一种基于超图模型的多域ason损伤感知组播路由方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于多域智能光网络AS0N安全路由领域，具体涉及一种多域AS0N损伤感 知可靠路由的方法。
【背景技术】
[0002] 随着互联网及物联网等技术的飞速发展，智能光网络（ASON,Automatically SwitchedOpticalNetwork)的规模不断扩大、业务种类不断增多，下一代光网络面临着规 模化和动态化需求，分层分域将成为AS0N的主要结构特征。为了保证网络的可扩展性和安 全性，每个路由域的详细拓扑信息只在域内转发，域间只交换汇聚后的部分拓扑信息，网络 节点不具有整网的详细拓扑及配置信息。因此，如何在缺乏全局信息的条件下提供可靠的 光路（Light-path)和光树（Light-tree)建立，是光网络分域管理后引入的一个新的研究 课题。
[0003] 由于AS0N对光信号进行透明传输（即不进行光电转换），信号在传输过程中将遇 到各种各样的物理和攻击损伤，例如大功率攻击信号引起的带内串扰、带间串扰、放大器增 益竞争等。由于攻击在透明光网络中具有扩散传播特性，因此在沿光路传输时这些损伤会 不断累积加深。如果物理或攻击损伤问题无法解决，光信号的误码率将会不断提高，使得 光信号的传输质量急剧下降，从而无法满足用户的服务质量（Q〇S，QualityofService) 需求。目前，有关损伤感知的路由与波长分配（IRWA，Impairment-awareRoutingand WavelengthAssignment)问题的研究主要集中于单域光网络或多域ASON的单播路由 中。按照损伤模型，可将目前提出的IRWA方法分为两大类型：基于0SNR(0pticalSignal NoiseRatio)模型的IRWA方法和基于Q值模型的IRWA方法。第一类IRWA方法（文 南犬[1-3][l]BeyranvandH,SalehiJA.AQuality-〇f-TransmissionAwareDynamic RoutingandSpectrumAssignmentSchemeforFutureElasticOpticalNetworks[J]. IEEEAerospaceandElectronicSystemsSociety, 2013, 31(18):3043-3054. [2]Pereira H. 0SNRmodeltoconsiderphysicallayerimpairmentsintransparentoptical networks[J]·PhotonicNetworkCommunications, 2009, 18 (2):137-149. [3]赵继军， 王丽荣，纪越峰.基于损伤感知的动态RWA方法性能比较研究[J].电子与信息学报， 2010,32(3) :23-26.)将多种损伤的效果折合为光信噪比0SNR的减少，为连接寻找最大 化0SNR的光路或将0SNR作为光路的门限值，因为当0SNR降低到一定门限值时，将会导 致误码率过高；第二类IRWA方法（文献[4 一 6]TomkosI，DIC0NET:futuregeneration transparentnetworkingwithdynamicimpairmentawareness[C].I0S2009, 173-182. [5]PointurierY,Brandt-PearceM,SubramaniamS.AnalysisofBlockingProbability inNoise-andCross-Talk-ImpairedAll-OpticalNetworks[J].JournalofOptical CommunicationsandNetworking, 2009, 1(6):543-554. [6]VelascoL,Jirattigalachote A,RuizM,etal.StatisticalApproachforFastImpairment-AwareProvisioningin DynamicAll-OpticalNetworks[J].IEEE/0SAJournalofOpticalCommunicationsand Networking, 2012, 4(2) : 130-141.)将损伤效果折合为Q值（Q-factor)的减小运用于RWA方法的设计中，例如文献[6]为克服近似Q值与精确Q值计算的不足，提出了一种快速损伤 感知RWA方法。
[0004] 在面临物理损伤或攻击的环境下，上述方案在阻塞率上具有优于经典方法的性 能，但是在多域AS0N环境中，由于域间业务量多于域内业务量，物理损伤及串扰等攻击对 于域间和域内链路的影响则区别很大。所以，这些方法不能直接应用于多域AS0N中，并且 目前专门针对多域AS0N组播IRWA问题的研究还鲜有报道。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，将超图理论运用于多域智 能光网络模型的构建中，然后将物理或攻击损伤作为约束条件，结合多目标优化策略，提出 一种新的基于超图模型的多域AS0N损伤感知组播路由方法。
[0006] 为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
[0007] -种基于超图模型的多域AS0N损伤感知组播路由方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤一，在从源节点到目的节点需要经过的中间域上计算出域内边界网关节点之 间的K条低成本光路径；
[0009] 步骤二，源节点的边界网关节点构建多域AS0N超图模型Η:
[0010] H= <Vh)Eh)Ma,b>
[0011] 在上式中，\是所有边界节点的集合，是Eh是Vh中节点构成的超边集合;Maib是描 述网络拓扑聚合方法及其操作的集合；
[0012] 在超图模型Η中，长度为q的超路径定义为顶点一超边交错序列{Vl，ei，v2,e2，… ，eq,vq+1}，该序列满足{ν^v2, ···，vq+1}、{e^e2, ···，eq}分另lj为在超图模型H中互异的顶点及 超边，且vk,vk+1eek,k= 1，2,…，q;
[0013] 步骤三，在超图模型中计算出包括源节点与目的节点的超树；
[0014] 步骤四，源节点的边界网关节点构建满足损伤约束条件的低成本组播树，并进行 波长的分配；所述的组播树为从源节点到目的节点的路由。
[0015] 进一步地，步骤一中低成本光路径的计算方法具体包括：
[0016] 步骤S10,连接请求到达源节点s,令1=K2=K3=K,源节点s计算出Ki条至 本域最近边界网关节点的光路，然后将建路请求及1条光路综合成本、损伤系数及每条路 径的可用波长信息发给源节点的最近边界网关节点；
[0017] 步骤S11，源节点的最近边界网关节点请求至每个目的节点需经过的域边界节点 向其提供1(2条域内低成本抽象光路的成本信息、损伤和可用波长信息，并要求目的节点所 在域的最近边界网关节点提供K3条至目的节点的光路信息，得到低成本光路路径。
[0018] 进一步地，所述的步骤三中超树的计算过程包括：
[0019] 步骤S30,源节点的边界网关节点构建好超图模型Η后，用邻接表存储超图中模型 Η的Vh&其邻接节点；
[0020] 步骤S31，记超图模型的初态为所有边界节点均未被访问过，首先访问并标记距离 源节点最近的边界网关节点作为根节点，并将源节点的所有邻居节点作为子结点进行访问 和标记，依次再访问和标记子结点的邻居节点，依此访问，直至每个距离目标节点的最近域 边界节点均被访问和标记，得到包括源节点与目的节点的域间超树Th。
[0021] 进一步地，所述的步骤四中的损伤约束条件为：
[0023] 在上式（2)中，Pd为从源节点s至任意目的节点deD的损伤，Ps为从源节点s发 出的光信号能量，P(S,d)为连接源节点s至一个给定的目的节点deD的路由，Lt(ei)为 信号传输损伤，Ls(Vl)为信号处理损伤，^为节点，e 链路。
[0024] 本发明与现有技术相比具有以下技术特点：
[0025] 本发明创新性地将超图理论运用于多域智能光网络模型的构建中，然后将物理 或攻击损伤作为约束条件，提出了一种新的基于超图模型的多域AS0N损伤感知组播路 由方法。该方法在完成多域组播路由建立与波长分配的同时，方法的时间复杂度至多为 0(|D|XKXmax(M2，n2))。实验结果表明该方法是有效的且取得了较好的阻塞性能，同时 最短路径的K值、组播规模、域数量、波长数量及分配策略对平均阻塞率有着不同程度的影 响。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明方法的整体流程图；
[0027] 图2为多域AS0N物理拓扑结构图；
[0028] 图3为多域AS0N超图模型；
[0029] 图4为域间超树的结构图；
[0030] 图5为组播树构件过程图；
[0031] 图6为在K值不同时组播规模与阻塞率对比图；
[0032] 图7为域数量与阻塞率的对比图；
[0033] 图8为波长数与阻塞率的对比图；
【具体实施方式】
[0034] 一、关于多域AS0N超图模型
[0035] 1973年，C.Berge提出了超图的概念，首次创建了无向超图理论。随着研究的深 入，超图理论在运筹学、网络通信等领域也有着广泛的应用。本方案首次将超图理论应用于 AS0N建模中，并通过对其基本定义的扩展来描述多域AS0N的逻辑拓扑模型，使网络的多域 抽象特征能够更好地反映在超图网络模型中。
[0036] 本方案提出的超图模型定义为：
[0037]H= <Vh)Eh)Ma,b>
[0038] 其中Vh是多域AS0N中所有边界节点的集合；Eh是V中节点构成的超边集合;Ma』 是描述网络拓扑聚合方法及其操作的集合，其中a表示多域AS0N采用的拓扑聚合方法，包 括简单节点抽象法、完全网状抽象法、对称星形抽象法、混合抽象法等，为了简化起见，本文 采用完全网状抽象法对网络拓扑进行聚合；