用于双链路故障上备用容量分配的设备和方法
【专利摘要】一种由提供备用容量分配（SCA）来防止网络中发生双链路故障的设备所实施的方法，所述方法包括：针对网络中多个流中的每一个流，使用第一整数线性规划（ILP）模型来计算与这些流的多条不相交工作路径相对应的多条主备份路径的SCA；针对这些流中的每一个流，使用第二ILP模型以及所计算的关于主备份路径的备用容量信息，来计算与所述不相交工作路径以及所述主备份路径相对应的多条副备份路径的SCA；以及将所计算的关于所有流的所述主备份路径及所述副备份路径的SCA进行合计。
【专利说明】用于双链路故障上备用容量分配的设备和方法
相关申请案的交叉参考
[0001]本发明要求2011年3月29日由维克多.于.刘(Victor Yu Liu)递交的发明名称为“用于双链路故障上备用容量分配的设备和方法(Apparatus and Method for SpareCapacity Allocat1n on Dual Link Failures)”的第 61/468，682 号美国临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中，如全文再现一般。
关于由联邦政府赞助的研究或开发的声明
[0002]不适用。
参考缩微胶片附录
[0003]不适用。
【背景技术】
[0004]现代通信和数据网络由多个节点组成，这些节点经由连接它们的链路通过网络来传输数据。这些节点可包括在网络中传输各个数据包或数据帧的路由器、交换机、网桥或它们的组合。一些网络在不使用中间节点上的预配置路由的情况下，可提供将数据帧从网络中的一个节点转发到另一个节点的数据服务。其他网络可沿预配置或预先设定路径，将数据帧从网络中的一个节点转发到另一个节点。可在沿一条路径连接多个节点的多条链路上转发数据帧或数据包。
[0005]不同路径保护方案可用于保护路径上的链路或节点故障并且避免大量数据丢失。一些路径保护方案可处理单链路故障，在这些方案中工作路径指配有一条备份路径，该路径被预留以防工作路径中发生故障。可能需要其他更严格的方案来处理双链路故障，在这些方案中工作路径指配有一条主备份路径和一条副备份路径，该主备份路径被预留以防工作路径中发生故障，该副备份路径被预留以防主备份路径中发生故障。在一些情况下，主/副备份路径的至少一些部分可共享某网络资源容量(例如，带宽)从而节省网络中的资源/成本，这被称为双链路故障的备用容量分配。这可能需要用备用容量分配方案来保护以免受双链路故障带来的损失。
【发明内容】
[0006]在一项实施例中，本发明包括一种方法，该方法由提供备用容量分配(SCA)来防止网络中发生双链路故障的设备所实施，该方法包括:针对网络中多个流中的每一者，使用第一整数线性规划(ILP)模型来计算与这些流的多条不相交工作路径相对应的多条主备份路径的SCA ;针对多个流中的每一者，使用第二 ILP模型以及所计算的关于主备份路径的备用容量信息，来计算与所述不相交工作路径以及所述主备份路径相对应的多条副备份路径的SCA ;以及将所计算的关于所有流的所述主备份路径及所述副备份路径的SCA进行合计。
[0007]在另一项实施例中，本发明包括一种方法，该方法由提供SCA防止网络中发生双链路故障的设备所实施，该方法包括:针对网络中多个流中的每一者，使用整数非线性规划(INLP)模型，来计算与这些流的多条不相交工作路径相对应的多条主备份路径和多条副备份路径的SCA ;以及将所计算的关于所有流的所述主备份路径及所述副备份路径的SCA进行合计，其中所述INLP模型建立在以下基础上:在每一种双链路故障场景下在每条链路上共享合计的备用容量。
[0008]在另一项实施例中，本发明包括一种设备，该设备用于提供SCA来防止网络中发生双链路故障，该设备包括一个或多个网络部件，该网络部件用于:使用第一 ILP模型，来确定与多个流的多条不相交工作路径相对应的多条主备份路径的SCA ;随后，使用第二 ILP模型并使用所确定的关于所述主备份路径的SCA，来确定与所述工作路径相对应的多条副备份路径的SCA ；以及将关于所有流的所述主备份路径及所述副备份路径的SCA进行合计。
[0009]在又一项实施例中，本发明包括一种网络部件，该网络部件用于提供SCA来防止网络中发生双链路故障，该网络部件包括处理器，该处理器用于:针对网络中多个流，使用INLP来计算与多条工作路径相对应的多条主备份路径以及多条副备份路径的SCA ;以及将所计算的关于所有流的所述主备份路径及所述副备份路径的SCA进行合计，其中所述INLP模型是建立在以下基础上的:在每一种双链路故障场景下在每条链路上共享合计的备用容量。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]为了更完整地理解本发明，现在参考以下结合附图和详细描述进行的简要描述，其中相同参考标号表不相同部分。
[0011]图1为用于单链路故障的备用容量分配模型的示意图。
[0012]图2是双链路保护场景的一项实施例的示意图。
[0013]图3是双链路保护场景的另一项实施例的示意图。
[0014]图4为根据本发明一项实施例的用于双链路故障的备用容量分配模型的示意图。
[0015]图5为根据本发明一项实施例的用于双链路故障的另一备用容量分配模型的示意图。
[0016]图6为根据本发明一项实施例的用于双链路故障的备用容量分配方法的流程图。
[0017]图7为多个模拟网络拓扑结构的示意图。
[0018]图8为图7所示模拟网络拓扑结构的多个数值结果的图表。
[0019]图9为网络单元的一项实施例的示意图。
[0020]图10为通用处理系统的一项实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0021]首先应理解，尽管下文提供一项或多项实施例的说明性实施方案，但所披露的系统和/或方法可使用任意数目的技术来实施，不管该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实施方案、附图和技术，包括本文所说明并描述的示例性设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内进行修改。
[0022]已提出多种网络生存性(或保护)技术用于不同网络技术。生存性技术可确保在例如链路/节点故障等可对网络产生影响的不同条件下的网络操作生存。生存性技术的实例包括多重自导向、自愈环、预先计划的备份路由以及预配置圈(p-cycle)多种生存性技术对应于单链路故障，而用于双链路故障的生存性技术可能不常见或欠发达。[0023]本文所披露的是能够实现SCA从而保护以免受双链路故障带来损失的系统和方法。与用于双链路故障的其他生存性技术相比，该SCA方法可提供更好的可扩展性和灵活性。该方法使用用于网络中双链路故障的SCA模型，此模型使用主备份路径和副备份路径来保护一个或多个数据流的工作路径。可使用此模型来确定来自不同流的路径中的共享备用容量的分配。处理双链路故障的网络可包括网格状的互联网协议(IP)/多协议标签交换(MPLS)网络、波分复用(WDM)网络、骨干网以及可能需要高水平的网络可靠性的其他网络。
[0024]用于双链路故障的SCA模型可最小化预先计划的备用资源同时保证网络中双链路故障上充分的服务恢复(例如，无数据丢失)。用于双链路故障的SCA模型可为通信业务流提供端到端的保护，该通信业务流可指配有一条工作路径和两条预先计划的备份路径。一条或多条链路的备用容量可在具有不相交的工作路径的流的多条主/副备份路径中共享。此SCA模型可在减少备份路径中的冗余的情况(即，使用最小共享容量)下，计算双链路故障所共享的备用容量。
[0025]用于为双链路故障分配备用容量的其他技术在相对较大的网络中可能不具有可扩展性。例如，在2003年电气与电子工程师协会(IEEE)全球通信会议(GL0BEC0Mconf erence )议程中，由I何(W.He )和A.K.萨马尼(A.K.Somani )提出的、标题为“网格可恢复的光网络中双链路故障中可生存的基于路径的保护(Path-Based Protect1n forSurviving Double Link Failures in Mesh-Restorable Optical Networks)，，的模型。在此模型中，每个通信业务流都有一组预计算的且互不相交的候选路径。这些路径经选择用作一条工作路径以及两条备份路径以保护任意双链路故障。这个提出的模型捕获任意两个流之间的所有非共享条件从而可选择候选备份路径的角色以最小化总容量。然而，对相对较大的网络扩展解决方案可能有困难，这是因为，此模型中的备用容量共享约束条件依赖于成对流的完整路径信息。因此，对大量的流而言，约束条件的数目会以二次方的规模增加。
[0026]2001年8月10日由Y.刘(Y.Liu)等人递交的标题为“用于备用容量分配的设备和方法(Apparatus and Method for Spare Capacity Allocat1n)，，的第 6, 744, 727 号美国专利申请案也对用于单链路故障的SCA模型进行了描述，该申请案以引入的方式并入本文本中，如全文再现一般。在2005年2月IEEE/计算机协会(ACM)关于联网的会报中由Y.刘(Y.Liu)等人递交的标题为“由连续的生存性路由逼近最优备用容量分配(ApproximatingOptimal Spare Capacity Allocat1n by Successive Survivable Routing)，，也对用于单链路故障的SCA模型进行了描述，该文以引入的方式并入本文本中，如全文再现一般。此模型可使用用于单故障的共享备份路径保护(SBPP)方案，其中每个流可使用不相交的备份路径以在发生任意单链路故障时保护此流的工作路径。使用SBPP方案来提供足够的备用容量可能很难实现任一单链路故障的充分修复。用于单链路故障的SCA模型所用的符号总结在下表1中。 表1:符号
【权利要求】
1.一种由提供备用容量分配(SCA)来防止网络中发生双链路故障的设备所实施的方法，所述方法包括: 针对网络中多个流中的每一个流，使用第一整数线性规划(ILP)模型来计算与这些流的多条不相交工作路径相对应的多条主备份路径的SCA ； 针对这些流中的每一个流，使用第二 ILP模型以及所计算的关于所述主备份路径的备用容量信息，来计算与所述不相交工作路径以及所述主备份路径相对应的多条副备份路径的SCA ；以及 将所计算的关于所有流的所述主备份路径及所述副备份路径的SCA进行合计。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一ILP模型和所述第二 ILP模型均建立在以下基础上:在每一种双链路故障场景下在每条链路上共享合计的备用容量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中用于计算所述主备份路径的SCA的所述第一ILP模型是根据如下数学矩阵运算建立的:
4.根据权利要求3所述的方法，其中分别按G1^1]和< 来计算每个流的Gm和U1从而提高可扩展性和计算速度，所依据的数学矩阵运算如下:
5.根据权利要求3所述的方法，其中为消除U1的非线性，每个流的U1基于如下数学矩阵运算来计算:
6.根据权利要求3所述的方法，其中用于计算所述副备份路径的SCA的所述第二ILP模型是根据如下数学矩阵运算建立的:
7.根据权利要求6所述的方法，其中G通过求和来算出，即，将所述第一ILP模型所产生的Gtl]与对应于第二备用供应矩阵Gm的ZtMU2相加，其中分别按G1^2]和u\计算每个流的G[2]和U2从而提高可扩展性和计算速度，所依据的数学矩阵运算如下:
8.根据权利要求1所 述的方法，其中所述主备份路径与所述副备份路径不共享备用容量。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述主备份路径不共享备用容量而所述副备份路径共享备用容量。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述主备份路径与所述副备份路径共享备用容量。
11.根据权利要求1所述的方法，其中在更多备份路径之间共享备用容量会减少流的备用容量与工作容量的比率。
12.根据权利要求1所述的方法，其中在主动方法中，备用容量在所述主备份路径与所述副备份路径中的至少一些路径之间的共享发生在网络中所述主备份路径及所述副备份路径的路由期间。
13.根据权利要求1所述的方法，其中在被动方法中，备用容量在所述主备份路径与所述副备份路径的至少一些路径之间的共享发生在网络中所述主备份路径与所述副备份路径的路由之后。
14.一种由提供备用容量分配(SCA)来防止网络中发生双链路故障的设备所实施的方法，所述方法包括: 针对网络中多个流中的每一个流，使用整数非线性规划(INLP)模型来计算与这些流的多条不相交工作路径相对应的多条主备份路径和多条副备份路径的的SCA ;以及将所计算的关于所有流的所述主备份路径及所述副备份路径的SCA进行合计，其中所述INLP模型建立在以下基础上:在每一种双链路故障场景下在每条链路上共享合计的备用容量。
15.根据权利要求14所述的方法，其中用于计算所述主备份路径以及所述副备份路径的SCA的所述INLP模型是根据如下数学矩阵运算建立的:
16.一种用于提供备用容量分配(SCA)来防止网络中发生双链路故障的设备，所述设备包括: 一个或多个网络部件，所述一个或多个网络部件用于: 使用第一整数线性规划(ILP)模型，来确定与多个流的多条不相交工作路径相对应的多条主备份路径的SCA ； 随后，使用第二 ILP模型并使用所确定的关于所述主备份路径的SCA，来确定与所述工作路径相对应的多条副备份路径的SCA ;以及 将关于所有流的所述主备份路径及所述副备份路径的SCA进行合计。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述主备份路径以及所述副备份路径中的至少一些路径为共享一条或多条链路的联合路径。
18.根据权利要求16所述的设备，其中所述第一ILP模型以及所述第二 ILP模型用于减少所述主备份路径以及所述副备份路径的SCA，并且用于为所述流提供充分的生存性。
19.根据权利要求16所述的设备，其中对所述主备份路径的SCA以及所述副备份路径的SCA进行的确定是针对每个流进行的，并且其中所确定的关于所有流的所述主备份路径以及所述副备份路径的SCA随后被合计。
20.根据权利要求19所述的设备，其中在将所有流的SCA合计之前确定每条流的SCA这一操作提高了 SCA的可扩展性，这样便可处理具有更多路径以及更多流的更大网络。
21.根据权利要求16所述的设备，其中所述工作路径最先指配给所述流，并且其中所述主备份路径以及所述副备份路径随后被确定以减少或优化所述工作路径、所述主备份路径以及所述副备份路径的总资源分配。
22.根据权利要求16所述的设备，其中各流的所述工作路径中的一者或多者发生变化，并且其中所述主备份路径以及所述副备份路径随后被确定以减少或优化所述工作路径、所述主备份路径以及所述副备份路径的总资源分配。
23.根据权利要求16所述的设备，其中用于计算所述主备份路径的SCA的所述第一ILP模型是根据如下数学矩阵运算建立的:
24.根据权利要求23所述的设备，其中分别按G&]和< 来计算每个流的Gm和U1从而提高可扩展性和计算速度，所依据的数学矩阵运算如下:
25.根据权利要求23所述的设备，其中用于计算所述副备份路径的SCA的所述第二ILP模型是根据如下数学矩阵运算建立的:
26.根据权利要求25所述的设备，其中G通过求和来算出，即，将所述第一ILP模型所产生的Gm与对应于第二备用供应矩阵G[2]的Z1MU2相加，其中分别按G1^2]和 < 计算每个流的Gm和U2从而提高可扩展性和计算速度，所依据的数学矩阵运算如下:
27.根据权利要求16所述的设备，其中所述第一ILP模型包括:计算当其他双链路发生故障时所述主备份路径的相应多条链路中的每一者所需的每一流备用容量，并且随后得到一个最大备用容量，即，各链路中的每一者在所有故障场景下所需的所有流容量；并且其中所述备用容量的计算是基于以下各项进行的:指配给所述工作路径的多条链路、所述工作路径的所述链路中的任何故障链路、指配给所述主备份路径的多条链路，以及所述主备份路径和所述工作路径的链路上所分配的带宽。
28.根据权利要求27所述的设备，其中所述第二ILP模型包括:使用在所述第一 ILP模型中所述主备份路径所需的所计算的备用容量，其为固定值，来计算当其他双链路发生故障时所述主备份路径的相应多条链路中的每一者所需的每一流备用容量，并且随后得到一个最大备用容量，即，各链路中的每一者在所有故障场景下所需的所有流容量；并且其中所述副备份路径所需的备用容量的计算是基于以下各项进行的:指配给所述工作路径的多条链路、所述工作路径的所述链路中的任何故障链路、指配给所述副备份路径的多条链路，以及所述副备份路径以及所述工作路径的链路上所分配的带宽。
29.—种针对网络中发生双链路故障提供备用容量分配(SCA)的网络部件，所述网络部件包括处理器，所述处理器用于: 使用整数非线性规划(INLP)来计算与网络中多个流的多条工作路径相对应的多条主备份路径以及多条副备份路径的SCA ;以及 将所计算的关于所有流的所述主备份路径及所述副备份路径的SCA进行合计， 其中所述INLP模型建立在以下基础上:在每一种双链路故障场景下在每条链路上共享合计的备用容量。
30.根据权利要求29所述的网络部件，其中用于计算所述主备份路径以及所述副备份路径的SCA的所述INLP模型是根据如下数学矩阵运算建立的:
【文档编号】H04L12/703GK104040974SQ201280016084
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年3月29日 优先权日:2011年3月29日
【发明者】维克多·于·刘 申请人:华为技术有限公司