动态交换光传输网的基于限制的最短路径优先方法

专利名称：动态交换光传输网的基于限制的最短路径优先方法
技术领域：
本发明一般涉及动态交换光传输网。确切地说，本发明涉及用于这种网络的基于限制的最短路径优先方法，但本发明并不局限于此。
背景技术：
在传输网所完成的功能中，业务量路由寻址(也就是以最有效的方式引导业务量通过传输网)和业务提供最为重要。以前这些功能是手工执行的。最近，这些功能可能利用最新技术的组合来实现，包括业务量工程(“TE”)和通用多协议标签交换(“CMPLS”)技术。TE支持网络宽度的性能优化。CMPLS支持基于互联网算法的网络业务交换。
一般说来，在接收到网络业务请求时，入口传输网单元(TNE)中的信令实体利用网络资源预定协议，例如RSVP-TE或LDP，在预定的严格明确的路由上通知创建标签交换路径(“LSP”)。为了确定每个业务量流的严格明确的路由，CMPLS传输域中每个TNE都实现了按需启动的路径选择算法。确定的严格明确的路由必须满足业务量请求，包括服务级别和相异(diversity)需求，以及路由指定，包括入口和出口TNE地址。传输网资源可用性及其拓扑信息对成功建立相应LSP极为重要，该信息在TE网络数据库(“TEND”)中通过TE互联网网关协议(“TE-IGP”)，例如OSPF-TE或ISIS-TE，维护并不断更新。因为确定严格明确的路由在路径建立期间完成，所以路径选择方法的性能对最小化建立延迟而言非常重要。
在GMPLS控制平面域中，基于限制的路由选择(“CBR”)是按需业务提供，或者“按需带宽”，以及动态业务恢复所需的主要处理之一，这两方面被认为是在光传输网(“OTN”)中采用GMPLS的两个主要原因。CBR被定义成从源点，或入口，TNE业务承载端口到目的地，或出口，网络要求的TNE业务承载端口的可行网络路径的计算机制，它包括一组业务量描述参数以及所需连接路径的一组服务限制参数。关于CBR的主要技术问题是确定一组限制参数，在路径计算，开发路径选择算法以计算OTN域中从入口TNE到出口TNE的最为有利的路径，以及在以可能的最少量时间完成路径计算，从而尽量减少连接接通时间的过程中，需要考虑这些参数。
对许多服务提供商而言，提供多层次服务以满足不同客户需求对其商业上的成功极为重要。在网络中，不论是公网还是专网，提供资源保障和服务区分的能力经常被称为“服务质量”(“QoS”)。在GMPLS域中实现某种形式的CBR来支持QoS功能在电信的研究和开发领域中都是相当突出的问题。
根据考虑中的传输网络的类型和限制，在GMPLS域中实现有限形式的CBR有多种方案；但是，没有哪种已知方案支持的灵活性层次能够满足当前和将来传输网的需要。

发明内容
因此，本发明有利地提供了实现动态交换光传输网的基于限制的最短路径优先(“CSPF”)技术的方法和设备。
一个实施方式包括一种网络中的业务量网络单元(“TNE”)，该TNE包括业务量工程网络数据库(“TEND”)，存储该网络的网络拓扑信息和网络中链路的带宽可用性信息；以及，路由寻址引擎，接收带有指定限制的通过网络的标签交换路径(“LSP”)的请求，处理TEND的网络拓扑信息以生成包含满足指定限制的链路的网络图，并计算通过网络的主路径，其中主路径包括从网络图中选出的链路。
另一实施方式包括一种计算通过网络的明确路由的方法，包括
接收网络中新的业务流的路径建立请求消息，其中路径建立请求消息包括路径上的指定限制；根据业务量工程网络数据库(“TEND”)中存储的网络信息生成网络图，该图中去除了不满足路径的指定限制的链路；以及，根据生成的网络图计算通过网络的主明确路由。
另一实施方式包括网络中的业务量网元(“TNE”)，该TNE包括存储网络的网络拓扑信息以及网络中链路的带宽可用性信息的装置；以及处理TEND的信息以生成包含满足标签交换路径(“LSP”)请求中指定的限制的链路的网络图，并计算通过网络的主明确路径的装置，其中主明确路径包括从网络图中选出的链路。


通过下面的详细描述，并结合相关的附图，将会获得对本发明的更为完整的理解，在附图中图1是按照一个实施方式的光传输网的框图；图2是图1中GMRE的一部分的框图；图3给出了按照一个实施方式的路径计算请求消息的图形表示；图4是按照一个实施方式的路径计算响应消息的图形表示；以及图5是一个实施方式的CSPF方法的操作流程图。
具体实施例方式
在附图中，相同或类似的元件在这几张图中都标以相同的标号，给出的不同元件不一定按照比例绘出。
图1是按照一个实施方式的GMPLS光传输网(“CTN”)100的框图。OTN 100包括多个传输网元(“TNE”)，或者节点，在图1中由TNE 102表示，它们通过链路互连，这些链路包括IP网络103。每个TNE 102包括一个GMPLS路由寻址引擎(“GMRE”)104，下面将结合图2详细描述。
参看图2，每个GMRE 104包括一组子系统，包括路由寻址管理器(“RM”)200，信令管理器(“SM”)202，以及实现一个实施方式的CSPF技术205的路径选择部件(“PSC”)204。SM 202负责发送信令，创建标签交换路径(“LSP”)。为了提供该功能，SM的理想方法是为入口TNE 102上每个点到点业务流分配一个新的资源预留协议业务量工程扩展(“RSVP-TE”)会话。SM 202依赖于多个RSVP扩展。预定明确路由对象(“ERO”)使得RSVP PATH消息能够请求中介TNE为它正在建立的LSP提供一个标签绑定。标签对象使得RSVP能够通过RSVP PATH消息，从上游TNE分发标签给下游TNE。
PSC 204连接到SM 202，并独立于SM 202运作。PSC 204的功能是将CSPF技术205应用到入口TNE 102上的业务量工程网络数据库(“TEND”)206上驻留的信息，从而确定每个点到点业务流的ERO。TEND 206构成了基于IP的内部网关协议(“IGP”)构件208的一部分，并且保留在构件208中。TNE 102利用IGP共享网络拓扑信息，IGP在图2所示的实施方式中是OSPF，但可以是另一种IGP，例如IS-IS。TEND 206中维护的网络拓扑信息可以用于PSC205，以支持下面描述的路径计算处理。
CSPF技术205是在计算通过OTN 100的最短路径时考虑了一组特定限制或约束的路径计算方法。在一个实施方式中，CSPF技术205能够针对SM 202发出的每个路径计算请求消息产生多达2个ERO。这主要是因为OTN 100的可用资源信息是基于分配状态；也就是说，TE链路的未预定带宽的变化与LSP到达/离开处理的时间范围相同。TNE 102中TEND 206可能不总能及时反映OTN 100中可用资源的确切状态。ERO的存在并不能确保在实际建立LSP之前，ERO可使用。
出于上述原因，SM 202为单个业务量请求两个ERO是合理的。这两个ERO称为主ERO和备份ERO。主ERO是满足所有指定限制的最为廉价(就ERO中包含的所有TE链路的链路度量之和而言)的ERO。备份ERO是满足所有指定限制的ERO中最具竞争性的路径，这些限制是主ERO的链路相异、节点相异和/或SRLG相异。
CSPF技术205也考虑负载平衡因素，如果在一对TNE 102之间存在具有相同最低成本的两个或多个TE链路，那么选择具有最大未预定带宽的TE链路。这种策略也减少了相应信令会话的故障概率。
为便于举例说明，这里假定OTN 100只包含一个自治系统，或者OSPF区域，所有连接都是双向的，尽管网络拓扑模型是定向图，因为单向连接也可以支持。
在一个实施方式中，SM 202发送给PSC 204的路径计算请求消息(CSPF_Calculate_Path_Req)只能以串行方式处理。这意味着路径计算请求的发出方必须等待PSC 204的CSPF构件204a发出的路径计算响应消息(“CSPF_Calculate_Path_Resp”)，才能处理下一请求。在从PSC 204接收到主ERO和/或备份ERO时，SM 202将首先尝试激活主ERO到一个新的RSVP会话。如果主ERO失败，该RSVP会话将使用备份ERO。
OSPF构件208的业务量工程扩展是RM 200中的网络信息收集构件。OSPF构件208构造的拓扑映射扩充了关于网络资源可用性的信息，例如链路保护方案，未预定带宽，最小LSP带宽，最大LSP带宽，链路度量，以及共享风险链路组(“SRLG”)和每条链路的交换能力信息。所有这些信息都在OSPF构件208的TEND 206中维护。
PSC 204在从SM 202接收到路径计算请求时，从CSPF_Calculate_Path_Req消息和TEND 206中收集必要信息，作为CSPF技术205的输入。该信息包括路由指定(也就是源和目的TNE地址)，服务要求(也就是服务等级和相异需求)；以及网络资源可用性信息。PSC 204根据该信息，执行CSPF技术205来完成计算，将结果ERO以CSPF_Calculate_Path_Resp消息的形式返回给SM202。
按照一个实施方式，可以对ERO计算指定以下限制(1)链路保护类型；(2)相异类型；以及(3)成本度量。支持的链路保护类型包括未保护、专用1+1、专用1∶1以及任意类型。如果一条数据承载链路上承载的业务量没有备份链路可以使用，那么该链路可以认为是“未保护的”。如果预留了一条不相交的备份数据承载链路，并专用于保护主数据承载链路，那么该数据承载链路是“专用1+1”。该备份数据承载链路不会让任何其它链路共享，业务量在两条链路上是相同的并且同时承载。如果预留了一条不相交的类型为“附加业务量”的备份数据承载链路，用于保护主链路，那么该数据承载链路是“专用1∶1”。对保护类型为“任意类型”的LSP，该LSP可以在任何可用链路上进行路由寻址。
支持的相异类型包括共享风险链路组(“SRLG”)、节点和链路。如果一组数据承载链路共享某个资源，该资源故障将会影响组中的所有链路，那么这组数据承载链路被认为构成了一个SRLG。SRLG可以由它的标识符来识别，该标识符是全局唯一的。一条数据承载链路可以属于多个SRLG。给定数据承载链路的SRLG集是该数据承载链路所属的SRLG所对应的SRLG标识符的联合。
如果两个LSP没有共同的中介节点，那么这两LSP被认为是节点相异。如果属于同一条TE链路的不同LSP没有数据承载链路对，那么这两个LSP被认为是链路相异。例如，假定ERO1和ERO2是主ERO，分别对应于LSP1和LSP2，那么说LSP1与LSP2链路相异就是说ERO1和ERO2没有公共的TE链路；也就是说，属于ERO1的所有TE链路集和属于ERO2的所有TE链路集不相交。
在成本度量上，CSPF技术205选择能够满足指定限制(也就是保护和相异需求)的主ERO和/或备份ERO，但同时试图尽量减小ERO跳跃(hop)的总成本。ERO的跳跃成本由选定的TE链路的链路度量来衡量。
CSPF技术205所计算得到的ERO由一个TE链路序列构成，该序列代表了ERO跳跃的有序系列。对每个跳跃而言，CSPF技术205指定了一对(节点标识，接口标识)，之后是跳跃的SRLG信息。“节点标识”是本地TNE的地址，“接口标识”是对应的TE链路的输出接口标识。跳跃的SRLG信息由相应TE链路的SRLG集提供。
前面提过，SM 202发送CSPF_Calculate_Path_Req消息给PSC204，请求计算业务量请求的一个或两个严格ERO。CSPF_Calculate_Path_Req消息在图3中以图形方式示出，由标号300标记。如图3所示，消息300包含一个transactionID域302，其内容指示了该请求的事务处理标识符；requestType域304，其内容指示了针对该请求需要计算的ERO数量；srcNode域306，其内容指示了源TNE的IP地址；dstNode域308，其内容指示了目的TNE的IP地址；protectionType域310，其内容指示了结果ERO的请求的保护类型；nodeSet域312，其内容指示了与结果ERO相异的TNE清单；linkSet域314，其内容指示了与结果ERO相异的TE链路清单；以及srlgSet域316，其内容指示了与结果ERO相异的SRLG标识清单。
前面提过，PSC 204发送CSPF_Calculate_Path_Resp消息给SM202，请求计算业务量请求的一个或两个严格ERO。CSPF_Calculate_Path_Resp消息在图4中以图形方式示出，由标号400标记。如图4所示，消息400包含一个transactionID域402，其内容指示了该请求的事务处理标识符；pStatus域404，其内容指示了主ERO的计算状态；primaryEro域406，其内容提供了主ERO的完整信息；bStatus域408，其内容指示了备份ERO(如果必要)的计算状态；以及backupEro域410，其内容指示了备份ERO(如果必要)的完整信息为了便于举例说明，下面结合一个OTN来描述本发明的一个实施方式，该OTN包括30个节点，在图1中由6个节点102表示；但是，应当认识到，实现了这里所描述的本发明的OTN的大小，在提供的节点和互连链路方面可以更大或者更小。
为了说明这里描述的实施方式的性能，对OTN 100进行了若干假定。首先，在OTN 100中所有的数据承载链路或光纤在每个业务信道上的带宽相同。其次，一对TNE节点102之间的数据承载链路被组合到TE链路106中。每个TE链路106的TE-IGP填充传输网络资源可用性信息。同一条TE链路106中所有的数据承载链路具有相同的保护类型。此外，同一条TE链路106中所有的数据承载链路属于同一组风险共享链路组(“SRLG”)。最后，作为增加性能的一种优化，在优化的数据表结构中维护网络拓扑信息。
在图5中示出，CSPF方法的一个实施方式包括四个功能性步骤，包括构造网络图(步骤500)，利用网络图计算主ERO(步骤502)，精简网络图(步骤504)，以及根据精简的网络图计算备份ERO(步骤506)。下面详细描述各个步骤500-506。
具体来说，在步骤500中，网络拓扑和资源可用性信息从TEND206中读出，通过去除这样的TE链路，该链路的保护类型与CSPF_Calculate_Path_Req消息300的域310中指示的不同，并且与CSPF_Calculate_Path_Req消息的域316中指示的SRLG组不相异，生成网络图。将一对TNE之间的TE链路以增加链路度量的递增顺序插入到网络图中。具有同一链路度量的TE链路以未预定带宽度量的递减顺序插入。在步骤502中，通过对步骤500中得到的网络图应用SPF算法，例如Diikstra的SPF，得到主ERO。在步骤504中，如果请求了备份ERO，这由CSPF_Calculate_Path_Req消息300的域302的内容指示，精简步骤500中得到的网络图，以满足与主ERO的相异需求，这由CSPF_Calculate_Path_Req消息的域316的内容指示。特别是从网络图中精简掉与主ERO不相异的网络图中所有的TE链路，从而生成精简的网络图。
在步骤506中，对步骤504中确定的精简网络图应用SPF算法，例如Diikstra的SPF算法，确定备份ERO。步骤506的结果是备份ERO。应当认识到，如果只需要一个ERO(也就是主ERO)，则不需要执行步骤504和506。
如图5所示，在计算主ERO，以及如果必要，备份ERO之后，将标识ERO的信息通过CSPF_Calculate_Path_Resp消息400转发回SM 202，该消息在前面结合图4描述过。
前面提到，CSPF方法被设计成能够针对每个业务量请求计算主ERO和一个可选的备份ERO。通过模拟，发现与构造网络图和计算主ERO的时间相比，计算备份ERO所需的时间相当小。确切地说，计算两个ERO的超过总时间的80％用于构造网络图。但是，利用主ERO和备份ERO，建立LSP的失败概率会大幅度降低。换句话说，利用主ERO和备份ERO，成功建立通过OTN的连接的概率大幅度提高。
例如，假定在主ERO和备份ERO上利用RSVP-TE或LDP预定LSP的失败事件是独立的，因为这些ERO彼此是SLRG相异的。如果利用主ERO进行的LSP预定的失败率平均为0.2，那么利用主ERO和备份ERO进行的LSP预定的失败概率为0.04。针对光纤故障(例如光纤中断)之后的恢复服务的模拟显示，因为竞争的网络请求，第一尝试路径建立失败的概率增加。在考虑遇忙返回(crankback)时(也就是利用第二ERO进行第二尝试时)，恢复成功率增加。
计算主ERO和备份ERO的另一好处是，在传送重要数据时，备份ERO可以用于保护主ERO。值得一提的是，CSPF方法考虑了负载平衡问题，从而改进了利用主ERO或备份ERO成功建立LSP的可能性。
基于上述详细描述，很显然，本发明有利地提供了计算OTN中一对节点之间的最短路径的一种基于限制的方法。
相信通过前面的详细描述，本发明的操作和构造已经很清楚。虽然将示出并描述的本发明的示例性实施方式定义为优选，但应当理解，在不偏离后附权利要求书所提出的本发明范围的前提下，可以进行多种变化和改进。
权利要求
1.一种网络中的业务量网络单元(“TNE”)，该TNE包括业务量工程网络数据库(“TEND”)，存储该网络的网络拓扑信息和网络中链路的带宽可用性信息；以及路由寻址引擎，接收带有指定限制的通过网络的标签交换路径(“LSP”)的请求，处理TEND的网络拓扑信息以生成包含满足指定限制的链路的网络图，并计算通过网络的主路径，其中主路径包括从网络图中选出的链路。
2.根据权利要求1的TNE，其中路由寻址引擎精简网络图，从中去除包含主路径的链路。
3.根据权利要求2的TNE，其中路由寻址引擎计算通过网络的备份路径，其中备份路径包括从精简的网络图中选出的链路。
4.根据权利要求3的TNE，其中路由寻址引擎对精简的网络图应用最短路径优选(“SPF”)算法，计算备份路径。
5.一种计算通过网络的明确路由的方法，包括接收网络中新的业务流的路径建立请求消息，其中路径建立请求消息包括路径上的指定限制；根据业务量工程网络数据库(“TEND”)中存储的网络信息生成网络图，该图中去除了不满足路径的指定限制的链路；以及根据生成的网络图计算通过网络的主明确路由。
6.根据权利要求5的方法，其中在两条或多条链路成本相同时，选择具有最多数据承载信道的链路，包含在主明确路由中。
7.根据权利要求5的方法，还包括从网络图中去除位于主明确路由上的链路，重新生成网络图；以及根据重新生成的网络图，计算备份明确路由。
8.根据权利要求5的方法，还包括从网络图中去除连接到主明确路由链路上的节点的所有链路，重新生成网络图；以及根据重新生成的网络图，计算备份明确路由。
9.根据权利要求5的方法，还包括从网络图中去除与主明确路由上的链路位于同一风险共享组的链路，重新生成网络图；以及根据重新生成的网络图，计算备份明确路由。
10.根据权利要求5的方法，其中利用最小成本分析，完成对主明确路由的计算和备份明确路由的计算。
全文摘要
本发明公开了一种实现动态交换光传输网的基于限制的最短路径优先(“CSPF”)技术的方法和设备。一个实施方式包括网络中的业务量网络单元(“TNE”)，该TNE包括业务量工程网络数据库(“TEND”)，存储该网络的网络拓扑信息和网络中链路的带宽可用性信息；以及，路由寻址引擎，接收带有指定限制的通过网络的标签交换路径(“LSP”)的请求，处理TEND的网络拓扑信息以生成包含满足指定限制的链路的网络图，并计算通过网络的主路径，其中主路径包括从网络图中选出的链路。
文档编号H04L12/56GK1529518SQ0315612
公开日2004年9月15日 申请日期2003年8月29日 优先权日2002年8月30日
发明者吴福明, 弗雷德里克·H·斯库格, 里克 H 斯库格 申请人:阿尔卡特公司