专利名称：光通信网中确定光路由的方法
技术领域：
本发明涉及一种光通信网中确定光路由(spectral route)的方法。本发明尤其涉及利用多种波长在单根光纤上同时传输多个数据流的波分复用(WDM)光网络。
背景技术：
通信发展得相当迅速。越来越多的用户(个人或企业)通过通信网发送越来越多的消息。此外，这些消息传输的信息量也在不断增加，例如在发送图像时。为了满足不断增加的数据速率要求，通信网络运营商采用光信号传输。这种传输用需要传输的信息来调制光信号，光信号一般由激光器来产生，然后在光纤或光导网内传播已调信号。
光信号传输具有若干优点。尤为突出的是传输期间的信号衰减小于电信号，而且与电设备相比，光纤更为坚固，更轻。而主要的优点在于光纤的通带较大，并可以在单根光纤上同时传输不同波长的多个载波。这种技术称为波分复用，可以得到每秒千兆比特，甚至是每秒兆兆比特数量级的数据速率。
为了在光通信网中建立连接，不仅需要确定由连接起始节点和到达节点的路由段序列构成的空间路由(spatial route)，而且需要确定光路由，因为每一段可以支持多种波长，每一波长构成了光路由段。光路由的选择包括在沿空间路由的不同段上选择相继使用的一种或多种波长。
在已知的方法中，可以利用多种算法分配波长给空间段。这些算法在题为“Wavelength converters in dynamically reconfigurable WDMnetworks”(J.M.Yates，M.和M.P.Rumsewicz，IEEE CommunicationsSurveys)的文档中进行了具体描述。
第一解决方案包括采用分配第一可用波长的算法(称为“首适(first-fit)波长评估”)。
第二解决方案包括采用分配最常使用波长的算法(称为“最常使用波长评估”)。根据网络波长使用情况的统计来做出决定。第二方案寻求通过填充最常使用波长的未用部分来优化波长使用。
实现上述方案仍然存在某些困难，因为这些方案不适用于部分透明的光网络(也就是在网络某些节点没有波长转换实现的再生)；这些方案假定网络的每个节点都可以实现波长转换(也就是网络节点是不透明(opaque)的)。
此外，使用最为广泛的波长分配算法需要对网络状态的总体了解保持最新，这会导致很大的额外开销。
发明内容
本发明寻求提供一种光通信网中确定光路由的方法，该方法可以在透明类型和/或不透明类型光网络上以低成本实现，并且可以实现参数化，从而为用户引入一定程度的灵活性。
为此，本发明提供了一种确定光通信网中起始节点和到达节点之间的光路由的方法，前述起始节点和到达节点属于所述网络，该方法包括利用常规的路由方法确定连接所述起始节点和所述到达节点的空间路由的步骤，所述空间路由包括一系列路由段，每个路由段直接连接所述网络中的两个节点，并能够传输至少一个波长或波段，该方法的特征在于，它还包括以下后续步骤·标识沿所述空间路由的每一所述路由段上可用的波长或波段(λ1-λ3)；·组成由顶点和弧构成的图，前述弧将顶点成对连接，其中·每个顶点([i，fk，λe])与所述路由段之一相关联，每个顶点代表了沿所述相关路由段可用的波长或波段；以及
·每个弧与所述空间路由的一个所述节点相关联，并且连接两个连续的顶点，该两个连续顶点分别与通过所述相关节点互连的连续路由段相关联，每个弧代表了从第一波长或波段到第二波长或波段的转变，所述连续顶点分别代表前述第一波长或波段和第二波长或波段，所述转变对应于所述关联节点所能执行的波长转换，每一所述弧的长度对应于分配给所述转变的成本；以及·借助确定最短路径算法通过该图确定最短路径。
通过本发明，可以根据成本加权确定光路由。用户可以灵活确定各个成本，这样用户就能够通过比较而支持一个选择。本发明的方法适用于透明和/或不透明类型的光网络，因为与透明节点上两个不同波长之间不可能进行的转变相关联的成本是无穷大。
应当注意到，算法应用于只代表了一种特定空间路由的图，而不是整个网络，某些现有技术的方法就是针对整个网络的情况。这很大程度上简化了算法，使得算法更为容易，或者确实可以实现上述灵活性。
应当注意到，本发明的方法应用于两类粒度(granularity)，与交换波长相关联的粒度，以及与交换波段相关联的粒度。为了便于说明，下面仅参照波长路由选择。
比较有利的是初始成本可以分配给每个顶点(vertice)，并且当路由段配备了多根光纤时，提供与所述段相关联的至少一个顶点，该顶点被分配了初始成本，对应于在所述段上实现附加光纤，分配给从所述顶点发出的每个弧的转变成本包括所述初始成本。该初始成本使得在一些或者所有路由段上实现多根光纤的可能性能够被考虑在内。
在一种特别有利的实施方式中，所述确定最短路径的算法是维特比(viterbi)算法。提出的图尤其适用于这种算法，对其他类型的图而言，该算法不一定正确，尤其是那些顶点和弧分别代表了网络的节点和路由段的图。
但是，也可以采用多种最短路径算法，例如迪日克斯拉(Dijkstra)算法。可是，当节点数量增多时，迪日克斯拉算法相当复杂并且较慢。利用本发明的图能够有效地利用维特比算法，维特比算法更快，并且可以用于解码卷积码(纠错解码)。维特比算法总的来说寻求最为有利的路径，也就是相对于确定的距离最短的路径，因此也就是对应于成本最低的路径。本发明的图以列的形式给出，每一列包含了与给定路由段相关联的顶点。该算法包括逐一检查图的列，合计从一列中的每个顶点到下一列的每个顶点的成本，以得到总成本。对该图的每个顶点而言，标识意味着最低总成本的前一列中的顶点，该最低成本与得到该最低成本的前一顶点的标识一起存储。在图的末端(最后一列)，一旦发现了对应于最小总成本的顶点，就通过该图反方向通过存储的顶点，确定最短路径。
所述转变成本最好满足以下条件之一·当所述转变不可能进行时，转变成本为无穷大；·转变成本包括波长转换成本；以及·转变成本包括通过透明节点转变的成本。
通过下面以非限制性说明形式给出的对本发明实施方式的描述，本发明的其它特性和优点将会更加明显。
在附图中，图1示出了本发明方法的实现图；以及图2示出了实现本发明方法的一个例子。
具体实施例方式
图1示出了用于在光通信网中确定起始节点N1和到达节点N6之间的光路由，前述起始节点N1和到达节点N6都属于该网络。
在接收到建立连接的请求时，利用常规的路由算法，例如迪日克斯拉算法，以已知方式确定节点N1和节点N6之间的空间路由。迪日克斯拉算法包括保持最新的一组节点E，从起始节点到这些节点的最短距离已知。最初，该组节点仅包含起始节点自身。算法的每一步都会在该组中加入附加的节点，直到该组包括了到达节点。
以这种方式确定的空间路由包括6个节点N1到N6，这些节点通过链路或路由段L1到L5互连。
链路L1到L5用于构造图1的顶点S。每个链路Li(其中i在1到5之间)实际上包括ni根光纤，ni根光纤中的每一根j(j在1到ni之间)能够传输nij波长。为便于说明，示出的每个链路L1到L5具有5个可用波长，这些波长可以分布在一根或多根光纤上。
这样，每个顶点S就代表与该顶点相关联的链路的一根光纤上可用的波长。换句话说，每个顶点S可以由三元组(i，fk，λe)来标识，其中i是链路的序号，fk表示了链路i的第k根光纤(k在1到ni之间)，λe表示了光纤fk上的第e个波长(e在1到nij之间)。通过举例，图1中示出了顶点(3，f1，λ1)(也就是链路3，链路3的光纤1，链路3的光纤1的波长1)，以及顶点(4，f1，λ2)(也就是链路4，链路4的光纤1，链路4的光纤1的波长2)。
在两个顶点(i，fk，λe)和(i+1，fk′，λe′)之间的每个转变(transition)，都有相关联的预定转变成本C([i，fk，λe]？[i+1，fk′，λe′])。这样，图1所标识的转变成本C标识为成本C([3，f1，λe]？[4，f1，λ2])。弧代表了两个连续顶点上可用的波长之间的转变，每个弧都有转变成本。应当注意到，只有一些转变用箭头表示，其目的是为了说明本发明的方法。实际上，可以存在一种转变，它对应于分别与一个链路和后续链路相关联的一对顶点。
通过例如以下条件可以确定转变成本·当转变不可能进行时(应用于透明节点，并且转变在两种不同波长之间进行)，所述转变成本为无穷大；·转变成本包括波长转换成本(应用于不透明类型节点中的波长转换的再生)；以及·转变成本包括经透明节点的转变成本(从一种波长转变到同一波长也会导致附加成本)。
应当注意到，这些成本由用户定义，这样，用户就可以将重点更多地放在其中的一种成本上，并可以将成本作为加权参数以得到一定的灵活性。
具体来说，当某些链路(或者路由段)配备了多根光纤时，必须实现更多或者更少数量的光纤才能确保转变不会出现波长冲突。将这种可能性考虑在内，可以引入初始成本，这可以是由该图的每个顶点产生的。对这些链路的每一个而言，提供了至少一个相关顶点，赋予该顶点初始成本，该初始成本对应于在该链路上实现附加光纤。则分配给这个顶点发出的任何弧的转变成本包括该初始成本。换句话说，转变成本将是初始成本加上该转变需要考虑在内的其它成本，例如波长转换。
构造了该图之后，仍然需要确定从起始节点N1到到达节点N6的最短光路径，假定该图的距离由上述成本构成。
维特比算法本身尤其适用于确定这类最短路径。该算法众所周知，在文档“Principles of digital communications and coding”(A.J.Viterbi，J.K.Omura，McGraw-Hill，1979)中，以及″The Viterbialgorithm″(G.D.Fomey，Proceedings of the IEEE，Vol.61，No.3，pp.268-278，March 1973)中描述。
维特比算法的原理如下它开始于与链路L1相关的顶点。画出从这些顶点到链路L2的顶点的所有可能的弧，每个弧都有相关成本。对链路L2的每个顶点而言，确定从L1的顶点发出的成本最低的弧。该成本给定了相应的L2的顶点，针对L2的顶点，存储与该最低成本相关联的对应于L1的顶点的三元组(1，fk，λe)。这样，L2的每个顶点都与最小成本相关联，并与相应的L1三元组相关联。
对从L2的顶点到L3的顶点的转变所对应的弧重复该操作，并且将最低成本，并且可能的话还将L2的顶点的初始成本考虑在内。这样，对每个弧累加L2起始顶点的转变成本和最低成本，转变成本可以包括起始顶点的初始成本。L3的每个顶点则具有相关的最低成本和L2的三元组。
一直重复该操作，直到链路L5，链路L5中的每个顶点具有成本和L4中的三元组。然后确定L5中哪个顶点具有最低成本。
因为每个顶点与对应于最低成本的前一链路的三元组相关联，则从L5的顶点回溯到L1的顶点就足以确定所寻找的光路径。
图2示出了本发明方法的实现。
该实现用于建立网络中节点N1和节点N4之间的连接。通过迪日克斯拉算法计算的空间路径由路径N1、N2、N3和N4限定。这样定义了三个路由段L1到L3。
我们考虑第一光纤f1和新增的附加光纤f2。
还需要假定节点N2和N3不允许波长转换，每根光纤的容量受限于三个波长λ1，λ2和λ3。
链路上可用的波长组是·L1＝{光纤1上的λ1，光纤1上的λ2}+附加光纤上的所有三个波长；·L2＝{光纤1上的λ2，光纤1上的λ3}+附加光纤上的所有三个波长；·L3＝{光纤1上的λ2，光纤1上的λ3}+附加光纤上的所有三个波长；转变成本如下·附加光纤的成本＝100(由连续线箭头表示)；以及·转变成本＝10(由虚线箭头表示)。
此外，初始成本Ci1到Ci5与第一路由段的每个顶点相关联，对应于起始节点N1和第一路由段的每个顶点之间的转变成本。
维特比算法确定以下元素·链路L2的顶点(2，f1，λ2)具有最低成本“10+10”，存储的前一顶点是链路L1的顶点(1，f1，λ2)；以及·顶点(3，f1，λ2)具有最低成本“10+10”，存储的前一顶点是链路L2的顶点(2，f1，λ2)。
维特比算法从而能够确定以下光路由(1，f1，λ2)链路1上光纤1的λ2；(2，f1，λ2)链路2上光纤1的λ2；(3，f1，λ2)链路3上光纤1的λ2。
自然，本发明不局限于上述实施方式。
尤其是，本发明针对选择波长描述，但本发明同样可以用于波段上的路由选择。
权利要求
1.一种确定光通信网中起始节点(N1)和到达节点(N6)之间的光路由的方法，前述起始节点(N1)和到达节点(N6)属于所述网络，该方法包括利用常规的路由方法确定连接所述起始节点(N1)和所述到达节点(N6)的空间路由的步骤，所述空间路由包括一系列路由段(L1-L5)，每个路由段直接连接所述网络中的两个节点，并能够传输至少一个波长或波段，该方法的特征在于，它还包括以下后续步骤·标识沿所述空间路由的每一所述路由段上可用的波长或波段(λ1-λ3)；·组成由顶点和弧构成的图，前述弧将顶点成对连接，其中·每个顶点([i，fk，λe])与所述路由段之一相关联，每个顶点代表了沿所述相关路由段可用的波长或波段；以及·每个弧与所述空间路由的一个所述节点相关联，并且连接两个连续的顶点，该两个连续顶点分别与通过所述相关节点互连的连续路由段相关联，每个弧代表了从第一波长或波段到第二波长或波段的转变，所述连续顶点分别代表前述第一波长或波段和第二波长或波段，所述转变对应于所述关联节点所能执行的波长转换，每一所述弧的长度对应于分配给所述转变的成本；以及·借助确定最短路径算法通过该图确定最短路径。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，初始成本可以分配给每个顶点，并且当路由段配备了多根光纤时，提供与所述段相关联的至少一个顶点，该顶点被分配了初始成本，对应于在所述段上实现附加光纤，分配给从所述顶点发出的每个弧的转变成本包括所述初始成本。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述确定最短路径的算法是维特比算法.
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，所述成本满足以下条件之一·当所述转变不可能进行时，所述转变成本为无穷大；·所述转变成本包括波长转换成本；以及·所述转变成本包括通过透明节点转变的成本。
全文摘要
本发明公开了一种确定WDM光通信网中起始节点(N1)和到达节点(N6)之间的光路由的方法，该方法包括确定连接起始节点和到达节点的空间路由的步骤，所述空间路由包括一系列路由段(Li)，每个路由段直接连接两个网络节点，能够传输至少一个波长。该方法还包括以下步骤标识沿每一路由段上可用的波长；以及组成图，其中顶点(i，f
文档编号H04J14/02GK1578206SQ200410069710
公开日2005年2月9日 申请日期2004年7月9日 优先权日2003年7月11日
发明者拉什伊德·拉拉乌拉 申请人:阿尔卡特公司