考虑联合故障概率约束的共享保护路由和频谱分配方法组成比例

本发明专利技术涉及一种考虑联合故障概率约束的共享保护路由与频谱分配方法、系统，为了降低业务请求在频谱灵活光网络中的故障风险而设计。本发明专利技术方法，包括首先对频谱灵活光网络G(V,E,F)进行初始化；其次，产生一组业务请求；最后，设置可调节参数α和频谱最大共享度，基于联合故障概率约束的共享保护路由与频谱分配的多目标优化函数，满足多目标优化函数的业务请求的带宽流量守恒约束条件、频谱一致性约束条件、频谱连续性约束条件、工作路径与共享保护路径对选择唯一性约束条件、频谱隙占用唯一性约束条件、频谱共享约束条件、频谱隙最大共享度约束条件、最大可容忍故障概率阈值约束条件，获得频谱资源占用与联合故障概率最优化解。

【技术实现步骤摘要】
考虑联合故障概率约束的共享保护路由和频谱分配方法
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种考虑联合故障概率约束的共享保护路由和频谱分配方法、系统。
技术介绍
在频谱灵活光网络中，一方面，为了提高光网络资源的利用率，充分利用频谱资源承载业务的带宽需求，以保障频谱灵活光网络具备最大的吞吐量；另一方面，为了保证业务传输过程中的服务质量，每一个业务请求需要配备一条传输的工作路径和一条备份的保护路径，减少业务请求因频谱灵活光网络发生故障而引起的业务中断。相比于传统波分复用(WDM)光网络的保护方式，频谱灵活光网络对业务保护更加复杂，因为在传统波分利用光网络中，业务请求业务的带宽资源往往是某个波长，而频谱灵活光网络中，业务请求占用的带宽是一组频谱隙集合，而频谱隙的分配需要服从频谱连续性和频谱一致性两个约束条件。可见，在频谱灵活光网络中如何选择业务请求的路由和如何在所选择的路由上分配频谱资源将成为一个关键问题。为了使业务请求具备生存性，需要为每一个业务请求建立一条工作路径和一条链路不相交的保护路径。为了更充分利用光网络的频谱资源，在保护路径上，采用频谱资源共享的方式来实现业务请求的生存性。目前，在频谱灵活光网络中，为了使业务请求具备生存性，对业务请求采用专用保护和共享保护方式来保证业务请求的服务质量。特别地，若考虑共享保护，通常采用两种不同的方法，它们描述如下：(1)传统共享保护方法。对于每一个业务请求，利用最短路径算法计算一条工作路径和一条链路不相交的保护路径，若这两条工作路径和保护路径都建立成功，然后采用首次命中的方法在所建立的路径上查找并分配频谱资源，这里分配的频谱资源必须满足频谱连续性和频谱一致性的约束条件。特别地，在保护路径上，尽可能地利用已有的保护资源进行分配频谱，然而，这种方法并没有充分考虑频谱资源共享特性。(2)业务资源占用不相交共享保护方法。对于每一个业务请求，1)首先利用K条最短路径算法计算K条工作路径，然后利用首次命中的方法在这K条路径中查找频谱资源，选择出一条有可用频谱资源的工作路径，并在所选择的工作路径上预留这个业务请求的带宽资源。2)为了保证工作路径和保护路径具有链路不相交的特性，把这个业务请求所选择的工作路径删除，然后利用K条最短路径算法计算K条保护路径。3)在所建立的K条保护路径中，若已经预留的频谱隙数目与当前需要建立的业务请求的带宽需求大小不一样时，删除所有已经预留的保护频谱资源，然后再查找相应的共享保护频谱资源，若找到频谱资源，预留业务请求需要的频谱资源，以充分利用已经建立的共享保护资源。可见，在频谱灵活光网络中，虽然上述两种方面解决了业务请求的路由与频谱分配问题，但并没有对业务请求所建立的传输的工作路径和保护路径进行联合故障概率的评估。鉴于上述的缺陷，为了更好地满足用户的带宽需求，本专利技术积极加以研究创新，以期创设一种考虑联合故障概率约束的共享保护路由和频谱分配方法、系统，使其更具有产业上的利用价值。在建立业务请求的过程中，需要建立一条工作路径和一条保护路径，并在所选择的路径中分配频谱资源，特别地，在保护路径上分配频谱隙能够被共享，以保证频谱灵活光网络的资源效率最大化。
技术实现思路
为解决上述考虑联合故障概率约束的共享保护路由和频谱分配问题，本专利技术的目的是提供一种通过设置不同的优化目标调节参数，形成频谱资源与联合故障概率之间的主要优化目标和次要优化目标，以使所建立的业务请求更好地使网络资源与业务请求具备更好的生存能力，达到频谱资源最优化与业务请求的联合故障概率最小化的均衡性，形成考虑联合故障概率约束的共享保护路由和频谱分配方法、系统。本专利技术考虑联合故障概率约束的共享保护路由和频谱分配方法，包括：产生一组业务请求TD，其中，每一个业务请求用TD(s,d,FSs,d,MTFPs,d)∈TD表示，s和d分别表示业务请求的源节点和目的节点，并且s≠d，FSs,d代表业务请求的带宽需求，MTFPs,d表示业务请求的最大可容忍故障概率阈值；建立业务请求的工作路径w和共享保护路径b，设定工作路径w和共享保护路径b的故障事件是相互独立事件，以工作路径w的故障概率和共享保护路径b的故障概率的相乘为共享保护的联合故障概率，公式表示如下：其中，所述的联合故障概率小于或等于业务请求的最大可容忍故障概率阈值，公式表示为：设置频谱灵活光网络的频谱资源与联合故障概率最小化为多目标优化函数，所述多目标优化函数是指：以工作路径的频谱资源和共享保护路径的频谱资源占用数目最小化，工作路径和共享保护路径上的联合故障概率最小化为多目标联合优化，并且设置不同的优化目标调节参数，形成主要优化目标和次要优化目标；其中，所述多目标优化函数要满足的约束条件包括：业务请求的带宽流量守恒约束条件、频谱一致性约束条件、频谱连续性约束条件、工作路径与共享保护路径对选择唯一性约束条件、频谱隙占用唯一性约束条件、频谱共享约束条件、频谱隙最大共享度约束条件、最大可容忍故障概率阈值约束条件；基于多目标优化函数需要满足的约束条件，得到多目标优化函数的最优解，完成考虑联合故障概率约束的共享保护路由和频谱分配。进一步地，包括对频谱灵活光网络G(V,E,F)进行初始化，设置频谱灵活光网络的拓扑信息、光网络连接状态、网络交换节点数、光纤链路数、每条光纤链路的频谱隙数目、每一条光纤链路的故障概率，其中，V、E、F分别表示频谱灵活光网络的所有光交换节点集合、所有光纤链路集合、每条光纤链路的所有频谱隙集合，即V＝{v1,v2,…,vk,…,v|V|}、E＝{e1,e2,…,ek,…,e|E|}、F＝{1,2,…,fk,…,f|F|}；|V|、|E|、|F|分别表示频谱灵活光网络的光交换节点数目、光纤链路数目、频谱隙数目；设置频谱灵活光网络的每一条光纤链路的故障概率，其中第ek条光纤链路的故障概率为进一步地，工作路径上的故障概率计算公式以下：其中w、F(w)、ei、分别表示工作路径w、工作路径w的故障概率、ei∈w表示在工作路径上的一条光纤链路、光纤链路的故障概率；在计算工作路径中，频谱隙没有被其它业务请求所共享；在共享保护路径上的故障概率为：其中，F(b)和b分别表示共享保护路径的故障概率和业务请求所选择的共享保护路径；在计算共享保护路径中，已经预留的频谱隙能够被不同的业务请求所共享，在共享保护路径上的某一条链路ej上，为每一个频谱隙设定最大的业务请求共享个数，这个业务请求共享个数称为最大频谱共享度，用符号表示；由于当频谱灵活光网络发生故障时，某一个共享的频谱隙上所有业务请求都有可能受到损失，并且只有其中一个业务请求能够被恢复，所以成功恢复的概率为在共享保护路径上，某一条链路ej上的业务请求可生存的概率为其中为共享保护路径的链路ej的故障概率。进一步地，多目标优化函数具体描述为：在频谱灵活光网络中G(V,E,F)，给定一组业务请求TD，并预先配置频谱灵活光网络的每一节点对之间的|κ|组备选工作路径和共享保护路径，用wbs，d表示，其中第k组工作路径和共享保护路径为设置优化目标参数α和设置每一个频谱隙的最大共享度目标函数使给定一组业务请求TD在频谱灵活光网络G(V,E,F)的所有光纤链路E中占用频谱隙F的数目和选择工作路径和共享保护路径的联合故障概率最小化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑联合故障概率约束的共享保护路由和频谱分配方法，其特征在于，包括：产生一组业务请求TD，其中，每一个业务请求用TD(s,d,FSs,d,MTFPs,d)∈TD表示，s和d分别表示业务请求的源节点和目的节点，并且s≠d，FSs,d代表业务请求的带宽需求，MTFPs,d表示业务请求的最大可容忍故障概率阈值；建立业务请求的工作路径w和共享保护路径b，设定工作路径w和共享保护路径b的故障事件是相互独立事件，以工作路径w的故障概率和共享保护路径b的故障概率的相乘为共享保护的联合故障概率，公式表示如下：

【技术特征摘要】
1.一种考虑联合故障概率约束的共享保护路由和频谱分配方法，其特征在于，包括：产生一组业务请求TD，其中，每一个业务请求用TD(s,d,FSs,d,MTFPs,d)∈TD表示，s和d分别表示业务请求的源节点和目的节点，并且s≠d，FSs,d代表业务请求的带宽需求，MTFPs,d表示业务请求的最大可容忍故障概率阈值；建立业务请求的工作路径w和共享保护路径b，设定工作路径w和共享保护路径b的故障事件是相互独立事件，以工作路径w的故障概率和共享保护路径b的故障概率的相乘为共享保护的联合故障概率，公式表示如下：其中，所述的联合故障概率小于或等于业务请求的最大可容忍故障概率阈值，公式表示为：设置频谱灵活光网络的频谱资源与联合故障概率最小化为多目标优化函数，所述多目标优化函数是指：以工作路径的频谱资源和共享保护路径的频谱资源占用数目最小化，工作路径和共享保护路径上的联合故障概率最小化为多目标联合优化，并且设置不同的优化目标调节参数，形成主要优化目标和次要优化目标；其中，所述多目标优化函数要满足的约束条件包括：业务请求的带宽流量守恒约束条件、频谱一致性约束条件、频谱连续性约束条件、工作路径与共享保护路径对选择唯一性约束条件、频谱隙占用唯一性约束条件、频谱共享约束条件、频谱隙最大共享度约束条件、最大可容忍故障概率阈值约束条件；基于多目标优化函数需要满足的约束条件，得到多目标优化函数的最优解，完成考虑联合故障概率约束的共享保护路由和频谱分配。2.根据权利要求1所述的考虑联合故障概率约束的共享保护路由和频谱分配方法，其特征在于，包括对频谱灵活光网络G(V,E,F)进行初始化，设置频谱灵活光网络的拓扑信息、光网络连接状态、网络交换节点数、光纤链路数、每条光纤链路的频谱隙数目、每一条光纤链路的故障概率，其中，V、E、F分别表示频谱灵活光网络的所有光交换节点集合、所有光纤链路集合、每条光纤链路的所有频谱隙集合，即V＝{v1,v2,…,vk,…,v|V|}、E＝{e1,e2,…,ek,…,e|E|}、F＝{1,2,…,fk,…,f|F|}；|V|、|E|、|F|分别表示频谱灵活光网络的光交换节点数目、光纤链路数目、频谱隙数目；设置频谱灵活光网络的每一条光纤链路的故障概率，其中第ek条光纤链路的故障概率为3.根据权利要求1所述的考虑联合故障概率约束的共享保护路由和频谱分配方法，其特征在于，工作路径上的故障概率计算公式以下：其中w、F(w)、ei、分别表示工作路径w、工作路径w的故障概率、ei∈w表示在工作路径上的一条光纤链路、光纤链路的故障概率；在计算工作路径中，频谱隙没有被其它业务请求所共享；在共享保护路径上的故障概率为：其中，F(b)和b分别表示共享保护路径的故障概率和业务请求所选择的共享保护路径；在计算共享保护路径中，已经预留的频谱隙能够被不同的业务请求所共享，在共享保护路径上的某一条链路ej上，为每一个频谱隙设定最大的业务请求共享个数，这个业务请求共享个数称为最大频谱共享度，用符号表示；由于当频谱灵活光网络发生故障时，某一个共享的频谱隙上所有业务请求都有可能受到损失，并且只有其中一个业务请求能够被恢复，所以成功恢复的概率为在共享保护路径上，某一条链路ej上的业务请求可生存的概率为其中为共享保护路径的链路ej的故障概率。4.根据权利要求1所述的考虑联合故障概率约束的共享保护路由和频谱分配方法，其特征在于，多目标优化函数具体描述为：在频谱灵活光网络中G(V,E,F)，给定一组业务请求TD，并预先配置频谱灵活光网络的每一节点对之间的|κ|组备选工作路径和共享保护路径，用wbs，d表示，其中第k组工作路径和共享保护路径为设置优化目标参数α和设置每一个频谱隙的最大共享度多目标优化函数使给定一组业务请求TD在频谱灵活光网络G(V,E,F)的所有光纤链路E中占用频谱隙F的数目和选择工作路径和共享保护路径的联合故障概率最小化，用以下式子表示：其中，用(s,d)表示业务请求TD(s,d,FSs,d,MTFPs,d)；参数α∈(0，1)表示调节主要优化目标和次要优化目标的权重；和表示二进制变量；ws，d表示从源节点s到目的节点d的所有工作路径集合，即表示从源节点s到目的节点d的第k组路径对中的工作路径；ei表示在工作路径中的第i条光纤链路；ej表示在频谱灵活光网络中的第j条光纤链路；f∈F表示编号为f的频谱隙；k∈κ表示任一节点对的第k组路径对，即第k组工作路径和共享保护路径；表示从源节点s到目的节点d的第k组路径对的联合故障概率。5.根据权利要求4所述的考虑联合故障概率约束的共享保护路由和频谱分配方法，其特征在于，以工作路径的频谱资源和共享保护路径的频谱资源占用数目最小化为主要优化目标，以在工作路径和共享保护路径上的联合故障概率最小化为次要优化目标。6.根据权利要求1所述的考虑联合故障概率约束的共享保护路由和频谱分配方法，其特征在于，所述的多目标优化函数的约束条件具体包括：(1)业务请求的带宽流量守恒约束条件：每一个从源节点s到目的节点d的业务请求TD(s,d,FSs,d,MTFPs,d)在工作路径上的任意一条光纤链路ei流过的带宽流量等于业务请求的带宽需求，用公式表示为：业务请求TD(s,d,FSs,d,MTFPs,d)在共享保护路径上的任意光纤链路ej流过的带宽流量也等于这个业务请求的带宽需求，用公式表示为：其中，是已知二进制常量，它表示从源节点s到目的节点d的业务请求TD(s,d,FSs,d,MTFPs,d)，若经过工作路径上的光纤链路ei，否则是已知二进制常量，它表示从源节点s到目的节点d的业务请求TD(s,d,FSs,d,MTFPs,d)，若经过共享保护路径上的光纤链路ej，否则FSs,d表示业务请求TD(s,d,FSs,d,MTFPs,d)的带宽需求；(2)频谱一致性约束条件：对于每一个业务请求TD(s,d,FSs,d,MTFPs,d)，在工作路径的任意两条不同光纤链路ei和en上所预留的频谱隙编号f必须一致相同，用公式表示为：在共享保护路径的任意两条不同光纤链路ej和em上所预留的频谱隙编号f也保证一致相同，用公式表示为：(3)频谱连续性约束条件：在工作路径和共享保护路径上，每一个业务请求TD(s,d,FSs,d,MTFPs,d)选择的频谱隙必须满足频谱连续性约束条件，在工作路径上，当二进制变量和时，编号大于或等于f+2的频谱隙没有被任何其它业务请求占用，用公式表示为：当二进制变量编号小于f的频谱隙已被业务请求TD(s,d,FSs,...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伯文，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32