专利名称：基于带宽压缩的全光网业务恢复方法
技术领域：
本发明涉及计算机网络技术领域，具体涉及一种基于带宽压缩的全光网业务恢复方法。
背景技术：
随着现代电信、计算机和因特网技术的飞速发展，数据、语音、视频等业务传输都在不断增长，并呈现出融合趋势，为满足快速增长的业务需求，要求充分利用有限的网络资源。支持灵活谱利用的全光网络采用光正交频分复用技术，可以很好的提高网络资源利用率。随着光网络中传输负载的急剧增加，提高光网络的生存性和资源的有效利用已经成为了网络服务提供商面临的重要问题。网络在处于重负荷的情况下，一旦出现故障，受损的业务将会由于网络中没有足够的资源而无法进行恢复，网络的生存性受到极大的影响。传统的波分复用网络采用在每个波长上分配大小固定的频率，即以波长为粒度进行传输，波长与波长之间由保护带宽分隔，以确保接收时信号的质量。但由于固定大小的频率分配，会产生粒度变粗和灵活性降低的负面影响。当传输需求小于一段波长的容量时，仍会通过分配全部波长来满足该需求，从而造成频谱资源的浪费。支持灵活谱利用的全光网络能有效避免这种情况的发生。它的突出特点是使用光正交频分复用的信号调制技术，将数据分布到若干子载波上进行传输。支持灵活谱利用的全光网络给业务分配连续子载波， 此处子载波相对于传统波分复用网络，波长粒度更小，能更好地匹配大小不同的业务传输， 提高频谱利用率，降低阻塞率。在网络出现故障后对受损业务进行恢复的常见做法是避开故障发生位置，对业务进行重新选路和分配资源，一旦网络中资源不足，受损业务将无法得到及时恢复。针对资源不足的情况，当前的解决方法是，在频谱灵活光网络中采取对数据包进行等级划分，将等级降低的数据包丢弃从而达到压缩业务带宽的效果，进而在原先无法对受损业务进行恢复的情形下完成恢复。对数据包进行等级划分的方式里，需要增加数据包等级标记模块和过滤模块，在图1中(a)表示了在正常的工作模式中，过滤模块不对数据包进行过滤操作。图1中(b) 表示在压缩恢复工作模式下，过滤模块将低等级数据包进行过滤丢弃，从而降低了光层的业务带宽需求。通过对数据包标记等级的方式不仅需要增加等级标记和过滤模块，而且丢弃数据包的操作会造成大量数据的缺失。该方式仅适用于基于数据包的连接交换，适用范围非常受到局限。现有的恢复方案中，都没有考虑通道间保护带宽对资源的影响。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明所要解决的技术问题是如何降低网络在进行故障业务恢复时所需的带宽需求。(二)技术方案为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于带宽压缩的全光网业务恢复方法， 包括步骤Si、降低进行故障业务恢复时所需的带宽1)、首先通过特定的恢复路由策略压缩通道之间的保护带宽，得到恢复路由；2)、若所述恢复路由上没有足够的网络资源对故障业务进行正常恢复，则利用全光网络的调制阶数可控的特点压缩故障业务本身所需要的带宽；S2、在所述恢复路由中为故障业务分配所需的频谱资源，从而恢复所述故障业务的传输。优选地，通过特定的恢复路由策略压缩通道之间的保护带宽的步骤具体为S11、根据故障业务的源宿节点、带宽需求和网络状态计算K条备选恢复路径；S12、从K条备选恢复路径中选取具有相同最短跳数的N条路由，N > 1，如果存在这样的N条路由则进入步骤S13，如果仅存在一条具有最短跳数的路由，则选取具有最短跳数的这条路由为恢复路由，并直接进入步骤S2 ；S13、分别修改所述N条路由的链路权重；S14、分别计算修改链路权重之后的所述N条路由的总权重，选取总权重最大的路由作为所述故障业务的恢复路由；S15、将所述恢复路由上的被共享链路上通道间的保护带宽去除。优选地，步骤S13具体为对于所述N条路由中的每一条路由，将其中被与所述故障业务同宿的其它业务所共享的链路的权重修改为1，其余链路的权重修改为0。优选地，利用全光网络的调制阶数可控的特点压缩故障业务本身所需要的带宽的步骤具体为根据用户所能接受的最低信号传输质量最大限度地提高调制阶数，从而压缩所述故障业务本身所需要的带宽。优选地，利用全光网络的调制阶数可控的特点压缩故障业务本身所需要的带宽的步骤中，若有多个故障业务需要恢复，则先对低等级业务进行带宽压缩，然后再对高等级业务进行带宽压缩，相对于低等级业务而言，用户对高等级业务所要求的最低信号传输质量更高。(三)有益效果本发明从两个方面降低网络在进行恢复时所需的新的带宽需求一，通过特定的恢复路由策略压缩通道之间的保护带宽；二，利用频谱灵活全光网络的调制阶数可控的特点压缩业务本身所需要的带宽。使用恢复路由策略可压缩通道间的保护带宽，提高资源的利用率及提高保护恢复成功率，增强网络生存性。在业务恢复中使用提高调制阶数的方式， 能保证在一定的信号质量前提下，尽可能压缩业务本身所需带宽，有效提高业务恢复成功率。
图1为现有带宽压缩方案示意图；图2为本发明实施例的方法流程图3为恢复路由策略示例图；图4为选用不同恢复路径时频谱资源占用情况；图5为提高调制阶数的示例图；图6为使用本发明实施例的方法实例图。
具体实施例方式下面对于本发明所提出的一种基于带宽压缩的全光网业务恢复方法，结合附图和实施例详细说明。本发明在频谱灵活光网络中提出一种新的恢复方法，尽可能降低因故障发生而在网络出现的带宽的新需求，对受损业务进行恢复，提高网络的生存性。发生故障业务(或受损业务)时，网络资源的不足体现在两个方面一，故障业务本身所需带宽超过网络剩余资源；二，频谱灵活光网络中，由于光滤波器的特性，不同通道之间需要一定的保护带宽以便在节点处不影响信号质量的前提下进行有效的滤波，而保护带宽占据了一定量的网络资源，将导致网络繁忙时故障业务无法顺利恢复。本发明中，从两个方面降低网络在进行恢复时所需的新的带宽需求。一，利用频谱灵活光网络的调制阶数可控的特点压缩业务本身所需要的带宽。二，通过特定的恢复路由策略压缩通道之间的保护带宽。业务恢复首先要降低带宽新需要，而降低带宽新需要分为两个方面如图2所示， 上半部分(实线)为压缩通道保护带宽的恢复路由策略，下半部分(虚线)为基于调制阶数可控压缩业务带宽。在得到恢复路由之后，再在恢复路由中为故障业务分配所需的频谱资源，从而恢复所述故障业务的传输。1、压缩通道保护带宽的恢复路由策略频谱灵活光网络中，由于光滤波器的特性，不同通道之间需要一定的保护带宽以便在不影响信号质量的前提下在节点处进行有效的滤波。保护带宽占据了一定量的网络资源，将导致网络繁忙时受损业务无法顺利进行恢复。对于同样目的节点的两个通道，在共用链路上通道间的保护带宽可以省去，在流量到达目的节点时通过解调处理即可以将通道分离，从而节省网络的带宽占用情况。本发明提出一种减小保护带宽的恢复路由策略，从而更好地利用频谱资源。在故障业务需要进行恢复路由选路，存在多条同样跳数的可选路由时，优先选择的路由是，该故障业务和与其同宿的其他业务共享链路最多的路由，即，在中间链路上尽可能地压缩保护带宽，从而达到节省带宽占用的目的。下面对该路由策略的效果做简要说明。如图3(a)所示，实际物理拓扑上存在业务 AD，BD，AC。三个业务所在链路上的频谱占用情况如图3(b)所示。当AD链路出现故障，业务AD需要进行恢复，明显地，存在两条同样跳数的可选恢复路径A-B-D和A-C-D。图(4)分别表示选用不同恢复路径的资源占用情况(选用A-B-D 时如图4中(a)所示，选用A-C-D时如图4中(b)所示)。当使用恢复路径A-B-D时，业务 AD和业务BD在链路BD上可以去除两者间的保护带宽。可以看到，使用该路由策略能在业务进行恢复时有效地提高资源的利用情况。基于上述恢复路由策略，本发明的恢复路由步骤为
S11、根据故障业务的源宿节点、带宽需求和网络状态计算K条备选恢复路径；S12、从K条备选恢复路径中选取具有相同最短跳数的N条路由，N > 1，如果存在这样的N条路由则进入步骤S13，如果仅存在一条具有最短跳数的路由，则选取具有最短跳数的这条路由为恢复路由，并直接进入步骤S2 ；S13、分别修改所述N条路由的链路权重对于所述N条路由中的每一条路由，将其中被与所述故障业务同宿的其它业务所共享的链路的权重修改为1，其余链路的权重修改为0;S14、分别计算修改链路权重之后的所述N条路由的总权重，选取总权重最大的路由作为所述故障业务的恢复路由；S15、将所述恢复路由上的被共享链路上通道间的保护带宽去除。2、基于调制阶数可控压缩业务带宽若所述恢复路由上没有足够的网络资源对故障业务进行正常恢复，则利用全光网络的调制阶数可控的特点压缩故障业务本身所需要的带宽。也只有在第一次的频谱资源分配不成功时(即按照业务原本需要的带宽分配失败时)，才进行业务带宽压缩，及后续第二次的分配频谱资源操作，如图2所示。频谱灵活利用的最重要的特征是根据用户需求和实际业务量大小更为有效地给端到端的光路径分配必须的频谱资源。基于用户提交的业务请求，分配业务所需的带宽和配置其调制方式。本发明提出，在网络出现故障，受损业务需要进行保护恢复但网络中没有足够频谱资源时，基于传输的调制格式可变，利用提高业务调制阶数的方法，在保证一定的信号质量前提下，减少业务所需要的带宽，达到减少光正交频分复用的子载波数目，降低通道大小从而提高恢复成功率的目的。该方法不仅适用于基于数据包的连接交换方式，同样适用于基于电路交换、报文交换等的各种连接方式。在此，定义调制阶数为传输过程中每个符号所承载的比特数。下表1是将常见的根据调制阶数对调制格式进行分类的示例。根据数字通信传输系统中的频带利用率的定义，频带利用率是描述数据传输速率和带宽之间关系的一个指标，表征单位时间内所能传输的信息速率。调制阶数越高则每个符号能够承载的比特数越多，则传输的频带利用率就越高。表 1
调制阶数_调制格式_
1OOK 2FSK
24-ASK 4-F SK QPSK DQPSK
38-QAM
_4_16-QAM_该方法通过牺牲一定的传输信号质量，有效提高受损业务的恢复成功率，信号质量的降低可以通过差错控制编码等方式进行一定程度的弥补。图5是提高调制阶数的示例，工作路径中业务使用QPSK调制方式，每个符号承载2bit，共使用4个子载波(如图5中(a)所示)。网络资源不足需要进行业务恢复时，备用路径中业务使用16QAM调制方式，每个符号承载4bits，共使用两个子载波(如图5中(b) 所示)。可见，这种方法减少了业务进行恢复时所需要的频谱资源。由于调制阶数越高，信号传输质量越差，在实际传输时，必须对调制阶数进行一定控制，不能无限制的调高。为了在实际网络实现该方案，本发明提出了两个新的控制信息参数1、最高调制阶数表示在资源不足情况下，业务进行恢复时所能接受的最高调制阶数。越高的调制阶数在实际传输时信号的质量越差，因此不能无限制地提高调制阶数。该参数表示业务在进行带宽压缩处理时所能被用户接受的最高调制阶数。2、业务优先级在需要对同一链路上的某些业务进行带宽压缩时，高等级业务优先获得较高的传输质量，即优先对低等级业务进行带宽压缩。基于上述两个参数，可以通过网络管理系统或者是统一控制平面实现在业务恢复时带宽压缩操作的控制。该方案在对业务进行恢复时减少了恢复路径所需要的带宽，更为有效地利用了频谱资源。在网络遇到大型故障有大量业务需要进行恢复的时候，该方案能对网络生存性有很大的提高。图6是该方案的一个例子。在网络中有三个光路业务AD、AC、BD。业务AC的带宽需求是20个子载波，使用的调制方式为QPSK。在光纤AD、BD上由于存在已有业务，剩余可用资源均为10个子载波。假设在A和C节点间的光纤出现故障，A和C间的业务受到影响需要进行恢复，业务将倒换到恢复路径A-D-C。如果使用常规的恢复方式，网络中不存在拥有足够带宽的路径供故障业务进行恢复。通过改变调制方式，调整AC业务以16-QAM调制方式，所需带宽压缩至10个子载波，可以通过备用路径A-D-C进行保护恢复。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种基于带宽压缩的全光网业务恢复方法，其特征在于，包括步骤51、从两个方面降低进行故障业务恢复时所需的带宽1)、首先通过特定的恢复路由策略压缩通道之间的保护带宽，得到恢复路由；幻、若所述恢复路由上没有足够的网络资源对故障业务进行正常恢复，则利用全光网络的调制阶数可控的特点压缩故障业务本身所需要的带宽；52、在所述恢复路由中为故障业务分配所需的频谱资源，从而恢复所述故障业务的传输。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过特定的恢复路由策略压缩通道之间的保护带宽的步骤具体为511、根据故障业务的源宿节点、带宽需求和网络状态计算K条备选恢复路径；512、从K条备选恢复路径中选取具有相同最短跳数的N条路由，N>1，如果存在这样的N条路由则进入步骤S13，如果仅存在一条具有最短跳数的路由，则选取具有最短跳数的这条路由为恢复路由，并直接进入步骤S2 ；513、分别修改所述N条路由的链路权重；514、分别计算修改链路权重之后的所述N条路由的总权重，选取总权重最大的路由作为所述故障业务的恢复路由；515、将所述恢复路由上的被共享链路上通道间的保护带宽去除。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S13具体为对于所述N条路由中的每一条路由，将其中被与所述故障业务同宿的其它业务所共享的链路的权重修改为1，其余链路的权重修改为0。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用全光网络的调制阶数可控的特点压缩故障业务本身所需要的带宽的步骤具体为根据用户所能接受的最低信号传输质量最大限度地提高调制阶数，从而压缩所述故障业务本身所需要的带宽。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，利用全光网络的调制阶数可控的特点压缩故障业务本身所需要的带宽的步骤中，若有多个故障业务需要恢复，则先对低等级业务进行带宽压缩，然后再对高等级业务进行带宽压缩，相对于低等级业务而言，用户对高等级业务所要求的最低信号传输质量更高。
全文摘要
本发明涉及计算机网络技术领域，公开了一种基于带宽压缩的全光网业务恢复方法，包括步骤S1、从两个方面降低进行故障业务恢复时所需的带宽1)首先通过特定的恢复路由策略压缩通道之间的保护带宽，得到恢复路由；2)若恢复路由上没有足够的网络资源对故障业务进行正常恢复，则利用全光网络的调制阶数可控的特点压缩故障业务本身所需要的带宽；S2、在恢复路由中为故障业务分配所需的频谱资源，从而恢复故障业务的传输。本发明使用恢复路由策略可压缩通道间的保护带宽，提高资源的利用率及保护恢复成功率，增强网络生存性；使用提高调制阶数的方式，能保证在一定的信号质量前提下，尽可能压缩业务本身所需带宽，有效提高业务恢复成功率。
文档编号H04L12/56GK102347862SQ20111032598
公开日2012年2月8日 申请日期2011年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者张 杰, 纪越峰, 赵永利, 陈海宁, 顾畹仪, 黄善国 申请人:北京邮电大学