CN1312863C - 一种自动交换光网络可恢复路径选择建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动交换光网络可恢复路径选择建立方法，包括下述主要步骤：A.源节点交叉连结设备接受可恢复路径连接建立请求；B.选择业务路径；C.业务路径预留信息传送；D.选择恢复路径；E.更新业务路径和相应恢复路径信息；F.如果业务路径发生链路故障，执行恢复路径建立；在步骤B中，选择一条链路使用概率权重之积最大的路径作为业务路径，在步骤D中，选择一条链路代价权重之和最小的路径作为恢复路径，以均衡流量、降低连接请求阻塞率、提高恢复资源共享利用率，在步骤F中执行前向并行建链协议以减小恢复路径建立时延。

Description

一种自动交换光网络可恢复路径选择建立方法

技术领域

本发明涉及光通信网络，尤其涉及自动交换光网络的分布式可恢复路径选择建立方法。

背景技术

目前，随着光纤通信网络的迅猛发展，它已成为信息传输的主要载体，同时由于其巨大的传输容量，也使得其上故障的发生会造成巨大的损失和影响，因此围绕光纤通信网络的故障恢复在业界有一系列相关的标准草案。标准建议中多是基于网管配置的静态保护故障恢复方式，在建立业务路径的同时配置好一条恢复路径，当业务路径出现故障后，根据故障信息通告执行故障保护倒换程序，将故障业务路径上的业务倒换到恢复路径上。上述方法具有资源占用大，难以适应复杂的mesh(网状结构)网络和业务的动态性能要求等弊端。与此同时，当前的核心传输网络，正在向智能光网络的方向演进，自动交换光网络ASON(automatically switched optical network)控制平面分布式路由和信令协议的引入为实现快速、动态的故障恢复，提高网络的生存性能提供了条件，而现有的路径选择建立方法并未对其进行利用。

现有技术的路径选择方法多采用标准最短路径算法来搜索节点对之间的物理路由，采用基本权重之和最小的路径选择算法，因此在选择路径时就会向权重和较小的几条路径上集中，导致相应路径连接请求阻塞概率的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于自动交换光网络控制平面分布式控制协议，综合考虑流量均衡、连接请求阻塞率、恢复资源共享率和恢复路径建立时延等性能指标，实现对动态连接请求的业务路径和恢复路径的选择建立方法。

为达到上述目的，本发明采用的方法是：一种自动交换光网络可恢复路径选择建立方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：

A、源节点交叉连结设备OXC接受可恢复路径连接建立请求；

B、选择业务路径；

C、业务路径预留信息传送；

D、选择恢复路径；

E、更新业务路径和相应恢复路径信息；

F、如果业务路径发生链路故障，执行恢复路径建立；

在网络的拓扑信息中包含下述记录：链路i的通道数n_i；链路i上的业务路径数n_s[i]；沿业务路径P_s的任何链路发生故障时，为了实现故障恢复在链路i上需要的最大带宽T[i]；表示链路i上预留用作故障恢复使用的带宽总和的预留带宽R_i；

在所述步骤B中，选择一条链路使用概率权重w_s[i]之积最大的路径作为业务路径，链路使用概率权重依下式计算：

$w_s\left[i\right]=\left[\frac{n_i-n_s\left[i\right]}{n_i}\right]W\left[i\right]$

其中，链路基本权重W[i]为代表跳数的每条链路的路径逻辑基本权重；

在所述步骤D中，选择一条链路代价权重w_r[i]之和最小的路径作为恢复路径，链路代价权重依下式计算：

$w_r\left[i\right]\left\{\begin{array}{ccc}\min (b,T[i]+b-R[i\left]\right)\&CenterDot;W\left[i\right]& \mathrm{if}& T\left[i\right]+b-R\left[i\right]>0\mathrm{andi}\&NotElement;P_s\\ \mathrm{\&epsiv;}& \mathrm{if}& T\left[i\right]+b-R\left[i\right]<0\mathrm{andi}\&NotElement;P_s\\ \&infin;& \mathrm{if}& i\&Element;P_s\end{array}\right.$

其中，b为当前连接请求的带宽大小，ε代表极小值。

由于n_i为链路i通道数，n_s[i]为链路i上业务路径数，它们在信令过程中被收集更新，并维护在链路的主节点，所谓主节点是一条链路两个端点中负责维护链路本地信息的物理节点，可选物理识别符小的作为主节点。w_s[i]的物理意义可以理解为当前链路可以被任意路由选择的概率，如果某一链路上通过的通道数目越少则该链路被选择的概率越大。遵循路径经过的各链路使用概率权重之积最大的原则，可获得较好的流量工程能力，减少阻塞概率，使通道分布尽可能均匀。

链路代价权重w_r[i]的物理意义在于链路当前预留带宽情况下，当有新的连接请求到来时，需要多少额外的带宽资源来满足新的连接请求的恢复带宽需求，它有如下几种情况：

(1)当i∈P_s，说明选择的恢复路径和业务路径处于同一链路，这不满足可恢复路径的业务路径和恢复路径不相邻的条件，所以若想在该链路上实现恢复路径提供需要的代价为无穷大。

(2)当T[i]+b-R[i]＜0并且i不属于业务路径P_s的情况下，说明预留带宽可以满足已有的业务路径和当前连接请求的故障恢复请求，所以不需要额外的带宽需求，链路代价权重为一极小值。

(3)当T[i]+b-R[i]＞0并且i不属于P_s的情况之下，说明链路预留带宽难以满足故障恢复的要求，需要从当前链路可用带宽A_i中获得额外的补充带宽min(b，T[i]+b-R[i])。

在利用该代价权重选择恢复路径的时候，遵循权重之和最小的原则，可实现不相邻业务路径的高效恢复路径共享。

在自动交换光网络ASON的分布式控制平面环境之下，链路状态信息可以通过路由协议散发，实现传递和更新。

具体实施方式

本发明方法包括下述主要步骤：

A、源节点交叉连结设备OXC接受可恢复路径连接建立请求；

B、选择业务路径；

C、业务路径预留信息传送；

D、选择恢复路径；

E、更新业务路径和相应恢复路径信息；

F、如果业务路径发生链路故障，执行恢复路径建立；

在步骤B中，选择一条链路使用概率权重w_s[i]之积最大的路径作为业务路径，在步骤D中，选择一条链路代价权重w_r[i]之和最小的路径作为恢复路径。

具体实施中，可以在链路的主节点维护以下信息：反应在链路k上为保证其它的链路i的故障恢复所需要的带宽Fail_other(k)[i]、反应链路i上为链路k自身的故障恢复而预留的带宽需求Fail_self(k)[i]，

所述步骤C包括以下步骤：

C1、如果业务路径选择成功，则在源节点生成一个路径预留信息(PATHRESV message)，沿业务路径向目的节点传送，并在传送过程中搜集经过链路的资源信息；

C2、当目的节点接收到路径预留信息(PATHRESV message)之后，对PATHRESV message信息搜集的资源信息进行分析，如果满足路径预留条件，则在目的节点生成一个确认信息(RESVACKmessage)，其中承载队列n_s[i]和T[i]否则，生成预留失败信息(RESVFAIL message)；

C3、如果在步骤C2中生成的是预留失败信息(RESVFAILmessage)，则沿业务路径向源节点返回该信息，通知路径预留失败并结束；

C4、如果在步骤C2中生成的是确认信息(RESVACK message)，则在目的节点对队列n_s[i]和T[i]进行所有元素赋初值零的初始化；

C5、沿业务路径自目的节点向源节点传送确认信息(RESVACKmessage)，在每个经过的主节点中对已存在的n_s[i]和T[i]队列中的元素进行更新，更新操作如下：

对于n_s[i]，执行n_s[i]＝n_s[i]+1，

对于T[i]，执行T[i]＝max(T[i]，Fail_self(k)[i])；

直至更新到源节点的n_s[i]和T[i]；

所述步骤E的内容包括：在源节点同时生成两个路径预留信息(PATHRESV message)，一个沿业务路径传送，用于更新本地的链路状态信息，其中承载恢复路径所经过的链路列表；另一个沿恢复路径传送，用于预留共享的恢复带宽，其中承载业务路径所经过的链路列表；

沿恢复路径传送的路径预留信息(PATHRESV message)对恢复路径的链路k的主节点根据所承载业务路径的链路列表对本地节点维护的Fail_other(k)[i]队列进行如下更新：如果链路i在业务路径之上，则Fail_other(k)[i]＝Fail_other(k)[i]+b；

沿业务路径传送的路径预留信息(PATHRESV message)所执行的更新操作是：当链路i在恢复路径上时，在链路k的主节点对Fail_self([i]进行如下的更新：Fail_self(k)[i]＝Fail_self(k)[i]+b。

传统的恢复路径建立机制如下：当源节点决定了路由之后，源节点向下一跳送出一个RESERVE(预留)信息，在每个中间节点将要检测和请求资源。如果资源可用，节点将预留资源并向下一跳发送RESERVE，否则该节点将向源节点返回一个RESERVE-NACK(预留拒绝)信息。RESERVE信息逐跳转发，当目的节点接收到RESERVE信息后，它将检查是否有空闲的资源，如果有空闲资源它将生成一个RESERVE-ACK(预留确认)信息并向前一节点送出，如果没有空闲资源，目的节点将向前一节点送出一个RESERVE-NACK信息，当前一个节点接到RESERVE-ACK信息后，节点将进行光交叉连接的配置，然后这一节点再向前一节点转发RESERVE-ACK信息，当源节点接收到RESERVE-ACK信息后则说明路径已经成功建立了起来，对于业务路径就可以进行数据的传输，对于恢复路径就可以进行端节点的桥接倒换执行故障恢复，由于此种链路建立协议是在RESERVE-ACK信息由目的节点向源节点的传输过程中进行配置，并且后一节点向相邻的前一节点转发RESERVE-ACK信息需要等到交叉连接配置完成后才能进行，此类路径的链路建立协议为后向串行建链协议BSLSP(Backward Serial Lightpath Setup Protocol)。

BSLSP影响恢复路径时延的因素主要有如下几方面：恢复路径两端点之间去返两次信令信息传输所需的时间、节点交叉连接建立时间、端节点桥接倒换时间和每个节点处的信令信息处理时间。假设恢复路径经过的节点数为N，则链路数为N-1，在此设定每条链路的平均传输时延是T_link，每个节点的交叉配置时间为T_set，端节点的桥接倒换时间为T_switch，此外还有每个节点的信令信息处理时间为T_info，它包括两部分，一是前向的RESERVE信息处理时间T_info-f如资源状态的检查；二是后向的RESERVE-ACK信息生成处理时间T_info-b，如信息解析和OCC(光连接控制器)到OXC(光交叉连接设备)交换结构所需时间，为方便起见设T_info＝T_info-f＝T_info-b则恢复路径链路建立时间为：

T_d＝2(N-1)T_link+2NT_info+NT_sef+2T_switch    (1)

针对上述协议方式中恢复路径链路建立时间较长的不足，本发明作出如下进一步改进，所述步骤F包括以下步骤：

F1、源节点向目的节点逐跳发出预留信息RESERVE，并行指配交叉连接的建立；

F2、预留信息RESERVE到达目的节点后，目的节点向源节点发出预留确认信息RESERVE-ACK；

F3、当源节点接收到预留确认信息RESERVE-ACK后调用业务路径和恢复路径桥接倒换程序从而完成故障恢复路径的建立。

通过上述改进，对恢复路径建链协议由后向串行建链协议BSLSP改变为前向并行建链协议(FPLSP：Forward Parallel Lightpath SetupProtocol)，来减小恢复路径的建立时间。

在FPLSP建链协议下，RESERVE信息在每个节点不对交叉连接的配置进行等待，由于在每个节点的信息处理和交叉连接配置是并行处理的，因此在目的端点以前的节点交叉连接配置时间均可包括在信令信息处理时延之内，而只在目的节点进行节点连接配置的等待。在目的节点的前向处理时延为T_info-f+T_set，后向处理时延为T_info-b，总时延为2T_info+T_set，而在这一时延内，前面各节点均可完成OXC交叉连接的配置，所以，在FPLSP建链协议中，只需考虑一个节点配置时延，故FPLSP建链协议中总的恢复路径建链时延为：

T_d＝2(N-1)T_link+2NT_info+T_set+2T_switch    (2)

相对于公式(1)计算所得的BSLSP建链协议恢复路径建立时间T_d，FPLSP建链协议在恢复路径建立时延性能上有较好的提升。

Claims (3)

1、一种自动交换光网络可恢复路径选择建立方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：

A、源节点交叉连结设备OXC接受可恢复路径连接建立请求；

B、选择业务路径；

C、业务路径预留信息传送；

D、选择恢复路径；

E、更新业务路径和相应恢复路径信息；

F、如果业务路径发生链路故障，执行恢复路径建立；

在网络的拓扑信息中包含下述记录：链路i的通道数n_i；链路i上的业务路径数n_s[i]；沿业务路径P_s的任何链路发生故障时，为了实现故障恢复在链路i上需要的最大带宽T[i]；表示链路i上预留用作故障恢复使用的带宽总和的预留带宽R[i]；

在所述步骤B中，选择一条链路使用概率权重w_s[i]之积最大的路径作为业务路径，链路使用概率权重依下式计算：

$w_s\left[i\right]=\&lsqb;\frac{n_i-n_s\&lsqb;i\&rsqb;}{n_i}\&rsqb;W\left[i\right]$

其中，链路基本权重W[i]为代表跳数的每条链路的路径逻辑基本权重；

在所述步骤D中，选择一条链路代价权重w_r[i]之和最小的路径作为恢复路径，链路代价权重依下式计算：

$w_r\left[i\right]=\left\{\begin{array}{cc}\min (b,T\&lsqb;i\&rsqb;+b-R\&lsqb;i\&rsqb;)\&CenterDot;W\&lsqb;i\&rsqb;& \mathrm{if\; T}\&lsqb;i\&rsqb;+b-R\&lsqb;i\&rsqb;>0\mathrm{and\; i}\&NotElement;P_s\\ \mathrm{\&epsiv;}& \mathrm{if\; T}\&lsqb;i\&rsqb;+b-R\&lsqb;i\&rsqb;<0\mathrm{and\; i}\&NotElement;P_s\\ \&infin;& \mathrm{if\; i}\&Element;P_s\end{array}\right.$

其中，b为当前连接请求的带宽大小，ε代表极小值。

2、如权利要求1所述的自动交换光网络可恢复路径选择建立方法，其特征在于：在链路的主节点维护以下信息：反应在链路k上为保证其它的链路i的故障恢复所需要的带宽Fail_other(k)[i]、反应链路i上为链路k自身的故障恢复而预留的带宽需求Fail_self(k)[i]，

所述步骤C包括以下步骤：

C1、如果业务路径选择成功，则在源节点生成一个路径预留信息PATHRESV message，沿业务路径向目的节点传送，并在传送过程中搜集经过链路的资源信息；

C2、当目的节点接收到路径预留信息PATHRESV message之后，对PATHRESV message信息搜集的资源信息进行分析，如果满足路径预留条件，则在目的节点生成一个确认信息RESVACK message，其中承载队列n_s[i]和T[i]；否则，生成预留失败信息RESVFAIL message；

C3、如果在步骤C2中生成的是预留失败信息RESVFAILmessage，则沿业务路径向源节点返回该信息，通知路径预留失败并结束；

C4、如果在步骤C2中生成的是确认信息RESVACK message，则在目的节点对队列n_s[i]和T[i]进行所有元素赋初值零的初始化；

C5、沿业务路径自目的节点向源节点传送确认信息RESVACKmessage，在每个经过的主节点中对已存在的n_s[i]和T[i]队列中的元素进行更新，更新操作如下：

对于n_s[i]，执行n_s[i]＝n_s[i]+1，

对于T[i]，执行T[i]＝max(T[i]，Fail_self(k)[i])；

直至更新到源节点的n_s[i]和T[i]；

所述步骤E的内容包括：在源节点同时生成两个路径预留信息PATHRESV message，一个沿业务路径传送，用于更新本地的链路状态信息，其中承载恢复路径所经过的链路列表；另一个沿恢复路径传送，用于预留共享的恢复带宽，其中承载业务路径所经过的链路列表；

沿恢复路径传送的路径预留信息PATHRESV message对恢复路径的链路k的主节点根据所承载业务路径的链路列表对本地节点维护的Fail_other(k)[i]队列进行如下更新：如果链路i在业务路径之上，则Fail_other(k)[i]＝Fail_other(k)[i]+b；

沿业务路径传送的路径预留信息PATHRESV message所执行的更新操作是：当链路i在恢复路径上时，在链路k的主节点对Fail_self(k)[i]进行如下的更新：Fail_self(k)[i]＝Fail_self(k)[i]+b。

3、如权利要求1或2所述的自动交换光网络可恢复路径选择建立方法，其特征在于：所述步骤F包括以下步骤：

F1、源节点向目的节点逐跳发出预留信息RESERVE，并行指配交叉连接的建立；

F2、预留信息RESERVE到达目的节点后，目的节点向源节点发出预留确认信息RESERVE-ACK；

F3、当源节点接收到预留确认RESERVE-ACK后调用业务路径和恢复路径桥接倒换程序从而完成故障恢复路径的建立。