专利名称：基于多优先级业务的IP over WDM网络能量感知路由方法
技术领域：
本发明涉及网路技术领域,尤其是涉及一种基于多优先级业务的IP over WDM网络能量感知路由方法。
背景技术：
近年来，光网络在高速率、大带宽的通信需求驱动下得到迅猛发展。随着网络规模的扩大和网络设备的不断更新，其能量消耗急剧增长。但网络中的超额资源供给和冗余设计导致设备的效率低，能量浪费严重，限制了网络系统性能的进一步提高。IEEE GL0BEC0M 2009，0FC/NF0EC 2010，ONDM 2011，欧盟绿色光电网络项目组等国际学术会议和地区组织专门列出此专题，“绿色光网络”已成为光通信网络研究的新热点。在目前的光网络中，IP over WDM网络是一个通用的构架，很多运营商将其作为承载IP业务的主要解决方案，适合超大型IP骨干网。对IP over WDM骨干网络节能问题的研究既有助于降低自身的碳排放，也可以为整个通信网带来更大的节能空间。IP over WDM网络的能耗主要来自IP层的电层设备和WDM层的光层设备。一方面可以通过硬件技术的改进和创新，研发制造新型绿色产品，降低通信设备本身的能耗；另一方面积极引入新型绿色通信技术，从网络全局的角度设计节能方案，优化网络架构，在现有的网络协议和路由调度中加入能耗因素实现节能。当前存在的光网络代表性节能方法有基于节能的IP数据包转发、休眠、光旁路、业务疏导、能量感知路由，其中休眠和能量感知路由的节能效果明显，得到了较多关注。基于节能的IP数据包转发以路由器接口子卡作为服务对象，合理调整数据包的大小和转发方式来降低路由器的吞吐量、包延迟以及能耗。比如采用流水转发的包交换方式，使所有的路由器工作在统一的时钟标准下，不再进行缓冲和包头处理，加快转发速度，降低路由器等网络基础设施的能耗。休眠是根据骨干网的负载特点提出的节能方案。通常骨干网的业务负载在一天中不同时刻大小不同，初始时刻针对高峰业务配置网络，当负载较小时，存在可暂停使用或利用率低的节点和链路，造成了能源的浪费。如何实现能耗最小化，在服务质量许可的条件下尽可能多地关闭空闲设备，并设计灵活的管理与控制机制成为关键所在。传统的IP over WDM网络中，所有光路携带的业务量都是通过IP路由器处理和转发的。光旁路要求被转换为光信号的IP业务全部在光域中传输，旁路所有中间节点的IP层路由器，这极大地节省了接口子卡的数目，由于IP路由器是光网络的主要耗能设备，因此光旁路机制可以有效地实现节能。业务疏导是GMPLS(GeneralizedMulti-protocol Label Switching)中一项关键机制，旨在实现网络业务的最优化处理。已有的业务疏导方案以提高带宽利用率、最小化网络拥塞、最小化网络成本等为优化目标，但是事实上，业务疏导机制还能够解决网络能耗最小化的问题，通过将多个低速IP业务流汇集到同一个大容量的WDM波长信道进行传输，重复利用已建光路和设备，节省网络能耗。
能量路由是最早提出的传感器路由机制之一，它根据传输路径上的能量需求选择数据的转发路径。借鉴能量路由策略的基本思想，在IP over WDM网络中引入能量感知路由，从源节点到目的节点的所有路径中选取节点能耗之和最少的路径。不少文献将光旁路、业务疏导和能量感知路由三种机制整合使用，节能优势也很显著，特别是在峰值业务下，它相对休眠可以降低更多网络能耗。上述光网络节能方案都是以最小网络能耗为优化目标，针对单一业务流提出的，没有对业务进行区分。事实上，由于IP承载业务类型的多样化，单一化的节能方案难以满足不同业务的QoS要求。在IP over WDM网络中，既存在音频、视频等实时性强、有严格的时延和丢包限制的业务，如视频会议、视频点播、IP电话等；也存在文本数据等非实时性业务，在满足其带宽需求的前提下尽力转发，如电子邮件、Web浏览等。可见，有必要根据业务的实时性和质量要求为不同类型业务设定不同的优先级别，研究在多优先级业务场景下的节能方案
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于多优先级业务的IP over WDM网络能量感知路由方法，该方法可以最小化网络的能量消耗，保证网络可靠性，实现业务对时延、丢包率的要求，并降低高优先级业务的阻塞率。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种基于多优先级业务的IP over WDM网络能量感知路由方法，该方法用于在保证业务QoS要求的前提下确定能耗最低的路径，包括以下步骤步骤I :根据IP over WDM网络的拓扑信息，初始化辅助图；步骤2:IP over WDM网络的各个网络节点等待业务请求,该业务请求包含源节点信息、目的节点信息以及需占用带宽信息，在接收到业务请求后，判断该业务请求的类型，如果是建立连接请求，则跳转至步骤3 ;如果是释放连接请求，则跳转至步骤9 ;步骤3 :删除辅助图中波长可用带宽小于业务请求需占用带宽的链路，并根据辅助图中的链路类型设置链路边权值；步骤4 :判断业务连接请求的优先级，根据不同的QoS要求选择路由方式，如果是低优先级业务，跳转至步骤5 ;如果是高优先级业务，跳转至步骤6 ；步骤5 :采用低优先级业务的路由方式获取路径，具体过程为在辅助图上，通过Dijkstra算法寻找最短路径，如果存在最短路径，则取波长所在的路径，并跳转至步骤7 ；如果最短路径不存在，则阻塞该业务连接请求，并跳转至步骤2 ；步骤6 :采用低优先级业务的路由方式获取路径，具体过程为在辅助图上，通过Dijkstra算法记录所有波长平面中最短路径的跳数和经过光路数，建立最优路径预测函数，如果路径预测函数存在且有最小值，则跳转至步骤7 ;如果路径预测函数不存在，则进行流量分割后在建立路径预测函数，如果在流量分割的限制条件下路径预测函数存在最小值，则跳转至步骤7，否则阻塞当前业务连接请求，跳转至步骤2 ；步骤7 :根据获取的最短路径进行路由和波长分配，删除路由路径经过的所有波长链路的集合，建立对应的虚拟链路；步骤8 :根据虚拟链路剩余资源情况动态调整虚拟链路的权重，避免业务过度集中而造成链路阻塞；步骤9 :完成路由之后发送当前业务请求的完成报告，搜索虚拟链路信息表，如果当前业务所建立的虚拟链路正被其他业务所占用，则等待该业务发送完成报告后，再次进行搜索检测；如果无业务占用，则发送释放连接请求；步骤10 :释放连接请求所占用的带宽资源，跳转至步骤2。所述的IP over WDM网络的辅助图模型为Ga = (N, E，D，Nw, Nbmax, Ν_χ)，其中，N={Ν1;Ν2，...，Ν|ν|}是网络节点的集合，N为网络节点总数；E是边的集合，|Ε|为波长链路数；D是相邻节点间的距离；NW为最大波长平面数；Nbmax是每个波长信道的最大带宽容量；Ntrmax为每个网络节点可用的最大光收发器数。步骤3中，所述的辅助图链路边权值的计算公式如下
权利要求
1.一种基于多优先级业务的IP over WDM网络能量感知路由方法，其特征在于，该方法用于在保证业务QoS要求的前提下确定能耗最低的路径，包括以下步骤 步骤I :根据IP over WDM网络的拓扑信息，初始化辅助图； 步骤2:IP over WDM网络的各个网络节点等待业务请求，该业务请求包含源节点信息、目的节点信息以及需占用带宽信息，在接收到业务请求后，判断该业务请求的类型，如果是建立连接请求，则跳转至步骤3 ;如果是释放连接请求，则跳转至步骤9 ; 步骤3 :删除辅助图中波长可用带宽小于业务请求需占用带宽的链路，并根据辅助图中的链路类型设置链路边权值； 步骤4 :判断业务连接请求的优先级，根据不同的QoS要求选择路由方式，如果是低优先级业务，跳转至步骤5 ;如果是高优先级业务，跳转至步骤6 ; 步骤5 :采用低优先级业务的路由方式获取路径，具体过程为在辅助图上，通过Dijkstra算法寻找最短路径，如果存在最短路径，则取波长所在的路径，并跳转至步骤7 ；如果最短路径不存在，则阻塞该业务连接请求，并跳转至步骤2 ； 步骤6 ;采用低优先级业务的路由方式获取路径，具体过程为在辅助图上，通过Dijstra算法记录所有波长平面中最短路径的跳数和经过光路数，建立最优路径预测函数，如果路径预测函数存在且有最小值，则跳转至步骤7 ;如果路径预测函数不存在，则进行流量分割后在建立路径预测函数，如果在流量分割的限制条件下路径预测函数存在最小值，则跳转至步骤7，否则阻塞当前业务连接请求，跳转至步骤2 ； 步骤7 :根据获取的最短路径进行路由和波长分配，删除路由路径经过的所有波长链路的集合，建立对应的虚拟链路； 步骤8 :根据虚拟链路剩余资源情况动态调整虚拟链路的权重，避免业务过度集中而造成链路阻塞； 步骤9:完成路由之后发送当前业务请求的完成报告，搜索虚拟链路信息表，如果当前业务所建立的虚拟链路正被其他业务所占用，则等待该业务发送完成报告后，再次进行搜索检测；如果无业务占用，则发送释放连接请求； 步骤10 :释放连接请求所占用的带宽资源，跳转至步骤2。
2.根据权利要求I所述的一种基于多优先级业务的IPover WDM网络能量感知路由方法，其特征在于，所述的IP over WDM网络的辅助图模型为Ga = (N, E，D，Nw, Nbmax, Ntrmax)，其中，N= {N1； N2, , N|N|}是网络节点的集合，|N|为网络节点总数；E是边的集合，E为波长链路数；D是相邻节点间的距离；NW为最大波长平面数；Nbmax是每个波长信道的最大带宽容量；Ntmax为每个网络节点可用的最大光收发器数。
3.根据权利要求I所述的一种基于多优先级业务的IPover WDM网络能量感知路由方法，其特征在于，步骤3中，所述的辅助图链路边权值的计算公式如下
4.根据权利要求I所述的一种基于多优先级业务的IPover WDM网络能量感知路由方法，其特征在于，步骤6中所述的最优路径预测函数为
5.根据权利要求I所述的一种基于多优先级业务的IPover WDM网络能量感知路由方法，其特征在于，步骤8中所述的虚拟链路的权重调整值重置方法如下，分为以下几种情况i.如果 Ntr < Ttr,
6.根据权利要求I所述的一种基于多优先级业务的IPover WDM网络能量感知路由方法，其特征在于步骤9中所述的虚拟链路信息表记录有新建虚拟链路的源节点和目的节点，以及其映射到物理拓扑上所对应的所有波长链路，如果连接释放后，虚拟链路还原成波长链路，则删除虚拟链路信息表中的相关虚拟链路信息。
全文摘要
本发明涉及一种基于多优先级业务的IP over WDM网络能量感知路由方法，用于实现动态业务不同QoS约束条件下光网络的节能问题，该方法将业务划分为不同等级，针对低优先级业务，结合光旁路和业务量疏导技术，以能耗作为链路权重，对Dijkstra算法进行改进实现节能；针对高优先级业务，以最优路径预测函数作为选路标准进行路由，在降低网络能耗的同时整合流量分割机制和链路权重动态调整机制，保证业务对时延、丢包率和阻塞率的要求。与现有技术相比，本发明可以根据业务的优先级别设计不同的路由方法，在保证一定服务质量的前提下提高了网络的节能效率，较全面地解决了IP over WDM网络中多优先级业务的节能问题。
文档编号H04L12/725GK102970225SQ20121045441
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者郭爱煌, 薛琳, 冯圣毅 申请人:同济大学