波长路由光网络的短光路延迟拆除方法

摘要

波长路由光网络的短光路延迟拆除方法，属于光通信网络动态优化的技术领域，其特征在于：该发明所提出的短光路延迟拆除方法会为网络中物理跳数较小的光路设置一个“延迟拆除时间”，当这些光路需要拆除时，网络控制平面并不立即执行此操作，而是在等待这个“延迟拆除时间”后，根据这些光路当时承载业务的情况判断是否将其拆除。通过该方法，网络中的短光路得到了尽可能的保留，从而在动态网络环境下实现了相对稳定和全局优化的虚拓扑结构，进而降低整个网络的阻塞率水平。同时，“延迟拆除”的引入能够提高网络中光路的平均生存时间，降低其建立、拆除的频率，因而该方法还能够减少网络控制平面的信令流量。

权利要求

1.波长路由光网络的短光路延迟拆除方法，其特征在于，该方法是在自动交换光网络的控制平面服务器上按以下步骤依次实现的：步骤(1)：初始化：在所述服务器中预设有：

开放最短路由优先协议OSPF的协议流程、光网络链路状态数据库Optical LSDB，以及由光网络中所有光路组成的虚拓扑链路状态数据库Virtual LSDB；

资源预留协议，便于光网络节点能够实时地得到光网络中所有业务的路由信息及光路信息，并完成网络业务及光路的建立拆除流程；

步骤(2)：所述服务器分别对步骤(1)中所述的光网络链路状态数据库及虚拓扑链路状态数据库用迪克斯特拉Dijkstra最短路由算法计算光网络路由表及虚拓扑路由表；

步骤(3)：在一个新的网络业务到达时，按照动态路由方法，在所述虚拓扑路由表中为该业务查询最短路由，并在查询成功时进行动态建路；

步骤(4)：在步骤(3)中所述虚拓扑路由表查询路由失败时，查询所述光网络路由表，若找到路由，则建立新光路，更新光网络链路状态数据库，并将该光路的信息添加到所述虚拓扑链路状态数据库，之后按照步骤(2)计算并更新光网络路由表及虚拓扑路由表；否则，则视为发生阻塞，输出建路失败信息；

步骤(5)：在步骤(3)中所述的网络业务拆除时，对其所涉及各条光路在该业务拆除后的带宽占用情况进行统计，若带宽占用不为0，则不进行光路拆除操作，仅更新虚拓扑链路状态数据库，并按照步骤(2)计算并更新虚拓扑路由表；

步骤(6)：在步骤(5)中所述光路的带宽占用为0时，根据其物理跳数采取以下不同操作：

步骤(6.A)：若所述光路物理跳数大于设定的延迟拆除光路的跳数阈值Hth，则将其立即拆除，同时更新光网络链路状态数据库及虚拓扑链路状态数据库，并按照步骤(2)计算并更新光网络路由表及虚拓扑路由表；

步骤(6.B)：若所述光路物理跳数小于或等于设定的延迟拆除光路的跳数阈值Hth，则不将其立即拆除，而是将其存入“延迟拆路数据库”，等待设定的光路延迟拆除时间τ后再对其进行处理，同时更新虚拓扑链路状态数据库，并按照步骤(2)计算并更新虚拓扑路由表；

步骤(7)：对于步骤(6.B)中所述“延迟拆路数据库”中物理跳数小于或等于Hth的光路，在等待时间τ后根据其当时的带宽占用情况采取以下不同操作：步骤(7.A)：若所述光路的带宽占用为0，则将其立即拆除，同时更新光网络链路状态数据库及虚拓扑链路状态数据库，并按照步骤(2)计算并更新光网络路由表及虚拓扑路由表；

步骤(7.B)：若所述光路的带宽占用不为0，则不进行光路拆除操作。

2.根据权利要求1所述的波长路由光网络的短光路延迟拆除方法，其特征在于，在步骤(1)之后和步骤(2)之前，采用静态网络优化方法计算在静态网络环境下全局优化的虚拓扑结构，作为虚拓扑链路状态数据库的初始值。

3.根据权利要求1所述的波长路由光网络的短光路延迟拆除方法，其特征在于，对于设定的业务负载强度，设定光路延迟拆除时间τ为正无穷，将延迟拆除光路的跳数阈值Hth从1逐渐增加，每次增加量为1，直到所记录的网络阻塞率出现下降的拐点时停止，此时的Hth即为该业务负载强度下最优延迟拆除光路的跳数阈值。

4.根据权利要求1所述的波长路由光网络的短光路延迟拆除方法，其特征在于，从零开始按照设定的步长不断增加业务负载强度，对于每一个业务负载强度，设定光路延迟拆除时间τ为正无穷，将延迟拆除光路的跳数阈值Hth从1逐渐增加，每次增加量为1，直到所记录的网络阻塞率出现下降的拐点时停止，此时的Hth即为该业务负载强度下最优延迟拆除光路的跳数阈值，在所记录的网络阻塞率超出光网络在正常业务负载区间运行时所设定的阻塞率上限值时停止增加业务负载强度，此时即得到了正常业务负载区间内最优延迟拆除光路的跳数阈值随业务负载强度变化的曲线。

5.根据权利要求1所述的波长路由光网络的短光路延迟拆除方法，其特征在于，对于设定的业务负载强度和设定的延迟拆除光路的跳数阈值Hth，将光路延迟拆除时间τ从0逐渐增加，每次增加量为业务的平均服务时间μ-1，直到所记录的网络阻塞率出现下降的拐点时停止，此时的τ即为该业务负载强度和延迟拆除光路的跳数阈值Hth下的最优光路延迟拆除时间。

6.根据权利要求1所述的波长路由光网络的短光路延迟拆除方法，其特征在于，对于设定的延迟拆除光路的跳数阈值Hth，从零开始按照设定的步长不断增加业务负载强度，对于每一个业务负载强度，将光路延迟拆除时间τ从0逐渐增加，每次增加量为业务的平均服务时间μ-1，直到所记录的网络阻塞率出现下降的拐点时停止，此时的τ即为该业务负载强度和设定的延迟拆除光路的跳数阈值Hth下的最优光路延迟拆除时间，在所记录的网络阻塞率超出光网络在正常业务负载区间运行时所设定的阻塞率上限值时停止增加业务负载强度，此时即得到了在延迟拆除光路的跳数阈值Hth下正常业务负载区间内最优光路延迟拆除时间随业务负载强度变化的曲线。

说明书

技术领域

本发明描述一种在波长路由光网络中同时降低建路阻塞率及控制平面信令流量的网络优化方法，属于光网络通信技术领域。该方法特别适用于基于动态分布式波长路由的自动交换光网络。

背景技术

目前已有的光网络优化方法主要可归为静态优化方法和动态优化方法两大类。静态优化方法可在光网络拓扑和网络业务确定的情况下，利用线性规划等数学方法得到全局优化的网络资源分配方案及业务路由方案，从而最大化网络吞吐量。然而，随着光网络技术的革新和新型业务的不断出现，静态光网络逐渐不能满足人们的需求，动态光网络应运而生。由于动态光网络的业务建立和拆除是动态的，其各节点的负载可表现出较强的时变特性。图1对动态光网络的这种时变特性进行了描绘。在这种动态光网络环境下，传统的静态优化方法无法根据变化的网络可用资源不断更改优化方案，因此其优化效果并不理想。
动态优化方法针对动态光网络环境而设计，其可在每一个网络业务到达时，根据当时实际的网络资源分布情况采用特定路由计算及波长分配算法为其实时计算优化路由。由于路由计算建立在实时且准确的网络可用资源上，这种动态优化方法能够充分利用光网络资源，降低网络阻塞率。对于某一个业务本身来说，通过这种“尽力而为”的网络优化方法确实能够找到一条“最优路由”。然而，这种“最优”在全网的角度看，只是一种“局部最优”。而实现这种“局部最优”通常要以牺牲“全局最优”为代价，这大大限制了动态优化方法的优化空间。
可见，如果在动态优化方法中引入静态优化方法中“全局优化”的元素，就能够既保留动态优化策略对动态光网络的适应性，又使其克服现有动态优化方法中“局部优化”的问题，使其具有全局优化的特性。这样一来，光网络的整体性能将存在进一步提升的空间。

发明内容

为将“全局优化”引入动态光网络优化，本发明提出了波长路由光网络的短光路延迟拆除方法，它能够在降低网络建路阻塞率的同时减少光网络控制平面的信令流量。
该方法对于物理跳数较少的短光路，当其不承载业务时并不立即将其拆除，而是为其设置一个“延迟拆除时间”，在等待这个“延迟拆除时间”后，根据这些光路当时承载业务的情况判断是否将其拆除。通过该方法，光网络中的短光路能够得到较长时间的保留，从而在动态光网络环境下实现独立于底层光网络拓扑之上的相对稳定和全局优化的虚拓扑结构。同时，从统计的角度看，该虚拓扑的主要部分由短光路构成，因此是一个全局优化的虚拓扑。此外，“延迟拆除”的引入能够提高光网络中光路的平均生存时间，降低其建立、拆除的频率，因此这种方法还能够减少光网络控制平面的信令流量及光开关动作的频率，对于改善光网络的整体性能有显著的作用。本发明就是基于这种思想提出的。
本发明的特征在于：
该方法是在自动交换光网络的控制平面服务器上按以下步骤依次实现的：
步骤(1)：初始化：在所述服务器中预设有：
开放最短路由优先协议OSPF的协议流程、光网络链路状态数据库Optical LSDB，以及由光网络中所有光路组成的虚拓扑链路状态数据库Virtual LSDB；
资源预留协议，便于光网络节点能够实时地得到光网络中所有业务的路由信息及光路信息，并完成网络业务及光路的建立拆除流程；
步骤(2)：所述服务器分别对步骤(1)中所述的光网络链路状态数据库及虚拓扑链路状态数据库用迪克斯特拉Dijkstra最短路由算法计算光网络路由表及虚拓扑路由表；
步骤(3)：在一个新的网络业务到达时，按照最小跳数动态路由方法，在所述虚拓扑路由表中为该业务查询最短路由，并在查询成功时进行动态建路；
步骤(4)：在步骤(3)中所述虚拓扑路由表查询路由失败时，查询所述光网络路由表，若找到路由，则建立新光路，更新光网络链路状态数据库，并将该光路的信息添加到所述虚拓扑链路状态数据库，之后按照步骤(2)中所述方法计算并更新光网络路由表及虚拓扑路由表；否则，则视为发生阻塞，输出建路失败信息；
步骤(5)：在步骤(3)中所述的网络业务拆除时，对其所涉及各条光路在该业务拆除后的带宽占用情况进行统计，若带宽占用不为0，则不进行光路拆除操作，仅更新虚拓扑链路状态数据库，并按照步骤(2)中所述方法计算并更新虚拓扑路由表；
步骤(6)：在步骤(5)中所述光路的带宽占用为0时，根据其物理跳数采取以下不同操作：
步骤(6.A)：若所述光路物理跳数大于设定的延迟拆除光路的跳数阈值Hth，则将其立即拆除，同时更新光网络链路状态数据库及虚拓扑链路状态数据库，并按照步骤(2)中所述方法计算并更新光网络路由表及虚拓扑路由表；
步骤(6.B)：若所述光路物理跳数小于或等于设定的延迟拆除光路的跳数阈值Hth，则不将其立即拆除，而是将其存入“延迟拆路数据库”，等待设定的光路延迟拆除时间τ后再对其进行处理，同时更新虚拓扑链路状态数据库，并按照步骤(2)中所述方法计算并更新虚拓扑路由表；
步骤(7)：对于步骤(6.B)中所述“延迟拆路数据库”中物理跳数小于或等于Hth的光路，在等待时间τ后根据其当时的带宽占用情况采取以下不同操作：
步骤(7.A)：若所述光路的带宽占用为0，则将其立即拆除，同时更新光网络链路状态数据库及虚拓扑链路状态数据库，并按照步骤(2)中所述方法计算并更新光网络路由表及虚拓扑路由表；
步骤(7.B)：若所述光路的带宽占用不为0，则不进行光路拆除操作。
在步骤(1)之后和步骤(2)之前，可采用静态网络优化方法计算在静态网络环境下全局优化的虚拓扑结构，作为虚拓扑链路状态数据库的初始值。
对于设定的业务负载强度，设定光路延迟拆除时间τ为正无穷，将延迟拆除光路的跳数阈值Hth从1逐渐增加，每次增加量为1，直到所记录的网络阻塞率出现下降的拐点时停止，此时的Hth即为该业务负载强度下最优延迟拆除光路的跳数阈值。
从零开始按照设定的步长不断增加业务负载强度，对于每一个业务负载强度，设定光路延迟拆除时间τ为正无穷，将延迟拆除光路的跳数阈值Hth从1逐渐增加，每次增加量为1，直到所记录的网络阻塞率出现下降的拐点时停止，此时的Hth即为该业务负载强度下最优延迟拆除光路的跳数阈值，在所记录的网络阻塞率超出光网络在正常业务负载区间运行时所设定的阻塞率上限值时停止增加业务负载强度，此时即得到了正常业务负载区间内最优延迟拆除光路的跳数阈值随业务负载强度变化的曲线。
对于设定的业务负载强度和设定的延迟拆除光路的跳数阈值Hth，将光路延迟拆除时间τ从0逐渐增加，每次增加量为业务的平均服务时间μ-1，直到所记录的网络阻塞率出现下降的拐点时停止，此时的τ即为该业务负载强度和延迟拆除光路的跳数阈值Hth下的最优光路延迟拆除时间。
对于设定的延迟拆除光路的跳数阈值Hth，从零开始按照设定的步长不断增加业务负载强度，对于每一个业务负载强度，将光路延迟拆除时间τ从0逐渐增加，每次增加量为业务的平均服务时间μ-1，直所记录的网络阻塞率出现下降的拐点时停止，此时的τ即为该业务负载强度和设定的延迟拆除光路的跳数阈值Hth下的最优光路延迟拆除时间，在所记录的网络阻塞率超出光网络在正常业务负载区间运行时所设定的阻塞率上限值时停止增加业务负载强度，此时即得到了在延迟拆除光路的跳数阈值Hth下正常业务负载区间内最优光路延迟拆除时间随业务负载强度变化的曲线。
本发明所述的波长路由光网络的短光路延迟拆除方法的具体工作流程如图2所示。
阻塞率仿真结果(图3)显示，在采用短光路延迟拆除方法后，网络阻塞率指标得到了很大改善。从图中我们看到，在光网络的正常业务负载区间(网络阻塞率小于20％，节点载荷小于12Erlang)，短光路延迟拆除方法相比现有动/静态光网络优化方法均能明显地降低网络阻塞率，其中当跳数阈值为2时(Hth＝2)，该方法的优化效果最佳。对于轻负载网络(节点载荷小于6Erlang)，短光路延迟拆除方法的网络阻塞率更是大幅降低到现有光网络优化方法的10％以下。
同时，光路生存时间仿真结果(图4)显示，在采用短光路延迟拆除方法后，光网络中光路的平均生存时间得到了大幅提高。从图中我们看到，在光网络的正常业务负载区间上限(节点载荷为12Erlang)时，短光路延迟拆除方法(Hth＝2)相比现有动态光网络优化方法的平均光路生存时间提高了300％。对于轻负载网络(节点载荷小于6Erlang)，该生存时间提高了1000％以上。可见，短光路延迟拆除方法能够大大降低光网络中光开关的动作频率，以及光网络控制平面的信令流量。

附图说明

图1：光网络实时业务负载强度变化曲线。
图2：短光路延迟拆除方法工作流程图。
图3：网络阻塞率特性比较图。
图4：光网络平均光路生存时间比较图。
图1说明：这是一个电路交换光网络实时业务负载强度随时间变化的曲线。其中，网络拓扑采用19节点的EON拓扑模型，网络业务采用Poisson模型。仿真业务数目为5000，阻塞业务数目为122，仿真业务负载强度为6.5Erlang，服务率μ＝0.1秒-1。
图2说明：这是采用短光路延迟拆除方法的光网络节点路由模块工作流程图。
图3说明：这是采用短光路延迟拆除方法和采用现有动/静态光网络优化方法的网络阻塞率比较图。其中，网络业务到达遵循Poisson过程，并平均分配在各个节点上。业务服务时间遵循负指数分布，平均服务时间μ-1为2秒。图例如下：
-□-现有动态光路拆除策略
-○-光路延迟拆除策略(Hth＝1)
-△-光路延迟拆除策略(Hth＝2)
--光路延迟拆除策略(Hth＝3)
-◇-静态光路建立策略
图4说明：这是采用短光路延迟拆除方法和采用现有动态光网络优化方法的光网络平均光路生存时间比较图。其中，网络业务参数与图3相同。图例如下：
-□-现有动态光路拆除策略
-○-光路延迟拆除策略(Hth＝1)
-△-光路延迟拆除策略(Hth＝2)
--光路延迟拆除策略(Hth＝3)

具体实施方式

为达到上述目的，以下通过具体的网络实例说明本发明所提出的波长路由光网络的短光路延迟拆除方法的具体实施方式，包括延迟拆除光路的跳数阈值(Hth)设置、光路延迟拆除时间(τ)的设置，以及对正常拆路请求和延迟拆路请求的处理等部分。在该网络实例中，我们采用节点数为N＝14的NSFNET网络拓扑模型，光波长数设定为8；设定每一个波长的带宽为4，每一个业务的带宽为1；网络业务到达遵循Poisson过程，并平均分配在各个节点上；业务服务时间遵循负指数分布，平均服务时间μ-1为2秒。
1、延迟拆除光路的跳数阈值(Hth)设置：
延迟拆除光路的跳数阈值的设置将直接影响到短光路延迟拆除方法对光网络的优化效果。如果该阈值过大，所述方法会趋向静态光路建立策略；如果该阈值过小，所述方法会趋向现有的动态光网络优化方法。因此，在考虑整体光网络性能时，客观存在一个最优的Hth值，该最优值会随着节点业务负载强度的变化而发生变化。在实际操作过程中，可以通过以下步骤得到该最优阈值随负载强度变化的具体数值：
步骤A：对于设定的业务负载强度，将Hth值从1逐渐增加，每次增加量为1。
步骤B：当Hth值每增加到一个数值时，观察整体网络阻塞率的变化，直到其波动范围小于其值的1％时，记录其数值。之后继续增加Hth值，并重复步骤B的操作，直到该值达到N-1，或所记录的阻塞率出现极小值时停止。
步骤C：找出所记录的网络阻塞率的极小值，其所对应的Hth值即为该业务负载强度下的最优延迟拆除光路跳数阈值。
步骤D：按设定的步长增加业务负载，重复步骤A-C的操作，直到网络阻塞率指标超过光网络在正常业务负载区间运行时该指标的上限，在通常情况下，该上限可设为20％；至此，我们便得到了最优延迟拆除光路跳数阈值随负载强度变化的具体数值。
从图3能够看出，在该网络实例中，正常业务负载区间下的最优延迟拆除光路跳数阈值均为2(Hth=2)。
2、光路延迟拆除时间(τ)的设置
最优光路延迟拆除时间的设置与最优Hth值的设置类似。在实际操作过程中，可以通过以下步骤得到该值随负载强度变化的具体数值：
步骤A：对于设定的业务负载强度，将τ值从0逐渐增加，每次增加量为业务的平均服务时间μ-1。
步骤B：当τ值每增加到一个数值时，观察整体网络阻塞率的变化，直到其波动范围小于其值的1％时，记录其数值。之后继续增加τ值，并重复步骤B的操作，直到记录的阻塞率较前一次记录值的差值小于1％，或其出现极小值时停止。
步骤C：找出所记录的网络阻塞率的极小值，其所对应的τ值即为该业务负载强度下的最优光路延迟拆除时间。
步骤D：按设定的步长增加业务负载，重复步骤A-C的操作，直到网络阻塞率指标超过光网络在正常业务负载区间运行时该指标的上限，在通常情况下，该上限可设为20％；至此，我们便得到了最优光路延迟拆除时间随负载强度变化的具体数值。
3、正常拆路请求和延迟拆路请求的处理：
在该网络实例中，我们设定延迟拆除光路的跳数阈值Hth=2。同时，我们还设定光路延迟拆除时间为5倍的业务平均服务时间，即τ＝10秒。
在某一时刻(T＝t0)，网络业务α即将被拆除。其占用了A、B、C、D四条光路，我们根据所述短光路延迟拆除方法的工作流程(图3)采取不同的方式对这四条光路进行拆除操作。其中，A、B光路的物理跳数为2，C光路的物理跳数为1，D光路的物理跳数为3。在网络业务α被拆除前，A光路的占用带宽为2，B、C、D光路的占用带宽为1。
(1)正常拆路请求：
光路A：在网络业务α拆除后，该光路的占用带宽变为1。由于该带宽值不为0，根据工作流程，不对其进行拆除操作。
光路B、C：在网络业务α拆除后，这两条光路的占用带宽变为0，准备对其进行拆除操作。然而，由于其物理跳数均不大于延迟拆除光路的跳数阈值Hth，根据工作流程，不将其立即拆除，而是将它们存入“延迟拆路数据库”，等待τ＝10秒后再对其进行处理。
光路D：在网络业务α拆除后，该光路的占用带宽变为0，准备对其进行拆除操作。由于其物理跳数超过了延迟拆除光路的跳数阈值Hth，根据工作流程，将其立即拆除。
(2)延迟拆路请求：
延迟拆路请求的操作对象为“延迟拆路数据库”中的光路。在该网络实例中T＝t0+10秒的时刻，存在两个延迟拆路请求，分别对应光路B和光路C。此时，通过查询得知光路C的占用带宽依然为0，根据工作流程将其拆除。而光路B正在被其他业务所占用，根据工作流程，不对其进行拆除操作。
本发明所述的波长路由光网络的短光路延迟拆除方法，不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全能被用于各种适合本发明之领域，熟悉本领域的人员可容易地实现本发明另外的优点和对其进行修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图示示例。