专利名称：：一种用于波分复用光网络的路由选择鲁棒选路算法的制作方法
技术领域：
：本发明属于通信系统中的路由选择(简称“选路”)领域，特别涉及一种用于波分复用(WavelengthDivisionMultiplexing,WDM)光网络的路由选择鲁棒选路算法。
背景技术：
：随着通信技术的迅猛发展，以IP(InternetProtocol，互联网协议)技术为核心，采用WDM传输链路、光分插复用器(OpticalAdd/DropMultiplexer，0ADM，如图1(a)所示)和光交叉连接器(OpticalCrossConnector，0XC，如图1(b)所示)的IPoverWDM网络体系已经成为下一代骨干网络的核心架构。在优化设计WDM光网络时，路由选择是必须要考虑的问题，即给定一个网络的物理拓扑以及一组光路连接请求，通过某种选路算法来为这些请求建立相应的光路。选路算法的优劣对网络资源的利用，网络管理和控制都有着极大的影响。当前大多数选路方案都假设业务量矩阵(在WDM网络中也称为光路需求矩阵)确知，或者已知节点对之间归一化的平均分组业务强度。而在实际运用中，这样的光路需求矩阵往往难以预估。这主要是因为当前以IP为代表的多种业务(如视频、音频、数据等)正迅速地融合到单一的宽带网络中。同时，随着宽带城域网和宽带小区接入网建设的逐步深入，互联网(Internet)用户群正在迅速膨胀，其宽带业务需求也日益增加，所以不可避免地会出现业务负载大幅度变化的情况。如果采取传统的速率估计的方法，当今最先进的技术也会产生20%以上的误差(见文献Y.Zhang,Μ.Roughan,C.Lund,etal.AnInformation-theoreticApproachtoTrafficMatrixEstimation.ProceedingsofACMsigcomm03，Karlsruhe,Germany,2003)。即便能获知当前的业务需求矩阵，但是很有可能在网络规划完毕之前业务负载又发生了剧烈变化，从而导致设计的失败。因此，十分有必要研究光路需求矩阵不确知情况下的路由选择问题，即鲁棒选路问题。近年来，业界提出了一些针对IP网络的鲁棒选路技术。该技术无需输入具体的业务量矩阵，仅依靠某种粗略的业务量信息(如流入/流出网络节点的合成速率)来为网络中的业务负载进行路由选择。其中，最具代表性的技术有两种，分别是非精确业务量矩阵求解法和基于软管(Hose)模型的鲁棒选路技术。虽然非精确业务量矩阵法明确地针对业务量矩阵的不确定性，但是要求预先知道各种可能的业务量矩阵出现的概率才能求解。而在骨干光网络中，各节点对之间的业务实际上是多种业务经过多级复用而混合在一起的业务，因此要预估这些概率就必须准确了解各种业务的统计特性，这在网络实际运行中同样难以做到。相比之下，基于软管模型的方法具有灵活、易于实现、可靠性高等优点，因此非常适合将其运用于WDM网络中，进行鲁棒规划设计。软管模型是一种不确定业务量模型，该模型并没有指定各网络节点对之间业务负载的大小或上限(即业务量矩阵中的各个元素)，而只给出了流入和流出各节点的业务量的上限，也就是业务量矩阵的“行和”和“列和”。目前基于Hose模型的鲁棒选路技术主要有虚拟专用网(Virtualprivatenetwork,VPN)树(见文献A.Kumar，R.Rastogi,etal.AlgorithmsforProvisioningVirtualPrivateNetworksintheHoseModel,"IEEE/ACMTransactionsonNetworking,10(4):565-578,2002)和Valiant负载平衡(Valiantload-balancing,VLB,见文献R.Zhang-Shen,N.Mckeown.DesigningaPredictableInternetBackboneNetwork.ThirdWorkshoponHotTopicsinNetworks,SanDiago,USA,2004)两种。虚拟专用网树采用树型、“多跳”(Multi-hop)路由结构，虽然链路开销较小，但是分组交换开销大、抗毁能力差，不适用于大规模骨干网。相比之下，Valiant负载平衡具有节约资源、易于实现、能有效抵御多网络部件失效等优点，是一种更具吸引力的技术。此外，VLB还适于WDM光网络基于连接的特性，使得选路更加稳定和可预知。对于网络优化问题，通过求解相应的数学规划(MathematicProgramming，MP)模型可以得到问题的最优解。然而由于在WDM网状网中，即便是光路需求矩阵确知情况下的优化选路问题都已被证明为NP难题，而基于VLB的优化选路问题更加复杂，因此也是NP难题。换句话说，求解VLB问题的数学规划模型的时间会随着网络节点数的增大而呈指数增力口。因此，在网络规模比较大的情况下必须设计启发式算法加以解决。同时，在WDM光网络上实现VLB鲁棒选路算法时，还必须考虑WDM网络自身的物理特征，包括链路上的波长个数和带宽粒度的限制，以及波长连续性约束等。这些物理约束都大大地增加了WDM光网络中VLB鲁棒选路算法的设计难度。到目前为止，真正考虑WDM特性的VLB选路算法尚未出现。
发明内容本发明的目的是提出一种可以有效地解决WDM网络中光路需求矩阵不确知情况下的鲁棒选路问题，大幅度地提高网络的路由选择能力，节约网络规划的成本的用于波分复用光网络的路由选择鲁棒选路算法VLB选路技术的基本原理，不同于传统的路由策略，VLB将选路分为两个阶段(如图2所示)第1阶段所有源节点将其业务量按照一定的百分比(称为负载分配百分比)发送至一系列的中间节点，而不考虑这些业务的目的节点。第2阶段中间节点将第一阶段收到的业务进行处理，再将其转发到相应的目的节点。VLB采用“两跳”路由策略，数据分组的存储转发操作均由中间节点来完成。中间节点可以是网络中的所有节点，并由此产生全连接的逻辑拓扑结构(如图3(a)所示)；也可以是网络中的一部分节点，并由此形成一种由一个或多个“Hub树”叠加而成的逻辑拓扑结构(如图3(b)所示)。根据VLB路由机制对WDM网络中的所有物理链路进行带宽配备实际上就是为这些拓扑中的每一条逻辑链路(即光路)配置波长，并使得所配置的波长数目在不依赖于具体的光路需求矩阵的同时满足用户的带宽需求。本发明的网络模型给定WDM网状网的物理拓扑G(N,E)，N为节点集合，E为链路集合；N和E分别表示网络节点数以及链路数。网络中的每条链路e(eeE)由一对方向相反但距离相同的单向光纤组成，并被赋予了链路代价，代表该条链路的物理距离。网络中的每个节点由一个光交叉连接器和一个IP路由器组成。这些节点都可以4执行光交换和电交换的功能，但是不具备波长转换能力。因此，一条光路仅能占用一个波长信道。在VLB鲁棒选路的过程中，中间节点接收到来的波长，并通过光-电转换将数据包变为电信号。如果中间节点已经是目的节点，则不用重新转发数据包；如果中间节点不是目的节点，则要通过电-光转换将数据重新变为光信号，并发送到目的节点。基于光网络的Hose模型定义为OH(r，U)。r=[r1;r2，...，ij，其中巧表示以节点i为源节点的连接请求数目的上限(i=1，2，...，N);u=[U1,U2,...,uN]，其中Ui表示以节点i为目的节点的连接请求数目的上限(i=1，2，...，N)。OH(r，u)的数学描述如下权利要求1.一种用于波分复用光网络的路由选择鲁棒选路算法，其特征在于VLB将选路分为两个阶段第1阶段所有源节点将其业务量按照一定的百分比(称为负载分配百分比)发送至一系列的中间节点，而不考虑这些业务的目的节点。第2阶段中间节点将第一阶段收到的业务进行处理，再将其转发到相应的目的节点。2.根据权利要求1所述的一种用于波分复用光网络的路由选择鲁棒选路算法，其特征是所述本发明的网络模型是给定WDM网状网的物理拓扑G(N，Ε)，N为节点集合，E为链路集合；N和E分别表示网络节点数以及链路数。网络中的每条链路e(eeΕ)由一对方向相反但距离相同的单向光纤组成，并被赋予了链路代价，代表该条链路的物理距离，网络中的每个节点由一个光交叉连接器和一个IP路由器组成。3.根据权利要求1所述的一种用于波分复用光网络的路由选择鲁棒选路算法，其步骤如下第一步利用Dijkstra算法(见文献:T.H.Cormen,C.Ε.Leiserson,etal.IntroductiontoAlgorithms(2ndEdition).McGraw-Hill,2001)计算所有节点对(i,j)(i，j=1，...，N，i乒j)之间的最短路径Pij，并记下其物理距离Clij以及所经过的链路数Lij。第二步根据Pij(i，j=1，...，N，i乒j)的距离和链路数、中间节点的个数M(Μ(N)以及Hose模型来确定网络中的中间节点，从而建立全连接或基于Hub树的逻辑拓扑。第三步计算负载分配向量。第四步根据负载分配向量以及Hose模型为逻辑拓扑中的每条光路配置波长，从而完成对全网带宽的配置。全文摘要一种用于波分复用光网络的路由选择鲁棒选路算法，其特征在于VLB将选路分为两个阶段第1阶段所有源节点将其业务量按照一定的百分比(称为负载分配百分比)发送至一系列的中间节点，而不考虑这些业务的目的节点，第2阶段中间节点将第一阶段收到的业务进行处理，再将其转发到相应的目的节点，本发明的本质是结合Valiant负载平衡和波分复用光网络的具体特征，根据网络物理拓扑以及软管不确定业务量模型计算负载分配向量α，尽量使更多的连接请求在距离和链路数较少的路径上传送，从而大大减少了链路传输和节点交换的开销，达到了资源优化利用的目的。文档编号H04Q11/00GK102457782SQ20101051501公开日2012年5月16日申请日期2010年10月21日优先权日2010年10月21日发明者戴睿,谢联群申请人:四川省电力公司通信自动化中心