路径的概率。如果直接从物理拓扑或波长虚拓扑层寻找K条最短路径，则恰好存在满足粒度需求的路径概率较低。以图4为例。业务的源节点和目的节点分别为1和3。在物理拓扑中，分别用_ _ _，_._._和···标出了3条最短路径。假设业务的带宽需求为一波带。若K条最短路径中，取K＝2，即只找到2条最短路径时，_._._线条表示的路径，将无法满足带宽需求。

再次，对于较小粒度的业务优先从波长粒度层寻求路径，这样可以减少对空闲波带的使用。如图3(c)，3(d)中所示，业务S(3，5，3)使用波长粒度层的路径2-3-4和2-1-0-5，节省了波带，从而业务S(2，4，1)可使用3-6-7-5的路径作为备份路径。

最后，当上述方法无法找到合适路径时，将联合波带粒度层和波长粒度层计算路由，因为跨粒度层的路由可以完整的使用网络资源，避免业务在单层中找不到合适资源而被拒绝。图3(f)中就展示了这样一个例子。

波带粒度层的建立可通过对波带内的波长虚拓扑的计算获得，运算复杂度为0(n)，其中n网络为节点数。但使得大带宽粒度的业务(θ＞γ)的计算复杂性大幅降低。首先，仅需在波带粒度层计算，相对波长拓扑层，需处理的网络数降为其次，无需考虑计算所得路径是否满足带宽需求，仅需使用最短路径计算路由，相对K条最短路径复杂性大为降低。

本发明提供一种基于分层虚拓扑的跨粒度层的生存性方法，将网络依照波带划分为独立子网，每个子网包含该波带内的波长，根据波长和波带粒度建立分层虚拓扑，即波长粒度层和波带粒度层；应用分层路由机制，根据业务带宽需求与阀值的比较，将业务分为大带宽业务和小带宽业务，大带宽业务在波带粒度层路由，小带宽业务在波长粒度层路由，使大带宽业务在找到最短路径的同时，自动满足带宽需求，并减少了小带宽业务对空闲波带资源的占用；应用联合路由机制则可在波长粒度层和波带粒度层之间跨层计算满足业务需求的路径。