专利名称：一种基于群计算单元的双层最短路径实现方法
技术领域：
本发明涉及自动交换光网络(ASON， Automatically Switched Optical Networks )技术领域，具体涉及一种基于群计算单元的双层最短路径实现方法。
背景技术：
在基于ASON分级路由和路径计算单元(PCE， Path Computation Element) 的双路由计算单元系统中，ASON路由模块作为个体计算单元(UCE， Unit Computation Element)，提供拓朴发现、路由计算等功能；根据PCE技术设置 的群计算单元(GCE, Group Computation Element),提供专用于复杂受限路 由过程的群计算服务。
在多层多域光网络双路由计算单元系统中，流量工程数据库(TED ， Traffic Engineering Database )拥有不同的网络视界；路由单元选择器(RES , Routing Element Selector)负责对上述路由单元功能进行选择。群计算代理 (GCA, Group Computation Agent)对应于PCE结构中的路径计算客户。
两种路由计算单元都能够实现光网络中的选路功能，但在可大规模扩展的 多层多域多约束条件下的选路过程中，传统的控制平面路由功能显得复杂，且 不能有效地实现多层多域的流量工程，保护恢复，资源优化以及域间控制和多 约束条件选路等功能。
图2为基于GCE的分布式选路结构示意图。如图2所示，将路由控制功 能和选路功能从传统的控制平面松耦合，组成了基于GCE的分布式选路结构。 在基于GCE的分布式选路结构中，GCE与管理平面通过网络管理接口 (NMI， Network Management Interface )通信，完成性能参数信息的上报和网 管策略的下达；GCE与控制平面通过GCE协议(GCEP, GCE Protocol)或者 基于流量工程的OSPF协议(OSPF-TE)等协议通信， 一方面完成选路请求的接收和应答，另 一方面完成域内资源信息的管理；GCE与GCE之间通过GCEP 或者OSPF-TE等协议完成选路请求/应答和邻接资源的发现。
GCE采用了小范围集中、大范围分布的思想，可以有效地实现各种场景 下的路由选择功能。特别是在多层多域多约束条件下的选路问题可以在多个 GCE的协作下得到较好的解决。
当选路请求到来时，通过控制节点中的连接控制器既可以将选路请求传给 UCE完成选路，也可以传给GCE进行选路。在多层多域的环境下，尤其是在 大规模多约束条件的选路，可以交给一个或者多个GCE完成。通过UCE和 GCE互相协作，共同完成快速、准确、端到端路径的计算。
在基于GCE的分布式选路结构中，当选路请求的目的节点不在本地GCE 所负责范围内时，本地GCE需向周边GCE发出选路"^青求信息泛洪，直到请求 到达目的节点所在GCE。然后再由目的节点所在GCE向源节点计算最短路径 树。最终通过多个GCE的联合计算得到目的节点到达源节点的最短路径。
然而，在大规模光网络中，GCE的数目或者域的数目非常多，选路请求 将在GCE层面泛洪， 一方面会产生大量的选路请求泛洪信息，另一方面由于 选路请求在多个GCE之间传递和计算，从而加大路由计算的收敛时间，造成 业务质量的下降。
图3为基于GCE的后向回溯路由算法示意图，如图3所示，在基于GCE 的后向回溯算法中，有一节点A到节点V的选路请求到达GCE1， GCEl发现 目的节点不在其所负责的范围内，向它邻接的GCE2发出选路请求，GCE2发 现目的节点V也不在其所负责范围内，于是继续向其邻接的GCE3发出选路 请求，直到发现目的节点在GCE3所负责的范围内。然后，由目的节点所在 GCE发起选路，以广播的形式由沿路的GCE向源节点方向计算最短路，最终 形成一个以目的节点为根的最短路径树，从中可以找到从目的节点到源节点的 最短路径。
对于上述基于GCE的后向回溯路由算法，发起的源节点需要向其邻接的GCE泛洪选路请求，直到请求信息到达目的节点所在GCE。在这个过程中会 产生大量的路径请求泛洪信息，增加网络的负荷；同时在后向回溯算路的过程 中，选路以广播的方式存在，最后形成以目的节点为#>的树型最短路径，这个 过程存在较大的计算冗余度，选路的收敛时间较长。
尤其是，在基于GCE的后向回溯路由算法中，当GCE的数量或者域的种 类非常多时，由于选路请求将在GCE层面泛洪，会产生大量的选路请求泛洪 信息，同时由于目的节点所在GCE沿源节点方向发起的是广播式算路，这样 就导致过多的GCE参与选路过程，以致占用了大量的GCE计算资源，选路的 收敛时间也得不到保证。因此，本发明拟解决大量选路请求造成的泛洪信息过 多问题，以及多域选路的时间收敛困难和计算资源浪费问题。
发明内容
本发明提供一种基于群计算单元的双层最短路径实现方法。针对上面提到 的基于GCE后向回溯路由算法的不足，本发明提出了基于GCE路由协议扩展 的域间路由优化方案，用以避免选路请求的泛洪，大大降低信息泛洪导致的网 络负荷过载问题；同时采用双层最短路径方法能够在很大程度上节省选路资 源，减小大规模选路的收敛时间，'降低选路复杂度。
基于GCE路由协议扩展的域间路由优化方案，并基于路由协议扩展方案， 本发明提出了基于GCE扩展的双层最短路径方法，即分别在GCE层和GCE 所负责的网络节点层分别计算最短路径。
为解决上述技术问题，本发明提供方案如下
所述基于GCE路由协议扩展的域间路由优化方案，拓展GCE的流量工程 数据库和OSPF协议，在GCE本层拓朴信息的泛洪包中增加每个GCE所负责 的节点ID信息。
通过GCE泛洪，每个GCE的流量工程凄t据库中包含了 GCE的拓朴信息 和全网节点ID以及其所对应的GCE。
利用最短路径算法找到源节点所在GCE到目的节点所在GCE的最短路 径，将选路请求沿该最短路径直接传达给目的节点所在GCE。
优选地，所述方法省去了源GCE选路请求泛洪的过程；优选地，所述方法能够减少多个GCE情况下的泛洪信息包数目；
优选地，所述方法可以降低选路请求传输的时延，能够在一定程度上减小 资源冲突的发生；
优选地，所述方法在格状网络拓朴中，负荷开销可以降为原来的1/12。
基于上述路由协议扩展方案，本发明提出了基于GCE扩展的双层最短路 径方法。
所述基于GCE扩展的双层最短路方法，即分别在GCE层和GCE所负责 的网络节点层分别计算最短路径。
所述方法，其特征在于，在目的节点所在GCE算路的过程中，沿K条 GCE最短路径去计算最短路径，最终形成以目的节点为根的精简最短路径树， 从中选择目的节点到源节点的最短路径。
从以上所述可以看出，本发明提供的一种基于群计算单元的双层最短路径 实现方法，通过扩展GCE层的路由协议，在GCE的泛洪信息包中增加每个 GCE所负责的节点ID信息，增强GCE层面拓朴的通透性，降低很多信息包 并降低选路请求传输的时延，节省选路资源，减小大规模选路的收敛时间。
图l为基于适用于多层多域光网络的双路由计算单元系统示意图2为基于GCE的分布式选路结构示意图3为基于GCE的后向回溯路由算法示意图4为本发明GCE层泛洪开销对比示意图5为本发明基于GCE扩展的双层最短路径方案示意图6为本发明基于GCE的双层最短路径方法开销分析示意图。
具体实施方式
本发明针对信息泛洪导致的网络负荷过载问题，提供一种基于群计算单元 的双层最短路径实现方法，本发明采用双层最短路径方法，进而节省选路资源， 减小大规模选路的收敛时间，降低选路复杂度。
图3为基于GCE的后向回溯路由算法示意图。如图3所示，所述基于GCE 的后向回溯路由算法在GCE的结构框架下，有一节点A到节点V的选路请求 到达GCE1, GCE1发现目的节点不在其所负责的范围内，于是向它邻接的 GCE2发出选路请求，GCE2发现目的节点V也不在其所负责范围内，于是继 续向其邻接的GCE3发出选路请求，直到发现目的节点在GCE3所负责的范围 内。然后，由目的节点所在GCE发起选路，以广播的形式由沿路的GCE向源 节点方向计算最短路，最终形成一个以目的节点为才艮的最短路径树，从中可以 找到从目的节点到源节点的最短路径。
对于上述基于GCE的后向回溯路由算法，发起的源节点需要向其邻接的 GCE泛洪选路请求，直到请求信息到达目的节点所在GCE。在这个过程中会 产生大量的路径请求泛洪信息，增加网络的负荷；同时在后向回溯算路的过程 中，选路以广播的方式存在，最后形成以目的节点为#~的树型最短路径，该过 程存在较大的计算冗余度，选路收敛时间较长。
所述基于GCE的后向回溯路由算法中，因为目的节点所在GCE沿源节点 方向发起的是广播式算路，这样就导致过多的GCE参与选路过程，以致占用 了大量的GCE计算资源，选路的收敛时间得不到保，。.
为解决上述技术问题，本发明提供方案如下
基于GCE路由协议扩展的域间路由优化方案，扩展GCE的流量工程数据 库和OSPF协议，在GCE本层拓朴信息的泛洪包中增加每个GCE所负责的节 点ID信息。通过GCE泛洪，每个GCE的流量工程数据库中包含了 GCE的拓 朴信息和全网节点ID以及其所对应的GCE。
利用最短路径算法找到源节点所在GCE到目的节点所在GCE的最短路 径，将选路请求沿该最短路径直接传达给目的节点所在GCE。
图4为GCE层泛洪开销对比示意图，在格状网络拓朴中，负荷开销可以 降为原来的1/12。 ，基于上述路由协议扩展方案，本发明提出了一种基于群单元的双层最短路 径实现方法。
所述基于GCE扩展的双层最短路径方法，即分别在GCE层和GCE所负 责的网络节点层分别计算最短路径。
本实施例中，所述方法其特征在于，在源节点所在GCE发出路径请求之 前，根据GCE拓朴信息和全网ID利用前K条最短路径(KSP)算法计算从 源GCE至目的GCE的K条最短路径，然后沿第一条最短路发送选路请求至 目的GCE,并将K条GCE最短路径信息传至目的GCE。
发送选路请求至目的GCE,并将K条GCE最短路径信息传至目的GCE。
图5为基于GCE扩展的双层最短路径方案示意图。其中，图5所示的基 于GCE扩展的双层最短路径方案中，在目的节点所在GCE算路的过程中，沿 K条GCE最短路径去计算最短路径，最终形成以目的节点为根的精简最短路 径树，从中选择目的节点到源节点的最短路径。
优选地，本实施例中，所述方法能够在很大程度上节省选路资源，减小大 规模选路的收敛时间。
以下介绍本实施例中基于GCE的双层最短路方法开销分析示意图，进而 说明双层最短路径方法的优越性能。
图6为本发明基于GCE的双层最短路径方法开销分析示意图。在本实施 例中，设网络中GCE的数目为N， GCE之间的链路为L。
所述L，当1『0时，表示GCEi和GCEj之间没有直达链路；当1『1时， 表示GCEi和GCEj之间有直达链路。
假设GC&到GCEd的跳数为t， Nt表示距离GCEs节点跳数小于等于t的
所有GCE节点的数目。
基于上面假设，路径请求泛洪的信息包减少的数目可以由以下公式计算
Nx=Nt-t
即路径请求信息包将降低的百分比为
^2L.= 1丄 Nt N,上式中，t代表源GCE到目的GCE所经过的GCE数目，Nt表示距离目的 GCE跳数小于等于t的所有GCE数目。
由于目的GCE是以其为始点进行广播式算路，直至算到源节点，所以会 有很多GCE参与没有必要的计算，浪费大量的计算资源，造成较大的选路应 答时延。
优选地，本实施例中，在任意的GCE拓朴结构中，本实施例采用双层最 短路算法，GCE的计算资源将近似降低为原来的t/Nt。
优选地，本实施例中，根据本发明提出的基于GCE路由协议扩展的域间 路由优化方案，直接采用最短路径算法找到由源GCE到目的GCE的最短路径， 免去了源GCE向目的GCE泛洪路径请求的过程，大大减小了路径请求泛洪信 息包的lt目。
从以上所述可以看出，本发明提供的一种基于群计算单元的双层最短路径 实现方法，通过扩展GCE层的路由协议，在GCE的泛洪信息包中增加每个 GCE所负责的节点ID信息，增强GCE层面拓朴的通透性。从而减少很多信 息包，降低选路请求传输的时延，节省选路资源，并减小大规模选路的收敛时间。
以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些 改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于群计算单元的双层最短路径实现方法，其特征在于，提出基于群计算单元路由协议扩展的域间路由优化方案；并基于路由协议扩展方案，提出基于群计算单元扩展的双层最短路径方法，即分别在群计算单元层和群计算单元所负责的网络节点层分别计算最短路径。
2. 如权利要求1所述基于群计算单元路由协议扩展的域间路由优化方案，其特征在于，扩展群计算单元的流量工程数据库和开放最短路径优先协议，在群计算单元本层拓朴信息的泛洪包中增加每个群计算单元所负责的节点标识信息，利用最短路径算法找到源节点所在群计算单元到目的节点所在群计算单元的最短路径，将选路请求沿该最短路径直接传达给目的节点所在群计算单元。
3. 如权利要求2所述方法，其特征在于，通过群计算单元泛洪，在每个群计算单元的流量工程数据库中包含了群计算单元的拓朴信息和全网节点标识以及其所对应的群计算单元，在多个群计算单元的情况下减少多个信息包。
4. 如权利要求2所述方法，其特征在于，降低选路请求传输的时延，能够在一定程度上减小资源冲突的发生。
5. 如权利要求1所迷基于群计算单元层扩展的双层最短路方法，其特征在于，分别在群计算单元层和群计算单元所负责的网络节点层计算最短路径。
6. 如权利要求5所迷方法，其特征在于，在源节点所在群计算单元发出路径请求之前，根据群计算单元拓朴信息和全网标识利用K条最短路径算法计算从源群计算单元至目的群计算单元的K条最短路径，然后沿第一条最短路径发送选路请求至目的群计算单元，并将K条群计算单元最短路径信息传至目的群计算单元。
7. 如权利要求5所述方法，其特征在于，在目的节点所在群计算单元算路的过程中沿K条群计算单元层最短路径去计算底层最短路径，最终形成以目的节点为根的精简最短路径树，从中选择目的节点到源节点的最短路径。
8. 如权利要求5所迷方法，其特征在于，基于群单元的双层最短路径算法能够在很大程度上节省选路资源，减小大规模选路的收敛时间。
全文摘要
本发明提供了一种基于群计算单元的双层最短路径实现方法。本发明根据扩展群计算单元层的路由协议，在群计算单元层的泛洪信息包中增加每个群计算单元层所负责的节点标识信息，以增强群计算单元层层面拓扑的通透性，由源群计算单元计算到达目的群计算单元的最短路径，然后将选路请求沿最短路径直接传到目的群计算单元，避免选路请求的泛洪，大大降低信息泛洪导致的网络负荷过载问题；同时采用双层最短路径方法能够在很大程度上节省选路资源，减小大规模选路的收敛时间，降低选路复杂度。按照本发明所述方法，可以解决大量选路请求造成的泛洪信息过多问题，以及多域选路的时间收敛困难和计算资源浪费问题。
文档编号H04L12/56GK101605279SQ200910088759
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月10日 优先权日2009年7月10日
发明者杰 张, 曹徐平, 赵冬岩, 赵永利, 顾畹仪 申请人:北京邮电大学