一种管理传输网络设备交换能力的系统及方法

摘要

本发明提出一种管理传输网络设备交换能力的系统及方法，所述系统包括信息单元、计算单元，其中，信息单元收集传输网络设备的交叉/交换资源信息；计算单元，用于根据网络拓扑、链路资源和信息单元收集的交叉/交换资源信息进行路由计算。本发明所述方法，在选路时把交叉资源变化考虑进去，考虑交叉资源使用和分布的均衡性，优化了网络业务布局，提高了传输网络的整体性能和交换负载均衡，以及减少网络中连接配置中失败的概率，优化网络业务配置。

权利要求

1.一种管理传输网络设备交换能力的方法，其特征在于，包含如下步骤：

收集所述传输网络设备交叉/交换资源信息；将所述传输网络设备交叉/交换资源信息进行扩散及接收其它传输网络设备扩散的交叉/交换资源信息；其中，当交叉/交换资源被消耗或释放时，重新收集所述传输网络设备的交叉/交换资源信息；

利用网络拓扑、链路资源和所述收集的及扩散得到的交叉/交换资源信息进行路由计算。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传输网络设备包含一个或多个节点，每个节点将所收集的交叉/交换资源信息向其他节点扩散，还将扩散得到的交叉/交换资源信息向其他节点扩散，在扩散收敛后，用于路由计算。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述传输网络设备收集交叉/交换资源信息后，将所收集的交叉/交换资源信息和扩散得到的交叉/交换资源信息写入资源数据库，进行路由计算时，根据所述资源数据库中的交叉/交换资源信息进行路由计算。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，收集交叉/交换资源信息后，为每个传输网络设备节点设计交叉/交换资源对应关系表，记录该传输网络设备节点所在层网络标识、总的交叉能力和可用交叉资源数量，对于存在波长变换能力的传输网络设备节点附加记录波长变化能力和数量。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，进行路由计算时，将所述交叉/交换资源信息转换为链路权重后再进行路由计算。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，进行路由计算时，首先根据网络拓扑、链路资源进行选路，然后通过使用所述交叉/交换资源信息排除不合适路由从而取得合适路由，如果排除后没有合适的路由，结合失败结果重新选路，使用交叉/交换资源信息再次排除不合适路由直至获得路由或者计算不出合适路由而结束。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，初始状态传输网络设备节点之间的弧权重由链路代价决定，在扩散收敛后，每个传输网络设备节点按照交叉/交换资源的多少获得一个对链路代价影响的节点权重系数，该节点权重系数随着交叉资源的减少而变大，进行路由计算时，取弧相邻的两个节点的节点权重系数中较大者作为节点权重系数，使用该节点权重系数对该弧链路的链路权重进行加权后再进行计算。

8.一种管理传输网络设备交换能力的系统，其特征在于，包括信息单元、计算单元，其中，

所述信息单元，用于收集所述传输网络设备的交叉/交换资源信息，将所述传输网络设备交叉/交换资源信息进行扩散及接收其它传输网络设备扩散的交叉/交换资源信息；

以及当交叉/交换资源被消耗或释放时，重新收集所述传输网络设备的交叉/交换资源信息；

所述计算单元，用于根据网络拓扑、链路资源和信息单元收集的及扩散得到的交叉/交换资源信息进行路由计算。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述信息单元进一步包含交叉信息收集模块和信息扩散模块，其中：所述交叉信息收集模块，用于收集所述传输网络设备的交叉/交换资源信息；

所述信息扩散模块，用于将本传输网络设备节点收集和扩散得到的交叉/交换资源信息扩散到其它传输网络设备节点，和接收其他传输网络设备节点扩散过来的交叉/交换资源信息。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述计算单元进一步包括路由计算模块、资源数据库，其中：所述资源数据库，用于存储交叉信息收集模块收集的交叉/交换资源信息，及信息扩散模块扩散得到的交叉/交换资源信息；

所述路由计算模块，用于根据网络拓扑、链路资源和资源数据库存储的交叉/交换资源信息进行路由计算。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述路由计算模块进行路由计算时，首先获得初始状态传输网络设备节点之间的弧权重，该弧权重由链路代价决定，在扩散收敛后，每个传输网络设备节点按照交叉/交换资源的多少获得一个对链路代价影响的节点权重系数，该节点权重系数随着交叉资源的减少而变大，进行路由计算时，取弧相邻的两个节点的节点权重系数中较大者作为节点权重系数，使用该节点权重系数对弧的链路权重进行加权。

12.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述路由计算模块进行路由计算时，首先根据网络拓扑、链路资源进行选路，然后通过使用所述交叉/交换资源信息排除不合适路由从而取得合适路由，如果排除后没有合适的路由，结合失败结果重新选路，使用交叉/交换资源信息再次排除不合适路由直至获得路由或者计算不出合适路由而结束。

说明书

一种管理传输网络设备交换能力的系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及传输网络设备，尤其涉及一种以波分复用设备为代表的现代传输网络设备的交换能力管理系统及方法。

背景技术

[0002] 在当前光网络的业务指配过程中，为了实现动态端到端的业务连接，系统需要掌握整个网络的拓扑状态和链路资源。在此基础上，路由计算模块可以为连接计算并选择一条合适的路由，供建立连接使用。其间无论是采用集中式的网管指配连接，还是基于信令路由的分布式控制建立连接，都可以达到上述目的。

[0003] 但是，仅仅依靠掌握网络的拓扑状态和链路资源而计算和分配连接通道是不充分的。这是因为光网络设备的制造和演进过程中，由于成本或者技术的因素，节点设备的交换能力(光/电路交换)往往是有限制的。即每个网络节点设备内部的交叉矩阵很可能只具备有限的交叉能力，当交叉矩阵的交叉资源耗尽时，即使与设备相连接的链路上还有空闲资源，连接信号也不可能从设备的输入端口交换到设备的指定输出端口，而只能利用服务层连接作简单的直通。根据设备的形态不同，这种有限的信号交换粒度可能是SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系)设备的低阶交叉通道(如VC12)，也可能是WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)设备的波长/子波长等。因此，无论采用全光交叉技术还是采用光电转换后的交叉技术，都应考虑交换/交叉能力受限带来选路约束问题。

[0004] 进一步而言，对于一般的传输设备，也有这种节点交换能力的约束，比如非固定交叉的分组交换设备(如具有带宽预留能力的MPLS设备)，由于缓存、芯片、背板等处理能力限制，交换能力也是有限制的，从而可能造成网络连接拥塞。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种管理传输网络设备交换能力的系统及方法，在业务连接选路时考虑网络的交换能力，减少网络中连接配置中失败的概率或者优化网络业务配置。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种管理传输网络设备交换能力的方法，包含如下步骤：

[0007] 收集所述传输网络设备交叉/交换资源信息；将所述传输网络设备交叉/交换资源信息进行扩散及接收其它传输网络设备扩散的交叉/交换资源信息；其中，当交叉/交换资源被消耗或释放时，重新收集所述传输网络设备的交叉/交换资源信息； [0008] 利用网络拓扑、链路资源和所述交叉/交换资源信息进行路由计算。 [0009] 进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述传输网络设备包含一个或多个节点，每个节点将所收集的交叉/交换资源信息向其他节点扩散，还将扩散得到的交叉/交换资源信息向其他节点扩散，在扩散收敛后，用于路由计算。

[0010] 进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述传输网络设备收集交叉/交换资源信息后，将所收集的交叉/交换资源信息和扩散得到的交叉/交换资源信息写入资源数据库，进行路由计算时，根据所述资源数据库中的交叉/交换资源信息进行路由计算。 [0011] 进一步地，上述方法还可具有以下特点，收集交叉/交换资源信息后，为每个传输网络设备节点设计交叉/交换资源对应关系表，记录该传输网络设备节点所在层网络标识、总的交叉能力和可用交叉资源数量，对于存在波长变换能力的传输网络设备节点附加记录波长变化能力和数量。

[0012] 进一步地，上述方法还可具有以下特点，进行路由计算时，将所述交叉/交换资源信息转换为链路权重后再进行路由计算。

[0013] 进一步地，上述方法还可具有以下特点，进行路由计算时，首先根据网络拓扑、链路资源进行选路，然后通过使用所述交叉/交换资源信息排除不合适路由从而取得合适路由，如果排除后没有合适的路由，结合失败结果重新选路，使用交叉/交换资源信息再次排除不合适路由直至获得路由或者计 算不出合适路由而结束。

[0014] 进一步地，上述方法还可具有以下特点，初始状态传输网络设备节点之间的弧权重由链路代价决定，在扩散收敛后，每个传输网络设备节点按照交叉/交换资源的多少获得一个对链路代价影响的节点权重系数，该节点权重系数随着交叉资源的减少而变大，进行路由计算时，取弧相邻的两个节点的节点权重系数中较大者作为节点权重系数，使用该节点权重系数对该弧链路的链路权重进行加权后再进行计算。

[0015] 本发明还提出一种管理传输网络设备交换能力的系统，包括信息单元、计算单元，其中，

[0016] 所述信息单元，用于收集所述传输网络设备的交叉/交换资源信息；将所述传输网络设备交叉/交换资源信息进行扩散及接收其它传输网络设备扩散的交叉/交换资源信息；以及当交叉/交换资源被消耗或释放时，重新收集所述传输网络设备的交叉/交换资源信息；

[0017] 所述计算单元，用于根据网络拓扑、链路资源和信息单元收集的所述交叉/交换资源信息进行路由计算。

[0018] 进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述信息单元进一步包含交叉信息收集模块和信息扩散模块，其中：

[0019] 所述交叉信息收集模块，用于收集所述传输网络设备的交叉/交换资源信息； [0020] 所述信息扩散模块，用于将本传输网络设备节点收集和扩散得到的交叉/交换资源信息扩散到其它传输网络设备节点，和接收其他传输网络设备节点扩散过来的交叉/交换资源信息。

[0021] 进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述计算单元进一步包括路由计算模块、资源数据库，其中：

[0022] 所述资源数据库，用于存储交叉信息收集模块收集的交叉/交换资源信息，及信息扩散模块扩散得到的交叉/交换资源信息；

[0023] 所述路由计算模块，用于根据网络拓扑、链路资源和资源数据库存储的交叉/交换资源信息进行路由计算。

[0024] 进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述路由计算模块进行路由计算时，首先获得初始状态传输网络设备节点之间的弧权重，该弧权重由链路代价决定，在扩散收敛后，每个传输网络设备节点按照交叉/交换资源的多少获得一个对链路代价影响的节点权重系数，该节点权重系数随着交叉资源的减少而变大，进行路由计算时，取弧相邻的两个节点的节点权重系数中较大者作为节点权重系数，使用该节点权重系数对弧的链路权重进行加权。

[0025] 进一步地，上述系统还可具有以下特点，所述路由计算模块进行路由计算时，首先根据网络拓扑、链路资源进行选路，然后通过使用所述交叉/交换资源信息排除不合适路由从而取得合适路由，如果排除后没有合适的路由，结合失败结果重新选路，使用交叉/交换资源信息再次排除不合适路由直至获得路由或者计算不出合适路由而结束。 [0026] 采用本发明所述的方法，首先收集传输网络设备的交叉/交换资源信息，在进行选路时，使用交叉/交换资源信息对链路权重进行加权，交叉/交换资源减少的节点其权重变大，相关弧链路资源的代价权重升高一定比例。这样，源节点到目的节点的选路迭代计算过程中，就会把交叉资源变化考虑进去，从而获得网络中连接的最佳路径和通道。 附图说明

[0027] 图1是本发明光网络中管理设备交换能力的模块结构示意图；

[0028] 图2是本发明改进路由算法流程图；

[0029] 图3是本发明实施例选路权重变化示意图；

[0030] 图4是本发明另一实施例选路权重变化示意图。

具体实施方式

[0031] 本发明将系统的控制管理装置划分为两个单元，如图1所示，包括信息单元和计算单元，其中：

[0032] 信息单元一般驻留在节点设备上，具有收集、组织、传播设备交叉/交换资源信息的能力。在后面的叙述中将交叉/交换资源信息简称为交叉资源 信息。 [0033] 计算单元用于维护资源数据的存储，并根据约束条件进行选路，是对已有的路由计算单元进行改进提高而得到。

[0034] 信息单元和计算单元根据网络系统的布置可以是分布式或者集中式，物理上可以驻留在网元设备或者上层网管系统中，协助路由计算装置或路由计算软件进行计算选路。 [0035] 信息单元进一步包括交叉信息收集模块和信息扩散模块，其中： [0036] 交叉信息收集模块，用于从硬件设备或网管系统中收集本传输网络设备网元(或节点)的交叉资源信息。

[0037] 信息扩散模块，用于将本节点交叉资源信息进行扩散及接收其它节点扩散的交叉资源信息。一方面接收相邻节点扩散的相关信息(包括交叉资源信息)，在具有计算功能的节点，将这种交叉资源信息写入到位于计算单元的交叉资源数据库中，供路由计算模块使用。另一方面，将自己和相邻节点的交叉资源信息扩散到另一端相邻节点的信息扩散模块。信息扩散模块按照事先设定策略，如时间，变化频度、变化量满足条件等进行扩散。 [0038] 计算单元中进一步包含路由计算模块和交叉资源数据库，其中： [0039] 路由计算模块，用于根据网络拓扑、链路资源及交叉资源数据库中的交叉资源信息进行选路。

[0040] 交叉资源数据库，将信息单元获得的交叉资源信息进行存储，即将交叉信息收集模块收集的交叉资源信息及信息扩散模块通过扩散得到的交叉资源信息进行存储。 [0041] 本发明路由计算的一般过程是首先进行交叉资源信息收集、扩散，然后根据该交叉资源信息进行路由计算，具体包括如下步骤：

[0042] 步骤110，交叉信息收集模块从硬件设备或网管系统中收集本网元的设备交叉能力，得到本网元的交叉资源信息。

[0043] 对于一个复合型的多层交叉连接设备，往往具备多个层次网络的交换能力。在传输网络中，常见的有光纤交换、波长交换、子波长(ODUk)交换、 SDH高阶通道、低阶通道交换、分组通道交换等等。设备的理想状态是每个层次具有全交叉能力，即在任意网络层次，业务信号可以从输入端口交换到任意输出端口。进一步而言，传输信号如果是多个层次映射、复用和封装形成，业务信号可以从输入端口的某个网络层次进入，经过交叉处理后，输出到任意输出端口，同等网络层次的输出位置。这种情况下的设备交换能力如果是完全无阻的，业务信号可以从输入到达任意的输出，而选路时无需考虑交换能力的限制。 [0044] 实际中的设备交换能力往往是有限制的，可能是部分层网络复用层次具备全交叉能力，部分层网络复用层次只具备有限的交叉能力，甚至该节点所有网络处理层次都只具备有限交叉能力。当网元设备承载的业务信号使用该层次核心交叉单元到一定数量，设备就暂时没有核心交叉资源使用，除非该层次已经建立交叉连接的信号拆除连接，释放交叉资源，或者利用服务层隧道直接直通。

[0045] 这种信息收集的过程应该是动态的，根据交叉资源的使用情况，资源的使用和释放，不断收集，尽可能反映节点设备的实时状态，在资源被消耗和释放的时候，重新收集交叉资源信息。单层交换设备则可被看作多层交换设备的一个简单特例。 [0046] 进一步考虑，有的节点设备交叉/交换的约束更为严格，在某些网络层次中甚至只具有从受限的输入端口交换到受限端口输出侧能力。这种约束关系就需要更为严格的约束表达。

[0047] 步骤120，可以为每个设备设计一张交叉/交换资源对应关系表，记录每个层网络标识、总的交叉能力、可用交叉资源数量，对于存在波长变换能力的节点附加记录波长变化能力和数量等资源信息。

[0048] 例如<网络层A，N*N，n*n>...。对于受限制端口交换能力描述，或者其他特性信息，则可以扩展描述。例如<网络层A，N*N，n1*n1，m1>，...(m1为n1数量端口交叉的能够到达的区段1，网络层A可以有多个交叉区段)。当交叉信息收集模块收集到硬件的可用交叉资源数量后，表示为易于识别的交叉能力对应关系表。对于分组交换矩阵，N是总的交换能力，n则可以是节点最大交换能力使用的百分比。附加波长能力为：，x 表示波长变化的范围，n2表示可以使用的数量，可以是多个组描述。

[0049] 步骤130，将本节点交叉资源信息交给信息扩散模块进行扩散。 [0050] 信息扩散模块按照事先设定策略，如时间，变化频度、变化量满足条件等进行扩散。信息扩散模块一方面接收相邻节点扩散的相关信息，在具有计算功能的节点，将这种交叉资源信息写入到资源数据库中，供路由计算模块使用。另一方面，将自己和相邻节点的交叉资源扩散到另一端相邻节点的对应模块。

[0051] 关于策略，例如设定了多长时间范围内扩散信息，或者单位时间变化的次数，或者资源变化达到总量的百分比等作为扩散的条件，也可以是资源一旦发生变化后实时进行扩散。

[0052] 交叉资源信息在节点之间的扩散可以扩展现有成熟的路由协议，将交叉资源信息加载到路由扩散过程，也可使用自行开发路由协议，经过一段时间的交叉资源信息扩散，网络内相关节点的交叉资源信息将趋于收敛。

[0053] 步骤140，路由计算模块在计算路由的过程中利用交叉资源数据库信息进行选路。在考虑网络拓扑、链路资源信息的同时，也利用交叉资源信息，大大提高选路命中的概率。 [0054] 路由计算模块在计算连接路由时候，在考虑传统的网络拓扑和链路资源的同时，也会考虑交叉资源的约束，把交叉资源转换成一定链路权重，从而实现选路的优化。初始状态节点之间的弧权重(为一非负值)由链路代价决定，在交叉资源信息扩散收敛后，节点根据预置策略对全网的节点交叉能力统计后进行归一化处理，每个节点I按照交叉资源的多少获得一个对连接链路代价影响的节点权重系数Qi，其随着交叉资源的减少增加链路代价，即节点权重系数Qi变大。选路时候动态判断弧相邻两个节点权重值(Q＝max(Qa，Qb))，取其大值，根据被消耗的交叉资源节点，相关弧链路资源的代价权重升高一定比例。
这样，源节点到目的节点的选路迭代计算过程中，就会把交叉资源变化考虑进去，从而获得网络中连接的最佳路径和通道。

[0055] 一般过程参考流程图2，具体包含如下步骤：

[0056] 步骤210，读取交叉资源数据库的交叉资源信息；

[0057] 步骤220，根据该交叉资源信息，计算新的节点权重系数。

[0058] 步骤230，将节点权重系数映射连接链路权重代价值；

[0059] 步骤240，计算路由；

[0060] 根据现有成熟CSPF(受约束的最短路径优先)算法进行计算。

[0061] 步骤250，修改被消耗的交叉资源数据库，

[0062] 步骤260，判断路由计算是否已完毕，如果是，结束；否则，返回步骤210。 [0063] 在本发明另一实施例中，上述步骤140采用如下方法进行路由计算。将链路权重和交叉资源分开考虑，分两步迭代计算出可选择路由，从链路资源优化角度选路，再经过交叉资源优化方式过滤，最后取得最佳路径和通道。进行路由计算时，先按照一般的选路算法计算路由，然后通过使用交叉/交换资源信息排除不合适路由从而取得合适路由。如果没有合适的，结合失败结果重新计算路由，使用交叉/交换资源信息再次排除不合适路由直至获得路由或者计算不出合适路由而结束。因为可采用的具体算法和增加约束的方法较多，这里就不一一举例说明了。

[0064] 需要说明的是：这里交叉资源是本层网络的交叉资源，由于下层服务层网络连接构成的连接隧道也可将本层多条连接从入端口送到一定出端口，这视为直通情况，不是使用任意交叉的资源，不在本方案中讨论。

[0065] 本发明适用于传输网络中，不仅能用于光网络中设备的交叉能力管理，还能应用于一般传输设备交换能力的管理。下面以具有波长交换能力的波分复用设备为例来说明该管理方案的具体实施。

[0066] 如图3所示初始状况，假设首尾节点不消耗交叉，网管系统可以配置本节点B的设备波长交叉层面的能力，例如<节点B，波长交换层，10*10，10*10...>，总共提供波长级别的10个入端口，10个出端口交叉资源。这10对波长交叉资源全部空闲可用。网管将初始化的交叉资源信息下发给交叉信息收集模块，一方面通过信息扩散模块在网络中进行扩散，另一方面写入节 点内数据库作为资源存储。节点之间的信息发布可以采用扩展成熟的网络路由协议，如借助OSPF(开放最短路径优先)协议的扩散机制，将这些信息加载的LSA(链路状态通告)数据包进行扩散。经过一段时间后，网络各个节点都知道B设备的交叉资源情况<节点B，波长交换层，10*10，10*10...>。

[0067] 初始状态节点之间的弧权重由链路权重代价决定假设都是为1，各个节点在波长上都是10*10的全交叉能力，在交叉信息扩散收敛后，节点根据预置策略对全网的节点交叉能力统计后进行归一化处理，每个节点i按照交叉资源的多少获得一个对连接链路代价影响的节点权重系数Qi＝1(可用交叉资源越多值越小)，加权节点权重系数后各个链路权重都为1。

[0068] 当B节点在连接C-B-D建立过程中某个交叉出入端口被使用后，网管或者由传输设备上驻留的软件上报设备交叉资源使用情况。交叉信息收集模块会收集被使用端口情况转交信息扩散模块，由它修改本地数据库的交叉资源，还有9对交叉资源空闲可以被使用，例如<节点B，波长交叉层，10*10，9*9...>，并把改变的信息通过路由协议扩散到相邻节点。由于B点(Qb比较大)影响周围链路AB，BZ，CB，BD权重变为2。

[0069] 路由计算模块不在网络各个节点上分布也可以使用本方法，只要将相关信息上传到相关路由计算模块的分布地点即可。

[0070] 第二条A-B-C连接建立前会判断剩余资源是否足够，如果足够且连接顺利建立，交叉资源又被消耗了，如<节点B，波长交叉层，10*10，8*8...>，还有8对交叉资源可以被使用，再次启动收集和扩散机制将实时的资源状况发布到网络中的各个节点。同理，如果当跨越B节点的连接被删除以后，那么交叉资源也被释放出来，这个节点的信息收集模块将获得新的交叉资源状态，同样通过收集和扩散机制将状态发布出去。

[0071] 如图4所示进行A-Z之间第三条连接选路，路由计算模块可以改进已有OSPF协议的路由计算功能，例如将Dijkastra算法加上交叉资源约束权重进行选路。一旦A-B-Z，C-B-D之间各建立一条波长通道连接，B节点权重系数Qi＝3，节点A、Z、D没有消耗交叉资源不变化。A、Z之间选路第三条连接建立时候，受B点权重系数影响，如图4所示，动态判断弧AB，BZ， BD的链路权重都增加到3。这样，源节点到目的节点的选路过程中，就会把交叉资源变化考虑进去，从而获得网络中连接的A-D-Z。同理，当所有两跳的路由权重逐渐变大时，A-E-F-Z有可能成为A，Z之间的优化路由。

[0072] 在网络优化选路的时候，可以根据事先设定的优化策略，即使初次B节点还有大部分交叉资源仍然不优先选取，这个策略不是本发明讨论范围，故从略。但是，交叉资源的收集和扩散无疑是对完成优化选路有帮助的。

[0073] 在网络规划或优化过程中，采用本发明所述的方法，如果能够考虑交叉资源使用和分布的均衡性，可以进一步优化网络业务布局，提高传输网络的整体性能和交换负载均衡。