一种基于分布式多层多域光网络的域间路由方法技术

本发明专利技术提出了一种基于分布式多层多域光网络的域间路由方法，其应用范围为多层多域光网络以及自动交换光网络（ＡＳＯＮ，ａｕｔｏｍａｔｉｃ？ｓｗｉｔｃｈ？ｏｐｔｉｃａｌ？ｎｅｔｗｏｒｋ）。此方法的主要特征是，在全网拓扑抽象（ｆｕｌｌ－ｍｅｓｈ？ｔｏｐｏｌｏｇｙ？ａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎ）基础上改进解决了虚拟链路的代价和可用波长数问题以及在域间路由算法中将路径最大可用波长数与Ｋ最短路径算法相结合，降低了域间由于缺少可用波长而导致的阻塞的概率，从而降低了全网的业务阻塞率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多层多域光网络的路由选择和波长分配领域，尤其适用于网络规模中等且网络边界节点没有波长变换器的多层多域光网络。
技术介绍
多层多域光网络的路由技术分为域内路由和域间路由，域内路由是为源节点和目 的节点都在同一个域内的业务分配路径，域间路由是为跨越多个域的业务分配路径。光网 络的路由优化一直着眼于降低业务阻塞率。在光网络中，通过路由算法为业务计算一条路 径之后要为业务分配一条相同的波长，这就是所谓的波长连续性限制。如果计算出来的路 径中没有可用的相同波长，则业务就会阻塞。因此在研究路由算法时也会考虑到波长。 研究域间路由技术首先要研究拓扑抽象机制，然后再研究路由算法。传统的拓 扑抽象机制有三种单节点抽象(simple node abstraction,如图2所示)、全网抽象 (full—mesh abstraction,如图3所示)、星型抽象(star abstraction,如图4所示)。单 节点抽象是将一个域拓扑抽象成一个节点，保留域间链路。这种方法最简单，算法复杂度 低，但将一个域抽象成一个节点后为路由算法提供的信息很少，故业务阻塞率比较高。全网 抽象保留域内的所有边界节点以及边界节点之间的链路，如果两边界节点在实际拓扑中有 直接相连的链路，即经过一跳连接的链路，则在拓扑抽象图中保留此链路；如果两边界节点 在实际拓扑抽象图中没有直接相连的链路，则在拓扑抽象图中建立一条虚拟链路。与单节 点抽象机制相比，全网抽象机制可以在拓扑抽象图中提供更多域内信息，更好的为路由算 法服务，从而降低业务阻塞率，但同时也增加了算法的复杂度。星型抽象机制也是保留所有 的边界节点，但与全网抽象不同的是，它并没有保留边界节点之间的链路，而是增加一个虚 拟节点，并为每个边界节点到虚拟节点之间建立一条虚拟链路。在现有的研究中多采用全 网抽象机制或在全网拓扑抽象基础上改进，本文也是在全网拓扑抽象基础上改进。 对于路由算法，域内路由算法的研究已经很成熟，域间路由算法也有不少人研究， 但与域内路由算法相比较，域间路由算法还有待进一步研究。前人采用的域间路由算法 大都是基于最短路径算法或K最短路径算法。Q. liu在光DW匿网络的分层域间路由这篇 文章中采用全网拓扑抽象机制并利用K最短路径算法在拓扑抽象图中为业务计算路径。 T. Saad，以及H. Mouftah在光WDM网络的域间波长路由这篇文章中提出了一种最短路径优 先(MSPF， Multi-domain Shortest Path First)的路由算法，它是基于最短路径算法的。 由此可以看出，前人研究的域间路由算法都是基于最短路径的，而跨越多个域的业务经常 由于没有可用的波长而阻塞，因此要降低域间阻塞率就要在路由算法中引入可用波长数或 波长使用率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种为在多层多域光网络内进行域间通信时的业务计算路 径的域间路由方法。在光网络中，业务经常由于波长连续性限制而受到阻塞，域间通信更是如此。域间通信经常由于缺少可用的相同波长而导致业务阻塞。为解决这个问题，降低 域间阻塞率，本专利技术提出一种新型的多层多域光网络域间路由算法，此路由算法是基于改进的全网拓扑抽象基础上的。此算法是在拓扑抽象图中为业务计算一条优化的路径，将K 最短路径算法与路径最大可用波长数相结合，在进行路径计算时考虑路径最大的可用波长 数，具体步骤如下 (1)、用全网拓扑抽象机制对全网拓扑图进行拓扑抽象，即只保留每个域的所有边 界节点，故拓扑抽象图由所有边界节点以及边界节点之间的链路组成。如果第i个域的任 意两个边界节点V'和 < 在实际网络拓扑图中有直接链路，则在拓扑抽象图中此链路保持 不变；如果两个边界节点在实际网络拓扑图中没有直接链路，则在拓扑抽象图中建立一条 虚拟链路来连接此两节点。 (2)、在全网拓扑抽象基础上改进以解决虚拟链路的代价和可用波长数问题。在 拓扑抽象图中，对连接任意两边界节点V'和Vik的链路，我们假定m(l)为链路的代价以及 为链路可用波长数，也就是空闲波长数。如果两个边界节点在实际网络拓扑图中有直 接链路，则我们定义此链路的代价为l，即m(l)的值为l，w(l)的值与实际拓扑图中此链路 的可用波长数一致，即保持不变。对于连接ViJ'和Vik的虚拟链路，我们定义m(l)和w(l)的值由V'和Vik在实际拓扑图中的具有可用波长数的最短路径决定，即在有可用波长数的所有路径中选择代价最小的路径，如果有相同的最小代价的路径，则选择可用波长数多的路 径。m(l)的值就等于选择的路径的跳数，w(l)的值就等于选择的路径中的可用波长数。 (3)、对于拓扑抽象图，p是从源节点到目的节点的一条路径，P是从源节点到目的 节点所有路径的集合，利用K最短路径算法计算出K条代价小的路径。 (4)、计算K条路径的固定代价L， L=E ^pm(l)，即L的值为此路径中所有链路 的m(l)的值之和。 (5)、计算K条路径的最大可用波长数。由于波长连续性限制，为业务分配波长时， 一条路径的所有链路必须有相同的波长，故每条路径的最大可用波长数即可用波长数的最 大值M为min^p[w(1)]。 (6)、计算K条路径对应的C(p)值。C(p)- /mm^LM^j ，其中oo min,ep|X/)] = 0minlep[W(l)]为路径P的最大可用波长数，N为每条路径的初始波长数。a是一常数，可 以在仿真时按照网络情况设定一特定值。在仿真时可以比较不同a值所对应的业务阻塞 率，最终选择一合适的a值。 (7)、选择对应的C(p)的值最小的路径，如果此路径分配不成功，继续在剩余可达 路径中搜索对应的C(p)的值最小的路径。重复以上过程直至找到一条可用路径。 上述方法有以下特点 1)、在第二步中，采用了改进的全网拓扑抽象机制，解决了拓扑抽象后虚拟链路的 代价和可用波长数问题，为路由算法做准备。 2)、在第七步的路由算法中引入了路径最大可用波长数，将路径最大可用波长数 与K最短路径算法相结合，在计算路径时考虑到路径的可用波长，尽量选择有可用波长的 路径。 3)、在第七步的路由算法中引入了 a这个因子，我们可以根据网络状态的不同设 置不同的a值，并通过仿真选择合适的a使阻塞率达到较低的水平。附图说明 图l为多层多域光网络的模型。其中第0层为物理拓扑层，第l层为路由层。CDl、 CD2、 CD3代表3个控制域，Sl、 S2、 S3分别是CD1、 CD2、 CD3中的speaker节点，负责收集各 自域内的拓扑抽象信息并将这些拓扑抽象信息上传到上一层，以及接收上一层下传的其它 域的拓扑抽象信息。Nl、 N2、 N3分别与Sl、 S2、 S3相对应。SI收集CDl的拓扑抽象信息并 上传到第1层的Nl， S2收集CD2的拓扑抽象信息并上传到第1层的N2， S3收集CD3的拓扑 抽象信息并上传到第1层的N3。 图2为一个单域物理拓扑图。图中域内共有8个节点，其中节点1、3、7、8为边界 节点，节点2、4、5、6为域内节点。 图3为图2经全网拓扑抽象后的图。全网拓扑抽象图保留了物理拓扑图中的所有 边界节点。节点3与节点8、节点7与节点8在物理拓扑中有直接链路，故在全网抽象图中 保留了这条链本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分布式多层多域光网络的域间路由方法，其特征在于：在全网拓扑抽象机制基础上加以改进解决了拓扑抽象后虚拟链路的代价和可用波长数问题，并在域间路由算法中将路径最大可用波长数与Ｋ最短路径算法相结合，具体步骤如下：　　　　步骤一、用全网拓扑抽象机制对物理拓扑图进行拓扑抽象，得到拓扑抽象图，拓扑抽象图由所有边界节点以及边界节点之间的链路组成；如果第ｉ个域的任意两个边界节点ｖ↓［ｉ］↑［ｊ］和ｖ↓［ｉ］↑［ｋ］在实际网络拓扑图中有直接链路，则在拓扑抽象图中此链路保持不变，如果此两边界节点在实际网络拓扑图中没有直接链路，则在拓扑抽象图中建立一条虚拟链路来连接此两节点；　　　　步骤二、在全网拓扑抽象基础上改进以解决虚拟链路的代价和可用波长数问题。在拓扑抽象图中，对连接任意两边界节点ｖ↓［ｉ］↑［ｊ］和ｖ↓［ｉ］↑［ｋ］的链路ｌ，ｍ（ｌ）为链路的代价以及ｗ（ｌ）为链路可用波长数；如果此两个边界节点ｖ↓［ｉ］↑［ｊ］和ｖ↓［ｉ］↑［ｋ］在实际网络拓扑图中有直接链路，则ｍ（ｌ）的值为１，ｗ（ｌ）的值与实际拓扑图中此链路的可用波长数一致；对于连接边界节点ｖ↓［ｉ］↑［ｊ］和ｖ↓［ｉ］↑［ｋ］的虚拟链路，ｍ（ｌ）和ｗ（ｌ）的值由ｖ↓［ｉ］↑［ｊ］和ｖ↓［ｉ］↑［ｋ］在实际拓扑图中的有可用波长的所有路径中代价最小的路径决定，ｍ（ｌ）的值等于所选择的路径的跳数，ｗ（ｌ）的值等于所选择的路径的可用波长数；如果有相同的最小代价的路径，则选择可用波长数多的路径；　　　　步骤三、对于拓扑抽象图，从源节点到目的节点之间的一条路径ｐ，从源节点到目的节点之间的所有路径的集合Ｐ↑［＊］，利用Ｋ最短路径算法计算出Ｋ条固定代价最小的路径，其中每条路径的固定代价为Ｌ＝∑↓［ｌ∈ｐ］ｍ（ｌ），Ｋ值在仿真时自行设定；　　　　步骤四、计算Ｋ条路径的最大可用波长数，由于波长连续性限制，为业务分配波长时，一条路径的所有链路必须有相同的波长，每条路径的最大可用波长数Ｍ为ｍｉｎ↓［ｌ∈ｐ］［ｗ（ｌ）］；步骤五、计算Ｋ条路径对应的Ｃ（ｐ）的值，分别计算Ｋ条路径的Ｃ（ｐ）值，＊＊＊，其中ｍｉｎ↓［ｌ∈ｐ］［ｗ（ｌ）］为路径ｐ的最大可用波长数，Ｎ为每条路径的初始波长数，α是一常数，在仿真时按照网络情况设定一特定值，在仿真时比较不同α值所对应的业务阻塞率，最终选择一合适的α值；　　　　　步骤六、选择对应的Ｃ（ｐ）的值最小的路径，如果此路径分配不成功，继续在剩余路径中搜索对应的Ｃ...

【技术特征摘要】
一种基于分布式多层多域光网络的域间路由方法，其特征在于在全网拓扑抽象机制基础上加以改进解决了拓扑抽象后虚拟链路的代价和可用波长数问题，并在域间路由算法中将路径最大可用波长数与K最短路径算法相结合，具体步骤如下步骤一、用全网拓扑抽象机制对物理拓扑图进行拓扑抽象，得到拓扑抽象图，拓扑抽象图由所有边界节点以及边界节点之间的链路组成；如果第i个域的任意两个边界节点vij和vik在实际网络拓扑图中有直接链路，则在拓扑抽象图中此链路保持不变，如果此两边界节点在实际网络拓扑图中没有直接链路，则在拓扑抽象图中建立一条虚拟链路来连接此两节点；步骤二、在全网拓扑抽象基础上改进以解决虚拟链路的代价和可用波长数问题。在拓扑抽象图中，对连接任意两边界节点vij和vik的链路l，m(l)为链路的代价以及w(l)为链路可用波长数；如果此两个边界节点vij和vik在实际网络拓扑图中有直接链路，则m(l)的值为1，w(l)的值与实际拓扑图中此链路的可用波长数一致；对于连接边界节点vij和vik的虚拟链路，m(l)和w(l)的值由vij和vik在实际拓扑图中的有可用波长的所有路径中代价最小的路...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建萍，朱艳平，周贤伟，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]