專利名稱：波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)路由和波長分配新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光網(wǎng)絡(luò)波長的分配方法，特別涉及波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)路由和波長分配新方法。
波分復(fù)用(WDM)光網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)可以分為靜態(tài)業(yè)務(wù)和動態(tài)業(yè)務(wù)。靜態(tài)業(yè)務(wù)是指一組需要建立連接的業(yè)務(wù)需求是預(yù)知，而一旦業(yè)務(wù)建立，將“永久”維持連接關(guān)系。靜態(tài)業(yè)務(wù)通常采用ILP(Integer Linear Programming)方法，靜態(tài)業(yè)務(wù)的路由和波長分配方法通常是建網(wǎng)初始的規(guī)劃方法，其優(yōu)化目標(biāo)是用最小的網(wǎng)絡(luò)資源(光纖/波長)為靜態(tài)業(yè)務(wù)建立光通道。動態(tài)業(yè)務(wù)是指業(yè)務(wù)的到達(dá)是按逐條方式隨機到達(dá)，業(yè)務(wù)經(jīng)歷一段連接時間后將被拆除。動態(tài)業(yè)務(wù)的路由和波長分配通常在網(wǎng)絡(luò)運行期間，其方法的優(yōu)化目標(biāo)通常是網(wǎng)絡(luò)的阻塞概率(Blocking Probability)。因此，針對不同業(yè)務(wù)屬性，可以采取不同的路由和波長選取策略。
目前，在路由和波長分配的解決方案中多將路由和波長分配問題拆分成兩個子問題分開考慮，即先考慮路由問題，再考慮波長分配問題。對靜態(tài)的路由和波長分配問題，待分配的業(yè)務(wù)需求已知，其優(yōu)化目標(biāo)主要是優(yōu)化業(yè)務(wù)占用的網(wǎng)絡(luò)資源(如使用波長數(shù)最小)。對動態(tài)的路由和波長分配問題，業(yè)務(wù)請求隨機到達(dá)，其優(yōu)化目標(biāo)主要是減小網(wǎng)絡(luò)的阻塞概率。路由問題通常是基于最短路徑(Shortest Path)優(yōu)先選取。其主要有基于固定路由和基于多條備用路由選取方案。波長分配問題又包括WS(Wavelength Select)和WI(WavelengthInterchanger)兩種方案。WS方案是指在光網(wǎng)絡(luò)中，為每條呼叫建立的光波長通道具有波長連續(xù)性。WI方案指光網(wǎng)絡(luò)中為呼叫建立光通道的波長可以不連續(xù)。WI方案中需要波長變換器。
目前提出的波長分配方法法主要有以下幾種假設(shè)每條鏈路支持的光纖數(shù)為F，每根光纖支持W波長，L(P)代表通路P的鏈路集合。Lc(l，λ)代表鏈路l上波長λ剩余的可用信道數(shù)。Pc(P，λ)代表通路P中不同鏈路上波長為λ的最小可用信道數(shù)，稱為通路P上波長λ的瓶頸數(shù)。p*為新到達(dá)的呼叫對應(yīng)路由。A(p*)代表p*路由上對應(yīng)的可用波長集。G(p*)代表同通路p*具有公共鏈路的路由集合。我們稱通路p(p∈G(p*))為通路p*的相鄰?fù)贰?br> (1)首次命中(FF，F(xiàn)irst-Fit)法。該方法將波長在可用波長集中按固定順序排列(如按波長由小到大順序排列)，對新到達(dá)業(yè)務(wù)通路，每次選擇波長時均從可用波長集中中按固定順序選擇可用波長。
(2)最大使用(MU，Most-Used)法。該方法統(tǒng)計全網(wǎng)中所有波長的使用率，選擇波長使用率最大的可用波長。
(3)最小使用(LU，Least-Used)法。該方法同樣統(tǒng)計全網(wǎng)的所有波長的使用率，并選擇波長使用率最小的可用波長分配給新到達(dá)的呼叫對應(yīng)路由。
(4)最大總和(MS，Max-Sum)法，該方法選擇波長使得選擇該波長后，全網(wǎng)的其它通路的剩余可用信道數(shù)總和最大。
(5)最小影響(LI，Least Influence)法，該方法選擇波長滿足選擇該波長后，對全網(wǎng)其它通路的影響(對相關(guān)通路造成的瓶頸總和最小)，其優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為Σp∈G(p*)Σl∈L(p)∩L(p*)(D(Lc(l,λ),Pc(P,λ)))]]>其中D(Lc(l,λ),Pc(P,λ))={0---Lc(l,λ)≠Pc(p,λ)1---Lc(l,λ)=Pc(p,λ)]]>(6)相對容量損失(RCL，Relative Capacity Loss)法，該方法選取的優(yōu)化目標(biāo)其優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為minλ∈A(p*)Σp∈G(p*)=U(Σl∈L(p)∩L(p*)D(Lc(l,λ),pc(p,λ)))Σλpc(p,λ)]]>式中U(A)為單位階躍函數(shù)，當(dāng)A＞0時取值為1，否則取值為0。(7)相對最小影響(RLI，Relative lease Influence)法。該方法選擇的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為minλ∈A(p*)Σp∈G(p*)=Σl∈L(p)IL(p*)D(Lc(l,λ),Pc(p,λ))ΣλPc(p,λ)]]>式中D(Lc(l，λ)，Pc(P，λ))定義與(5)中的定義相同。
目前，已提出的方法中，雖然有各自的特點，但存在復(fù)雜度較高，性能不佳等缺點。
計算一條相關(guān)備用路由在分配某一支持波長下對一條相鄰?fù)返娜萘坑绊懼担话垂絉(p*,λ)=Σp∈G(p*)Σl∈L(p)∩L(p*)D(Lc(l,λ),Pc(p,λ))Pc(p,λ)]]>計算該條相關(guān)備用路由在分配某一支持波長下對網(wǎng)絡(luò)資源的影響值；按公式minλ∈A(p*)Σp∈G(p*)Rp(p*,λ)=minλ∈A(p*)Σp∈G(p*)Σl∈L(p)∩L(p*)D(Lc(l,λ),Pc(p,λ))Pc(p,λ)]]>選取每一條相關(guān)備用路由在分配不同的波長下對網(wǎng)絡(luò)資源容量影響值中的最小值；其中D(Lc(l,λ),Pc(P,λ))={0---Lc(l,λ)≠Pc(p,λ)1---Lc(l,λ)=Pc(p,λ)]]>p表示備用路由集合中的一條通路；p*為新到達(dá)的呼叫對應(yīng)備用路由；λ表示波長；L(P)代表通路P的所有鏈路集合；L(p*)代表新到達(dá)的呼叫對應(yīng)備用路由上的所有鏈路集合；Lc(l，λ)代表鏈路l上波長λ剩余的可用信道數(shù)；Pc(P，λ)代表通路P上波長為λ的最小可用信道數(shù)，即通路P、波長λ的瓶頸；A(p*)代表p*路由上對應(yīng)的可用波長集；G(p*)代表同通路p*具有具有公共鏈路的路由集合；p(p∈G(p*))為通路p*的相鄰?fù)?；Rp(p*，λ)為分配波長λ給通路p*時，其對p*相鄰?fù)穚造成的容量影響。
(2)將(1)所計算出的所有相關(guān)備用路由的最小容量影響值進(jìn)行比較，從中選取最小值，并將其對應(yīng)的路由及波長分配給所述的呼叫業(yè)務(wù)。
根據(jù)上述技術(shù)方案，步驟A所述的網(wǎng)絡(luò)資源配置包括搜集網(wǎng)絡(luò)中所有結(jié)點；確定所有結(jié)點間的連結(jié)關(guān)系；確定所有路由中包括的光纖數(shù)和每根光纖能夠支持的波長。
根據(jù)上述技術(shù)方案，步驟B所述的任意兩節(jié)點間路由為一條備用路由，可通過弗洛伊德方法(Forld方法)或得克斯特拉方法(Dijkstra方法)對其計算。
根據(jù)上述技術(shù)方案，步驟B所述的任意兩節(jié)點間路由為至少兩條備用路由，可用得克斯特拉方法(Dijkstra方法)對其計算，或者通過弗洛伊德方法(Forld方法)和得克斯特拉方法(Dilkstra方法)結(jié)合計算。
根據(jù)上述技術(shù)方案，弗洛伊德方法(Forld方法)和得克斯特拉方法(Dijkstra方法)結(jié)合計算之步驟為先采用弗洛伊德方法(Forld方法)計算每對節(jié)點對間的一條最短路由；再采用得克斯特拉方法(Dijkstra方法)計算次短路由和再次短路由本發(fā)明的方法采用按最小影響方法得到一個絕對的影響值，再將該值去除以受波長分配影響的通路的可用信道數(shù)從而得到一個最終作為判斷對網(wǎng)絡(luò)資源影響依據(jù)的相對影響值，因而能更精確地描述分配路由和波長給新業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)資源的影響，據(jù)此進(jìn)行的路由和波長分配有助于降低全網(wǎng)的阻塞率，改善公平性，大大提高全網(wǎng)性能。
首先，考慮為新到達(dá)的業(yè)務(wù)對應(yīng)的一條備用路由p*分配波長λ時，對其相鄰?fù)穚的影響。定義通道p*與其相鄰?fù)穚的公共鏈路為通路p*與p的相關(guān)鏈路，只有相關(guān)鏈路的影響需要被考慮。當(dāng)分配波長λ給p*時，相關(guān)鏈路上的所有可用信道數(shù)減1，當(dāng)某條相關(guān)鏈路在分配波長λ后，該鏈路成為p通路的瓶頸鏈路，則該條鏈路將對通路p的剩余可用信道產(chǎn)生影響。用l/Pc(p，λ)來描述一條鏈路成為瓶頸后，對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的影響，稱l/Pc(p，λ)為相對容量影響(RCIRelative Capacity Influence)因子。Rp(p*，λ)為分配波長λ給通路p*時，其對p*相鄰?fù)穚造成的容量影響值，其計算公式為Rp(p*,λ)=Σl∈L(p)∩L(p*)D(Lc(l,λ),Pc(p,λ))Pc(p,λ)---(1)]]>其中D(Lc(l,λ),Pc(P,λ))={0---Lc(l,λ)≠Pc(p,λ)1---Lc(l,λ)=Pc(p,λ)]]>通過公式(3)可計算每條相關(guān)備用路由在分配某一支持波長下對相鄰?fù)返娜萘坑绊懼?；按下述公式R(p*,λ)=Σp∈G(p*)Σl∈L(p)∩L(p*)D(Lc(l,λ),Pc(p,λ))Pc(p,λ)---(2)]]>計算所有相關(guān)備用路由在分配某一支持波長下對系統(tǒng)資源的影響值；按公式minλ∈A(p*)Σp∈G(p*)Rp(p*,λ)=minλ∈A(p*)Σp∈G(p*)Σl∈L(p)∩L(p*)D(Lc(l,λ),Pc(p,λ))Pc(p,λ)--(3)]]>選取每一條該相關(guān)備用路由的容量影響值中的最小值；其中p表示通路；p*為新到達(dá)的呼叫對應(yīng)備用路由；λ表示波長；L(P)代表通路P的所有鏈路集合；L(p*)代表新到達(dá)的呼叫對應(yīng)備用路由上的所有鏈路集合；Lc(l，λ)代表鏈路l上波長λ剩余的可用信道數(shù)；Pc(P，λ)代表通路P上波長為λ的最小可用信道數(shù)，即通路P、波長λ的瓶頸；A(p*)代表p*路由上對應(yīng)的可用波長集；G(p*)代表同通路p*具有具有公共鏈路的路由集合；p(p∈G(p*))為通路p*的相鄰?fù)?；Rp(p*，λ)為分配波長λ給通路p*時，其對p*相鄰?fù)穚造成的容量影響從上可以看出，當(dāng)為新到達(dá)的業(yè)務(wù)對應(yīng)的固定光通道p*分配波長λ時，本發(fā)明考慮了不同波長λ間具有相同瓶頸鏈路的狀況。
下面結(jié)合流程圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明參考

圖1啟動程序執(zhí)行步驟100，本步驟對光網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行配置，包括確定網(wǎng)絡(luò)中所有結(jié)點；確定所有結(jié)點間的連結(jié)關(guān)系；確定所有路由中包括的光纖數(shù)和每根光纖能夠支持的波長。步驟105計算光網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點間備用路由；備用路由是基于最短路由優(yōu)先計算的，先采用弗洛伊德方法(Forld方法)計算每節(jié)點對間的一條最短路由，再采用弗洛伊德方法(Forld方法)計算次短路由和再次短路由。步驟110指一條待分配的動態(tài)業(yè)務(wù)K到達(dá)。步驟115為從105所得結(jié)果中搜索出新到達(dá)的待分配業(yè)務(wù)K的所有備用路由，形成備用路由集。步驟120從該業(yè)務(wù)的備用路由集中選取一條備用路由p*(初始時指第一條備用路由)。步驟125從步驟105所得結(jié)果搜索網(wǎng)絡(luò)中與上步選取的一條備用路由p*有相關(guān)鏈路的所有可用相關(guān)備用路由，形成相關(guān)備用路由集G(p*)；其中相關(guān)備用路由是指有公共鏈路的兩條路由。步驟130選取第λ個可用波長分配給業(yè)務(wù)K(初始時指第一個可用的波長)。步驟135選取相關(guān)備用路由集G(p*)中的相關(guān)備用路由P，計算如果分配備用路由p*和波長λ給業(yè)務(wù)K，對相關(guān)備用路由P造成的影響；造成的影響，用備用路由p*和相關(guān)備用路由P這兩條通路中的公共鏈路中，公共鏈路是相關(guān)備用路由P的瓶頸數(shù)目除以相關(guān)備用路由P的瓶頸值來表示，造成的影響值Rp(p*，λ)的值由公式(1)計算出。步驟140判斷相關(guān)備用路由集G(p*)中的每一相關(guān)備用路由是否都已計算，如果判斷是否定的則計數(shù)指針加1，即指向相關(guān)備用路由集G(p*)中的下一條相關(guān)備用路由，并轉(zhuǎn)到步驟135執(zhí)行，如果判斷是肯定的則執(zhí)行步驟145。步驟145對所有Rp(p*，λ)按公式(2)求和，得到R(p*，λ)的值，即分配路由p*、波長λ給K時對網(wǎng)絡(luò)造成的影響。步驟150判斷業(yè)務(wù)K的備用路由p*上所有波長是否均已計算，如果判斷是否定的則取下一支持波長，并轉(zhuǎn)到步驟130執(zhí)行，如果判斷是肯定的則執(zhí)行步驟155。步驟155比較不同波長的R(p*，λ)值，按公式(5)取最小值，記錄相應(yīng)的波長λ和備用路由p*。步驟160判斷業(yè)務(wù)K的所有備用路由p*是否都已計算，如果判斷是否定的則取下一條備用路由并轉(zhuǎn)到步驟120執(zhí)行，如果判斷是肯定的則執(zhí)行步驟165。步驟165比較不同備用路由p*的R(p*，λ)，取其中的最小值，并將相應(yīng)的備用路由和波長分配給業(yè)務(wù)K。步驟170則結(jié)束該次分配。
本實施例中的流程圖中有3個大的循環(huán)，分別是備用路由集p*、波長集λ、相關(guān)鏈路集G(p*)，3個循環(huán)嵌套，循環(huán)嵌套的順序可變，具體關(guān)系為波長集λ同備用路由集p*、相關(guān)鏈路集G(p*)無關(guān)，可以放在嵌套的任一位置，備用路由集p*的循環(huán)大于相關(guān)鏈路集合G(p*)，即必須是相關(guān)鏈路集合G(p*)循環(huán)嵌套在備用路由集p*循環(huán)中。
上述實施例僅為本發(fā)明較佳實施方式，然其并非用以限制本發(fā)明，任何在不脫離本發(fā)明精神下的改變，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)路由和波長分配新方法，包括數(shù)字計算機，所述數(shù)字計算機中存儲有構(gòu)建波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)的程序指令，其特征在于所述的數(shù)字計算機執(zhí)行如下步驟A、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源配置；B、計算光網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點間路由，形成備用路由集合；C、按呼叫業(yè)務(wù)需求，從上步的備用路由集合中取出該業(yè)務(wù)的所有相關(guān)備用路由，按下述驟步執(zhí)行(1)按公式RP(p*,λ)=Σl∈L(p)∩L(p*)D(Lc(l,λ),Pc(p,λ))Pc(p,λ)]]>計算一條相關(guān)備用路由在分配某一支持波長下對一條相鄰?fù)返娜萘坑绊懼担话垂絉(p*,λ)=Σp∈G(p*)Σl∈L(p)∩L(p*)D(Lc(l,λ),Pc(p,λ))Pc(p,λ)]]>計算該條相關(guān)備用路由在分配某一支持波長下對網(wǎng)絡(luò)資源的影響值；按公式minλ∈A(p*)Σp∈G(p*)Rp(p*,λ)=minλ∈A(p*)Σp∈G(p*)Σl∈L(p)∩L(p*)D(Lc(l,λ),Pc(p,λ))Pc(p,λ)]]>選取每一條相關(guān)備用路由在分配不同的波長下對網(wǎng)絡(luò)資源容量影響值中的最小值；其中D(Lc(l,λ),Pc(P,λ))={0---Lc(l,λ)≠Pc(p,λ)1---Lc(l,λ)=Pc(p,λ)]]>P代表備用路由集中的一條通路，p*為新到達(dá)的呼叫對應(yīng)一條備用路由；λ表示波長；L(P)代表通路P的所有鏈路集合；L(p*)代表新到達(dá)的呼叫對應(yīng)備用路由P*上的所有鏈路集合；Lc(l，λ)代表鏈路l上波長λ剩余的可用信道數(shù)；Pc(P，λ)代表通路P上波長為λ的最小可用信道數(shù)，即通路P、波長λ的瓶頸；A(p*)代表p*路由上對應(yīng)的可用波長集；G(p*)代表在備用路由集合中同通路p*具有公共鏈路的路由集合；p(p∈G(p*))為通路p*的相鄰?fù)?；Rp(p*，λ)為分配波長λ給通路p*時，其對p*相鄰?fù)穚造成的容量影響。(2)將(1)中計算出的所有相關(guān)備用路由的最小容量影響值進(jìn)行比較，從中選取最小值，并將其對應(yīng)的路由及波長分配給所述的呼叫業(yè)務(wù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)路由和波長分配新方法，其特征在于步驟A所述的網(wǎng)絡(luò)資源配置包括搜集網(wǎng)絡(luò)中所有結(jié)點；確定所有結(jié)點間的連結(jié)關(guān)系；確定所有路由中包括的光纖數(shù)和每根光纖能夠支持的波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)路由和波長分配新方法，其特征在于步驟B所述的任意兩節(jié)點間路由為一條備用路由，可通過弗洛伊德方法(Forld方法)或得克斯特拉方法(Dijkstra方法)對其計算。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)路由和波長分配新方法，其特征在于步驟B所述的任意兩節(jié)點間路由為至少兩條備用路由，可用得克斯特拉方法(Dijkstra方法)對其計算，或者通過弗洛伊德方法(Forld方法)和得克斯特拉方法(Dijkstra方法)結(jié)合計算。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)路由和波長分配新方法，其特征在于弗洛伊德方法(Forld方法)和得克斯特拉方法(Dijkstra方法)結(jié)合計算之步驟為先采用弗洛伊德方法(Forld方法)計算每對節(jié)點對間的一條最短路由；再采用得克斯特拉方法(Dijkstra方法)計算次短路由和再次短路由。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種波分復(fù)用(WDM)光網(wǎng)絡(luò)路由和波長分配新方法,包括數(shù)字計算機,所述的數(shù)字計算機執(zhí)行如下步驟:進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源配置;計算光網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點間路由,形成備用路由集合;按呼叫業(yè)務(wù)需求,從備用路由集合中取出該業(yè)務(wù)的所有相關(guān)備用路由按公式計算,并選取對網(wǎng)絡(luò)資源造成影響最小的路由和波長分配給呼叫業(yè)務(wù)。按本發(fā)明進(jìn)行的路由和波長分配有助于降低全網(wǎng)的阻塞率,改善公平性,大大提高全網(wǎng)性能。本發(fā)明主要用在波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)中對動態(tài)業(yè)務(wù)進(jìn)行路由和波長的分配。
文檔編號H04B10/12GK1362806SQ0210271
公開日2002年8月7日 申請日期2002年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月24日
發(fā)明者顧畹儀, 程曉飛, 張 杰, 王勇, 金文研 申請人:北京郵電大學(xué)