專利名稱：承載網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)，尤其涉及一種對(duì)信息服務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)進(jìn) 行優(yōu)化的方法。
背景技術(shù)：
作為未來(lái)統(tǒng)一的信息服務(wù)承栽網(wǎng)絡(luò)，核心傳送網(wǎng)絡(luò)(IP網(wǎng)和光傳 送網(wǎng))面臨著帶寬更高、流量流向更復(fù)雜、質(zhì)量要求更高的業(yè)務(wù)承載 需求，也面臨著更合理地利用網(wǎng)絡(luò)資源、提高網(wǎng)絡(luò)效率，從而減小網(wǎng) 絡(luò)投資成本的壓力。
現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化已有一些較成熟的啟發(fā)式算法，例如模擬退火算 法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、禁忌搜索、演化算法、蟻群算法、遺傳算法等， 但是這里所提到的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化一般應(yīng)用在對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、城市公交網(wǎng)絡(luò)、
MPLS網(wǎng)絡(luò)的QOS、物流網(wǎng)絡(luò)等的優(yōu)化，而對(duì)于IP網(wǎng)絡(luò)和傳輸網(wǎng)絡(luò) 的拓樸結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，特別是省際網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化， 一般還是采用傳統(tǒng)的手 工方式不斷的進(jìn)行局部?jī)?yōu)化調(diào)整完成的，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法在這方面還未 見比較成熟的應(yīng)用。
IP網(wǎng)絡(luò)和傳輸網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、電路組織、保護(hù)機(jī)制上存在一定 的差異性，并且兩張網(wǎng)絡(luò)在通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中處于不同的層面，因此現(xiàn) 有的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法是順序考慮IP網(wǎng)和光傳送網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、路由組織和容 量分布，分別進(jìn)行優(yōu)化。以現(xiàn)有的一種網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法為例，首先對(duì)IP 網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，然后對(duì)光傳送網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化。
由于現(xiàn)有的優(yōu)化方法將IP網(wǎng)和光傳送網(wǎng)分離開考慮，對(duì)于IP網(wǎng) 和光傳送網(wǎng)本身可能都是較優(yōu)的，但由于沒有考慮到兩網(wǎng)之間的差異 性，在性能和投資效益上缺少協(xié)調(diào)考慮，在兩網(wǎng)銜接上可能會(huì)存在較 大問(wèn)題，主要包括兩方面一是IP網(wǎng)在研究網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之初，未考慮底層光傳送網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)、傳輸距離、建設(shè)成本等因素，僅考慮IP網(wǎng)絡(luò)建設(shè)最省，造成在 IP層看似較短的路徑，在傳輸層的路由較長(zhǎng)，占用了較多的傳輸資源。 往往IP層上只考慮業(yè)務(wù)需求，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完成后，傳輸層面再進(jìn)行底層 建設(shè)，IP層有多大的需求，傳輸層就建設(shè)多大的傳輸通道，在整體資
源考慮上沒有做到最優(yōu)；
二是限于光纜網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，光纜質(zhì)量等方面因素，有時(shí)WDM網(wǎng)的 建設(shè)不能完全滿足IP網(wǎng)需求。如果在光傳送網(wǎng)上進(jìn)行調(diào)整，需要較大 投資，而調(diào)整IP網(wǎng)絡(luò)會(huì)帶來(lái)新的鏈路變化，產(chǎn)生更大的投資。
因此，盡管目前的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法較為簡(jiǎn)易、成熟，但由于存在著 上述兩方面的問(wèn)題，使得網(wǎng)絡(luò)總體投資居高不下，網(wǎng)絡(luò)的性能和資源 利用率得不到改善，嚴(yán)重制約了網(wǎng)絡(luò)自身最大能力的發(fā)揮。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種承載網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法及系統(tǒng)，能夠優(yōu)化核 心傳送網(wǎng)絡(luò)整體的性能和資源利用率，降低網(wǎng)絡(luò)總體投資，盡量發(fā)揮 網(wǎng)絡(luò)自身的最大能力。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種承栽網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，包括
隨機(jī)生成結(jié)點(diǎn)間全連接的IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并設(shè)置IP網(wǎng)絡(luò)的各鏈路 度量值組成的向量矩陣作為初始群體；
根據(jù)所述向量矩陣中的度量值、IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)成本的單價(jià)參 數(shù)得到所述IP網(wǎng)絡(luò)及傳輸網(wǎng)絡(luò)的總投資表達(dá)式；
將所述總投資表達(dá)式與全局的約束條件進(jìn)行結(jié)合，得到個(gè)體適應(yīng) 度表達(dá)式；
基于所述個(gè)體適應(yīng)度表達(dá)式進(jìn)行迭代，每次迭代中如果未滿足退 出條件，則對(duì)所述本次迭代得到的群體進(jìn)行交叉和變異操作，否則輸 出優(yōu)化結(jié)果。
進(jìn)一步的，所述得到所述IP網(wǎng)絡(luò)及傳輸網(wǎng)絡(luò)的總投資表達(dá)式的 步驟具體包括
5根據(jù)所述向量矩陣中的度量值進(jìn)行最短路徑計(jì)算，獲得所述IP 網(wǎng)絡(luò)的主用路由和備用路由，其中主用路由和備用路由之間節(jié)點(diǎn)和邊
不重合；
IP網(wǎng)絡(luò)各鏈路與傳輸網(wǎng)絡(luò)建立最短路徑和次短路徑的映射關(guān)系， 并使傳輸網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用趨于最小，且最短路徑和次短路徑間的邊不重合；
根據(jù)所述IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、所述IP網(wǎng)絡(luò)的主用路由和備用路由計(jì)算 得到IP網(wǎng)絡(luò)的鏈路及節(jié)點(diǎn)的流量和配置信息；
根據(jù)IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、所述IP網(wǎng)絡(luò)的鏈路的配置信息和IP網(wǎng)絡(luò)各 鏈路與傳輸網(wǎng)絡(luò)的映射關(guān)系計(jì)算得到傳輸網(wǎng)絡(luò)線路及節(jié)點(diǎn)的配置信 息；
根據(jù)所述IP網(wǎng)絡(luò)的鏈路及節(jié)點(diǎn)的流量和配置信息、傳輸網(wǎng)絡(luò)線 路及節(jié)點(diǎn)的配置信息以及網(wǎng)絡(luò)成本的單價(jià)參數(shù)運(yùn)算獲得IP網(wǎng)絡(luò)及傳 輸網(wǎng)絡(luò)的總投資表達(dá)式。
進(jìn)一步的，所述全局的約束條件包括傳輸層距離約束、IP跳數(shù)約 束、傳輸層距離差約束、IP層路段和節(jié)點(diǎn)不交性約束以及傳輸層路段 不交性約束。
進(jìn)一步的，所述交叉操作為單交配位的雙親雙子法交叉。 進(jìn)一步的，所述變異操作的變異概率為0.05。 進(jìn)一步的，所述退出條件至少包括以下之一 進(jìn)化代數(shù)達(dá)到預(yù)定數(shù)值；
根據(jù)所述個(gè)體適應(yīng)度表達(dá)式得到的最大適應(yīng)度在預(yù)定代數(shù)內(nèi)不 發(fā)生變化；
根據(jù)所述個(gè)體適應(yīng)度表達(dá)式得到的最大適應(yīng)度在預(yù)定代數(shù)內(nèi)的 最大變化的絕對(duì)值小于預(yù)定數(shù)值。
進(jìn)一步的，在輸出優(yōu)化結(jié)果后，還包括對(duì)所述優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行二次 優(yōu)化的操作
根據(jù)IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)所述優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行二次優(yōu)化，去除不合理的 優(yōu)化結(jié)果。
基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明對(duì)IP網(wǎng)和光傳送網(wǎng)構(gòu)成的承栽網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全局優(yōu)化，具體來(lái)說(shuō)是利用遺傳算法對(duì)帶有全局約束條件的承載 網(wǎng)絡(luò)的總投資表達(dá)式進(jìn)行優(yōu)化，獲得的優(yōu)化結(jié)果考慮到兩網(wǎng)之間的差 異性，協(xié)調(diào)了性能和投資效益，從而提高了核心傳送網(wǎng)絡(luò)整體的性能 和資源利用率，降低網(wǎng)絡(luò)總體投資，盡量發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)自身的最大能力。
此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng) 的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)
成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中
圖1為本發(fā)明承載網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法的一實(shí)施例的流程示意圖。
圖2為圖1實(shí)施例中步驟102的具體流程示意圖。
圖3為本發(fā)明承載網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法的另一實(shí)施例的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
本發(fā)明在制定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)時(shí)，考慮到網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況和問(wèn) 題解決的復(fù)雜度，因此基于以下幾個(gè)條件而提出優(yōu)化方案
1、 核心傳送網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要為滿足業(yè)務(wù)流量的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng) 把對(duì)業(yè)務(wù)需求的分析作為基礎(chǔ)；約束條件首先應(yīng)滿足網(wǎng)絡(luò)可靠性的要 求，其次滿足業(yè)務(wù)質(zhì)量的要求；
2、 由于光纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本能滿足目前業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求，而 且調(diào)整難度大(需要新建光纜網(wǎng)絡(luò))，同時(shí)在實(shí)現(xiàn)算法時(shí)，增加光纜 網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化將使算法從二維求解向三維求解變化，實(shí)現(xiàn)難度增加很大。 為減小算法設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，考慮以現(xiàn)有光纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為以知 條件，主要求解IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和波分系統(tǒng)層的結(jié)構(gòu)，暫不考慮對(duì)光纜網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整；
3、 總體目標(biāo)應(yīng)為在滿足網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠性、業(yè)務(wù)承載質(zhì)量要求的 基礎(chǔ)上，IP和傳輸網(wǎng)絡(luò)整體建設(shè)成本最低。在以上前提條件的基礎(chǔ)上，提出了優(yōu)化的目標(biāo)和需要滿足的約束
條件，主要有以下6條
1、 IP網(wǎng)業(yè)務(wù)流量流向需求模型為雙向流量流向矩陣，矩陣大小 為NxN，其中N模擬各省業(yè)務(wù)需求。
2、 傳輸光纜網(wǎng)距離模型，節(jié)點(diǎn)數(shù)量M，其中M〉N，由各傳輸路 段間的傳輸距離組成的結(jié)構(gòu)模型。
3、 網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求每個(gè)省設(shè)置兩個(gè)IP節(jié)點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)省間需 要確定兩條IP網(wǎng)的路由，在IP層面兩條路由上的節(jié)點(diǎn)和鏈路都不能 重合，在每段IP電路上能對(duì)應(yīng)兩條節(jié)點(diǎn)可以重合，但是鏈路不能重 合的傳輸路徑。
4、 網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)質(zhì)量要求
4.1為滿足承載業(yè)務(wù)的時(shí)延要求，每個(gè)省間找到的兩條IP路由經(jīng) 過(guò)的傳輸路徑的傳輸距離盡量小于a公里，考慮到網(wǎng)絡(luò)實(shí)際現(xiàn)狀，允 許少數(shù)特殊節(jié)點(diǎn)對(duì)不滿足。(假設(shè)業(yè)務(wù)端到端時(shí)延要求為100ms，省 際骨干網(wǎng)必須保證時(shí)延在30ms。按經(jīng)驗(yàn)值，傳輸距離1000公里約折 合時(shí)延5ms，可計(jì)算傳輸距離范圍在60007〉里內(nèi))。
4.2為滿足承載業(yè)務(wù)的時(shí)延抖動(dòng)要求，要求兩條端到端IP路由對(duì) 應(yīng)的傳輸路徑的傳輸距離差指標(biāo)盡量小于b公里，考慮到網(wǎng)絡(luò)實(shí)際現(xiàn) 狀，允許少數(shù)特殊節(jié)點(diǎn)對(duì)不滿足。本次算法中b=1500 (假設(shè)端到端時(shí) 延才牛動(dòng)要求為20ms，省際骨干網(wǎng)必須保證時(shí)延4牛動(dòng)為6ms-10ms，可 計(jì)算傳輸距離差范圍在1500公里。)。
4,3為滿足承載業(yè)務(wù)突發(fā)或故障下流量的疏通，每條IP電路上(匯 總所有經(jīng)過(guò)流量)配置的帶寬形成的鏈路利用率不能大于50%。
4.4為提高IP路由轉(zhuǎn)發(fā)的效率，省匯接節(jié)點(diǎn)間路由不大于5跳。
5 、按照以下成本計(jì)算公式對(duì)IP網(wǎng)和光傳送網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)成本計(jì)算， 要求求解后提出的結(jié)構(gòu)模型的建設(shè)成本最小。
5.1根據(jù)IP網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，IP網(wǎng)絡(luò)成本計(jì)算時(shí)考慮 端口粒度分別為10G和40G端口 ，針對(duì)近2年的流量流向矩陣可采用 IOG端口進(jìn)行配置，針對(duì)未來(lái)3年后的業(yè)務(wù)需求采用40G端口進(jìn)行配置。對(duì)于IOG端口需求，假設(shè)設(shè)備容量為32*10G，設(shè)備固定成本=130 萬(wàn)，每10G端口線性成本=50萬(wàn)。對(duì)于40G端口需求，假設(shè)設(shè)備容量 為16*40G，設(shè)備固定成本=200萬(wàn)，每40G端口線性成本-150萬(wàn)。
5.2傳輸成本計(jì)算時(shí)考慮容量無(wú)關(guān)和容量相關(guān)兩部分，同時(shí)區(qū)分 10Gb/s和40Gb/s WDM系統(tǒng)。對(duì)于10Gb/s WDM系統(tǒng)，容量無(wú)關(guān) 成本=0.42萬(wàn)元/Km (每系統(tǒng)最多開通80波)，容量相關(guān)成本=0.08 萬(wàn)元/波道-Km;對(duì)于40Gb/s WDM系統(tǒng)，容量無(wú)關(guān)成本=1.06萬(wàn)元/Km (每系統(tǒng)最多開通80波)，容量相關(guān)成本=0.19萬(wàn)元/波道AKm。
6、對(duì)于IP電路為奇數(shù)個(gè)電路(如1*10G或3*10G)，無(wú)法分 攤到兩條不重合的傳輸路徑上，對(duì)其中的單條IP鏈路，IP層不增加 備份鏈路，傳輸增加1條備份電路。
基于以上的前提條件和約束條件，本發(fā)明采用優(yōu)化算法對(duì)以上優(yōu) 化問(wèn)題進(jìn)行了求解，得到了相應(yīng)的優(yōu)化結(jié)果。從問(wèn)題分析中可以看出， 由于涉及IP和傳輸網(wǎng)絡(luò)雙層網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化問(wèn)題，約束條件復(fù)雜，是一個(gè) 典型的NP-Hard問(wèn)題，對(duì)于這類問(wèn)題應(yīng)采用啟發(fā)式算法來(lái)求解?？紤] 到遺傳算法具有多路徑搜索、隱并行性、隨機(jī)操作等特點(diǎn)，且在解決 QoS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方面也有較多應(yīng)用，因此本發(fā)明設(shè)計(jì)了一套以遺傳算法 為主的求解算法，對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行了求解。
如圖l所示，為本發(fā)明承載網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法的一實(shí)施例的流程示意 圖。本實(shí)施例包括以下步驟
步驟IOI、隨機(jī)生成結(jié)點(diǎn)間全連接的IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并設(shè)置IP網(wǎng) 絡(luò)的各鏈路度量值組成的向量矩陣作為初始群體；
步驟102、根據(jù)所述向量矩陣中的度量值、IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)成 本的單價(jià)參數(shù)得到所述IP網(wǎng)絡(luò)及傳輸網(wǎng)絡(luò)的總投資表達(dá)式；
步驟103、將所述總投資表達(dá)式與全局的約束條件進(jìn)行結(jié)合，得 到個(gè)體適應(yīng)度表達(dá)式；
步驟104、計(jì)算當(dāng)前代的個(gè)體適應(yīng)度表達(dá)式；
步驟105、判斷本次迭代中退出條件是否滿足，是則執(zhí)行步驟108， 否則執(zhí)行步驟106;
9步驟106、對(duì)本次迭代得到的群體進(jìn)行交叉操作； 步驟107、對(duì)本次迭代得到的群體進(jìn)行變異操作，然后迭代的代 數(shù)變量增1，返回步驟104;
步驟108、輸出根據(jù)個(gè)體適應(yīng)度表達(dá)式計(jì)算出的優(yōu)化結(jié)果。 接下來(lái)，對(duì)上述步驟分別進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，在初始化群體的步驟101 中，優(yōu)化問(wèn)題的基礎(chǔ)解是指通過(guò)對(duì)該解進(jìn)行直接或間接運(yùn)算，能夠得 到優(yōu)化問(wèn)題所有全部其他輸出結(jié)果的解。根據(jù)分析，IP網(wǎng)絡(luò)各鏈路的 度量值是基礎(chǔ)解， 一旦IP網(wǎng)絡(luò)的度量值向量確定下來(lái)，IP網(wǎng)與傳輸 網(wǎng)的總投資及其他所需結(jié)果就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算的方法來(lái)確定。初始 群體設(shè)置時(shí)，考慮將基礎(chǔ)解序列化后進(jìn)行染色體編碼，初始群體為結(jié) 點(diǎn)間全連接的IP網(wǎng)絡(luò)各鏈路Metric值組成的向量。具體編碼方案舉 例如下
用 一個(gè)(n x n ) metric矩陣的上三角表示一個(gè)染色體組(個(gè)體)， 每一個(gè)染色體組由n個(gè)染色體組成，這n個(gè)染色體的長(zhǎng)度依次為n、
n-l、 n-2..... 1。第k條染色體中的n-k+l個(gè)基因(元素)分別表示
第k個(gè)IP節(jié)點(diǎn)與第k、 k+l、 k+2..... n個(gè)IP節(jié)點(diǎn)的鏈路的度量值。
對(duì)角線上(第k個(gè)IP節(jié)點(diǎn)與第k個(gè)IP節(jié)點(diǎn))的度量值設(shè)置為-1，被 忽略。
初始群體的規(guī)模往往與問(wèn)題的規(guī)模有較直接的聯(lián)系。 一般而言， 問(wèn)題的規(guī)模越大，群體規(guī)模應(yīng)該越大，問(wèn)題規(guī)模越小，群體規(guī)模就可 以較小。通過(guò)對(duì)不同群體規(guī)模執(zhí)行遺傳算法的試驗(yàn)，最終確定群體規(guī) 模為128。遺傳算法的初始群體還可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選取，而不僅為 純隨機(jī)產(chǎn)生。為更好地對(duì)不同的初始群體形成的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行比較， 在具體的優(yōu)化流程中可以采用Metric值向量隨機(jī)選取、參考現(xiàn)網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)
選取、基于傳輸網(wǎng)絡(luò)距離設(shè)置三種不同方案。
計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度表達(dá)式的重點(diǎn)在于ip網(wǎng)絡(luò)和傳輸網(wǎng)絡(luò)共同滿足
以上分析的各約束條件，以及最終的優(yōu)化目標(biāo)。
首先設(shè)置IP網(wǎng)絡(luò)和傳輸網(wǎng)絡(luò)輸入條件的數(shù)學(xué)模型，其中IP網(wǎng)絡(luò)
模型為1) G，D—IP網(wǎng)絡(luò)中省的集合；
2) W—IP網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的集合；
3) 《'一IP網(wǎng)中從第'個(gè)省到第)個(gè)省的流量， 傳輸網(wǎng)絡(luò)模型為
1) 々一傳輸網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的集合；
2) ^—傳輸網(wǎng)絡(luò)中路段的集合；
3) ^—傳輸網(wǎng)絡(luò)中路段"上的物理長(zhǎng)度；
如圖2所示，為圖1實(shí)施例中步驟102的具體流程示意圖，具體 包括以下步驟
步驟201、 IP網(wǎng)絡(luò)的主用和備用路由是基于初始群體中的Metric 值進(jìn)行最短路徑計(jì)算(例如采用經(jīng)典的最短路徑Dijkstra算法)來(lái)確 定，獲得所述IP網(wǎng)絡(luò)的主用路由和備用路由，且主用路由與備用路由 之間節(jié)點(diǎn)和邊不重合；
步驟202、為保障網(wǎng)絡(luò)的可靠性，IP網(wǎng)絡(luò)每條鏈路與傳輸網(wǎng)絡(luò)建 立兩條映射關(guān)系，同時(shí)為使傳輸網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用(與傳輸距離有較直接關(guān)系) 趨于最小，該兩條映射關(guān)系分別為最短路徑和次短路徑的映射，且最 短路徑和次短路徑間的邊不重合，最短路徑的計(jì)算也是基于傳輸距離 采用最短路徑Dijkstra算法進(jìn)行計(jì)算，次短路徑則為去掉最短路徑中 各段傳輸路徑后再次采用最短路徑Dijkstra算法進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果；
步驟203、根據(jù)IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、IP網(wǎng)絡(luò)的主用路由和備用路由計(jì) 算得到IP網(wǎng)絡(luò)的鏈路及節(jié)點(diǎn)的流量和配置信息；
步驟204、根據(jù)IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、IP網(wǎng)絡(luò)的鏈路的配置信息和IP網(wǎng) 絡(luò)各鏈路與傳輸網(wǎng)絡(luò)的映射關(guān)系計(jì)算得到傳輸網(wǎng)絡(luò)線路及節(jié)點(diǎn)的配置 信息，即如果IP電路配置N*10G電路，則映射到傳輸最短路徑上分 擔(dān)取整(N/2 ) *10G電路，次短路徑上也分擔(dān)取整(N/2 ) *10G電路；
步驟205、根據(jù)所述IP網(wǎng)絡(luò)的鏈路及節(jié)點(diǎn)的流量和配置信息、傳 輸網(wǎng)絡(luò)線路及節(jié)點(diǎn)的配置信息以及網(wǎng)絡(luò)成本的單價(jià)參數(shù)運(yùn)算獲得IP 網(wǎng)絡(luò)及傳輸網(wǎng)絡(luò)的總投資表達(dá)式。
IP網(wǎng)絡(luò)的輸出結(jié)果模型包括1) r。一lP網(wǎng)中鏈路"上的流量，"力；
2) ^—IP網(wǎng)中從第'個(gè)省到第)個(gè)省的主用路徑集合，^"戶。；
3) 《一IP網(wǎng)中從第'個(gè)省到第)個(gè)省的第k條主用路徑上的節(jié)點(diǎn)
集合，/eiV,乂eA^
4) ^一IP網(wǎng)中從第,個(gè)省到第)個(gè)省的備用路由集合，
5) 《一IP網(wǎng)中從第'個(gè)省到第)個(gè)省的第k條備用路徑上的節(jié)點(diǎn)
集合，'X^iV;
6) 《;"一若從第'個(gè)省到第y個(gè)省的第^條路徑用到路段"，取值
為1;否則取值為0;
7) Z""表示IP層第z個(gè)節(jié)點(diǎn)的端口個(gè)數(shù)，其中""是與其鄰接 的第7'個(gè)IP節(jié)點(diǎn)的端口個(gè)數(shù)；
《(",)=130
8)網(wǎng)絡(luò)中IP成本
32
+ 50",
(當(dāng)端口粒度為10G時(shí))
或
《(",)=200
32
+ 150",
(當(dāng)端口粒度為40G時(shí))； 傳輸網(wǎng)絡(luò)的輸出結(jié)果模型包括 1)"。一傳輸網(wǎng)絡(luò)中路段"上的波道數(shù)，""；
2)
《
i
10
或
40
-傳輸網(wǎng)中從第'個(gè)節(jié)點(diǎn)到第乂個(gè)節(jié)點(diǎn)的第
^條最短路徑經(jīng)過(guò)第a條鏈路的波道數(shù)，'e"戶D;
3)《一傳輸網(wǎng)中從第'個(gè)節(jié)點(diǎn)到第乂個(gè)節(jié)點(diǎn)的第^條路徑上的路段
集合；
4 )《,_傳輸網(wǎng)中從第z個(gè)節(jié)點(diǎn)到第)個(gè)節(jié)點(diǎn)的第*條路徑的物理長(zhǎng)
度；
5)傳輸網(wǎng)絡(luò)中路段"的成本
《("。)=0.42/。
80
+ 0.08/。"。
(當(dāng)端口
粒度為10G時(shí))或
80
+ 0.19/,。
(當(dāng)端口粒度為40G時(shí))；
由于遺傳算法的目標(biāo)是尋找個(gè)體適應(yīng)度最大的個(gè)體，而本優(yōu)化問(wèn) 題的目標(biāo)是要尋找造價(jià)最小的網(wǎng)絡(luò)，因此在本優(yōu)化項(xiàng)目中，個(gè)體適應(yīng) 度的取值為(網(wǎng)絡(luò)全部造價(jià)*權(quán)值+不滿足約束條件的因素*權(quán)值)的
12負(fù)值。結(jié)合總投資表達(dá)式與全局的約束條件，得到的最終的個(gè)體適應(yīng)
度表達(dá)式表示為
(Ml) Min+ + — —總投資最低目標(biāo)
w y ， ——傳輸層距離約束
V '' ， v/,#一— ip跳數(shù)約束
M x|/， 一/
15W)， V"'— —傳輸層距離差約束
"';n《—，v/，m — — ip層路段和節(jié)點(diǎn)不交性約束 g')no， v/，m — —傳輸層路段不交性約束
步驟106中的交叉操作可采用單交配位的雙親雙子法。這種方法 是在雙親確定后，以一個(gè)隨機(jī)基因位進(jìn)行基因位之后的所有基因?qū)Q， 對(duì)換后形成兩個(gè)后代。個(gè)體的被選交配的次數(shù)用賭輪法則確定。個(gè)體 的被選交配的概率與關(guān)于適應(yīng)度值的某一函數(shù)值成比例。設(shè)個(gè)體i的 適應(yīng)度為fi，本代中群體的最小適應(yīng)度為fmin,最大適應(yīng)度為fmax， 在優(yōu)化算法中，構(gòu)造如下關(guān)于適應(yīng)度值的函數(shù)
,,、_ J X' ， 2 /min < 乂nax
、J , v"_y i賤 J max 7 , "J mm 一 J max
個(gè)體被選概率如下
尸_一
使用這種處理方法，可以使個(gè)體被選次數(shù)的計(jì)算隨適應(yīng)度值的變 化而保持在較為合理的范圍，從而保持一個(gè)較好的算法收斂速度。
步驟107中的變異操作可采用將變異基因設(shè)置為隨機(jī)數(shù)的方法。 算法的性能對(duì)變異的概率很敏感。變異的概率可以影響遺傳算法的收 斂性能和運(yùn)算結(jié)果的優(yōu)劣程度若變異概率太大，遺傳算法可能在很 長(zhǎng)的周期內(nèi)都不會(huì)收斂，從而無(wú)法找到滿意的優(yōu)化結(jié)果；相反，若變 異概率太小，遺傳算法將很容易過(guò)早地收斂而陷入局部最優(yōu)。通過(guò)多 次試驗(yàn)，確定優(yōu)化算法的遺傳變異概率為0.05。
在退出條件機(jī)制上，有多種方式可供選擇1) 當(dāng)進(jìn)化代數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)退出；
2) 當(dāng)群體最大適應(yīng)度在一定代數(shù)內(nèi)不再發(fā)生變化時(shí)退出；
3) 當(dāng)群體最大適應(yīng)度在一定代數(shù)內(nèi)最大變化的絕對(duì)值小于某一 數(shù)值時(shí)退出。
由于遺傳算法是基于概率的搜索算法，在選擇第二種退出機(jī)制 時(shí)，無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)知算法執(zhí)行時(shí)間，根據(jù)試驗(yàn)情況可以大致估計(jì)執(zhí)行時(shí) 間?；蛘咴诙啻卧囼?yàn)的基礎(chǔ)上，取定不發(fā)生變化的代數(shù)上限(例如 2500)代，然后采用方法1)進(jìn)行算法的退出。
如圖3所示，為本發(fā)明承載網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法的另一實(shí)施例的流程示 意圖。與上一實(shí)施例相比，本實(shí)施例的優(yōu)化方法包含兩個(gè)主要過(guò)程， 第一個(gè)過(guò)程為遺傳算法過(guò)程，第二個(gè)過(guò)程是二次優(yōu)化算法過(guò)程。其中 二次優(yōu)化算法過(guò)程是對(duì)遺傳算法輸出結(jié)果的再優(yōu)化，主要解決遺傳算 法結(jié)果中某些不合理情況，并取得更低代價(jià)值的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化結(jié)果。
二次優(yōu)化是基于多次優(yōu)化結(jié)果的人為分析，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化結(jié)果中不甚 合理的結(jié)果而進(jìn)行調(diào)整。如分析認(rèn)為優(yōu)化結(jié)果中存在距離較遠(yuǎn)但是主 用流量較小的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系不合理，則設(shè)置直連距離超過(guò)3500公里， 或鏈路主用流量在帶寬10。/。以下為不合理鏈路，將其Metric值設(shè)置 為較大后再進(jìn)行二次優(yōu)化，以形成較合理的IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述方法實(shí)施例的全部或部 分步驟可以通過(guò)程序指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，前述的程序可以存儲(chǔ)于 一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行包括上述方法實(shí) 施例的步驟；而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括ROM、 RAM、磁碟或者光盤 等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。
最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而 非對(duì)其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn) 行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案 的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、一種承載網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，包括隨機(jī)生成結(jié)點(diǎn)間全連接的IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并設(shè)置IP網(wǎng)絡(luò)的各鏈路度量值組成的向量矩陣作為初始群體；根據(jù)所述向量矩陣中的度量值、IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)成本的單價(jià)參數(shù)得到所述IP網(wǎng)絡(luò)及傳輸網(wǎng)絡(luò)的總投資表達(dá)式；將所述總投資表達(dá)式與全局的約束條件進(jìn)行結(jié)合，得到個(gè)體適應(yīng)度表達(dá)式；基于所述個(gè)體適應(yīng)度表達(dá)式進(jìn)行迭代，每次迭代中如果未滿足退出條件，則對(duì)所述本次迭代得到的群體進(jìn)行交叉和變異操作，否則輸出優(yōu)化結(jié)果。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的承載網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，其中所述得到所述IP網(wǎng)絡(luò)及傳輸網(wǎng)絡(luò)的總投資表達(dá)式的步驟具體包括根據(jù)所述向量矩陣中的度量值進(jìn)行最短路徑計(jì)算，獲得所述IP網(wǎng)絡(luò)的主用路由和備用路由，其中主用路由和備用路由之間節(jié)點(diǎn)和邊不重合；IP網(wǎng)絡(luò)各鏈路與傳輸網(wǎng)絡(luò)建立最短路徑和次短路徑的映射關(guān)系，并使傳輸網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用趨于最小，且最短路徑和次短路徑間的邊不重合；根據(jù)所述IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、所述IP網(wǎng)絡(luò)的主用路由和備用路由計(jì)算得到IP網(wǎng)絡(luò)的鏈路及節(jié)點(diǎn)的流量和配置信息；根據(jù)IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、所述IP網(wǎng)絡(luò)的鏈路的配置信息和IP網(wǎng)絡(luò)各鏈路與傳輸網(wǎng)絡(luò)的映射關(guān)系計(jì)算得到傳輸網(wǎng)絡(luò)線路及節(jié)點(diǎn)的配置信息；根據(jù)所述IP網(wǎng)絡(luò)的鏈路及節(jié)點(diǎn)的流量和配置信息、傳輸網(wǎng)絡(luò)線路及節(jié)點(diǎn)的配置信息以及網(wǎng)絡(luò)成本的單價(jià)參數(shù)運(yùn)算獲得IP網(wǎng)絡(luò)及傳輸網(wǎng)絡(luò)的總投資表達(dá)式。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的承載網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，其中所述全局的約束條件包括傳輸層距離約束、IP跳數(shù)約束、傳輸層距離差約束、IP層路段和節(jié)點(diǎn)不交性約束以及傳輸層路段不交性約束。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的承載網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，其中所述交叉操 作為單交配位的雙親雙子法交叉。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的承栽網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，其中所述變異操 作的變異概率為0.05。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的承載網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，其中所述退出條 件至少包括以下之一進(jìn)化代數(shù)達(dá)到預(yù)定數(shù)值；根據(jù)所述個(gè)體適應(yīng)度表達(dá)式得到的最大適應(yīng)度在預(yù)定代數(shù)內(nèi)不 發(fā)生變化；根據(jù)所述個(gè)體適應(yīng)度表達(dá)式得到的最大適應(yīng)度在預(yù)定代數(shù)內(nèi)的 最大變化的絕對(duì)值小于預(yù)定數(shù)值。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的承載網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，其中在輸出優(yōu)化 結(jié)果后，還包括對(duì)所述優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行二次優(yōu)化的操作根據(jù)IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)所述優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行二次優(yōu)化，去除不合理的 優(yōu)化結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種承載網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，包括隨機(jī)生成結(jié)點(diǎn)間全連接的IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并設(shè)置IP網(wǎng)絡(luò)的各鏈路度量值組成的向量矩陣作為初始群體；根據(jù)向量矩陣中的度量值、IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)成本的單價(jià)參數(shù)得到IP網(wǎng)絡(luò)及傳輸網(wǎng)絡(luò)的總投資表達(dá)式；將總投資表達(dá)式與全局的約束條件進(jìn)行結(jié)合，得到個(gè)體適應(yīng)度表達(dá)式；基于個(gè)體適應(yīng)度表達(dá)式進(jìn)行迭代，每次迭代中如果未滿足退出條件，則對(duì)上一次迭代得到的群體進(jìn)行交叉和變異操作，否則輸出優(yōu)化結(jié)果。本發(fā)明利用遺傳算法對(duì)帶有全局約束條件的承載網(wǎng)絡(luò)的總投資表達(dá)式進(jìn)行優(yōu)化，獲得的優(yōu)化結(jié)果考慮到兩網(wǎng)之間的差異性，協(xié)調(diào)了性能和投資效益，從而提高了核心傳送網(wǎng)絡(luò)整體的性能和資源利用率，降低網(wǎng)絡(luò)總體投資。
文檔編號(hào)H04L29/06GK101677286SQ200810211260
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者健 孫, 李培源, 瑛 王, 茜 王, 王憲忠, 袁海濤, 濤 鄭 申請(qǐng)人:中國(guó)電信股份有限公司