专利名称：一种基于二维QoS区分结构的路由和波长分配方法
技术领域：
本发明涉及一种用于透明光网络中的RWA (Routing and WavelengthAssignment,路由和波长分配)方法,特别地，涉及一种规避物理层损伤的影响、针对多业务等级的不同需求在路由和波长分配过程中分配不同光路资源的方法，属于光通信技术领域。
背景技术：
透明光网络架构消除了光电转换，同时消除了电子器件的瓶颈效应，可以支持高速率和多类型业务数据的承载与灵活交换。但是透明光网络中非理想器件和设备引起的物理层损伤会劣化传输质量，当传输质量劣化的影响超过用户允许的范围时，该光路将无法保证光信号的传输质量而不可用。RWA方法作为光路资源分配技术，可以为用户分配具有不同光信号传输质量的光路资源。因此，利用RWA技术可以对物理层损伤进行规避以保证光信号的传输质量。利用RWA方法解决保证多等级业务传输需求时，通常进行路由计算和波长选择两个过程，其过程为:首先，利用路由算法计算从源节点到目的节点的一条路径；其次，利用波长分配算法在该路径中选择一条空闲波长来建立光路，传输光信号。光路的传输质量可以通过BER(Bit Error Rate,误码率)来衡量，本领域通常以BER作为衡量物理层损伤对光路传输质量影响的指标。处理物理层损伤通常是在光路的节点内根据损伤模型对其进行计算，进而判断该光路的传输质量是否满足用户的需求，这会增加建立时延，甚至导致连接由于建立时延的加长而被阻塞，目前对服务区分RWA方法的研究以BER或QoS (Quality ofService，服务质量)参数作为指标，没有考虑物理层损伤对QoS的影响。服务区分的RWA过程选择的光路通常是只要满足该等级业务的需求即可，这使得满足高等级业务需求的光路资源可能会被分配给低等级业务，从而造成资源的过度分配。对不同等级的光业务，在划分业务等级时所采用 的参数通常不会考虑物理层损伤对QoS参数的影响，只以对业务等级参数的需求作为光路资源的约束条件，如以可靠性、建立时延等作为约束条件，通过RWA过程得到的光路必须满足该等级业务对QoS的约束条件，从而保证了多等级业务QoS需求的连接建立。目前，基于服务区分的RWA方法不能适用于透明光网络中的传输需求，这种方法主要存在以下缺点:1)忽略了物理层损伤对建立时延参数的影响，导致了建立时延的劣化，从而造成连接请求阻塞；2)在分配资源时对不同服务等级需求的差异性考虑不足，即低等级业务需求具有较低光信号质量的光路资源并允许具有比高等级业务更大的阻塞率，而在RWA过程中可能将满足低等级业务需求但是又同时满足高等级业务需求的光路资源分配给低等级业务，形成资源的过度分配，进而造成更多高等级业务的阻塞。因此，如何在路由和波长分配过程中，针对特定等级业务考虑物理层损伤的影响同时保证QoS的需求来进行RWA方法的设计已成为实现光网络良好服务区分的关注点。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种在充分考虑透明光网络中物理层损伤约束的同时能够保证建立时延的多等级业务区分路由和波长分配的新方法。该方法将考虑物理层损伤对传输质量的劣化、建立时延及物理层损伤对建立时延的影响，并利用BER来衡量物理层损伤对光路传输质量的影响，在建立时延和BER组成的二维QoS区分结构的基础上为不同等级业务选择最适合该等级业务的光路资源。本发明采用下述的技术方案:一种透明光网络中基于二维QoS区分结构的RWA方法，包括如下步骤:I)根据业务对建立时延和BER的需求，将到达网络的业务请求映射到由建立时延和BER构成的二维QoS区分结构中相应的业务等级；2)为该请求计算k条光路；3)将k条光路按照路径距离从小到大编号，编号依次为1，2，…，k ；
4)计算这k条光路的建立时延和BER ；5)根据业务对建立时延和BER的需求选择光路资源，建立连接。所述计算k条光路具体为:首先利用k条最短路径算法通过路由计算寻找k条长度最短的路径，然后为每一条路径通过首次命中波长分配算法对链路的光纤中复用的波长进行遍历，直到找到一条空闲波长为止，将该空闲波长分配给该路径。其中波长分配遵循波长连续性限制。所述建立时延包括传播时延和处理时延。所述传播时延可采用如下公式计算:传播时延=传输距离/传输速率。所述处理时延包括三部分，分别是:寻找可用光路的时间、处理物理层损伤的时间以及排队时延。所述处理物理层损伤的时间包括计算BER和判断BER是否符合用户需求的时间。所述排队时延为所有已经存在队列的寻找可用光路的时间和处理物理层损伤的时间的和。如果该业务请求对应于最高等级业务，按照光路编号从小到大依次遍历，当第i条光路的建立时延和BER满足该等级业务的需求时，则建立连接；如果k条光路均不满足需求则阻塞连接。如果该业务请求对应于较低等级的业务，则会在光路中优先选择满足其对建立时延和BER的要求，同时又不占用任何满足高等级业务需求的光路资源，即该业务等级需求范围内的光路资源；如果满足该业务等级需求范围内的资源不存在，则会按照业务等级由低到高的顺序先选择满足稍低等级业务需求的光路资源，并从中找到编号最小的光路建立连接；如果没有满足需求的资源再从满足稍高等级业务需求的光路资源中选择编号最小的光路建立连接；当且仅当没有任何满足该业务需求的空闲资源时，才会阻塞连接。本发明具有如下作用:避免由于物理层损伤对建立时延的劣化作用而引起更多的连接阻塞；为不同等级的业务分配该业务等级范围内的光路资源，避免资源过度分配；降低网络阻塞率；适用于未来透明光网络中多等级业务的需求。
图1为二维QoS区分结构；以及图2为采用不同资源分配方法的路由和波长分配示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。 下面结合附图进一步说明本发明。图1为以建立时延和BER为划分业务等级的标准得到的二维QoS区分结构。按照任一个参数(建立时延或者BER)都可以将业务划分为几个等级，如果按照建立时延需求划分的业务等级数为N个，按照BER需求可划分的业务等级数为M个，基于上述两个参数就可以将业务划分为N*M个业务等级，这样就形成了一个二维QoS区分结构，如图1所示。在该结构中物理层损伤对建立时延的影响加入到建立时延的评估中。以图1中包含的业务类型为例，图中给出了每一个等级的建立时延和BER的取值范围。根据不同业务的不同取值，可以将业务等级划分为:Class 1-1, Class 1-3, Class2_l, Class2_5,..., Class4_6,其中,业务等级中的两个数字分别代表以建立时延和BER为指标划分的业务等级，如图1中横坐标和纵坐标中所标编号所示。当一个建立时延需求为几分钟，BER需求为1(Γ6的业务到达网络时，根据图1中建立时延和BER的取值范围，该请求被映射为Class4-6等级。在该二维结构中，可以将符合业务需求的信号质量的光路资源优先分配给用户，以使资源充分利用。另夕卜，随着新兴业务的出现，该二维QoS区分结构可以继续扩展为更多业务等级(业务等级编号为ClassN-M)。其中，Classl-1是最高等级业务。下面以Classl-1业务的连接请·求和Classl_3业务的连接请求为例说明连接建立过程。具体实施过程中，不同等级业务的路由和波长分配过程采用本发明所述方法，具体步骤如下:1、两个连接请求到达网络，其中一个连接请求的建立时延对应图1中建立时延为I的取值范围，且BER对应图1中BER编号为I的取值范围；另一个连接请求的建立时延对应图1中建立时延为I的取值范围，且BER对应图1中BER编号为3的取值范围，即这两个请求可以分别映射为Classl-1等级和Classl-3等级；2、利用k条最短路径算法和首次命中(FF)波长分配算法分别为Classl-1等级的连接请求和Classl-3等级的连接请求各计算一组光路,每组的光路数均为k。计算k条光路的过程为:首先利用k条最短路径算法通过路由计算寻找k条长度最短的路径，然后为每一条路径通过首次命中波长分配算法对链路的光纤中复用的波长进行遍历，直到找到一条空闲波长为止，将该空闲波长分配给该路径。其中波长分配过程遵循波长连续性限制，也就是一条路径中的每条链路都使用同一个波长。计算得到k条光路后再通过下面的步骤对光路进行处理，从中选择满足连接请求需求的光路资源来传输光信号；3、分别将这两组k条光路按照路径距离从小到大编号，编号依次为1，2，-k；4、分别计算这两组k条光路的建立时延和BER。建立时延包括传播时延和处理时延。其中，传播时延可采用如下公式计算:传播时延=传输距离/传输速率而处理时延又包括三部分，分别是:寻找可用光路的时间、处理物理层损伤的时间(包括计算BER和判断BER是否符合用户需求的时间)以及排队时延。排队时延取决于所有已经存在队列的寻找可用光路的时间和处理物理层损伤的时间的和，即如果队列中已经存在两个待处理的连接请求，那么排队时间将为处理这两个连接请求的时间之和，即从该请求到达队列到该请求被处理之间的时间。寻找可用光路的时间和处理物理层损伤的时间如公式⑴所示:
权利要求
1.一种透明光网络中基于二维QoS(Quality of Service,服务质量)区分结构的RffA(Routing and Wavelength Assignment,路由和波长分配)方法,其特征在于，该方法包括如下步骤: 1)根据业务对建立时延和BER(BitError Rate，误码率)的需求，将到达网络的业务请求映射到由建立时延和BER构成的二维QoS区分结构中相应的业务等级； 2)为该请求计算k条光路； 3)将k条光路按照路径距离从小到大编号，编号依次为1，2，…，k; 4)计算这k条光路的建立时延和BER； 5)根据业务对建立时延和BER的需求选择光路资源，建立连接。
2.根据权利要求1的方法，所述计算k条光路具体为: 首先利用k条最短路径算法通过路由计算寻找k条长度最短的路径，然后为每一条路径通过首次命中波长分配算法对链路的光纤中复用的波长进行遍历，直到找到一条空闲波长为止，将该空闲波长分配给该路径，波长分配遵循波长连续性限制。
3.根据权利要求1的方法，所述步骤4)中的建立时延包括传播时延和处理时延。
4.根据权利要求3的方法，所述传播时延可采用如下公式计算: 传播时延=传输距离/传输速率。
5.根据权利要求3的方法，所述处理时延包括三部分，分别是:寻找可用光路的时间、处理物理层损伤的时间以 及排队 时延。
6.根据权利要求5的方法，所述处理物理层损伤的时间包括计算BER和判断BER是否符合用户需求的时间。
7.根据权利要求5的方法，其中寻找可用光路的时间和处理物理层损伤的时间按照公式⑴计算:
8.根据权利要求5的方法，所述排队时延为所有已经存在队列的寻找可用光路的时间和处理物理层损伤的时间的和。
9.根据权利要求1的方法，所述选择光路资源，建立连接具体为: 如果该业务请求对应于最高等级业务，按照光路编号从小到大依次遍历，当第i条光路的建立时延和BER满足该等级业务的需求时，则建立连接；如果k条光路均不满足需求则阻塞连接； 如果该业务请求对应于较低等级的业务，则会在光路中优先选择满足其对建立时延和BER的要求，同时又不占用任何满足高等级业务需求的光路资源，即该业务等级需求范围内的光路资源；如果满足该业务等级需求范围内的资源不存在，则会按照业务等级由低到高的顺序先选择满足稍低等级业务需求的光路资源，并从中找到编号最小的光路建立连接；如果没有满足需求的资源再从满足稍高等级业务需求的光路资源中选择编号最小的光路建立连接；当且仅当没有任何满足该业务需求的空闲资源时，才会阻塞连接。
10.根据权利要求1的方法，当用户关注的参数增多时，可以用多个参数建立多维QoS区分结构，进而将业务映射到 相应的等级中。
全文摘要
本发明公开了一种透明光网络中基于二维QoS区分结构的RWA方法，包括如下步骤根据业务对建立时延和BER的需求，将到达网络的业务请求映射到由建立时延和BER构成的二维QoS区分结构中相应的业务等级；利用路由算法和波长分配算法为该请求计算k条光路；计算这k条光路的建立时延和BER，同时考虑物理层损伤对建立时延的劣化，将这种劣化放到建立时延的计算中；根据业务需求选择合适的光路资源，建立连接。本发明的方法避免了由于物理层损伤对建立时延的劣化作用而引起更多的连接阻塞；为不同等级的业务分配该业务等级范围内的光路资源，避免了资源过度分配；有效降低了网络阻塞率；本方法适用于未来透明光网络中多等级业务的需求。
文档编号H04Q11/00GK103236897SQ201310148490
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月10日 优先权日2013年4月10日
发明者赵继军, 李伟, 李文竹, 刘心 申请人:河北工程大学