專利名稱：：一種用于波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)的路由選擇魯棒選路算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于通信系統(tǒng)中的路由選擇(簡稱“選路”)領(lǐng)域，特別涉及一種用于波分復(fù)用(WavelengthDivisionMultiplexing,WDM)光網(wǎng)絡(luò)的路由選擇魯棒選路算法。
背景技術(shù)：
：隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，以IP(InternetProtocol，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)技術(shù)為核心，采用WDM傳輸鏈路、光分插復(fù)用器(OpticalAdd/DropMultiplexer，0ADM，如圖1(a)所示)和光交叉連接器(OpticalCrossConnector，0XC，如圖1(b)所示)的IPoverWDM網(wǎng)絡(luò)體系已經(jīng)成為下一代骨干網(wǎng)絡(luò)的核心架構(gòu)。在優(yōu)化設(shè)計WDM光網(wǎng)絡(luò)時，路由選擇是必須要考慮的問題，即給定一個網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)湟约耙唤M光路連接請求，通過某種選路算法來為這些請求建立相應(yīng)的光路。選路算法的優(yōu)劣對網(wǎng)絡(luò)資源的利用，網(wǎng)絡(luò)管理和控制都有著極大的影響。當(dāng)前大多數(shù)選路方案都假設(shè)業(yè)務(wù)量矩陣(在WDM網(wǎng)絡(luò)中也稱為光路需求矩陣)確知，或者已知節(jié)點對之間歸一化的平均分組業(yè)務(wù)強(qiáng)度。而在實際運用中，這樣的光路需求矩陣往往難以預(yù)估。這主要是因為當(dāng)前以IP為代表的多種業(yè)務(wù)(如視頻、音頻、數(shù)據(jù)等)正迅速地融合到單一的寬帶網(wǎng)絡(luò)中。同時，隨著寬帶城域網(wǎng)和寬帶小區(qū)接入網(wǎng)建設(shè)的逐步深入，互聯(lián)網(wǎng)(Internet)用戶群正在迅速膨脹，其寬帶業(yè)務(wù)需求也日益增加，所以不可避免地會出現(xiàn)業(yè)務(wù)負(fù)載大幅度變化的情況。如果采取傳統(tǒng)的速率估計的方法，當(dāng)今最先進(jìn)的技術(shù)也會產(chǎn)生20%以上的誤差(見文獻(xiàn)Y.Zhang,Μ.Roughan,C.Lund,etal.AnInformation-theoreticApproachtoTrafficMatrixEstimation.ProceedingsofACMsigcomm03，Karlsruhe,Germany,2003)。即便能獲知當(dāng)前的業(yè)務(wù)需求矩陣，但是很有可能在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃完畢之前業(yè)務(wù)負(fù)載又發(fā)生了劇烈變化，從而導(dǎo)致設(shè)計的失敗。因此，十分有必要研究光路需求矩陣不確知情況下的路由選擇問題，即魯棒選路問題。近年來，業(yè)界提出了一些針對IP網(wǎng)絡(luò)的魯棒選路技術(shù)。該技術(shù)無需輸入具體的業(yè)務(wù)量矩陣，僅依靠某種粗略的業(yè)務(wù)量信息(如流入/流出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的合成速率)來為網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)負(fù)載進(jìn)行路由選擇。其中，最具代表性的技術(shù)有兩種，分別是非精確業(yè)務(wù)量矩陣求解法和基于軟管(Hose)模型的魯棒選路技術(shù)。雖然非精確業(yè)務(wù)量矩陣法明確地針對業(yè)務(wù)量矩陣的不確定性，但是要求預(yù)先知道各種可能的業(yè)務(wù)量矩陣出現(xiàn)的概率才能求解。而在骨干光網(wǎng)絡(luò)中，各節(jié)點對之間的業(yè)務(wù)實際上是多種業(yè)務(wù)經(jīng)過多級復(fù)用而混合在一起的業(yè)務(wù)，因此要預(yù)估這些概率就必須準(zhǔn)確了解各種業(yè)務(wù)的統(tǒng)計特性，這在網(wǎng)絡(luò)實際運行中同樣難以做到。相比之下，基于軟管模型的方法具有靈活、易于實現(xiàn)、可靠性高等優(yōu)點，因此非常適合將其運用于WDM網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)行魯棒規(guī)劃設(shè)計。軟管模型是一種不確定業(yè)務(wù)量模型，該模型并沒有指定各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點對之間業(yè)務(wù)負(fù)載的大小或上限(即業(yè)務(wù)量矩陣中的各個元素)，而只給出了流入和流出各節(jié)點的業(yè)務(wù)量的上限，也就是業(yè)務(wù)量矩陣的“行和”和“列和”。目前基于Hose模型的魯棒選路技術(shù)主要有虛擬專用網(wǎng)(Virtualprivatenetwork,VPN)樹(見文獻(xiàn)A.Kumar，R.Rastogi,etal.AlgorithmsforProvisioningVirtualPrivateNetworksintheHoseModel,"IEEE/ACMTransactionsonNetworking,10(4):565-578,2002)和Valiant負(fù)載平衡(Valiantload-balancing,VLB,見文獻(xiàn)R.Zhang-Shen,N.Mckeown.DesigningaPredictableInternetBackboneNetwork.ThirdWorkshoponHotTopicsinNetworks,SanDiago,USA,2004)兩種。虛擬專用網(wǎng)樹采用樹型、“多跳”(Multi-hop)路由結(jié)構(gòu)，雖然鏈路開銷較小，但是分組交換開銷大、抗毀能力差，不適用于大規(guī)模骨干網(wǎng)。相比之下，Valiant負(fù)載平衡具有節(jié)約資源、易于實現(xiàn)、能有效抵御多網(wǎng)絡(luò)部件失效等優(yōu)點，是一種更具吸引力的技術(shù)。此外，VLB還適于WDM光網(wǎng)絡(luò)基于連接的特性，使得選路更加穩(wěn)定和可預(yù)知。對于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題，通過求解相應(yīng)的數(shù)學(xué)規(guī)劃(MathematicProgramming，MP)模型可以得到問題的最優(yōu)解。然而由于在WDM網(wǎng)狀網(wǎng)中，即便是光路需求矩陣確知情況下的優(yōu)化選路問題都已被證明為NP難題，而基于VLB的優(yōu)化選路問題更加復(fù)雜，因此也是NP難題。換句話說，求解VLB問題的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型的時間會隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)的增大而呈指數(shù)增力口。因此，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模比較大的情況下必須設(shè)計啟發(fā)式算法加以解決。同時，在WDM光網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)VLB魯棒選路算法時，還必須考慮WDM網(wǎng)絡(luò)自身的物理特征，包括鏈路上的波長個數(shù)和帶寬粒度的限制，以及波長連續(xù)性約束等。這些物理約束都大大地增加了WDM光網(wǎng)絡(luò)中VLB魯棒選路算法的設(shè)計難度。到目前為止，真正考慮WDM特性的VLB選路算法尚未出現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種可以有效地解決WDM網(wǎng)絡(luò)中光路需求矩陣不確知情況下的魯棒選路問題，大幅度地提高網(wǎng)絡(luò)的路由選擇能力，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的成本的用于波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)的路由選擇魯棒選路算法VLB選路技術(shù)的基本原理，不同于傳統(tǒng)的路由策略，VLB將選路分為兩個階段(如圖2所示)第1階段所有源節(jié)點將其業(yè)務(wù)量按照一定的百分比(稱為負(fù)載分配百分比)發(fā)送至一系列的中間節(jié)點，而不考慮這些業(yè)務(wù)的目的節(jié)點。第2階段中間節(jié)點將第一階段收到的業(yè)務(wù)進(jìn)行處理，再將其轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的目的節(jié)點。VLB采用“兩跳”路由策略，數(shù)據(jù)分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)操作均由中間節(jié)點來完成。中間節(jié)點可以是網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點，并由此產(chǎn)生全連接的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如圖3(a)所示)；也可以是網(wǎng)絡(luò)中的一部分節(jié)點，并由此形成一種由一個或多個“Hub樹”疊加而成的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如圖3(b)所示)。根據(jù)VLB路由機(jī)制對WDM網(wǎng)絡(luò)中的所有物理鏈路進(jìn)行帶寬配備實際上就是為這些拓?fù)渲械拿恳粭l邏輯鏈路(即光路)配置波長，并使得所配置的波長數(shù)目在不依賴于具體的光路需求矩陣的同時滿足用戶的帶寬需求。本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)模型給定WDM網(wǎng)狀網(wǎng)的物理拓?fù)銰(N,E)，N為節(jié)點集合，E為鏈路集合；N和E分別表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)以及鏈路數(shù)。網(wǎng)絡(luò)中的每條鏈路e(eeE)由一對方向相反但距離相同的單向光纖組成，并被賦予了鏈路代價，代表該條鏈路的物理距離。網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點由一個光交叉連接器和一個IP路由器組成。這些節(jié)點都可以4執(zhí)行光交換和電交換的功能，但是不具備波長轉(zhuǎn)換能力。因此，一條光路僅能占用一個波長信道。在VLB魯棒選路的過程中，中間節(jié)點接收到來的波長，并通過光-電轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)包變?yōu)殡娦盘枴Ｈ绻虚g節(jié)點已經(jīng)是目的節(jié)點，則不用重新轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；如果中間節(jié)點不是目的節(jié)點，則要通過電-光轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)重新變?yōu)楣庑盘?，并發(fā)送到目的節(jié)點?；诠饩W(wǎng)絡(luò)的Hose模型定義為OH(r，U)。r=[r1;r2，...，ij，其中巧表示以節(jié)點i為源節(jié)點的連接請求數(shù)目的上限(i=1，2，...，N);u=[U1,U2,...,uN]，其中Ui表示以節(jié)點i為目的節(jié)點的連接請求數(shù)目的上限(i=1，2，...，N)。OH(r，u)的數(shù)學(xué)描述如下權(quán)利要求1.一種用于波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)的路由選擇魯棒選路算法，其特征在于VLB將選路分為兩個階段第1階段所有源節(jié)點將其業(yè)務(wù)量按照一定的百分比(稱為負(fù)載分配百分比)發(fā)送至一系列的中間節(jié)點，而不考慮這些業(yè)務(wù)的目的節(jié)點。第2階段中間節(jié)點將第一階段收到的業(yè)務(wù)進(jìn)行處理，再將其轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的目的節(jié)點。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)的路由選擇魯棒選路算法，其特征是所述本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)模型是給定WDM網(wǎng)狀網(wǎng)的物理拓?fù)銰(N，Ε)，N為節(jié)點集合，E為鏈路集合；N和E分別表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)以及鏈路數(shù)。網(wǎng)絡(luò)中的每條鏈路e(eeΕ)由一對方向相反但距離相同的單向光纖組成，并被賦予了鏈路代價，代表該條鏈路的物理距離，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點由一個光交叉連接器和一個IP路由器組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)的路由選擇魯棒選路算法，其步驟如下第一步利用Dijkstra算法(見文獻(xiàn):T.H.Cormen,C.Ε.Leiserson,etal.IntroductiontoAlgorithms(2ndEdition).McGraw-Hill,2001)計算所有節(jié)點對(i,j)(i，j=1，...，N，i乒j)之間的最短路徑Pij，并記下其物理距離Clij以及所經(jīng)過的鏈路數(shù)Lij。第二步根據(jù)Pij(i，j=1，...，N，i乒j)的距離和鏈路數(shù)、中間節(jié)點的個數(shù)M(Μ(N)以及Hose模型來確定網(wǎng)絡(luò)中的中間節(jié)點，從而建立全連接或基于Hub樹的邏輯拓?fù)?。第三步計算?fù)載分配向量。第四步根據(jù)負(fù)載分配向量以及Hose模型為邏輯拓?fù)渲械拿織l光路配置波長，從而完成對全網(wǎng)帶寬的配置。全文摘要一種用于波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)的路由選擇魯棒選路算法，其特征在于VLB將選路分為兩個階段第1階段所有源節(jié)點將其業(yè)務(wù)量按照一定的百分比(稱為負(fù)載分配百分比)發(fā)送至一系列的中間節(jié)點，而不考慮這些業(yè)務(wù)的目的節(jié)點，第2階段中間節(jié)點將第一階段收到的業(yè)務(wù)進(jìn)行處理，再將其轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的目的節(jié)點，本發(fā)明的本質(zhì)是結(jié)合Valiant負(fù)載平衡和波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)的具體特征，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)湟约败浌懿淮_定業(yè)務(wù)量模型計算負(fù)載分配向量α，盡量使更多的連接請求在距離和鏈路數(shù)較少的路徑上傳送，從而大大減少了鏈路傳輸和節(jié)點交換的開銷，達(dá)到了資源優(yōu)化利用的目的。文檔編號H04Q11/00GK102457782SQ20101051501公開日2012年5月16日申請日期2010年10月21日優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日發(fā)明者戴睿,謝聯(lián)群申請人:四川省電力公司通信自動化中心