專利名稱：一種基于網(wǎng)絡編碼的wdm網(wǎng)絡專有分段保護方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及光波分復用網(wǎng)絡中的故障保護方法。
背景技術(shù)：
波分復用技術(shù)(WDM)以其傳輸容量大，對高層協(xié)議和應用技術(shù)適應性強，以及易 于擴展等優(yōu)點而備受青睞。利用WDM傳輸技術(shù)的光傳送網(wǎng)被認為是下一代高速廣域骨干網(wǎng) 的最具競爭力的選擇。保護和恢復是兩種WDM網(wǎng)絡中經(jīng)常采用的生存性機制，在網(wǎng)絡故障 后，恢復機制尋找可用網(wǎng)絡資源并且通過重路由使業(yè)務繞過故障網(wǎng)元，故障恢復時間長，常 常不能滿足光網(wǎng)絡毫秒級故障恢復時間的要求。保護機制是與網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)息息相關(guān)的一 種特定的快速生存性技術(shù)，通過提前為業(yè)務分配備用資源的方式，防止可能出現(xiàn)的網(wǎng)絡故 障。根據(jù)所保護網(wǎng)元的范圍保護方法可以分為3類1.鏈路保護工作光路設(shè)計過程 中，針對該路徑上的每條鏈路準備一條避開該鏈路的備用路由，并且預留相應的備用波長。 當某條鏈路失效時，所有經(jīng)過它的工作光路直接在此鏈路附近尋找備用路由和備用波長， 從而繞過失效部分而無需源-目的節(jié)點參與，工作光路上未失效的部分保持原狀。2.路徑 保護源節(jié)點建立到達目的節(jié)點工作光路，同時也建立相應的端到端的備用通路，并且預留 相應的資源。當端到端路徑上的中間鏈路出現(xiàn)故障時，源節(jié)點收到故障告警信息之后，將所 傳輸?shù)臉I(yè)務倒換到備份路徑上傳輸；3.分段保護將端到端路徑劃分為多個較小單元，即 段，并尋找相應的資源建立備用路徑為每個段提供保護。與通道保護相比，分段保護方式的 主要優(yōu)點是縮小了恢復的范圍，只有與故障發(fā)生處相對應的保護段被激活，分段保護方式 并不為每條鏈路都提供一個保護段，因而它比起鏈路保護又具有更高的資源利用率，但是， 該方式?jīng)]有考慮工作路徑上數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r，仍然難以滿足多媒體業(yè)務帶寬和服務質(zhì)量的 要求。此外，根據(jù)備用路徑上資源的使用情況可以將保護方法分為兩類，分別為共享保 護和專有保護。共享保護屬于故障告警信息觸發(fā)策略，具有相同源節(jié)點和目的節(jié)點的多個 工作網(wǎng)元之間使用相同的備份網(wǎng)元，若所需要保護的網(wǎng)元出現(xiàn)故障，則將其所承載的業(yè)務 倒換到備份網(wǎng)元，即1 1方式，這種方式下所消耗的網(wǎng)絡資源較少，但是，由于大量波長已 經(jīng)占用，當該段路徑上發(fā)生故障后，所建立的保護路徑跳數(shù)相對較長，所耗費的傳輸延遲以 及倒換延遲都將顯著地增加所承載業(yè)務的端到端延遲。故障告警信息需要在反向路徑上傳 輸，增加了故障倒換時間；而專有保護方法中，每個網(wǎng)元都有相應的備份網(wǎng)元，不能互相共 享，即1+1方式，倒換時間較短，業(yè)務的可用性得到保障，但是所耗費的網(wǎng)絡資源較多。資源 有限性導致為此段路徑提供專有保護將會嚴重地浪費網(wǎng)絡資源。當前網(wǎng)絡中所承載的多媒體業(yè)務呈爆炸式增長，對帶寬和服務質(zhì)量的要求隨之上 升。縮短故障倒換時間并降低資源消耗是保護方法所面臨的主要問題，上述現(xiàn)有技術(shù)中的 保護機制均無法兼顧兩個方面問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題針對現(xiàn)有技術(shù)中WDM網(wǎng)絡保護方法需要盡量降低故 障倒換時間，同時節(jié)省所耗費網(wǎng)絡資源的特點，提出一種基于網(wǎng)絡編碼的專有段保護方法， 根據(jù)當前網(wǎng)絡資源耗費情況，動態(tài)地確定需要保護的網(wǎng)元，采用單條路徑對多個工作路徑 進行專有保護，近似實現(xiàn)零倒換時間，同時極大地降低網(wǎng)絡資源消耗。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案當節(jié)點接收到新到達的連接請求之 后，對該連接所對應的端到端路徑上其它節(jié)點波長使用情況進行更新，獲得本地節(jié)點與中 間節(jié)點之間共用波長數(shù)量。當共用波長數(shù)量較多，超過保護門限值時，則表明多個端到端連 接經(jīng)過該段路徑，與路徑上其它部分(段)相比較，此段路徑較為重要，需對其提供保護。當節(jié)點之間的共用波長數(shù)超過預先設(shè)定的保護門限值之后，則以本地節(jié)點為源節(jié) 點、所對應的中間節(jié)點為目的節(jié)點，采用最短路徑算法為此段路徑建立一條備用路徑，建立 保護段，備用路徑的源節(jié)點為段首節(jié)點，而目的節(jié)點為段尾節(jié)點。完成保護段的建立之后， 段首節(jié)點將段內(nèi)所有工作路徑上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以網(wǎng)絡編碼的方式沿著備用路徑發(fā)送至段尾。 具體包括如下步驟根據(jù)系統(tǒng)中節(jié)點可用波長數(shù)量預先設(shè)置保護門限值N，本地節(jié)點根據(jù)連接請求更 新路由表中本地節(jié)點和目的節(jié)點及其中間節(jié)點所使用的波長連接數(shù)量；判斷本地節(jié)點所使 用的波長連接數(shù)量Q是否超過預先設(shè)定的保護門限值；若沒有超過N，本地節(jié)點與目的節(jié) 點之間直接傳輸數(shù)據(jù)；若超過N，遍歷所有中間節(jié)點集合D，進一步逐個判斷新連接的端到 端路徑上各個中間節(jié)點Cm的波長連接數(shù)量是否超過保護門限值N，將波長連接數(shù)量超過 N的對應節(jié)點加入到備選段節(jié)點集合S ；遍歷所有備選段節(jié)點集合S,找出所有共用波長數(shù) 量，計算本地節(jié)點L與備選段節(jié)點集合S中元素的共用波長數(shù)量，根據(jù)共用波長數(shù)量建立共 用波長列表W ；遍歷列表W尋找其中的最大元素CW(即最大共用波長數(shù)量)，將其所對應的 節(jié)點ID設(shè)置為Index，比較CW與保護門限值N，若最大共用波長數(shù)量超過保護門限N，則以 本地節(jié)點為源節(jié)點，Index為目的節(jié)點，以最短路徑算法建立對應的備用路徑Bp，建立包括 工作路徑和備用路徑的保護段；將建立保護段的發(fā)起節(jié)點為段首節(jié)點，終止節(jié)點為段尾節(jié) 點，段首節(jié)點對段內(nèi)所有工作路徑上的數(shù)據(jù)進行線性編碼，并在工作路徑和備用路徑上傳 輸線性編碼后的數(shù)據(jù)；如保護段工作路徑正常，直接將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點，如保護段內(nèi)工 作路徑出現(xiàn)故障，發(fā)送故障信息到段尾節(jié)點，段尾節(jié)點解析備用路徑上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并通過 備用路徑繼續(xù)向目的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)線性編碼后的數(shù)據(jù)。更進一步，源節(jié)點對建立的當前保護段進行檢測，判斷當前網(wǎng)絡狀態(tài)下，保護段中 工作路徑數(shù)量與保護門限值之間的關(guān)系，若保護段中工作路徑數(shù)量低于保護門限值，則連 接拆除之后，無需對原有保護段中的網(wǎng)元提供保護，段首節(jié)點發(fā)送信令通知段尾節(jié)點保護 段拆除，完成資源回收。拆除端到端連接后，路徑上各個中間節(jié)點處所占用的波長數(shù)量隨之 發(fā)生變化，進而節(jié)點之間共同使用波長數(shù)量也將發(fā)生變化。采用該方法，保護倒換時間即為 段尾節(jié)點解碼時間，可以實現(xiàn)近似零故障保護倒換時間。本發(fā)明提出的基于網(wǎng)絡編碼的專有段保護方法，當段內(nèi)的某個工作路徑出現(xiàn)故障 的時候，段尾節(jié)點根據(jù)接收到的其他工作路徑的編碼消息，獲得故障路徑上所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)， 及時倒換，該特征隨著網(wǎng)絡負載的逐漸增加將會表現(xiàn)得更加明顯，有利于擴展。根據(jù)當前網(wǎng) 絡資源耗費情況，動態(tài)地確定需要保護的網(wǎng)元，采用單條路徑對多個工作路徑進行專有保護，近似實現(xiàn)零倒換時間，同時極大地降低網(wǎng)絡資源消耗。


圖11+N分段保護建立流程圖
具體實施例方式網(wǎng)絡編碼是融合了路由和編碼的信息交換技術(shù)，是在網(wǎng)絡中的各個節(jié)點上對各條 信道上收到的信息進行線性或者非線性的處理，然后轉(zhuǎn)發(fā)給下游節(jié)點，中間節(jié)點作為編碼 器或信號處理器的角色。通過網(wǎng)絡編碼，信息的傳輸效率得到了有效的提高。本發(fā)明提出 的分段專有保護方法充分利用了網(wǎng)絡編碼特性，節(jié)點動態(tài)地、有選擇性地為端到端路徑中 重要的網(wǎng)元提供保護。與端到端專有保護方法相比，本發(fā)明提出的方法只針對部分路徑提 供保護，此外，在保護段內(nèi)還能夠?qū)崿F(xiàn)采用單條備用路徑為多條工作路徑提供專有保護，從 而保障網(wǎng)絡在發(fā)生故障時，實現(xiàn)近似零保護倒換時間，顯著地減少了用于保護過程的網(wǎng)絡 資源；與共享保護方法相比，極大地縮短故障倒換時間。此外，網(wǎng)絡中的連接動態(tài)到達，持續(xù)時間也并不相同，因此，在連接持續(xù)時間內(nèi)，各 個節(jié)點處波長占用數(shù)量也將發(fā)生變化。為了有效地避免浪費網(wǎng)絡資源，本申請設(shè)計了動態(tài) 資源回收機制。在端到端連接拆除之后，節(jié)點比較原端到端路徑上的共用波長數(shù)量和保護 門限值，若低于保護門限值，則拆除保護路徑，進一步降低網(wǎng)絡資源開銷。如圖1所示為1+N 分段保護建立流程圖，具體包括如下步驟Stepl 根據(jù)系統(tǒng)中節(jié)點可用波長數(shù)量預先設(shè)置保護門限值N，根據(jù)系統(tǒng)要求，保 護門限值的設(shè)置可不超過網(wǎng)絡中節(jié)點平均可用波長數(shù)量，也可設(shè)為最高可用波長數(shù)量或最 低可用波長數(shù)量。當接收到一個新的連接請求之后，節(jié)點更新路由表中所對應各個中間節(jié) 點的波長使用數(shù)量。本地節(jié)點根據(jù)連接請求更新路由表中本地節(jié)點和目的節(jié)點及其中間節(jié) 點所使用的波長連接數(shù)量。Step2 判斷本地節(jié)點所使用的波長連接數(shù)量Q是否超過預先設(shè)定的保護門限值 N，若波長連接數(shù)量沒有超過N，則表明工作路徑上所承載的連接數(shù)量較少，不需要耗費網(wǎng)絡 資源為其提供保護，可以按照無保護的方式繼續(xù)傳輸。如波長連接數(shù)量超過N，則工作路徑 上所承載的連接數(shù)量較多，建立專用保護段對其提供保護，執(zhí)行Step3。St印3:遍歷所有中間節(jié)點集合D，逐一判斷新連接的端到端路徑上各個中間節(jié)點 Cm的連接數(shù)量是否超過預先設(shè)定的保護門限值N(其中Di表示第i個中間節(jié)點)，若沒有 超過，則表明這些中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)所承載的連接數(shù)量較少，如超過保護門限值N，將該節(jié)點作 為重要網(wǎng)元，并將超過保護門限值的對應節(jié)點加入到備選段節(jié)點集合S中，S中的元素包括 共用波長數(shù)量等信息。Step4 比較本地節(jié)點L與備選段節(jié)點集合S，計算本地節(jié)點L與備選段節(jié)點集合 S中元素的共用波長數(shù)量，遍歷所有備選段節(jié)點集合S,找出所有共用波長數(shù)量，建立節(jié)點 與共用波長數(shù)量之間的關(guān)系表(共用波長列表)，將查找的結(jié)果存儲在共用波長列表W中， 其中，列表W包含節(jié)點ID以及波長占用數(shù)量，列出共用波長的節(jié)點所對應的波長占用數(shù)量。 WDM網(wǎng)絡中，各個節(jié)點被多個端到端連接所使用，波長占用數(shù)量表明節(jié)點所承載業(yè)務情況， 節(jié)點之間共同使用波長數(shù)量直觀地反映了此段路徑的重要性，對于重要路徑需要加強保護。Step5:節(jié)點之間路徑所共用的波長數(shù)量表明該段路徑的重要程度，共用波長數(shù)量 越大，表明此段路徑發(fā)生故障后對網(wǎng)絡的影響越大，為了避免過多的網(wǎng)絡資源消耗，對作為 重要網(wǎng)元的節(jié)點，限定每個節(jié)點(共用波長數(shù)量大的)在端到端路徑上建立一個保護段。建 立保護段具體包括，遍歷列表W尋找表中的最大元素CW (即最大共用波長數(shù)量CW = max Iff1,
W2, W3.......})，將其所對應的節(jié)點ID設(shè)置為Index,如節(jié)點k，Index = k，比較Cff與保護
門限值N，若最大共用波長數(shù)量超過保護門限N，則以本地節(jié)點為源節(jié)點(Source賦予原節(jié) 點)，Index對應的節(jié)點為目的節(jié)點(Dest賦予Index節(jié)點)，以最短路徑算法建立從源節(jié) 點到該目的節(jié)點之間路徑對應的備用路徑Bp，該備用路徑為源節(jié)點到目的節(jié)點之間所有工 作路徑提供保護，建立包括工作路徑和備用路徑的專用保護段，該保護段中備用路徑可為 多條工作路徑提供保護。St印6:將建立保護段的發(fā)起節(jié)點設(shè)置為段首節(jié)點，終止節(jié)點設(shè)置為段尾節(jié) 點。段首節(jié)點對段內(nèi)所有工作路徑上的數(shù)據(jù)進行線性編碼，并在工作路徑和備用路徑 上傳輸線性編碼后的數(shù)據(jù)。線性編碼方式可不采用固定的方式，如可采用異或方式 Bp =Pi P2 P, -, Bp=Pi十2A 均Θ…等對工作路徑Pi上的數(shù)據(jù)進行線性編碼，還可采 用其他本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式對數(shù)據(jù)進行線性編碼。在網(wǎng)絡運行過程中，如保護段工 作路徑正常，直接通過工作路徑將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點，如保護段內(nèi)工作路徑Pi出現(xiàn)故障， 將故障信息發(fā)送到段尾節(jié)點，段尾節(jié)點接收到故障信息，根據(jù)所接收的備用路徑上的數(shù)據(jù) 信息，解析路徑&上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并通過備用路徑繼續(xù)向目的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)線性編碼后的數(shù)據(jù)， 此種方式下，保護倒換時間即為段尾節(jié)點解碼時間，這種方法可以實現(xiàn)近似零故障保護倒 換時間。同樣的方法該備用路徑可為多個工作路徑提供保護。端到端連接拆除之后，路徑上各個中間節(jié)點處所占用的波長數(shù)量隨之發(fā)生變化， 進而節(jié)點之間共同使用波長數(shù)量也將發(fā)生變化。源節(jié)點對當前所建立的保護段進行檢測， 判斷當前網(wǎng)絡狀態(tài)下，保護段中工作路徑數(shù)量與保護門限值之間的關(guān)系，若保護段中工作 路徑數(shù)量低于保護門限值，則連接拆除之后，無需對原有保護段中的部分網(wǎng)元提供保護，段 首節(jié)點發(fā)送信令通知段尾節(jié)點拆除保護段，完成資源回收，如保護段中工作路徑數(shù)量高于 保護門限值，保持保護段的建立，繼續(xù)通過保護段實施對工作路徑的保護，直到保護段中工 作路徑數(shù)量低于保護門限值，拆除保護段。
權(quán)利要求
一種基于網(wǎng)絡編碼的專有分段保護方法，其特征在于，根據(jù)網(wǎng)絡當前資源使用情況，本地節(jié)點所使用的波長連接數(shù)量超過保護門限值N的重要網(wǎng)元提供保護；對重要網(wǎng)元的節(jié)點在端到端路徑上建立一個保護段，采用單個備用路徑為多個工作路徑提供專有保護，當網(wǎng)絡中某條工作路徑發(fā)生故障時，通過備用路徑繼續(xù)向目的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)線性編碼后的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所采用的專有分段保護方法，其特征在于，建立保護段具體包括遍 歷本地節(jié)點到目的節(jié)點之間的所有中間節(jié)點集合D，逐個判斷新連接的端到端路徑上各個 中間節(jié)點的波長連接數(shù)量是否超過保護門限值N，將波長連接數(shù)量超過N的對應節(jié)點加入 到備選段節(jié)點集合S ；遍歷備選段節(jié)點集合S，計算本地節(jié)點L與備選段節(jié)點集合S中元素 的共用波長數(shù)量，根據(jù)共用波長數(shù)量建立共用波長列表W ；尋找共用波長列表W的最大元素 CW，將其所對應的節(jié)點ID設(shè)置為Index，比較CW與保護門限值N，若最大共用波長數(shù)量超過 保護門限N，則以本地節(jié)點為源節(jié)點，Index為目的節(jié)點，以最短路徑算法建立對應的備用 路徑Bp。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所采用的專有分段保護方法，其特征在于，所述方法進一步包括，將 建立保護段的發(fā)起節(jié)點為段首節(jié)點，終止節(jié)點為段尾節(jié)點，段首節(jié)點對段內(nèi)所有工作路徑 上的數(shù)據(jù)進行線性編碼，并在工作路徑和備用路徑上傳輸線性編碼后的數(shù)據(jù)；如保護段內(nèi) 工作路徑出現(xiàn)故障，發(fā)送故障信息到段尾節(jié)點，段尾節(jié)點解析備用路徑上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并通 過備用路徑繼續(xù)向目的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)線性編碼后的數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所采用的專有分段保護方法，其特征在于，對工作路徑上的數(shù)據(jù)采 用異或方式進行線性編碼。
全文摘要
本發(fā)明請求保護一種基于網(wǎng)絡編碼的專有分段保護方法，涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明針對現(xiàn)有保護方法無法兼顧故障倒換時間和耗費資源的特點，提出了一種新的分段保護方法，該方法以端到端路徑上節(jié)點之間共用波長數(shù)量為指標，動態(tài)地確定路徑上需要保護的部分，并以最短路徑算法為其建立一條備用路徑以保護此段上的多個工作路徑，同時，采用資源回收機制防止過度消耗網(wǎng)絡資源。通過備用路徑傳輸，以較低的資源開銷實現(xiàn)了單條備用路徑對多條工作路徑的專有保護。該方法無需等待故障路徑的恢復，有效地降低了故障倒換時間，同時合理地控制了保護過程所消耗的網(wǎng)絡資源。
文檔編號H04L12/56GK101938309SQ201010282048
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者吳大鵬, 戴琦, 王汝言, 黃勝 申請人:重慶郵電大學