专利名称：：一种多模块化光纤的sdh网络规划设计方法
技术领域：
：本发明属于计算机网络通信
技术领域：
，具体涉及光纤SDH网络规划设计，同时涉及光纤SDH网络的资源管理和维护。
背景技术：
：在当今社会，随着通信的发展，人们要求传送的信息不仅是文字，还有数据、话音、图像和视频等，对网络提出了更高的要求。同样，人们也更加高度依赖各种各样的网络。在各种各样的网络中，SDH(SynchronousDigitalHierarchy,同歩数字体系)网络在广域网领域和专用网领域得到了巨大的发展。SDH可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用，因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点，受到人们的广泛重视。如今，如何经济、有效地规划SDHmesh(SDH网状)网络成为了当今世界的一个研究热点。其中，SDHMesh网络容量设计问题成为网络规划的一个重点，即如何设计业务的工作路由和对应的保护路由从而使所有业务都得到保护，并最终使得网络的总资源最少。SDHmesh网络的规划设计问题主要有两个研究方向链路容量非模块化或模块化。非模块化方法是指在链路的容量设计过程中不考虑物理光纤配备，理论计算的容量即为链路实际配置的容量；模块化的方法是指在链路的容量设计过程中考虑物理光纤配备，理论计算的容量会实例化为实际的物理光纤类型容量。模块化的方法又分为单模块化和多模块化。其中，如果网络只支持一种物理光纤类型，则称为单模块化；如果网络可以支持多种物理光纤类型，则称为多模块化。通常，因为多模块化具有更多的容量级别，从而能在较少的增加链路容量的情况下更精确的设计具体链路的容量。目前，业界己经提出了一些可行的模块化容量设计方法。文献l一"W.D.Grover,.T.D.Bilodeau，B.D.Venables,"Nearoptimalsparecapacityplanninginameshrestorablenetwork,".GlobalTelecommunicationsConference,1991.GLOBECOM'91，Page(s):2007-2012vol.3."提出了一种启发式方法来设计网络的容量。此启发式方法在给定工作容量的前提下，采用迭代方法计算业务的保护容量，最后再通过消减光纤来减少成本。这个方法时间效率低，结果也不是最优，而且只支持单模块化(OC-N)的光纤。文献2——"丄Doucette,W.D.Grover,"Influenceofmodularityandeconomy-of-scaleeffectsondesignofmesh-restorableDWDMnetworks,"SelectedAreasinCommunications,IEEEJournalonVolume18，Issue10,Oct2000Page(s):1912-]923."采用工作路径和保护路径联合优化的整数规划方法来解决容量分配问题。该方法先建立多模块化问题的数学模型，然后通过调用运行于AMPL模型系统的CPLEX软件来对数学模型进行求解，最后得出最优的解决方案。数学模型的输入包括由C语言编写的程序产生的各个业务的备选路由集合，还包括以下的假定输入参数D:节点对的总数，这些节点对之间必须有业务请求；S:网络中的链路总数；M:总共有多少种光纤模块；,:第r个节点对之间的业务带宽；//。在第r个节点对的业务的可选的工作路由里面，最长的路径跳数；第r个节点对的业务的可选的工作路由的总数；如果在第r个节点对的业务的可选的路由集合里面，第q条路由经过链路j，则这个参数值为1，否则为O;q':链路j上第m个模块的成本；Z'":第m个模块的容量；链路i指定的恢复率，默认1;6:若链路i失效，为恢复链路预先计算出来的链路i的源目节点对的备选路由的数码《为恢复第i条链路而计算出来的备选路由集合里面的第p条路由经过链路j时，这个值为1;此模型里用到的变量有f:第r个节点对的业务的第q条可选路由需要的工作容量W'':链路j上的工作容量、链路j上保护容量^经过链路i的第p条路由需要的保护容量模型的优化目标是使网络中配置的光纤成本之和最小，用公式表示如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其约束条件包含以下五个(1)i;尸4w,HV/=1,2,...,S，即确保链路i失效时上面的工作容量都得到保护；〃=1(2)V(Z，y')=U,...,&"y，即确保链路i失效时链路j有足够的保护容量；〃=1(3)f>'、'=,W=1,2,...,Z3，即确保第r个节点对的业务的工作路都被路由；《=1(4)gf^;"*g'"=w,y/=i,2,...,s，链路j上的工作容量的计算公式；(5)s,+w^l^"Z"'，链路上的工作容量和保护容量之和要小于所有光纤模块容量之和。该方法首先为每个业务计算出所有满足约束的路由集合，然后在此路由集合里为业务同时选择工作路径和保护路径，最后进行容量配置并得到一个最优的解。这种方法支持多模块(oc-n)，但是求解速度慢，不适用于大网络。
发明内容本发明提供一种已知网络拓扑(给定网络中节点位置和节点间的连通情况)和业务需求的SDHmesh网络规划设计方法。在考虑到最终结果资源要模块化并且给定模块化的光纤类型为STM模型的情况下，通过快速地计算来优化路由分配与LSP的资源，最终使得网络的总成本最小。本发明采用多模块化方式，主要解决的技术问题包括以下两个(1)单个业务计算时，如何采用多模块化的方法为业务设计路由及进行容量分配，从而使得网络的总成本接近最小；(2)所有业务计算完毕后，如果链路上配置了不止一种类型的光纤，如何进行多模块之间的联合优化，从而进一步优化网络的链路容量配置，使得网络的总成本更小。本发明中，可选的物理光纤的类型为STM-N(N=1,4,16,64)，即采用多模块化方式。由于多模块化具有更多的容量级别，通常能更精确的模块化链路容量，从而减少由于模块化带来的容'量增加。如链路上配置的容量为18M，单模块化可选光纤类型为STM-16(容量为16M)时，需要配置2根STM-16的光纤，导致链路容量增加14M;而多模块化可选光纤类型为STM-N(N=l,4,16,64)，则只需配置一根STM-4和一根STM-16的光纤，链路容量只需增加2M，比单模块化的结果更优。在STM-N模型下，不同的模块大小有不同成本。在对容量进行模块化配置时会存在各种模块的组合。例如链路容量值是IOM，可以把这个容量模块化为3个STM-4或者1个STM-16。这两种组合的成本是不一样的，发明中如何选择最优模块组合的问题称为多模块化的联合优化问题，尽量选取成本最小的组合方式。本发明技术方案如下一种多模块化光纤的SDH网络规划设计方法，在已知网络中节点位置和节点间的连通情况以及业务需求，并给定模块化的光纤类型为STM模型的情况下，通过规划设计，使得网络光纤成本最小，具体包括以下歩骤步骤1:业务排序。对网络中所有业务进行排序，排序的规则基于业务的带宽值，带宽值越大的业务具有越高的优先级；对于那些带宽值大小一致的业务，则按业务需求的源、目节点之间的最小跳数路由的跳数值排序，跳数越小的业务具有越高的优先级。步骤2:按照业务排序由高到低的顺序，依次为每一个业务寻找路由和进行光纤资源配置。具体包括以下步骤■歩骤2-l:选取业务集合中优先级最高的一个业务，设当前业务带宽为SW;步骤2-2:计算网络中所有链路的链路权重i^7/W^gfe:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(1)其中，7Vew^WO)W为链路扩容代价；Sw为一个业务请求的带宽。》是一个可调的参数，通常介于0.1到10之间。^值的选取根据扩容代价的影响程度而定，例如，如果希望扩容代价大，则取"=10;反之，希望扩容代价小，则取》=0.1。r为一个可调系数，本发明系数^=成本最便宜的光纤的单位成本。计算链路权重"i^^'g似时，首先需要计算链路的扩容代价A^wA^a^，其具体计算方法是如果链路不需要扩容，则iVewA^CoW二0;如果链路需要新增光纤，且新增的光纤不会和链路上已配置的光纤产生合并或是替换操作，则脸v^必Corf二Ca^(Co^为新增光纤的成本)；如果链路新增的光纤会与链路上己配置的光纤产生合并或是替换操作，则脸m^必Co对二Co^—链路上被合并或是替换的己配置的光纤的成本之和；如果计算得到A^^^Corf<0，即扩容后由于光纤合并或替换导致链路上的光纤成本降低，则令A^v^cWCoW=0。计算链路的扩容代价A^wA^Co'"时，判断链路光纤是否需要扩容的方法是如果链路上已有光纤的剩余容量足够承载当前业务需求，则链路不需要扩容；如果链路上已有光纤的剩余容量不足以承载当前业务需求，则链路需要扩容。扩容新增光纤的选择标准是从光纤集合里面选取容量足够的并且成本最低的光纤。计算得到链路的扩容代价7VeWJWOx^后，计算该条链路的链路权重"W脚/g^:步骤2-3:为当前业务寻找端到端的路径。计算万网络中所有链路的权重"^:『eZgfe后，采用i^lwra路由方法(即最小代价路由方法)为当前业务计算路径。对于无保护类型的业务，找到工作路径则视为路由成功；对于专用保护类型业务，同时找到工作路径和保护路径，则视为路由成功。通常，Z^fefra路由方法中的代价等于链路权重和节点权重的和，但在本发明中，为了简化计算，将所有节点的权重设为0，即不考虑节点权重。步骤2-4:为当前业务端到端的路径配置光纤资源。对于无保护类型业务，只需为工作路径分配资源；对于专用保护类型业务，需要为工作路径和保护路径同时分配资源。配置光纤资源时，需要为当前业务端到端的路径中的每一条链路一一进行配置，具体配置时，根据步骤2-2中计算链路扩容代价M^A^O)rf的计算结果按照光纤模块成本最小原则进行配置。步骤2-5:当前业务端到端的路径的光纤资源配置完成后，在业务集合中删除当前业务，更新业务集合，然后返回步骤2-l，为下一个业务寻找路由和进行光纤资源配置。步骤3:业务集合中的所有业务光纤资源配置完成后，对网络中所有链路的多光纤模块进行联合优化，即调整链路上所有的光纤模块使得该链路的光纤模块的总容量能够承载所有通过该链路的业务，同时所有光纤模块的成本总和最低。本发明的创新点主要体现在以下两个方面(1)多模块化的链路权重设计方式以及容量分配方式。为业务路由时，链路代价的设置方式为基于链路多模块化的新增代价最小，但设计中作了一些改动，新增代价为成本乘上某个系数e，试图避免业务选路时出现不必要的绕路情况。同时，也将链路新增成本与实际使用的成本综合考虑，试图进一步避免业务选路时出现不必要的绕路情况；为业务分配资源时，在多种备选光纤级别中，尽量选择刚好满足业务容量需求且成本最便宜的光纤类型。这种多模块的处理方式使得链路资源的利用率大大提高。(2)对链路上已配置的光纤进行优化组合。在业务配置过程中和所有业务配置完后，均对链路上的所有光纤进行的微调整，主要由以下两个方面来实现a)合并光纤如果一根大容量的光纤有足够的剩余容量可以容纳下另一根小容量的光纤，则把整根小容量光纤上的所有业务放入大容量的光纤，从而删除这根小光纤，减少了成本。b)降低光纤规格一根大容量的光纤只用了部分容量，如果用一根小容量的光纤足以容纳大容量光纤里的业务量，则在满足链路上的光纤数目限制的情况下把这根大容量的光纤替换成为小容量的光纤，减少了成本。本发明提供的一种多模块化光纤的SDH网络规划设计方法实现了在一个已知网络拓扑(给定网络中节点位置和节点间的连通情况)和业务需求下，链路容量上限未给定的SDHmesh网络全量规划。即在满足网络设备等条件下，通过多模块化的权重设置、资源分配及多模块化光纤成本优化，优化了路由分配与LSP的资源，最终使得网络链路容量配置接近最小。说明书附图图1为本发明提供的一种多模块化光纤的SDH网络规划设计方法的流程示意图。图2为本发明具体实施例的网络拓扑示意图。具体实施例方式下面以具体例子说明本发明的技术流程，主要描述业务路由时的链路权重设置、容量分配及多模块化之间的联合优化过程，此为算法的难点和复杂点。例子中用到的计算用图如图2所示，5个顶点，5条链路(双向链路)。现有如表1所示的一批业务需要在图2所示的网络拓扑中进行配置，备选的光纤级别有STM-4、STM-16、STM-64三种，并假设它们的成本分别为Ow^=238，CoWM=364.8，Gw&=860，计算得到最便宜的光纤的单位成本r=238/4=59.5。同时，在此例中选择扩容代价系数》=10，它是本次测试所得到的一个经验值。表1输入的业务需求<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>在本例中，主要以图4中节点0和节点1之间的链路0为研究对象，详细介绍业务路由时在此链路上的权重设置情况及光纤配备情况。首先进行业务排序，执行的顺序为2、0、1、3;然后依次为业务2、0、1、3进行路由和光纤资源配置首先计算业务2，由于初始情况下链路O上配置的光纤数为O，业务经过链路O时需要新增光纤，选择满足容量要求的最便宜的光纤类型STM-16，设置链路0的权重为"^『e/gfe二G^/(5乂》+Sw乂y二346.8X10+16X59.5=4600。由算法计算得到业务2的工作链路序列为3-1-0，经过链路0，在链路0上为业务2配置一条STM-16的光纤FiberO，并更新FiberO的可用资源为O。计算业务O，链路O上配置的FiberO的容量已经使用完毕，业务0经过链路0时需要新增光纤，选择满足容量要求的光纤类型STM-16，设置链路O的权重为丄M,妙FOw仏X^+5wXr=346.8X10+12X59.5=4362。由Z)p:Wra算法计算得到业务2的工作链路序列为0-1，经过链路0，在链路0上为业务0配置一条STM-16的光纤Fiberl，并更新Fiberl的可用资源为4M。计算业务1，链路0上配置的FiberO和Fiberl的可用容量还有4M，业务1经过链路0时需要新增4M容量，选择满足容量要求的光纤类型STM-4，设置链路0的权重为丄滅,/gfe二Ow^乂"+^w乂r=238X10+8X59.5=2856。由算法计算得到业务2的工作链路序列为0-1-3，经过链路O，在链路0上为业务0配置一条STM-4的光纤Fiber2，并更新Fiberl的可用资源为0，Fiber2的可用资源为0。计算业务3，链路0上配置的FiberO、Fiberl和Fiber2的可用容量还有0M，业务3经过链路0时需要新增1根STM-4的光纤即可满足容量需求。但是考虑到链路0上配置STM4的数量上限为1且STM-16的数量上限为2，所以此时只能新增一根STM-64的光纤Fiber3。同时，可将FiberO、Fiberl和Fiber2合并到Fiber3中，即此时链路上仅配置了一条STM-64的光纤Fiber3。链路0的新增代价脸w^WOw/二(CoW化2XOw^-Ow"<0，将其更新为0，得到链路0的权重为h'^:恥/g似二0+Sw乂r=238。由A)V^ra算法计算得到业务3的工作链路序列为2-0，经过链路0，在链路0链路上配置一条STM-64的光纤Fiber3，将FiberO、Fiberl和Fiber2的业务挪到Fiber3中，将FiberO、Fiberl和Fiber2删除。最终链路上配置了一条STM-64的光纤，且可用容量更新为24M。权利要求1、一种多模块化光纤的SDH网络规划设计方法，在已知网络中节点位置和节点间的连通情况以及业务需求，并给定模块化的光纤类型为STM模型的情况下，通过规划设计，使得网络光纤成本最小，具体包括以下步骤步骤1业务排序；对网络中所有业务进行排序，排序的规则基于业务的带宽值，带宽值越大的业务具有越高的优先级；对于那些带宽值大小一致的业务，则按业务需求的源、目节点之间的最小跳数路由的跳数值排序，跳数越小的业务具有越高的优先级；步骤2按照业务排序由高到低的顺序，依次为每一个业务寻找路由和进行光纤资源配置，具体包括以下步骤步骤2-1选取业务集合中优先级最高的一个业务，设当前业务带宽为Bw；步骤2-2计算网络中所有链路的链路权重LinkWeightLinkWeight＝NewAddCost×β+Bw×γ其中，NewAddCost为链路扩容代价；Bw为一个业务请求的带宽；β是一个可调的参数，通常介于0.1到10之间；γ为一个可调系数，本发明系数γ＝成本最便宜的光纤的单位成本；步骤2-3为当前业务寻找端到端的路径；计算万网络中所有链路的权重LinkWeight后，采用Dijkstra路由方法为当前业务计算路径；对于无保护类型的业务，找到工作路径则视为路由成功；对于专用保护类型业务，同时找到工作路径和保护路径，则视为路由成功；步骤2-4为当前业务端到端的路径配置光纤资源；对于无保护类型业务，只需为工作路径分配资源；对于专用保护类型业务，需要为工作路径和保护路径同时分配资源；配置光纤资源时，需要为当前业务端到端的路径中的每一条链路一一进行配置，具体配置时，根据步骤2-2中计算链路扩容代价NewAddCost的计算结果按照光纤模块成本最小原则进行配置；步骤2-5当前业务端到端的路径的光纤资源配置完成后，在业务集合中删除当前业务，更新业务集合，然后返回步骤2-1，为下一个业务寻找路由和进行光纤资源配置；步骤3业务集合中的所有业务光纤资源配置完成后，对网络中所有链路的多光纤模块进行优化，即调整链路上所有的光纤模块使得该链路的光纤模块的总容量能够承载所有通过该链路的业务，同时所有光纤模块的成本总和最低。2、根据权利要求1所述的一种多模块化光纤的SDH网络规划设计方法，其特征在于，步骤2-2计算链路权重丄^W^g似时，首先需要计算链路的扩容代价A^^tWO^，其具体计算方法是如果链路不需要扩容，则脸>^必0/=0;如果链路需要新增光纤，且新增的光纤不会和链路上已配置的光纤产生合并或是替换操作，则A^^^/0^二0^n，Co^为新增光纤的成本；如果链路新增的光纤会与链路上己配置的光纤产生合并或是替换操作，则iVev^^CoW=CoW—链路上被合并或是替换的已配置的光纤的成本之和；如果计算得到iVew^^O^O,即扩容后由于光纤合并或替换导致链路上的光纤成本降低，则令iVev^cWa^=0。3、根据权利要求2所述的一种多模块化光纤的SDH网络规划设计方法，其特征在于，计算链路的扩容代价A^M^C^O^时，判断链路光纤是否需要扩容的方法是如果链路上已有光纤的剩余容量足够承载当前业务需求，则链路不需要扩容；如果链路上已有光纤的剩余容量不足以承载当前业务需求，则链路需要扩容；扩容新增光纤的选择标准是从光纤集合里面选取容量足够的并且成本最低的光纤。全文摘要一种多模块化光纤的SDH网络规划设计方法，属于计算机网络通信
技术领域：
，具体涉及光纤SDH网络规划设计，同时涉及光纤SDH网络的资源管理和维护。本发明在已知网络中节点位置和节点间的连通情况以及业务需求，并给定模块化的光纤类型为STM模型的情况下，通过规划设计，使得网络光纤成本最小。首先进行业务排序，然后按由高到低的顺序，依次为每一个业务寻找路由和进行光纤资源配置，最后对所有链路进行光纤模块成本优化。本发明实现了在一个已知网络拓扑和业务需求下，链路容量上限未给定的SDHmesh网络全量规划，在满足网络设备等条件下，通过多模块化的权重设置、资源分配及多模块化光纤成本优化，优化了路由分配与LSP的资源，最终使得网络链路容量配置接近最小。文档编号H04L12/24GK101420321SQ20081014769公开日2009年4月29日申请日期2008年11月27日优先权日2008年11月27日发明者凌惜沫,芳荣,虞红芳申请人:电子科技大学