一种多域光网络中基于最小二乘拟合的路由方法
【专利摘要】本发明公开了一种多域光网络中基于最小二乘拟合的路由算法，属于光网络通信【技术领域】。本方法针对现有多域路径路由算法耗时长、阻塞率高等缺点，在分层PCE的网络结构下，应用单节点拓扑汇聚方法，首先通过最小跳数确定K条域序列，然后应用最小二乘法将这K个域序列生成K个圆心点，最后通过权值公式确定最优圆心点，也即最优域序列。在确定域序列后，为业务路由时采用了具有波长冲突感知的BRPC算法。本发明提出的多域路由方法具有耗时少，阻塞率低等优势，便于大规模多域光网络的应用。
【专利说明】一种多域光网络中基于最小二乘拟合的路由方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光网络【技术领域】，涉及一种多域光网络中基于最小二乘拟合的路由方 法。
【背景技术】
[0002] 随着互联网普及率日益增高，网络规模日益扩大，路由负荷也随之剧增，单一路由 域中大量的设备给路由管理和连接带来了很多的问题，例如每个节点都要维护一个庞大的 路由数据库，这些信息的更新和维护以及巨大的计算压力将会给信令网和设备的计算能力 带了沉重的负担；此外，单个域网络的扩展性也是一个重要的问题。因此，网络多域化是光 网络发展的必然趋势。多域的网络结构使得运营商们可以自主设置域内网络结构、路由信 息和信令实现，而不影响其他域，从而提高了整个光网络的可靠性和可扩展性；另外，一个 域的故障不会对其他域的功能产生影响，降低了单个节点故障对整个网络的影响，从而提 高了可靠性和安全性；再者，各域可以屏蔽自己域内的详细拓扑信息，只提供一个抽象化的 路由信息，域内信息的保密性得到了保障。
[0003] 然而，多域光网络屏蔽域内细节这种方法给跨域路径的计算带来了新的问题，在 建立跨域路径时，由于保密性要求，各个域之间没有域内信息的交流，因此网络上没有一个 节点能够掌握全网的拓扑结构以及流量工程信息，这不仅导致计算的端到端的光路径不能 达到最优化，由于无法获得其它域的波长等资源的使用情况，也导致了源点无法对整条路 径进行统一波长的分配。因此，对多域光网络的路由研究具有重要意义。
[0004] 目前，多域光网络的寻路方法主要有两类。一类是在域间传递经过拓扑抽象后的 虚拟拓扑和流量工程数据库（Traffic Engineering Database, TED)信息，这种方法通常用 在基于外部网络-网络接口的控制层中，所得路径是否最优，取决域所用拓扑抽象方法。如 Q. Liu等人提出的分层路由模式。该模式将下层多域网络通过拓扑抽象，将其抽象成一个虚 拟的单域，然后在虚拟的单域内为业务路由，路由完成后再映射到下层的物理拓扑中。所得 路径是否最优，取决域所用的拓扑抽象方法。而实际中，究竟用哪种拓扑抽象方法，IETF并 没有给出详细的规定。
[0005] 另一类是基于受限制的路径计算，如每域的路径计算和基于PCE(Path Computation Element，PCE)的回溯递归（Backward Recursive PCE-based Computation， BRPC)。这种方法通常分两步进行。首先，通过拓扑抽象信息，计算出从源域到目的域所通过 域的顺序（简称域序列）或边界节点的顺序（简称边界节点序列）；然后在确定的域序列下 计算出端到端路径。可见，这种方法所得的路径在全网是否最优与域序列的合理选取有直 接关系。如Shengfeng Zhang等人提出的受限制路由模式。该模式在分层PCE (Hierarchical PCE，Η-PCE)架构上，将下层网络进行全拓扑抽象，设计优选策略（如所经域的个数最少或 所经域的域间可用波长数最多）来确定不同域的边界节点序列，然后在此确定的序列上为 业务路由。然而，在大规模网络，上层需要维护一个庞大的虚拟拓扑边界节点信息，这将导 致业务的路由时间急剧增加，使网络的服务质量得不到保障，甚至会带来业务阻塞。因此， 对于多域网路由时，如何降低阻塞率，减少路由时间，仍是目前亟待解决的问题。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多域光网络中基于最小二乘拟合的路由方 法，该方法用单节点拓扑抽象方法代替传统的全拓扑抽象方法，极大的减少了路由时间和 计算复杂度。同时，在域序列的确定过程中联合考虑了域间链路数和域间可用波长数，降低 了网络阻塞率。
[0007] 该方法包括域序列的确定和确定域序列后的业务的路由两个部分。域序列的确定 是根据父PCE数据库中保存的下层虚拟拓扑，应用最小二乘拟合算法计算出域序列。路由 是在确定域序列后，用带有波长冲突感知的BRPC算法为业务路由。
[0008] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0009] -种多域光网络中基于最小二乘拟合的路由方法，包括以下两个步骤：1)确定域 序列；2)确定域序列后的业务的路由；所述确定域序列包括在分层PCE网络架构下，下层通 过单节点拓扑抽象，将其抽象后的信息保存在上层P-PCE的流量工程数据库TED中，在上层 虚拟拓扑上应用K算法和最小二乘拟合算法确定域序列；所述确定域序列后的业务的路由 包括采用带有波长冲突感知的BRPC算法为业务路由。
[0010] 进一步，在步骤1)中，在从多条跳数相等的域序列中选取最优域序列时，采用最 小二乘拟合算法，联合考虑域间可用波长数和域间链路数，通过比较各个域序列的圆心点 来确定最优域序列。
[0011] 进一步，在选择最优域序列时，首先通过最小跳数选择Κ(κ > 1)条域序列，同时考 虑域间链路数和域间可用波长数。
[0012] 进一步，在选择最优域序列时，将域间链路数和域间可用波长数拟合成一个圆心 点，通过选择最优圆心点来达到选择最优域序列的目的。
[0013] 进一步，在确定最优圆心点时，采用公式W = αΑ+Β。
[0014] 本发明的有益效果在于：本发明所述方法在构建上层虚拟拓扑时采用单节点拓扑 抽象方法，在虚拟拓扑上确定域序列时联合考虑了域间可用波长数和域间链路数，确定域 序列后的路由用了带有波长冲突感知的BRPC算法。相比其它跨域路由计算方法，本方法不 仅能更快的为业务路由，而且能显著的降低域间阻塞率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0016] 图1为基于最小二乘拟合的快速路由算法流程图；
[0017] 图2为分层PCE网络架构图；
[0018] 图3为单节点拓扑抽象图；
[0019] 图4为域间资源参数坐标轴图；
[0020] 图5为多域网及其汇聚图；
[0021] 图6为最小二乘算法拟合图。
【具体实施方式】
[0022] 本发明所述方法包括以下两个步骤：
[0023] 域序列的确定：首先下层网络经过单节点抽象生成一个虚拟拓扑，此虚拟拓扑保 存在P-PCE的流量工程数据库中，然后在此虚拟拓扑上计算从源域到目的域的最短域序 列，由于多域网的连通性较强，因此可能计算出多条跳数相等且最小的域序列，这里假设为 K(K> 1)条，并设每条域序列的跳数为h。如果K= 1则此域序列就是所要求的域序列，如 果Κ > 1，则对每条域序列用最小二乘拟合算法得出相应的圆心点，然后将相应的圆心点带 入权值公式中，计算出最大的权值，则此圆心点对应的域序列就是所要求的域序列。
[0024] 业务的路由：在上述确定出的域序列上，用带有波长冲突感知的BRPC算法为业务 路由。
[0025] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0026] 一、网络模型
[0027] (1)分层PCE网络架构
[0028] 本发明是在图2所示的分层PCE网络构架下进行的。
[0029] H-PCE架构由处于逻辑上p-PCE (parent PCE, p-PCE)、位于各个子域的 c-PCE(childPCE，c-PCE)，以及各个子域组成。p-PCE维护一个流量工程数据库（Traffic Engineering Database, TED),该TED包含了各个子域以及域之间的链路拓扑图。但子域 的资源以及网络拓扑等信息对P-PCE而言是不透明的。由于各个子域之间的域间链路是 P-PCE的拓扑图中所维护的对象之一，所以域间链路的流量工程对p-PCE而言是完全可知 的。
[0030] (2)拓扑抽象
[0031] 目前对多域光网络中域序列的确定主要用的技术是拓扑抽象。通过拓扑抽象将每 个域的资源信息虚拟化来保证每个域的私密性。如图3中（3a)是一个包括三个域的多域 网，图3中（3b)是经过单节点拓扑抽象后的拓扑。从图中可以看出单节点拓扑抽象方法将 一个域转化为一个节点，作为抽象拓扑的节点；忽略所有的域内链路，将多条域间链路合并 为一条虚拟链路来处理。单节点拓扑抽象方法的计算复杂度低、汇聚时间快，同时还保证了 每个域的私密性。
[0032] 二、域序列的确定
[0033] (1)最小二乘法
[0034] 最小二乘法是一种数学优化技术，它通过最小化误差的平方和来寻找数据的最佳 函数匹配，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和最小。在求平面圆圆心时 常用此方法，即给定平面上的几个点，求这几个点所对应近似圆的圆心。图1为基于最小二 乘拟合的快速路由算法流程图。
[0035] 对于给定的圆度测量数据（Xi, y) (i = 1，2,...，m-Ι)，则理想圆圆心（Up u2)的最 小二乘估计值是方程
[0036]
【权利要求】
1. 一种多域光网络中基于最小二乘拟合的路由方法，其特征在于：包括以下两个步 骤：1)确定域序列；2)确定域序列后的业务的路由；所述确定域序列包括在分层PCE网络 架构下，下层通过单节点拓扑抽象，将其抽象后的信息保存在上层P-PCE的流量工程数据 库TED中，在上层虚拟拓扑上应用K算法和最小二乘拟合算法确定域序列；所述确定域序列 后的业务的路由包括采用带有波长冲突感知的BRPC算法为业务路由。
2. 根据权利要求1所述的一种多域光网络中基于最小二乘拟合的路由方法，其特征在 于：在步骤1)中，在从多条跳数相等的域序列中选取最优域序列时，采用最小二乘拟合算 法，联合考虑域间可用波长数和域间链路数，通过比较各个域序列的圆心点来确定最优域 序列。
3. 根据权利要求2所述的一种多域光网络中基于最小二乘拟合的路由方法，其特征在 于：在选择最优域序列时，首先通过最小跳数选择K(K > 1)条域序列，同时考虑域间链路数 和域间可用波长数。
4. 根据权利要求2所述的一种多域光网络中基于最小二乘拟合的路由方法，其特征在 于：在选择最优域序列时，将域间链路数和域间可用波长数拟合成一个圆心点，通过选择最 优圆心点来达到选择最优域序列的目的。
5. 根据权利要求4所述的一种多域光网络中基于最小二乘拟合的路由方法，其特征在 于：在确定最优圆心点时，采用公式W = αΑ+Β。
【文档编号】H04L12/715GK104065573SQ201410305764
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】王汝言, 张磊, 熊余, 吕翊 申请人:重庆邮电大学