光网络的通知型动态路径保护的制作方法

专利名称：光网络的通知型动态路径保护的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及波分复用网络(WDM)，更具体地说，涉及在波分复用网络中提供共享路径保护的方法和设备。
背景技术：
日益增长的对通信带宽的需求促使转向光网络。在单根光纤上使用波分复用传输多个独立通信信道可显著增加单波长网络的带宽。然而，管理如此巨大的带宽是一个挑战。
过去，结点间的连接是人工完成的。现在，多协议λ交换(MPλS)提供智能利用光资源的结构，其中包含快速提供波长、λ波段、甚至光纤的能力。
连接保护仍旧是难题。对于波分复用，损失单根光纤可导致同时失去多个信道。因此，需要完善的保护机制。另一方面，光资源是昂贵的，必须尽可能节省。例如，环形结构可提供在发生故障时使用的附加保护光纤。保护光纤在物理上必须脱离开相应的工作光纤，以避免单个故障使两条线路的通信都中断。在环形结构中，保护光纤几乎不用于传输——这是对宝贵资源的浪费。
为此，需要可在光网络上有效保护工作信道的方法和设备。

发明内容
本发明中，在包含多个结点的波分复用网络上动态分配保护路径，这些结点由通信链路连接在一起。数据库存储有关网络状态的信息，其中包含结点的各个链路的信道与一或多个保护路径的关联信息和各个链路的信道与相应工作路径的关联信息。在接收到需要新的保护路径以保护指定工作路径的请求时，识别出具有至少一个可在新的保护路径和一或多个现有保护路径之间共享的信道的链路，并且识别出不具有可共享信道但具有可用于新的保护路径的未用信道的附加链路。
将费用赋予所识别出的链路，其中具有至少一条可共享信道的链路和没有可共享信道的链路具有不同的权重。使用根据费用识别的链路确定保护路径。
本发明具有显著优于现有技术优点。首先，由于采用加权费用计算来挑选共享保护信道资源，保护路径的分配是高效的。其次，由于需要保护的信道更少，工作信道的分配更加有效。第三，由于每个结点都有本地数据库，用以存储整个网络范围内的链路的所有相关信息，可准确生成保护路径。


图1是波分复用网络的概要模块图；图2是图1中结点的模块图；图3a图解了共享保护表；图3b图解了链路分配表；图4是生成连接的流程图；图5是描述保护路径计算的状态图；图6是说明加权共享保护路径计算方法的效率的图表。
具体实施例方式
参照附图1-6可更好地理解本发明，其中用类似的附图标记表示不同附图中类似的元素。
现在参考下述结合附图进行的描述更完整地理解本发明及其优点，其中图1示出一般光网络10的模块图。该网络包含由光纤链路14连接的多个结点12。链路14是在两个结点之间传输数据的光纤；例如，在结点A和结点B之间。光纤可通过n个波长或n个信道传输信息。链路14是单向的，因此在连接成对的结点之间一般有两个链路，其中每个结点均在其中一个链路上接收信息，在另一个链路上发送信息。为简化说明，图1中只示出一个链路，但应当理解，在实际的实现中，通常每个方向都至少使用一个链路。在采用波分复用技术的链路上传输信息。在波分复用技术中，分别以各自的光频率同时调制不同信道的信息。每根光纤的波长数n可彼此不同。
“路径”是链路的集合。这里把路径表示为初始结点和目的结点之间的结点序列。因此，{A，B，D，F}表示初始结点A和目的结点F之间的路径，该路径使用结点A和结点B、结点B和结点D以及结点D和结点F之间的链路。“连接”是路径上的数据传输事件，由开始和持续时间确定。连接可使用不同链路上的不同信道。例如，结点A和结点D之间的连接可使用路径{A，B，D}，而信息可通过λ1(λ1是信道)从结点A传送到结点B，再通过信道λ13从结点B传送到结点D。
图2示出结点12的模块图。结点12包括路由器20和交叉连接22。路由器20包含路由协议逻辑24、全局数据库26和控制逻辑28。光交叉连接包含连接在一或多个输入解复用器32和一或多个输出复用器34之间的交换矩阵30。
网络运行时，路由器20管理网络10的控制信令，例如使用MPλS。全局分配数据库26包括一或多个表，这些表可提供网络10的当前拓扑结构，以便在控制逻辑28的控制下智能、动态地生成网络路径。
全局分配数据库26提供有关网络范围内各个链路上的每个信道的信息。每个信道均可(1)用于工作路径，(2)用于保护路径，但不可共享，(3)用于保护路径，且可共享，(4)既不用于工作路径，也不用于保护路径。
交叉连接22负责将信息从输入光纤的信道传送到输出光纤的信道。输入光纤36的信道被解复用成输入信道37(λ1到λn)。交换矩阵30将各个输入信道转接到本地映射表39定义的输出信道38。输出信道被复用到输出光纤40。再生器41被用来耦合不同波长的信道。
全局数据库26包含用于确定下述链路存在的信息具有当前用于保护路径且可与其它保护路径共享的信道的链路和具有当前既未用于工作路径也未用于保护路径的信道的链路。
全局数据库26可采取多种形式。为简化说明，图3a和图3b示出了包含全局共享保护表42(图3a)和全局链路分配表44(图3b)的全局分配数据库26。
如图3a所示，全局共享保护表42包含用于路径保护的各个链路的每个信道的记录。在所示的实施例中，信道由链路字段和信道编号字段标识。如果两个结点间有多根光纤，则信道可由链路、光纤和光纤的信道编号标识。与信道相关的工作路径列于工作路径字段。
图3b说明全局链路分配表44的类似结构，该表维护网络范围内的所有链路的所有信道的状态记录。即网络范围内所有链路上的每个信道也均由链路字段和信道编号(可选地，光纤编号)字段标识。状态字段标识信道的状态为“共享”“使用中”或“可用”。“共享”标识当前正用于保护路径且可用于共享保护的信道。“使用中”标识用于工作路径的信道。而且，“使用中”可标识不可用于共享保护的保护路径；例如对于高服务质量等级，可以采用1+1保护方案保护工作路径，其中不允许共享保护信道。“可用”标识当前既未用于工作路径也未用于保护路径的信道。
网络运行时，每个结点12都维护全局分配数据库26里各自的链路记录。而全局分配数据库里其它链路的信息可从网络范围内其它结点12的全局分配数据库里的信息搜集到。使用为光纤而升级的开放式最短路径优先(OSPF)协议的变体，将各个结点的全局分配数据库26的信息传播到网络范围内的所有结点。为减少通过结点间的信息量，只通过开放式最短路径优先协议传送发生改变的信息。
用于更新全局分配数据库26的保护消息由结点12使用标记分布协议(LDP)消息接收。保护消息与为工作路径而保留的消息相同，都有附加的两个字段(1)类型字段，用以指示连接是为保护路径(置为“1”)还是为工作路径(置为“0”)而建立；(2)工作路径字段，用以标识需要保护的工作路径。保护消息可为“建立”消息，也可为“释放”消息。
当结点12接收到保护消息(类型字段为“1”)时，将产生两种结果。如果消息为“建立”消息，则从LDP分组读取将用信道字段。如果将用信道已被共享保护表42中的其它保护路径保留，则将工作路径加到该信道的路径字段的工作路径序列里。如果将用信道当前未被保护路径保留，则将该信道保留在链路分配表44中，且将工作路径加到共享保护表42中被保护路径的序列里。
如果消息为“释放”消息，则从LDP分组读取将用信道字段。如果共享保护表42里有多个保护路径已经共享此信道，则将LDP分组的工作路径字段里的工作路径从路径字段里清除。如果工作路径是唯一由该信道保护的路径，则将工作路径从共享保护表42里清除，且从链路分配表44里释放该信道的资源。
在优选实施例中，保护路径选择在源结点进行，工作路径选择亦如此。图4是工作路径选择和保护路径选择的流程图。当判断方框50接收到连接请求后，由方框52计算工作路径。之后，由方框54采用加权准则计算保护路径。如果保护路径和工作路径均计算成功，则由方框56给工作路径结点和保护路径结点发送“建立”消息。在优选实施例中，准备两个“建立”分组，并将其沿指定的工作路径和保护路径分别发送。发送给所述保护路径的“建立”分组包含相关的工作路径，以便使影响到的结点的共享保护表42被更新并被传送到网络范围内的其它结点。
工作路径可采用许多不同的著名技术计算。下文的伪代码给出一个连接会话的优选实施例，其中Ψi＝(si，di，Bi)，si为源IP路由器，di为目的IP路由器，Bi为连接的位速率。
Procedure PrepareSetupMessage(Ψi)BEGIN令Network为初始拓扑的子图，其中如果两结点间的光纤链路上至少有一个波长未用，则两结点间存在边缘。
从网络上清除不能处理未经再生的会话Ψi的位速率的所有边缘
IF如果子图Network上si和di连接中断THEN“连接阻塞”RETURNEND IF令Path等于Network上从si到di的最短路径(根据PMD累加和)。
采用首次适合算法分配波长。
根据需要安装再生器。
将路径分成分段，每个分段具有不需再生器的最大长度。
在分段之间安装再生器令c_message为控制分组，其中填充有三个向量受约束路径、波长分配和再生器请求。
RETURN c_messageEND在给定通过链路-状态协议收集的光纤链路的当前状态的情况下，源结点在本地计算出经过该光纤链路的路径，使得既不违反逻辑特性(如波长连续性约束)，也不违反物理特性，例如PMD(偏振模色散因子)。首先生成子图，该子图包含网络范围内具有至少一个可用信道的所有链路。之后，根据连接的位速率，某些链路不能处理连接位速率，并且这些链路也被清除。接着检查源结点和目的结点是否在同一个连接部分内，如果它们是断开的，则呼叫被拒绝。否则，运行迪克斯特拉(Dijkstra)最短路径算法，以求出相对于总偏振模色散累加和的最短路径。
然后执行波长分配过程，该过程最好利用首次适合波长分配模型的变体。该模型首先挑选第一个光纤链路上的第一个可用波长。接着，从紧随其后的光纤链路选择波长，其中优先选择与前一个链路的波长相同的波长。如果波长不可用，则选择第一个可用波长并且安装再生器(在建立交叉连接时充当不透明的波长变换器)。该过程以这个次序在所有链路上重复执行。
处理完路由和信道分配问题的逻辑特性后，下面来解决物理特性。路径被分成数目最少的透明分段，这些透明分段之间通过再生器相互连接。
图5是说明计算保护路径步骤54的运算过程的状态图。在状态60中生成空子图。该子图将以可能用于保护路径的链路填充。子图生成后，在状态62中，源结点的控制逻辑28试图找出当前链路上(初始置为共享保护数据库42中的第一个链路)是否有当前正用于保护路径且可与正计算的保护路径共享的信道。当且仅当(1)信道所在链路未被工作路径占用，(2)已被信道保护的工作路径和新的欲共享信道的工作路径不具有共用链路，该信道才可用于保护路径。换句话说，如果该信道所在链路已被工作路径占用，则不能用于保护路径，否则链路失效将会导致工作路径和保护路径同时失效。类似地，如果该信道保护的工作路径同当前工作路径有共用链路，则该信道不能用，因为共用链路的失效将导致两个工作路径同时需要共用链路进行恢复。满足这两个条件的链路称为边缘不相交。
如果在状态62中在当前链路上找到适用信道，则由状态66将链路费用计算成等于链路长度。然后由状态64将链路加到子图中，并将当前链路递增为数据库中下一个链路。
如果在状态62中当前链路没有用于共享保护的适用信道，则由状态68在当前链路上检查未用信道(即未用于任何工作路径和保护路径的信道)。如果找到适用的未用信道，则由状态70计算费用。与状态64的费用计算不同，含未用信道的费用计算等于链路长度乘以大于1的因子。因此，共享保护路径在费用计算上占有优势。由状态72将链路及其费用加到子图中。由状态74将当前链路递增，然后转到状态62，对下一个链路的可用共享保护信道进行检查。
如果当前链路没有状态62中的可用的共享保护信道，也没有状态68中的未用信道，则由状态74将其递增，且不将链路加到子图中。转到状态62，对下一个链路的可用共享保护信道进行检查。
如果状态62中没有更多的链路可供检查，则由状态76采用任何著名的方法，如迪克斯特拉方法，计算出费用最少的保护路径。
在运算过程中，可由状态70通过控制罚因子来控制共享程度。分配较高的因子，则可有较多的共享路径用于保护路径。分配较低的因子，则促成较短的保护路径。因此，如果信道缺乏，可提高罚因子以降低用于保护的信道数量。
下面给出采用前述数据库结构实现图5状态图的伪代码。
准备受约束的共享保护路径令working path为结点编号向量，用来表示前面计算出来的工作路径。
令SP database为结点的全局共享保护表42。
令Link Allocation Database为结点的全局链路分配表44。
令sub-graph为空的网络拓扑数据库。
令Penalty coefficient为一数值。
用结点和具有如下特性的弧生成子图For SP database中的每个链路do令Current_link_SP为从SP database中抽取的链路。
If链路未被working path占用thenIf工作路径和被波长保护的工作路径不具有共用链路then将链路加到子图中。
将cost设置为等于链路的长度。
EndifElse在Link Allocation Database中寻找Current_link_SP。
令Current_link_allocation为该链路。
If Current_link_allocation里的波长可用then将链路加到子图中。
将cost设置为等于链路的长度。
将cost乘以Penalty coefficient。
EndifNext for下一个链路结束生成子图。
令Protection Path为到达目的地的最短路径，由<源，目的，子图>表示Return Protection Path受约束的共享保护路径准备结束。
当保护路径的所有链路确定后，源路由器在链路上选择信道。对保护路径的每一个链路来说，信道都将按如下规则生成如果链路上存在多个共享波长，选择共享次数最少的波长；如果链路上没有共享波长，则采用首次适合算法(上文提到的)。
选择信道的过程在保护路径的所有链路上重复执行。如果分配给路径上前一个链路的信道与当前的不同，则安装变换器。链路分配将在传输前以二维向量(结点，波长)存储。类似地，变换器分配将以二维向量(结点，再生(是/否))存储。
图6示出本发明采用加权链路费用来计算保护路径的效率。图6用术语波长里程来说明前面描述的加权保护方法和典型的1∶N保护方法的效率。在低通信量情况下，加权共享保护方法和1∶N保护方法都能满足所有的连接请求。加权共享保护提供与1∶N保护水平相同的保护，但用于保护的总里程低45％。由于加权共享保护在信道使用上比1∶N保护效率高，工作路径的生成也更高效。
当负载增加时，加权共享保护比1∶N保护运行得好，但波长里程增量下降大约10％。
如果网络超载，加权共享保护比1∶N保护的运行效率高50％。当负载增加时，复用程度提高。结果，阻塞概率增加到50％多。从阻塞的角度看，两种协议结果相近。1∶N保护情况的阻塞概率比加权共享保护情况高2％。
应该注意到，可从所述的实施例产生很多变体。首先，数据库结构可有较大的不同。例如，数据库26可用网络范围内每个链路的独立的表构成，而不是多个链路的单表。其次，有很多不同的协议可用于在结点12间传递路径信息，包括当前可用的或将来研究出来的。
除所示的方法外，还可采用很多不同的方法完成加权。例如，使用共享保护信道的费用可这样计算，将可用信道乘以小于1的因子，而不是乘以大于1的因子。基于各种不同的准则，可使用多种权值。例如，使用具有5个或更少可用信道的链路上的可用信道的权值比具有6个或更多可用信道的链路的权值高。加权可应用于其它资源，如在实现保护路径时再生的使用。
尽管发明的详细说明是针对特定的典型的实施例，本领域技术人员可联想到这些实施例的各种修改和其它实施例。发明包含权利要求范围内的任何修改及其它实施例。
权利要求
1.在包含由通信链路连接的多个结点的波分复用网络上动态分配保护路径的方法，包括如下步骤在每个结点中维护有关网络状态的信息的数据库，其中包含结点的每个链路的信道与一或多个保护路径的关联信息和每个链路的信道与相应工作路径的关联信息；在所述结点之一中，在接收到需要新的保护路径以保护指定工作路径的请求时利用所述一个结点的数据库识别出这样的链路，即具有至少一个可在新的保护路径和一或多个现有保护路径间共享的信道的链路；利用所述一个结点的数据库识别出这样的链路，即不具有可共享信道但有可用于所述新保护路径的未用信道的链路；给识别出的链路赋予费用；且使用根据所述费用识别出的所述链路确定保护路径。
2.根据权利要求1的方法，其中给所述识别出的链路赋予费用的所述步骤包括给所述识别出的链路赋予加权费用，其中具有至少一个可共享信道的链路和没有可共享信道的链路的加权值不同。
3.根据权利要求2的方法，具有至少一个可共享信道的链路的所述费用基于链路的长度。
4.根据权利要求3的方法，其中不具有至少一个可共享信道的链路的所述费用基于链路长度的倍数，使得不具有至少一个可共享信道的链路同具有至少一个可共享信道的链路相比不被优选。
5.根据权利要求1的方法，还包括向保护路径上的每个结点传送建立消息的步骤，其中建立消息包含工作路径标识符。
6.根据权利要求1的方法，其中所述请求由源结点接收。
7.根据权利要求1的方法，其中所述数据库标识出各个链路的每个信道的状态。
8.根据权利要求7的方法，其中所述数据库将各个链路的每个信道标识为使用中、可用或共享。
9.根据权利要求1的方法，其中利用所述结点的数据库识别出具有至少一个可共享信道的链路的所述步骤包含识别出未被指定工作路径占用的链路的步骤。
10.根据权利要求9的方法，其中利用所述结点的数据库识别出具有至少一个可共享信道的链路的所述步骤还包含识别出具有这样的信道的链路的步骤，即未被用于保护与指定工作路径有共用链路的工作路径的信道。
11.一种波分复用网络，包括由通信链路连接的多个结点，每个结点包括路由器电路，所述路由器电路用于维护有关网络状态的信息的数据库，其中包含结点的每个链路的信道与一或多个保护路径的关联信息和每个链路的信道与相应工作路径的关联信息；在所述结点之一中，在接收到需要新的保护路径以保护指定工作路径的请求时利用所述一个结点的数据库识别出这样的链路，即具有至少一个可在新的保护路径和一或多个现有保护路径间共享的信道的链路；利用所述一个结点的数据库识别出这样的链路，即不具有可共享信道但有可用于所述新保护路径的未用信道的链路；给识别出的链路赋予费用；且使用根据所述费用识别出的所述链路确定保护路径。
12.根据权利要求11的网络，其中所述路由器电路给所述识别出的链路赋予加权费用，其中具有至少一个可共享信道的链路和没有可共享信道的链路的加权值不同。
13.根据权利要求12的网络，其中具有至少一个可共享信道的链路的所述费用基于链路的长度。
14.根据权利要求13的网络，其中不具有至少一个可共享信道的链路的所述费用基于链路长度的倍数，使得不具有至少一个可共享信道的链路同具有至少一个可共享信道的链路相比不被优选。
15.根据权利要求11的网络，其中所述路由电路向保护路径上的每个结点传送建立消息，其中建立消息包含工作路径标识符。
16.根据权利要求11的网络，其中所述数据库标识出各个链路的每个信道的状态。
17.根据权利要求16的网络，其中所述数据库将各个链路的每个信道标识为使用中、可用或共享。
18.根据权利要求11的网络，其中所述路由电路标识出未被指定工作路径占用的链路。
19.根据权利要求18的网络，其中所述路由电路识别出具有这样的信道的链路，即具有未被用于保护任何与指定工作路径有共用链路的工作路径的信道。
20.根据权利要求11的网络，其中每个结点还包括交换矩阵。
全文摘要
在包含由通信链路连接的多个结点(12)的波分复用网络上动态分配保护路径。数据库存储有关网络状态的信息，其中包含结点的每个链路的信道与一或多个保护路径的关联信息和每个链路的信道与相应工作路径的关联信息。在接收到需要新的保护路径以保护指定工作路径的请求时，识别出这样的链路，即具有至少一个可在新的保护路径和一或多个现有保护路径间共享的信道的链路，并且识别出这样的链路，即不具有可共享信道但有可用于所述新保护路径的未用信道的链路。给识别出的链路赋予费用，具有至少一个可共享信道的链路和没有可共享信道的链路的加权值不同。使用根据所述费用找出的链路确定保护路径。
文档编号H04L12/56GK1412968SQ02144319
公开日2003年4月23日 申请日期2002年10月9日 优先权日2001年10月10日
发明者戴维·E－D－科萨克, 马尔·阿里 申请人:阿尔卡塔尔公司