一种WDM网中混合共享链路波长资源的通路保护方法

技术领域

一种WDM网中混合共享链路波长资源的通路保护方法(MSPP)，属于光网络通信技术领域，它特别涉及光网络中的一种通路保护方法。

背景技术

近几年，由于互联网业务的爆炸性增长，引发了对高速传输网络的研究。波分复用(WDM)技术能充分利用光纤中的巨大带宽资源，因而得到广泛利用。由于每根光纤中波长通道的传输速率可高达吉比特量级，光纤链路失效将会导致大量业务中断，因此必须对WDM光网络进行保护设计。由于WDM网中光纤链路失效以单链路失效为主，故大量的保护研究都针对单链路故障。

在介绍WDM光网络中针对单链路故障保护的方法之前，作如下一些定义：

链路：相邻两个节点之间的一段光纤；

工作通路：发生业务往来的任意两个节点之间的数据传输路径；

保护通路：为某一工作通路备用的数据传输路径；

单链路失效：指同一时间段内，WDM光网络中有且只有一条链路发生失效(比如：断裂)；

链路分离：不同通路(无论是工作通路还是保护通路)之间不共享任一链路。

目前针对单链路故障保护的方法主要有：通路保护、子通路保护及链路保护。由于通路保护更适合当前的网路框架，故大量研究都针对通路保护。所谓通路保护，就是为WDM网络中任意两个节点之间需要进行数据传输时建立一条工作通路和保护通路，且工作通路和保护通路必须在物理光纤链路上分离。如图1所示，为WDM网络中两个节点a和e之间建立一条工作通路a-b-c-d-e和保护通路a-g-e。正常情况下，业务数据在工作通路上传输；当整个WDM网络出现某段光纤链路失效(比如：断裂)而使得某一工作通路不通，业务数据可以切换到该工作通路的保护通路上传输。通路保护又可再细分为专用通路保护(DPP)和共享通路保护(SPP)。DPP和SPP的不同之处在于：DPP不允许任何保护通路之间共享链路中相同的波长资源；SPP则允许不同的保护通路共享链路中相同的波长资源，前提是这些保护通路各自对应的工作通路是链路分离的。如图1所示，为WDM网络中两个节点a和c之间建立一条工作通路a-b-c和保护通路a-f-d-c；为WDM网络中两个节点d和e之间建立一条工作通路d-e和保护通路d-c-h-e。可见，节点a和c之间的保护通路a-f-d-c和节点d和e之间的保护通路d-c-h-e经过了相同链路d-c。采用DPP方法，链路d-c中需要分配两个波长资源；而采用SPP方法，链路d-c中只需要分配一个波长资源，这是因为节点a和c之间的保护通路a-f-d-c对应的工作通路a-b-c与节点d和e之间的保护通路d-c-h-e对应的工作通路d-e是链路分离的，所以节点a和c之间的保护通路a-f-d-c与节点d和e之间的保护通路d-c-h-e可共享链路d-c中相同的波长资源。由于可共享链路中相同的波长资源，SPP的资源利用率和阻塞率性能均优于DPP，故SPP的应用较DPP广泛。

虽然目前看来SPP的资源利用率性能最好，但SPP也存在缺陷：即它仅仅允许保护通路之间共享链路中相同的波长资源而不允许任何工作通路和其他工作通路对应的保护通路之间共享链路中相同的波长资源。

发明内容

本发明的目的是在现有网状WDM网SPP方法的基础上，提供一种混合共享通路保护(MSPP)的方法，使得某一工作通路和其他工作通路对应的保护通路之间能够共享链路中相同的波长资源，从而提高WDM光网络的资源利用率，降低网络阻塞率。

为了方便地描述本发明的内容，首先对下列符号和术语进行定义。

j：一根双向光纤链路；

w：每根光纤上的波长资源数；

fw_j：链路j上空闲波长资源数；

pw_j：链路j上工作波长资源数；

sw_j：链路j上预留波长资源数；

mw_j：链路j上混合波长资源数；

cr_n：编号为n的业务请求；

p_n：业务请求cr_n的工作通路；

b_n：业务请求cr_n的保护通路；

mp_n^j：如果p_n在链路j上使用了混合波长资源，其取值为1；否则其取值为0；

mb_n^j：如果b_n在链路j上共享了混合波长资源，其取值为1，；否则其取值为0；

|Ω|：取值为集合Ω中的元素个数；

cost_j：在计算工作通路时链路j的代价值；

cost_j：在计算保护通路时链路j的代价值；

工作波长资源：被工作通路占用的波长资源；

预留波长资源：不同保护通路之间共享的波长资源；

混合波长资源：工作通路和其他工作通路的保护通路之间共享的波长资源。

本发明详细技术方案为：

一种WDM网中混合共享链路波长资源的通路保护方法，其特征是，它依次采用下面的步骤：

步骤1：源节点接收一个指向宿节点的业务请求。如果该业务请求要求建立一个连接，则执行步骤2；如果该业务请求要求释放一个连接，则释放这个连接，更新网络状态，并重复步骤1；

步骤2：首先，根据式

计算网络中源节点到宿节点之间所有可能的路径的链路代价，找出其中代价最小的路径作为该业务请求的工作通路；如果工作通路建立成功，则执行步骤3；如果建立失败，则丢弃该业务请求，返回步骤1；

需要说明的是，根据式(1)计算并找出的代价最小的路径可能不止一条，则为该业务请求所建立的工作通路可能是其中随机确定的一条。

步骤3：根据式

计算网络中源节点到宿节点之间所有可能的路径的链路代价，找出其中代价最小的路径作为该业务请求的工作通路的保护通路；如果保护通路建立成功，则执行步骤4；如果建立失败，则丢弃该业务请求，返回步骤1；式(2)中 $>>|>>v>j>*>>|>=>max>\{>|>>v>j>e>>|>|>\forall >e>\in >>p>n>>\}>,>$>它表示链路j需要的预留资源；|v_j^e|取值为|v_j^e*|，如果j∈b_n，k≤n-1，k≠i，满足式(5)；否则，取值为|v_j^e*+{n}|；其中

$>>>v>j>>e>*>>>=>\{>>cr>i>>|>>(>e>\in >>p>i>>)>>\cap >>(>j>\in >>b>i>>)>>\cap >>(>>mb>i>j>>=>0>)>>,>\forall >i>\le >n>->1>\}>,>$> $>>>v>j>>e>>*>*>>>>=>\{>>cr>i>>|>>(>e>\in >>p>i>>)>>\cap >>(>j>\in >>b>i>>)>>\cap >>(>m>>b>i>j>>=>1>)>>,>\forall >i>\le >n>->1>\}>;>$>

需要说明的是，根据式(2)计算并找出的代价最小的路径可能不止一条，则为该业务请求所建立的工作通路的保护通路可能是其中随机确定的一条。

步骤4：检查所有链路，依次根据下述式(3)、(4)和(5)更新每条链路上的预留资源和混合资源，更新完毕后返回步骤1；

其中 $>>|>>\theta >j>*>>|>=>max>\{>|>>\theta >j>e>>|>|>\forall >e>\in >>p>n>>\}>,>$>它表示链路j上需要的预留资源；

$>>>\theta >j>e>>=>\{>>cr>i>>|>>(>e>\in >>p>i>>)>>\cap >>(>j>\in >>b>i>>)>>\cap >>(>>mb>i>j>>=>0>)>>,>\forall >i>\le >n>,>i>\ne >m>\}>,>$>它表示工作通路通过链路e且对应的保护通路通过链路j且没有共享混合资源的业务连接的集合；

其中 $>>|>>\xi >j>*>>|>=>max>\{>|>>\xi >j>e>>|>|>\forall >e>\in >>p>m>>\}>,>$>它表示链路j上需要的预留资源；

$>>>\xi >j>e>>=>\{>>cr>i>>|>>(>e>\in >>p>i>>)>>\cap >>(>j>\in >>b>i>>)>>\cap >>(>>mb>i>j>>=>0>)>>,>\forall >i>\le >n>->1>\}>,>$>它表示工作通路通过链路e且对应的保护通路通过链路j且没有共享混合资源的业务连接的集合；

式(3)被满足，表示工作通路p_n在链路j上的工作波长资源能被转化成混合波长资源并被业务请求cr_n之前的保护通路b_m共享；。

式(4)被满足，表示业务请求cr_n之前的工作通路p_m在链路j上的工作波长资源能被转化成混合波长资源并被保护通路b_n共享；。

式(5)被满足，表示链路j上被工作通路p_k和保护通路b_i共享的混合波长资源能被保护通路b_n共享。

经过以上步骤的处理，就可以实现在网状WDM网中混合共享链路波长资源的通路的保护。

上述技术方案中，步骤2中所述式(1)可以用代替，根据其计算网络中源节点到宿节点之间所有可能的路径的链路代价，找出其中代价最小的、且负载均衡的路径作为该业务请求的工作通路。该式能起到提高负载均衡的作用，因为空闲资源(fw_j)越大的链路，其链路代价越小。采用最小代价算法选路时，工作通路通过这些链路的机会越大，这样，工作资源就能均匀地分布到各链路上。

同理，步骤3中所述式(2)可以用代替，根据其计算网络中源节点到宿节点之间所有可能的路径的链路代价，找出其中代价最小的、且波长资源共享度最高的的路径作为该业务请求的工作通路的保护通路。该式能起到提高波长资源利用率的作用，因为不需要分配新的预留波长资源的链路(即满足 $>>>sw>j>>\ge >|>>v>j>*>>|>$>的链路)，其链路代价较小。采用最小代价算法选路时，保护通路通过这些链路的机会越大，这样，新占用的资源就较少从而提高资源利用率。

步骤(2)一步骤(3)中计算网络中源节点到宿节点之间所有可能的路径的链路代价时，其代价可以根据链路的长度、共享风险链路组标示号或跳数等计算。

如图1所示，为WDM网络中两个节点a和c之间建立一条工作通路a-b-c和保护通路a-f-d-c；为WDM网络中两个节点a和e之间建立一条工作通路a-b-c-d-e和保护通路为a-g-e；为WDM网络中两个节点d和e之间建立一条工作通路d-e和保护通路d-c-h-e。采用SPP方法，节点a和c之间的保护通路a-f-d-c在链路d-c中需要一个预留波长资源。但实际上采用本发明所述的MSPP方法后，节点a和c之间的保护通路a-f-d-c可以与节点a和e之间的工作通路a-c-d-e在链路d-c中共享波长资源。这是由于节点a和c之间的工作通路a-b-c通过的链路全部被节点a和e之间的工作通路a-b-c-d-e通过；也就是说，当单链路故障造成节点a和c之间的工作通路a-b-c失效时，节点a和e之间的工作通路a-b-c-d-e也必然失效。当节点a和c之间的工作通路a-b-c与节点a和e之间的工作通路a-b-c-d-e都失效后，节点a和e之间的工作通路a-b-c-d-e上的业务切换到对应的保护通路a-g-e上传输，而链路d-c中原来被节点a和e之间的工作通路a-b-c-d-e占用的波长资源被释放，此波长资源可被节点a和c之间的保护通路a-f-d-c利用。

与SPP相比，MSPP也允许任意两条保护通路共享预留波长资源，前提是这两条保护通路对应的工作通路是链路分离的；但MSPP还能进一步提高资源利用率，即任意两条保护通路也可以共享混合波长资源。如图1所示，节点d和e之间的保护通路d-c-h-e可以与节点a和c之间的保护通路a-f-d-c在链路d-c中共享混合波长资源。这是因为：节点d和e之间的工作通路d-e与节点a和c之间的工作通路a-b-c是链路分离的；节点d和e之间的工作通路d-e与节点a和c之间的工作通路a-b-c通过的链路都被节点a和e之间的工作通路a-b-c-d-e通过；节点d和e之间的保护通路d-c-h-e和节点a和c之间的保护通路a-f-d-c都通过链路d-c。因此，节点d和e之间的保护通路d-c-h-e可以与节点a和c之间的保护通路a-f-d-c在链路d-c中共享混合波长资源。

可见，与SPP方法相比，MSPP能节省更多的资源，从而提高资源利用率。而资源利用率越高，后续业务请求就有更多的空闲波长资源可用，所以阻塞率也会随之降低。介于此，我们在WDM网络中引入混合共享链路波长资源的通路保护(MSPP)方法，即允许工作通路和不同工作通路对应的保护通路之间共享混合波长资源的方法，来提高资源利用率和降低网络阻塞率，从而提高网路性能。

本发明的创新点：在现有WDM网络单链路失效的SPP方法基础上，提出了一种新的混合共享链路波长资源的通路保护方法MSPP。与SPP方法比较，MSPP不仅允许不同保护通路之间共享预留波长资源，而且允许工作通路和不同工作通路对应的保护通路之间共享混合波长资源。因此，MSPP比SPP能节省更多的波长资源，从而能提高资源利用率和降低网络阻塞率。

附图说明

图1是一个WDM网络拓扑图；每个节点具备完全波长变换能力；相邻两个节点之间的边代表一条双向光纤链路。

图2是MSPP方法的工作流程。