一种混合网络中基于QoS区分的路径资源分配方法与流程

本发明涉及一种数据通信传输技术，特别是一种混合网络中基于QoS区分的路径资源分配方法。

背景技术：

目前，常用的网络路径资源分配方法包括光层的波长分层图方法、电层的约束最短路径算法，其中，波长分层图方法将网络的光波长资源建立分层图模型，进行波长分配，但是该方法不能满足逻辑路径资源的分配需求；电层的约束最短路径算法是在一定约束条件下计算有向图中源节点到其余各个节点的最短路径方法。现有混合网络路径资源分配方法有采用层叠/分离式的资源分配方法和跨层资源分配方法，层叠/分离式的资源分配方法将多层资源分别采用不同的资源分配方式，将物理路径和逻辑路径分开计算，并且没有将各层间的疏导路径的资源分配进行统一考虑，层间的资源缺乏必要的协调，不利于适应混合网络资源状态的动态变化；跨层资源分配方法核心思想是网络中各层都不是单独设计的，通过综合考虑相邻层或几层之间的资源参数，利用网络层次之间的相关性将各层资源参数通过一个跨层决策模块进行整体资源分配，通过将分散在各层的资源参数进行协调融合，但是资源的多样造成该方法在技术上实现复杂，资源分配方法零散等问题，尤其对于QoS要求差异巨大及具有跨QoS域传输需求的业务，路径资源分配计算复杂，QoS需求动态调整困难。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种混合网络中基于QoS区分的路径资源分配方法，首先通过将网络不同路径资源所能提供的服务质量等级进行区分，建立QoS分层图，然后根据业务请求的不同QoS需求，采用不同的资源分配策略，并且将混合网络的物理资源、逻辑资源统一考虑，不但将各层资源深度融合，更减小了方法复杂度，还可以通过动态调整业务的QoS需求，保证资源分配的成功率，可达到满足多种类型、多种粒度以及多种QoS需求业务的路径资源分配，使不同的网络路径资源信息按照不同的QoS需求实现共享。

本发明的技术解决方案是：一种混合网络中基于QoS区分的路径资源分配方法，包括如下步骤：

(1)获取需要进行路径资源分配的混合网络对应的物理拓扑G，假定该混合网络物理拓扑G包括节点V1、V2、V3、V4、…、VN，N为正整数；所述的网络物理拓扑G中部分或者全部节点具有层间疏导能力，其中，层间疏导能力为将业务数据在节点的各层之间进行传输或者在各层之间进行转换传输后送至其余节点的能力；

(2)收集获取当前混合网络中各个节点间链路的资源状态信息，然后根据资源状态信息将各个节点间链路划分为Qos等级A链路、Qos等级B链路、Qos等级C链路；所述的Qos等级A链路为节点间链路可承载光业务数据；所述的Qos等级B链路为节点间链路只能承载虚电路、ip业务数据且丢包率小于丢包率阈值且时延敏感；所述的Qos等级C链路为节点间链路只能承载虚电路、ip业务数据且丢包率不小于丢包率阈值或者时延不敏感；所述的资源状态信息包括丢包率、时延、可承载业务类型、可用资源数量，其中，丢包率阈值为正数；

(3)收集获取混合网络中各节点内部各层间的疏导路径资源状态、层间疏导路径；所述的层间的疏导路径资源状态包括节点层间进行数据传输的可用资源数量，其中，可用资源包括O-E/E-O单元、存储内存、处理内存；

(4)将具有相同Qos等级的节点间链路放置在同一QoS平面，然后在不同QoS平面之间建立各个节点对应的层间疏导路径，进而得到QoS分层图模型LG(V^*,E^*)，其中，V^*表示节点集合，E^*表示路径集合，路径包括节点间链路、节点层间疏导路径，QoS分层图模型中每一层具备相同Qos等级的节点间链路的集合，QoS分层图模型中层间连线是节点对应的层间疏导路径；

(5)获取当前混合网络的业务请求矩阵D，并记为D＝D1，D2，D2，…，D|D|}，获取业务请求矩阵D中各个业务对应的业务类型，然后将各个业务划分为Qos等级A业务、Qos等级B业务、Qos等级C业务；所述的Qos等级A业务为当前业务对应的业务类型为光业务；所述的Qos等级B业务为当前业务对应的业务类型为虚电路业务；所述的Qos等级C业务为当前业务对应的业务类型为IP业务；

(6)监测业务请求矩阵D中需要执行的业务请求Di并判断，如果当前业务Di为QoS分层图模型LG(V^*,E^*)中同一QoS平面的路径资源分配，则删除层间疏导路径，并根据当前业务的QoS等级去除QoS分层图模型中其余QoS等级对应的QoS平面，然后剩余的QoS平面上寻找最短路径pi，获取业务请求Di所需的路径资源量BD，更新QoS分层图模型LG(V^*,E^*)，包括E^*＝E^*-pi，Bi＝Bi-BD，D＝D-Di；其中，Bi为执行业务请求Di后剩余的路径资源；

如果当前业务Di为跨QoS平面的路径资源分配，则在QoS分层图模型LG(V^*,E^*)中寻找最短路径pi，获取业务请求Di所需的路径资源量BD，更新QoS分层图模型LG(V^*,E^*)，包括E^*＝E^*-pi，Bi＝Bi-BD，D＝D-Di；

如果当前业务Di为跨QoS平面的路径资源分配或者同一QoS平面的路径资源分配，但是不能完成路径资源分配，则降低或者升高当前业务Di的QoS等级，然后按照跨QoS平面的路径资源分配或者同一QoS平面的路径资源分配重新进行资源分配；否则拒绝业务路径建立请求，不进行路径资源分配。

所述的丢包率阈值为10^-5。

所述的寻找最短路径pi的方法为Dijkstra算法。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明方法与现有技术相比，通过收集混合网络的资源状态信息，并按服务质量等级进行划分，建立网络路径资源的QoS分层图，解决了多层资源表征方式差异巨大的问题，实现了混合网络多层资源的一体化表征；

(2)本发明方法与现有技术相比，通过将业务的业务类型、QoS及优先级要求，将丢包率、时延、误码率、安全性要求进行量化区分，并划分服务质量等级，解决了异质业务与异构资源的匹配问题，实现了相同QoS等级业务与资源的映射；

(3)本发明方法与现有技术相比，通过根据业务不同的服务质量等级，在QoS分层图相应QoS层中运用最短路径算法进行路径资源查找，解决了多QoS要求的异质业务的混合网络路径资源快速分配问题，具有算法简单的优点；

(4)本发明方法与现有技术相比，通过在允许情况下升高或降低业务的服务质量等级，解决寻找路径失败时，动态调整业务的QoS需求的问题，保证资源分配的成功率。

附图说明

图1为本发明基于QoS分层图的资源分配算法；

图2为本发明三级QoS分层图。

具体实施方式

本发明克服现有技术的不足，提供了一种混合网络中基于QoS区分的路径资源分配方法，首先通过将网络不同路径资源所能提供的服务质量等级进行区分，建立QoS分层图，然后根据业务请求的不同QoS需求，采用不同的资源分配策略，并且将混合网络的物理资源、逻辑资源统一考虑，不但将各层资源深度融合，更减小了方法复杂度，还可以通过动态调整业务的QoS需求，保证资源分配的成功率，可达到满足多种类型、多种粒度以及多种QoS需求业务的路径资源分配，使不同的网络路径资源信息按照不同的QoS需求实现共享。下面结合附图对本发明方法的具体实施方式进行进一步的详细描述。

如图1所示，一种混合网络中基于QoS区分的路径资源分配方法包括如下步骤：

(1)获取需要进行路径资源分配的的网络物理拓扑G，该网络物理拓扑G对应的混合网络包括N个节点，并分别记为V1、V2、V3、V4、…、VN，N为正整数，混合网络中节点Vi不具备层间疏导能力(层间疏导能力为将网络中的业务进行合理的分拆和聚合，然后在各层间进行传输的能力，即将业务数据在节点的各层之间进行传输或者在各层之间进行转换传输后送至其余节点的能力)，其余节点都具有多种转发能力，i不大于N；然后收集该混合网络的资源状态信息，并按服务质量等级进行划分；

(1a)收集该混合网络中节点间链路的资源状态信息，包括丢包率、时延、误码率、安全性、可承载业务类型、可用资源数量，然后将上述资源状态信息进行量化区分，丢包率划分为>b、<b(例如b＝10^-5，高质量路径丢包率＞10^-5)，低质量路径丢包率＜10^-5)，时延区分为敏感、不敏感，误码率区分为>p、<p(例如p＝10^-9，高质量路径误码率＞10^-9)，低质量路径误码率＜10^-9)，安全性区分为高、一般、低，可承载业务类型包括光业务、ip业务、虚电路业务。

(1b)将每个节点间链路按资源状态信息的不同划分服务质量等级，光路径的服务质量等级高于电路径的服务质量等级，丢包率<b的节点间链路的服务质量高于>b的节点间链路的服务质量，时延敏感的节点间链路的服务质量高于时延不敏感的节点间链路的服务质量，误码率<p的节点间链路服务质量等级高于>p的节点间链路，安全性高的节点间链路服务质量等级高于安全性低的节点间链路，最后将混合网络中的节点间链路Qos等级划分，建立如表1所示的映射关系。

表1节点间链路Qos等级划分

(2)收集混合网络中各节点内部各层间的疏导路径资源状态

收集混合网络中节点内疏导路径资源状态信息的具体方式如下：使用B′i表示节点内部层间疏导路径剩余的可用资源数量，光层电层的可用资源数量为当前节点可用的O-E/E-O(光-电/电-光)单元的数量，ip层、虚电路层的可用资源数量为节点能够使用的读取存储、处理内存大小，其中，节点内部的各层包括网络层、MAC层、链路层等。

(3)根据(1)(2)得到的信息，按不同路径能提供的QoS等级，构建QoS分层图模型LG(V^*,E^*)，V^*表示节点集合，E^*表示路径(单向)集合，分层模型的每一层是具备相同QoS业务承载能力的节点间链路的集合，分层图的层间连线是节点层间疏导路径资源的集合；

步骤(3)中建立三层QoS分层图的具体方式如下：将具有相同服务质量等级的节点间链路按网络拓扑结构集中跟在同一QoS平面，如图2所示同一QoS平面中节点间的连线为物理或逻辑传输路径，任意节点在不同QoS层间的连线为节点内进行业务聚合疏导的虚路径(比如，图2中v¹2、v²2、v³2为同一个节点，即节点V2，v¹2为节点V2的第1层，v²3为节点V3的第2层，QoS分层图中三个平面放置的是几个节点的某一层，其中，本发明方法中该实施例以每个节点具有三个分层为例进行说明)。此三级QoS分层图为数据业务提供了6种不同服务质量要求的路径：QA、QB、QC、其中，QA平面的路径可以提供高质量服务(例如光路)，QB平面的路径可以提供中质量服务(例如虚电路)，QC平面的路径可以提供低质量服务(例如无连接的IP路径)，本发明方法中假定除了Vi节点，其他节点的层间均有虚路径连接。

(4)业务到来时，设网络中的业务请求矩阵为D，为D中每一业务进行编号1，2，3，…，|D|，D＝D1，D2，D2，…，D|D|}，然后根据业务请求矩阵D中各个业务的业务特征、QoS和优先级特性，将业务映射到相应的服务质量等级，对每一个业务的QoS需求进行分类，并分别记为Q{QA,QB,QC,QAB,QAC,QBC,QBA,QCA,QCB}，与网络路径资源的服务质量等级对应起来，其中，|D|为业务请求矩阵D中业务的个数。

步骤(4)中将业务映射到对应的服务质量等级的具体方式如下：

(4a)按各个业务的业务类型、QoS及优先级要求，将丢包率、时延、误码率、安全性要求进行量化区分，丢包率划分为>b、<b，时延区分为敏感、不敏感，误码率区分为>p、<p。安全性区分为高、一般、低，优先级区分为高、一般、低，业务类型区分为光业务、ip业务、虚电路业务；

(4b)将业务划分服务质量等级，光业务服务质量等级高于电业务，丢包率<b的路径服务质量高于>b的路径，时延敏感的业务服务质量要求高于时延不敏感的业务，误码率<p的路径服务质量等级高于>p的业务，安全性高的业务服务质量等级高于安全性低的业务，优先级高的业务服务质量等级高于优先级一般或低的业务。将业务按从Q1—Qn的服务质量等级划分，并与路径资源的服务质量等级对应起来，可建立如表2的映射关系。

表2业务Qos等级划分

(5)根据业务不同的服务质量等级，缩小路径查询范围，减小复杂度，当未找到符合QoS要求的路径时，可根据其业务类型选择高或低QoS等级路径。

步骤(5)中为业务分配路径资源的具体方式如下：

(5a)如果业务请求为QA/QB/QC层的路径资源分配，在QA/QB/QC层的网络拓扑上的路径建立请求，删除层间疏导路径，判断请求的QoS等级，在相应的QoS层的网络拓扑上用最短路径算法(如Dijkstra算法)为其寻找最短路径，假设当前选取的最短路径hi(即当前业务使用的最短路径占用的资源)占用资源为BD(Bi＞BD)(Bi表示一条路径上剩余的资源量，例如：光路径资源为带宽，电路径资源为时隙，节点内部的疏导路径资源为O-E/E-O或拆/组包所占用的交换机内部及资源。BD为业务传输所需的路径资源量)，若选取的最短路径数量|hi|≥1，则随机选择一条即可，设选定的路径为pi，更新LG(V^*,E^*)、Bi和D，令E^*＝E^*-pi，Bi＝Bi-BD，D＝D-Di，恢复删除的层间虚拟路径，接纳业务路径建立请求，若未找到，执行(5c)。

(5b)如果业务请求为跨QoS层的路径建立请求(比如，QAB,QAC,QBC,QBA,QCA,QCB)，在层间采用最短路径算法(如Dijkstra算法)寻找最短路径，假设选定的路径pi占用资源为BD(Bi＞BD)，若选取的最短路径数量|hi|≥1，则随机选择一条即可，设选定的路径为pi，更新LG(V^*,E^*)、Bi和D，令E^*＝E^*-pi，Bi＝Bi-BD，D＝D-Di，接纳业务路径建立请求。若未找到，执行步骤(5c)；

(5c)根据业务源地址、目的地址和QoS需求，重新计算业务的服务质量等级，在允许的情况下升高或降低服务质量等级，返回(5a)或(5c)，若服务质量等级无法改变，拒绝业务路径建立请求。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。