專利名稱：一種wdm光網(wǎng)絡(luò)中的多約束多播路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種WDM光網(wǎng)絡(luò)中的多約束多播路由方法。
背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，人們對通信系統(tǒng)的容量和性能提出了新的要求。波分復(fù) 用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)技術(shù)可以提供巨大的傳輸容量，滿足互聯(lián)網(wǎng) 業(yè)務(wù)對帶寬的需求。但是，一旦發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障，將導(dǎo)致大量業(yè)務(wù)中斷。與此同時，為了降低 網(wǎng)絡(luò)運營成本，提高帶寬資源利用率，傳輸網(wǎng)絡(luò)逐漸由傳統(tǒng)的IP over ATM over SDH/SONET over WDM多層重疊結(jié)構(gòu)向IP over WDM兩層結(jié)構(gòu)發(fā)展，將IP業(yè)務(wù)直接承載在WDM光網(wǎng)絡(luò) 上。當(dāng)前WDM光網(wǎng)絡(luò)中多播路由方面大多考慮的是單一約束，其適用范圍較窄，也沒 有考慮稀疏部分波長轉(zhuǎn)換約束、光收發(fā)器數(shù)約束和稀疏部分分光約束等，不能很好的適應(yīng) WDM光網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用場景。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存成的問題，本發(fā)明提供一種WDM光網(wǎng)絡(luò)中的多約束多播路由 方法。在IP over WDM網(wǎng)絡(luò)中，有三種控制模型，分別為重疊模型、對等模型和擴(kuò)展模型， 本發(fā)明的多約束多播路由方法主要針對對等模型。網(wǎng)絡(luò)模型可描述為有向連通圖、作丄，W)，其中V，L，W分別代表網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點集合、 物理鏈路集合和每條物理鏈路的波長集合，|v|，|l|，|w|分別表示網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)、物理鏈路 數(shù)和每條物理鏈路中波長數(shù)。定義F為多播森林，是一組光樹的集合，T表示當(dāng)前正在創(chuàng)建的光樹，Vfflc為當(dāng)前光 樹上MC波長節(jié)點，D*表示未處理的目的節(jié)點，D'為D*中節(jié)點對應(yīng)的邏輯節(jié)點，隨D*變化。 本發(fā)明提供一種WDM光網(wǎng)絡(luò)中的多約束多播路由方法，包括如下步驟步驟(1)初始化步驟(1·1)、ρ=Φ;步驟(1. 2)、所有邏輯鏈路的鏈路代價設(shè)置為⑴；步驟(1.3)、如果邏輯節(jié)點D'中有節(jié)點光接收器數(shù)為0，路由失敗，結(jié)束。步驟⑵計算源節(jié)點到目的節(jié)點最小代價路徑步驟(2. 1)、根據(jù)公式Wwcd = IX Qwcl設(shè)置各波長轉(zhuǎn)換鏈路的鏈路代價Wwd ；其中 α-為波長轉(zhuǎn)換鏈路的等級； 根據(jù)公式=^fi ._設(shè)置各波長鏈路的鏈路代價
其中Ww，wp分別該波長鏈路所屬物理鏈路中工作波長數(shù)和保護(hù)波長數(shù)；α wll為波長鏈路的等級；Iffl為每條物理鏈路中的波長數(shù)；步驟(2. 2)、如果Vs處可用光發(fā)送器數(shù)為0，轉(zhuǎn)步驟(7)；步驟O. 3)、分別計算Vs到礦中各節(jié)點的代價最小路徑；在計算到ν' ρ ν' i e D'的代價最小路徑時，ν' s處出邊接納鏈路的鏈路代價Wal根據(jù)公式
Wal =
CO
W
π α
1 +
t “設(shè)置；ν' i處入邊接納鏈路的鏈路代價Wal 據(jù)公式
ai la ^ lt
V"t J
CO_
^lxi.&設(shè)置；其它所有接納鏈路代價設(shè)置為⑴；
y a"1 ra <rt ν 't y其中tt、rt、ta、ra分別表示該節(jié)點處總的光發(fā)送器數(shù)、總的光接收器數(shù)、可用光發(fā) 送器數(shù)和可用光接收器數(shù)；α al為接納鏈路的等級；步驟(2. 4)、從這些到各剩余目的節(jié)點代價最小路徑中再選出代價最小的路徑。如 果找到代價最小路徑，將該路徑記為Pmin，對應(yīng)的目的節(jié)點為vd，否則，轉(zhuǎn)步驟(7)。步驟(3)、添加路徑步驟(3. 1)、去掉Pmin兩端接納鏈路，將Pmin添加到T中，路徑上各波長鏈路使用情 況置為“被用于光樹”，鏈路代價設(shè)置為⑴；步驟(3. 2)、將MC波長節(jié)點添加到Vmc中，同時將已不再是MC波長節(jié)點的波長節(jié) 點從Vm。中刪除；步驟(3.3)、v' d處可用光接收器數(shù)減一，將vd從礦中刪除；步驟(3. 4)、將Pmin上所有節(jié)點對應(yīng)物理節(jié)點的入邊物理鏈路上的所有波長鏈路 的鏈路代價設(shè)置為⑴。步驟(4)、計算MC波長節(jié)點(光樹上分光量小于節(jié)點最大分光數(shù)的非通過波長轉(zhuǎn) 換鏈路到達(dá)的波長節(jié)點)到目的節(jié)點的代價最小路徑步驟(4. 1)、對T中每個MC波長節(jié)點Vme e Vfflc,計算vm。到D*中各節(jié)點的代價最
小路徑。在計算到ν' ν' i e D'時，ν' i處入邊接納鏈路的鏈路代價Wal根據(jù)公式
廣-——、ra=rt,
W
“al
1 + ^
al
CO_
‘‘"^"設(shè)置；其它所有接納鏈路的鏈路代價設(shè)置為<
ra <rt
ν ’t J步驟(4. 2)、從上述|Vm。| X |D*|條代價最小路徑中再選出代價最小的那條。如果 找到代價最小路徑，該路徑記為Pmin，對應(yīng)的目的節(jié)點為Vd，否則，轉(zhuǎn)步驟(6)。步驟(5)、添加路徑步驟(5. 1)、去掉Pmin兩端接納鏈路，將Pmin添加到T中，路徑上各波長鏈路使用情 況置為“被用于光樹”，鏈路代價設(shè)置為⑴；步驟(5. 2)、將MC波長節(jié)點添加到Vmc中，同時將已不再是MC波長節(jié)點的波長節(jié) 點從Vm。中刪除；步驟(5.3)、v' d處可用光接收器數(shù)減一，將Vd從礦中刪除；
步驟(5. 4)、將Pmin上所有節(jié)點對應(yīng)物理節(jié)點的入邊物理鏈路上的所有波長鏈路 的鏈路代價設(shè)置為⑴；步驟(5.5)、轉(zhuǎn)步驟(4)。步驟(6)、添加光樹ν' s處可用光發(fā)送器數(shù)減一，將T添加到F中，如果礦興Φ，轉(zhuǎn)步驟0)，否則，路 由成功，結(jié)束。步驟(7)將F中的已創(chuàng)建的光樹資源釋放光樹源節(jié)點處可用光發(fā)送器數(shù)加一； 目的節(jié)點處可用接收器數(shù)減一；各波長鏈路使用情況置為“未使用”，路由失敗，結(jié)束。本發(fā)明的一種WDM光網(wǎng)絡(luò)中的多約束多播路由方法的有益效果解決了 WDM光網(wǎng) 絡(luò)中的多播路由問題，考慮用戶請求約束、稀疏部分波長轉(zhuǎn)換約束、光收發(fā)器數(shù)約束和稀疏 部分分光約束等構(gòu)建光樹和進(jìn)行多播業(yè)務(wù)路由，應(yīng)用范圍更廣，更好的反映WDM光網(wǎng)絡(luò)中 的實際應(yīng)用場景。


圖1為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由多層重疊向兩層演進(jìn)的示意圖2為重疊模型的示意圖3為對等模型的示意圖4為物理拓?fù)渑e例(物理拓?fù)銷)的示意圖5為物理拓?fù)銷對應(yīng)的波長分層圖(波長分層圖G)的示意圖
圖6為網(wǎng)絡(luò)模型的示意圖7為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的示意圖8為波長分層圖9為基本的多層輔助圖10為添加了接納鏈路后的多層輔助圖11為節(jié)點先分光后波長轉(zhuǎn)換的示意圖；；
圖12為節(jié)點先波長轉(zhuǎn)換后分光的示意圖13為MC波長節(jié)點的示意圖14為出現(xiàn)環(huán)的光樹中多層輔助圖上的光樹；
圖15為出現(xiàn)環(huán)的光樹中反映到物理拓?fù)渖系墓鈽洹?br> 具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種WDM光網(wǎng)絡(luò)中的多約束多播路由方法做進(jìn)一步詳 細(xì)描述。一、光網(wǎng)絡(luò)基本平臺IIP over WDM網(wǎng)絡(luò)概述及其關(guān)鍵技術(shù)1.1WDM 技術(shù)移動業(yè)務(wù)的持續(xù)高速增長，3G新興業(yè)務(wù)蓄勢待發(fā)，遠(yuǎn)程教育、電視會議、視頻點播、 電子商務(wù)等互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，使得數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)量呈爆炸性增長。爆炸性增長的業(yè) 務(wù)需求對通信系統(tǒng)的容量、功能和性能提出了新的要求。
增加通信系統(tǒng)帶寬的最簡單方法是鋪設(shè)更多的光纖，但鋪設(shè)光纖代價昂貴，且受 自然環(huán)境等物理條件的限制，可擴(kuò)展性差。另外一種方法是采用時分復(fù)用(Time Division Multiplexing, TDM)技術(shù)，它提高了傳輸比特率，但單根光纖的傳輸容量仍是有限的，不能 有效的利用光纖帶寬。在這種背景下，波分復(fù)用(Wavelength Division Multiplexing, WDM)技術(shù)應(yīng)運而生。波分復(fù)用是一種在同一根光纖中傳輸多個不同波長光載波信號的技 術(shù)。在發(fā)送端通過復(fù)用器(Multiplexer)將不同波長的光載波信號匯合在一起，放到一條 光纖中進(jìn)行傳輸；在接收端通過解復(fù)用器將不同波長的光載波信號分離開，經(jīng)由光接收機(jī) 轉(zhuǎn)換為原信號。光纖中各波長獨立傳輸，互不影響，極大的提高了光纖的傳輸容量，使波分 復(fù)用成為最佳的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容方式。隨著光器件成本的降低，以及DQPSK、DP-QPSK等調(diào)制技術(shù)、 電子色散補(bǔ)償、超級帶外FEC編碼等新技術(shù)的突破和成熟，單波長40(ibit/S，傳輸鏈路容量 1.6Tbit/s等系統(tǒng)已經(jīng)商用。日本NEC和法國阿爾卡特公司分別在IOOkm距離上實現(xiàn)了總 量為 10. 9Tbit/s(273X40Gbit/s)和總量為 10. 2Tbit/s (256 X 40Gbit/s)的傳輸容量最新 世界紀(jì)錄。傳統(tǒng)的點到點WDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用簡單的線性方式，以波長通路方式擴(kuò)容，可以 提供大量的原始帶寬，它需要在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處引入大容量的靈活光節(jié)點設(shè)備才能轉(zhuǎn)化為 實際組網(wǎng)可以靈活應(yīng)用的帶寬，實現(xiàn)WDM層互聯(lián)，構(gòu)筑光傳送網(wǎng)(Optical Transport Network，OTN)。這類光節(jié)點設(shè)備主要包括可重配置的光分叉復(fù)用器(Optical Add-Drop Multiplexer, 0ADM)和光交叉連接(Optical Cross Connect，0XC)。通過在網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點 處引入0ADM，可以在本地插入或下路一組選擇的波長，靈活的上下業(yè)務(wù)量。隨著WDM網(wǎng)絡(luò)朝 網(wǎng)狀網(wǎng)的方向發(fā)展，需要在網(wǎng)絡(luò)樞紐節(jié)點處實現(xiàn)更大粒度，包括波長、波帶，乃至光纖粒度 上的處理光信號，在樞紐節(jié)點處引入CKC成為必要。其主要完成在波長、波帶以及光纖級別 的連接、分叉、保護(hù)和恢復(fù)等功能。按應(yīng)用類型，OXC可分為光纖交叉連接(Fiber Cross Connect, FXC)、波長選擇交 叉連接(Wavelength Selective Cross Connect,WSXC)和波長交換交叉連接(Wavelength Interchange Cross Connect，WIXC)。F)(C將一根輸入光纖上的所有波長一次性交換到任 意一根輸出光纖上；WS)(C將一個輸入光纖上的一個波長交換到任意一根輸出光纖上的同 一波長上；WMC具有波長轉(zhuǎn)換能力，可以將一根輸入光纖上的一個波長交換到任意一根輸 出光纖上的任意一個波長上。按實現(xiàn)方式，CKC可分為采用電交叉矩陣的0XC(0E0-0XC、電 0XC)和采用全光交叉矩陣的0XC(000-0XC、全光0XC)。電OXC通過光電轉(zhuǎn)換將光信號轉(zhuǎn)換 為電信號，進(jìn)行交叉連接處理后，再轉(zhuǎn)換為光信號輸出。全光CKC不需要進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，一 切交叉均在WDM層進(jìn)行。OADM和OXC只選擇有本地業(yè)務(wù)的波長上下路，其他波長無阻礙的 通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，稱之為旁路。OADM和OXC具有靈活的可重構(gòu)性，使得網(wǎng)絡(luò)具有波長路由能 力，建立端到端的波長通路(光路，lightpath)。隨著OADM和OXC技術(shù)的不斷進(jìn)步，WDM光 網(wǎng)絡(luò)逐漸從線性、環(huán)形網(wǎng)朝著完全網(wǎng)狀網(wǎng)發(fā)展。雖然CKC具有靈活的組網(wǎng)能力，但是傳統(tǒng)意義上的CKC只具有靜態(tài)配置能力。近 年來，IP業(yè)務(wù)逐漸成為網(wǎng)絡(luò)通信的主要業(yè)務(wù)量，由于IP業(yè)務(wù)的不確定性和不可預(yù)見性，對 網(wǎng)絡(luò)帶寬的動態(tài)配置要求越來越迫切，網(wǎng)絡(luò)需要具有動態(tài)配置的能力，而傳統(tǒng)的靠人工配 置的方式耗時費力，容易出錯，且不能及時配置，其缺點逐漸顯現(xiàn)。WDM光網(wǎng)絡(luò)要適應(yīng)新業(yè)務(wù) 的需求，必須能充分利用巨大的帶寬容量，合理的分配業(yè)務(wù)，盡快的為業(yè)務(wù)建立連接，并且提供保護(hù)和恢復(fù)機(jī)制，同時還能根據(jù)業(yè)務(wù)的需求提供不同服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS)等級的服務(wù)。自動交換光網(wǎng)絡(luò)(Automatic Switched Optical Network，AS0N) [5’6]就 是在這樣的背景下產(chǎn)生的。它能自動的管理光網(wǎng)絡(luò)的連接，這種具有獨立控制平面的光網(wǎng) 絡(luò)稱為智能光網(wǎng)絡(luò)。智能光網(wǎng)絡(luò)能夠自動的發(fā)現(xiàn)拓?fù)洹①Y源和業(yè)務(wù)的變化；能夠快速和動態(tài)的建立光 連接，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的動態(tài)分配；引入了基礎(chǔ)網(wǎng)狀網(wǎng)的保護(hù)恢復(fù)機(jī)制，能夠采用更加靈活的 方式為業(yè)務(wù)提供保護(hù)和恢復(fù)；能夠提供更多新型的高速和增收業(yè)務(wù)，例如，超帶寬業(yè)務(wù)和 非標(biāo)準(zhǔn)帶寬業(yè)務(wù)、按需帶寬業(yè)務(wù)、動態(tài)虛擬環(huán)配置和端到端電路配置業(yè)務(wù)、虛擬光網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù) 等。目前，國際電信聯(lián)盟(ITU-T)、因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)、光互聯(lián)網(wǎng)論壇(OIF)以及光 域業(yè)務(wù)互聯(lián)聯(lián)盟(ODSI)等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織正在積極的進(jìn)行智能光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制 定工作。1. 2網(wǎng)絡(luò)模型隨著電視會議等業(yè)務(wù)發(fā)展，Internet業(yè)務(wù)逐漸多元化，IP業(yè)務(wù)成為主要的數(shù)據(jù)通 信業(yè)務(wù)量。WDM光網(wǎng)絡(luò)作為主導(dǎo)傳送網(wǎng)，提供了巨大的傳輸容量。IP與WDM的融合成為未 來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢。傳輸網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)模型也逐漸由傳統(tǒng)的IP over ATM over SDH/SONET over WDM多層重疊結(jié)構(gòu)向IP over WDM兩層結(jié)構(gòu)發(fā)展，如圖1所示。在多層重疊的網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)中，IP層用來提供業(yè)務(wù)，ATM層為業(yè)務(wù)連接提供服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS)保 證，SDH/S0NET層利用其保護(hù)環(huán)機(jī)制為網(wǎng)絡(luò)提供保護(hù)和恢復(fù)機(jī)制，WDM層提供巨大的傳輸帶 寬。但是，多層重疊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，ATM的信元機(jī)制帶來了較大的額外開銷，降低了帶寬傳輸 效率。隨著WDM光網(wǎng)絡(luò)由環(huán)網(wǎng)向網(wǎng)狀網(wǎng)發(fā)展，雖然SDH/S0NET保護(hù)機(jī)制快速有效，但是其保 護(hù)成本較高，SDH/S0NET的保護(hù)機(jī)制已不再適用。為了降低網(wǎng)絡(luò)運營成本，提高帶寬資源利 用率，ATM層和SDH/S0NET層逐漸消失，傳輸網(wǎng)絡(luò)最終演變?yōu)镮P over WDM的兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 即IP業(yè)務(wù)直接在WDM光網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸。在IP over WDM網(wǎng)絡(luò)中，有三種控制模型，分別為重疊模型、對等模型和擴(kuò)展模型。(1)重疊模型重疊模型又稱客戶-服務(wù)器模型，由ITU-T提出。如圖2所示，在該模型中IP層 和WDM層是相互獨立的，有各自的控制平面，運行不同的路由協(xié)議，路由協(xié)議間不交換網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)涞嚷酚尚畔?。IP層和WDM層通過用戶-網(wǎng)絡(luò)接口(User to Network Interface, UNI)聯(lián)系在一起，WDM層由子網(wǎng)構(gòu)成，各子網(wǎng)間通過網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)接口(Network to Network Interface,NNI)互聯(lián)。該模型可以實現(xiàn)有效的子網(wǎng)劃分，方便各子網(wǎng)的控制和升級等。IP 層只能看到WDM層中邊緣設(shè)備間建立的光路，在該模型中，WDM層網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對IP層 透明。IP層通過UNI向WDM層提出業(yè)務(wù)傳輸請求，由WDM層負(fù)責(zé)光路的控制，網(wǎng)絡(luò)的智能完 全反映在WDM層。這種模型最大限度的實現(xiàn)了 WDM層和IP層的控制分離。重疊模型的缺 點在于WDM層邊緣設(shè)備間建立的光路，反映為IP層的邏輯鏈路，而這些鏈路的鏈路狀態(tài)公 告會造成很大的網(wǎng)絡(luò)開銷。(2)對等模型對等模型是由IETF提出的。如圖3所示，在該模型中，IP層和WDM層是對等的， 歸統(tǒng)一的控制平面管理。IETF將該控制平面命名為通用多協(xié)議標(biāo)記交換(Generalized Multi-protocol Label Switching，GMPLS)。在對等模型中，IP路由器和OXC均被稱為標(biāo)記交換路由器(Label Switching Router, LSR)，它們運行相同的路由和信令協(xié)議，彼此間 交換鏈路狀態(tài)等路由信息，IP層可以看到WDM層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，WDM層不再對IP層透明。在 對等模型中，由于IP層和WDM層是對等的，各LSR間需要交換大量的鏈路狀態(tài)和信令控制 信息，造成很大的網(wǎng)絡(luò)開銷。WDM網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不再對用戶透明，不利于網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，也不 利于WDM網(wǎng)絡(luò)中子網(wǎng)的劃分；IP層和WDM層故障恢復(fù)機(jī)制，需要統(tǒng)一協(xié)調(diào)，控制復(fù)雜。(3)擴(kuò)展模型在擴(kuò)展模型中，IP層和WDM層是相互獨立的，運行獨立的路由協(xié)議，但是它們之間 可以通過UNI交換某些可達(dá)性信息。例如為WDM網(wǎng)絡(luò)中的OXC分配IP地址，然后通過WDM 層路由協(xié)議提供給IP層使用，實現(xiàn)自動尋路等。這種模型的關(guān)鍵問題是如何在UNI處交換 可達(dá)性信息。本發(fā)明主要針對對等模型。1. 3IP over WDM網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)在IP over WDM網(wǎng)絡(luò)中，IP層作為業(yè)務(wù)提供層，WDM層作為傳送層，其關(guān)鍵問題是 如何實現(xiàn)IP層和WDM層的無縫連接，IETF提出的GMPLS提供了一個良好的解決思路。另 外，IP接納的低速業(yè)務(wù)帶寬粒度一般小于單波長容量，所以在IP over WDM中如何有效的 將業(yè)務(wù)匯聚，然后用WDM層承載這些低速業(yè)務(wù)，并為業(yè)務(wù)提供相應(yīng)的保護(hù)/恢復(fù)機(jī)制是亟待 解決的問題。為了解決上述問題，目前主要提出了 GMPLS、業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)、與業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)密切相 關(guān)的路由和波長分配及網(wǎng)絡(luò)生存性等關(guān)鍵技術(shù)。1. 3. IGMPLS 技術(shù)GMPLS是多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS)向WDM層發(fā)展的產(chǎn)物，它有效地實現(xiàn)了 IP層和 WDM光網(wǎng)絡(luò)的無縫融合。GMPLS繼承了 MPLS中流量工程等幾乎所有優(yōu)秀特性，同時對MPLS 協(xié)議進(jìn)行了擴(kuò)展。GMPLS專注于控制平面，支持分組交換、時分交換、波長交換和空分交換 (光纖交換)等多種資源粒度的交換。GMPLS還對MPLS中原有的信令和路由協(xié)議進(jìn)行了補(bǔ) 充和修改，并設(shè)計了全新的鏈路管理協(xié)議(Link Management protocol, LMP) 0(1)通用多協(xié)議標(biāo)簽GMPLS定義了五種接口類型，分別是(a)分組交換接口(Packet Switch Capable, PSC)進(jìn)行分組交換，通過識別分組邊界，根據(jù)分組頭部的信息轉(zhuǎn)發(fā)分組。(b)第 二層交換接口(Layer2 Switch Capable,L2SC)進(jìn)行信元交換，通過識別通過的邊界，根據(jù) 信元頭部的信息轉(zhuǎn)發(fā)信元。(c)時隙交換接口 (Time Division Multiplexing Capable, TDMC)根據(jù)TDM時隙進(jìn)行業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)。(d)波長交換接口 (Lambda Switch Capable, LSC) 根據(jù)承載業(yè)務(wù)的光波長或光波段轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)。(e)光纖交換接口(Fiber Switch Capable, FSC)根據(jù)光纖在物理空間中的實際位置進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。GMPLS對MPLS中的標(biāo)簽作了擴(kuò)展，使其 對TDM時隙、波長、波帶、光纖等也能進(jìn)行標(biāo)記。GMPLS對IP數(shù)據(jù)交換、TDM電路交換和WDM 光交換進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)記。分組交換標(biāo)簽繼續(xù)采用MPLS中的標(biāo)簽，對電路交換和光交換標(biāo)簽重 新進(jìn)行了定義，包括請求標(biāo)簽、通用標(biāo)簽、建議標(biāo)簽、設(shè)定標(biāo)簽等。其中，請求標(biāo)簽用于標(biāo)記 交換路徑(Label Switching Path, LSP)的建立；通用標(biāo)簽用于建立LSP后，指示沿LSP傳 輸?shù)臉I(yè)務(wù)情況；建議標(biāo)簽用于配置LSP時，避免反向配置造成的時延，快速建立光連接；設(shè) 定標(biāo)簽用于限制下游節(jié)點選擇標(biāo)簽的范圍。(2)通用標(biāo)記交換路徑
由于GMPLS支持不同資源粒度的交換，在建立LSP時為了避免帶寬資源的浪費，需 要將低等級(PSC、L2SC、TDMC、LSC、FSC等級依次降低)的LSP嵌套到高等級的LSP中，又稱 為LSP分級。LSP分級技術(shù)是通過GMPLS標(biāo)記棧實現(xiàn)的，允許入口相同的低等級LSP匯聚后， 透明的穿過高等級的LSP，然后在遠(yuǎn)端分離。使用LSP分級技術(shù)要求每條LSP起始和結(jié)束的 設(shè)備接口類型相同。相同接口是指某種等級的接口可以使用某種技術(shù)復(fù)用多個LSP。MPLS 中，建立雙向LSP必須建立兩條方向相反的單向LSP，其建立時延長、信令開銷大。GMPLS對 其做了改進(jìn)，能夠建立雙向LSP。建立雙向LSP時要求兩個方向的LSP具有相同的流量工程 參數(shù)，包括資源需求、保護(hù)/恢復(fù)機(jī)制等。GMPLS建立雙向LSP時，上行和下行的通路采用同 一信令消息，兩條LSP同時建立，有效的降低了 LSP建立的時延，減小了信令開銷。(3)鏈路管理在光網(wǎng)絡(luò)中，兩個相鄰CKC之間平行光纖鏈路的數(shù)量以及每條光纖中復(fù)用的波長 數(shù)是巨大的，如果分別為其提供廣播機(jī)制，會造成鏈路維護(hù)和廣播時傳輸?shù)男畔⒘糠浅４螅?同時為每條光纖、每個波長提供一個IP地址是不現(xiàn)實的。為此，GMPLS采用了鏈路綁定和 無編號鏈路的方式處理這個問題。如果并行鏈路屬于相同的鏈路組，那么可以將這些鏈路 進(jìn)行綁定，構(gòu)成一個條捆綁鏈路。相同的鏈路組是指屬于相同的共享風(fēng)險鏈路組(Glared Risk Link Group, SRLG)編號、相同的鏈路編碼類型、相同的保護(hù)/恢復(fù)類型。這樣大大降 低了鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的大小，降低了廣播帶來的信令開銷。無編號鏈路是指，采用(路由器 ID，鏈路編號)二元組的方式標(biāo)識鏈路的地址，以此來代替使用IP地址標(biāo)識的方式。GMPLS 制定了鏈路管理協(xié)議，負(fù)責(zé)兩相鄰節(jié)點間控制通道管理、鏈路摘要、鏈路驗證、故障管理等 功能，其中鏈路驗證和故障管理是可選的。(4)路由和信令協(xié)議GMPLS采用通用多協(xié)議標(biāo)簽建立LSP時，需要考慮帶寬和保護(hù)/恢復(fù)能力的因素， 這要求節(jié)點需要記錄鏈路狀態(tài)信息，為此GMPLS將MPLS流量工程所定義的兩個信令協(xié)議 RSVP和LDP分別擴(kuò)展為RSVP-TE和CR-LDP，通過信令交換LSP的帶寬、類型、保護(hù)/恢復(fù)機(jī) 制等參數(shù)。路由選擇既可以采用顯示路由方法，也可以采用多跳的方法。另外，GMPLS還將 用于域內(nèi)流量工程控制的路由協(xié)議OSPF和IS-IS分別擴(kuò)展為OSPF-TE和IS-IS-TE。GMPLS 中鏈路綁定、鏈路管理協(xié)議等鏈路管理機(jī)制很好的減少了路由和信令協(xié)議中維護(hù)鏈路狀態(tài) 信息帶來的開銷。1.3. 2路由與波長分配給定一組連接，為每一個連接創(chuàng)建一條光路并分配一個波長的過程稱為路由與波 長分配(Route and Wavelength Assignment, RffA) 連接請求可以分為兩種靜態(tài)連接請 求和動態(tài)連接請求。對于靜態(tài)業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)連接請求的集合是預(yù)先給定的，其目標(biāo)是為這些連 接請求建立光路，并在全局范圍內(nèi)最小化所用網(wǎng)絡(luò)資源，例如波長數(shù)、光纖數(shù)等，即給定固 定數(shù)目的波長數(shù)，為盡可能多的連接請求建立光路。靜態(tài)路由與波長分配問題被稱為靜態(tài) 光路建立(Static Lightpath Establishment, SLE)問題。對于動態(tài)業(yè)務(wù)，當(dāng)連接請求到達(dá) 時，為其建立光路，當(dāng)業(yè)務(wù)離去后，撤銷光路。其目標(biāo)是為動態(tài)到達(dá)的業(yè)務(wù)建立光路，并盡可 能的降低阻塞率，或最大化同一時刻網(wǎng)絡(luò)中建立光路的數(shù)量。動態(tài)路由與波長分配被稱為 云力 1 ^: (Dynamic Lightpath Establishment, DLE) |、@||。目前將路由和波長分配問題分解為路由選擇和波長分配兩個子問題。先找到一條最佳路由(例如最短路徑)，然后檢查是否有可用的波長供分配。如果因為波長連續(xù)性的約 束，沒有波長能夠分配給該路由，那么再計算次優(yōu)的路由，繼續(xù)重復(fù)上述過程，直到找到一 條滿足波長連續(xù)性約束的路由，否則阻塞連接請求。在找到該路由之前，方法可能要迭代很 多次，針對這個問題，提出了波長分層圖的概念，將路由和波長分配轉(zhuǎn)換為圖論的問題，同 時解決路由選擇和波長分配的問題。定義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇镹(R，A, L，W)，其中R是波長路由器節(jié)點的集合，A是訪問節(jié)點的 集合，L是無向邊，W是每條物理鏈路中的可用波長數(shù)。每一個訪問節(jié)點都綁定在一個波長 路由器上并且提供電光變換以支持電交換。每一條邊由兩條反向單向光纖組成，每一條光 纖上可以承載Iwl個波長信道。定義波長分層圖模型為G (V，E)，它是一個有向圖。根據(jù)物 理拓?fù)銷得到波長分層圖的過程如下N中每個節(jié)點i e R在G中復(fù)制|W|次，這些節(jié)點分 別標(biāo)識為 ...,vf1 ^廠。如果鏈路1 e L連接路由器i和路由器j，其中i，j e R，那么對 于任意w e 1^和<通過一條有向邊<連接在一起，其中，<￡￡。假設(shè)訪問節(jié)點a e A連 接到波長路由器節(jié)點r e R上。在G中，為每個訪問節(jié)點a創(chuàng)建兩個節(jié)點，一個代表業(yè)務(wù)生 成部分(源)，另外一個代表業(yè)務(wù)終結(jié)部分(目的)。這兩個節(jié)點分別標(biāo)識為<，< e Γ。向 G中添加<到節(jié)點 ...,vf1 e廠以及 ...,vf1 ￡廠到<的有向邊。因此G中節(jié)點的個數(shù)
V = R| X |ff|+2X |A ；有向邊的條數(shù)E =2X L X |W|。例如，圖4所示物理拓?fù)鋵?yīng) 的波長分層圖如圖5所示。其中，每條波長路由器間的鏈路是由兩條反向單向光纖組成的， 每條光纖中波長數(shù)為2。通過波長分層圖，路由和波長分配問題就變得相對簡單了。只要在 某個波長平面上找到了連接源和目的的路由，該路由就一定能夠滿足波長連續(xù)性約束。1.3. 3業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)WDM光網(wǎng)絡(luò)提供了巨大的傳輸容量，單波長容量40(ibit/S的系統(tǒng)已經(jīng)商用。但在 實際應(yīng)用中，每個業(yè)務(wù)的請求帶寬和單波長容量相比相對較低，例如0C-12、0C-48、0C-192。 所以為每個低速業(yè)務(wù)請求分配一個波長會造成大量的帶寬浪費。為每個請求都創(chuàng)建一條光 路，也會增加網(wǎng)絡(luò)的電交換成本(例如需要部署更多的光收發(fā)器)，增加網(wǎng)絡(luò)的成本。最重 要的是，現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)中的可用波長數(shù)要比到達(dá)的低速業(yè)務(wù)數(shù)少的多。所以，業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)是WDM 光網(wǎng)絡(luò)必須具有的基本功能，以增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量，提高波長資源利用率，降低網(wǎng)絡(luò)成本。WDM 光網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)就是將低速業(yè)務(wù)匯聚到一條高速光路上進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)，其目標(biāo)是最 小化網(wǎng)絡(luò)成本或最大化網(wǎng)絡(luò)吞吐量。在WDM光網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)需要解決三方面的問題(1)建立光路，(2)為光路分 配波長以滿足波長連續(xù)性，(3)在邏輯拓?fù)渖下酚傻退贅I(yè)務(wù)。根據(jù)業(yè)務(wù)是否預(yù)先給定，業(yè)務(wù) 量疏導(dǎo)可以分為兩類靜態(tài)業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)和動態(tài)業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)。對于靜態(tài)業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)，這三個問 題可以采用整形線性規(guī)劃anteger Linear Programming, I LP)優(yōu)化的方法一起解決。但 對于大型網(wǎng)絡(luò)，問題求解的復(fù)雜度上升，一般采用啟發(fā)式算法分別解決三個問題。在動態(tài)業(yè) 務(wù)量疏導(dǎo)中，當(dāng)業(yè)務(wù)連接請求到達(dá)時，首先在邏輯拓?fù)渖蠟槠鋵ふ衣酚桑绻康牟豢蛇_(dá)或 已有光路上的帶寬已用完，那么創(chuàng)建新的光路承載新業(yè)務(wù)連接。1. 3. 4網(wǎng)絡(luò)生存性網(wǎng)絡(luò)生存性是指發(fā)生故障后，網(wǎng)絡(luò)能夠提供不間斷服務(wù)的能力。隨著WDM技術(shù)的 發(fā)展，單光纖內(nèi)能復(fù)用成百上千個波長，每個波長的容量也達(dá)到幾十甚至幾百(ibit/s，一旦發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障(如鏈路失效等)，會導(dǎo)致Tbit/s數(shù)量級的業(yè)務(wù)失效，造成嚴(yán)重影響。因此 WDM光網(wǎng)絡(luò)的生存性成為人們?nèi)找骊P(guān)注的重要問題。WDM層生存性技術(shù)可以分為兩類保護(hù)(Protection)和恢復(fù)(Restoration)。保 護(hù)是指業(yè)務(wù)建立連接時預(yù)先為業(yè)務(wù)預(yù)留保護(hù)資源，一旦發(fā)生故障，業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)由保護(hù)資源承載。 保護(hù)具有較短的保護(hù)切換時間，但由于需要預(yù)先預(yù)留保護(hù)資源，而未發(fā)生故障時，保護(hù)資源 是空閑的，所以資源利用率低?；謴?fù)是指不預(yù)先為業(yè)務(wù)預(yù)留保護(hù)資源，當(dāng)故障發(fā)生時，再根 據(jù)當(dāng)時的網(wǎng)絡(luò)資源利用狀況，采用重路由的方式，動態(tài)的尋找空閑資源承載受影響的業(yè)務(wù)。 恢復(fù)具有較高的資源利用率，但是由于是在故障發(fā)生后再動態(tài)的尋找可用資源承載業(yè)務(wù)， 所以保護(hù)切換時間比較長，而且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重，沒有足夠的可用資源時，會導(dǎo)致故障恢復(fù) 失敗。根據(jù)保護(hù)資源是否共享，保護(hù)機(jī)制又分為兩類專用保護(hù)(Dedicated Protection)和共享保護(hù)(Siared Protection)。在專用保護(hù)中，為某條工作路預(yù)留的保 護(hù)資源是獨占的，其它保護(hù)路不能再使用。在共享保護(hù)中，如果兩條工作路不會同時發(fā)生 故障(如兩條工作路是物理鏈路分離的)，那么它們可以共享保護(hù)資源。從資源利用率的 角度看，共享保護(hù)要比專用保護(hù)資源利用率高，網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)強(qiáng)度越高，共享保護(hù)的優(yōu)勢越明 顯。在保護(hù)切換時間方面，專用保護(hù)要比共享保護(hù)短。這是因為專用保護(hù)中，保護(hù)資源是獨 占的，可以預(yù)先配置，一旦發(fā)生故障，就把受影響業(yè)務(wù)切換到保護(hù)資源上；而共享保護(hù)中，不 能預(yù)先判斷哪些業(yè)務(wù)失效，不能提前配置，只有當(dāng)故障發(fā)生后，再通過一定的信令機(jī)制配置 保護(hù)路上的OXC等器件，因此其保護(hù)切換時間較長。根據(jù)保護(hù)的粒度，保護(hù)機(jī)制又可分為通路保護(hù)、鏈路保護(hù)和分段保護(hù)。通路保護(hù)是 指為工作路提供一條端到端的保護(hù)路。鏈路保護(hù)是指為工作路上的每一條鏈路計算一條保 護(hù)路，一旦發(fā)生故障，故障鏈路兩端負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)的切換，無需源宿節(jié)點參與。分段保護(hù)中，先將 工作路分段，再為每一段計算一條保護(hù)路，段首段尾負(fù)責(zé)故障恢復(fù)。相比而言，通路保護(hù)具 有較高的資源利用率，鏈路保護(hù)的故障恢復(fù)無需源宿節(jié)點參與，具有較快的保護(hù)切換時間， 分段保護(hù)是試圖在二者間尋求平衡。作為生存性技術(shù)中的一種，保護(hù)技術(shù)具有較快的保護(hù)切換時間，可以滿足大量實 時業(yè)務(wù)的要求，所以本發(fā)明主要涉及保護(hù)技術(shù)。2網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型可描述為有向連通圖 作，L，W)，如圖6所示。其中V，L，W分別代表網(wǎng) 絡(luò)的節(jié)點集合、物理鏈路集合和每條物理鏈路的波長集合，|v|，|l|，|w|分別表示網(wǎng)絡(luò)的節(jié) 點數(shù)、物理鏈路數(shù)和每條物理鏈路中波長數(shù)。2. 1網(wǎng)絡(luò)節(jié)點網(wǎng)絡(luò)節(jié)點由整合在一起的OXC和IP路由器組成。其中，IP路由器負(fù)責(zé)接納業(yè)務(wù)請 求。OXC由波長交換矩陣、低速業(yè)務(wù)疏導(dǎo)矩陣和一組可調(diào)諧光收發(fā)器組成(如圖7所示)。 輸入光纖中的波長經(jīng)解復(fù)用后，可以直接通過波長交換矩陣交換到輸出光纖相應(yīng)的波長上 去，或者交換至光接受器轉(zhuǎn)變成電信號進(jìn)入低速疏導(dǎo)矩陣。屬于本地的業(yè)務(wù)則通過低速業(yè) 務(wù)數(shù)據(jù)流端口交由IP路由器處理，非本地業(yè)務(wù)通過光發(fā)送器轉(zhuǎn)換為光信號，重新進(jìn)入波長 交換矩陣，交換至相應(yīng)光纖的相應(yīng)波長上去。也就是說，輸入光纖中的某波長通道中不含有 本地業(yè)務(wù)則可以直接通過波長交換矩陣到輸出光纖，即旁路掉；具有業(yè)務(wù)上/下的波長通道通過光收發(fā)器下到電域內(nèi)進(jìn)行處理。每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都維護(hù)了全局的鏈路狀態(tài)信息，包括 各物理鏈路上波長的使用情況，各光路上帶寬的使用情況等。另外，本發(fā)明考慮的約束條件主要有光收發(fā)器數(shù)約束、稀疏部分波長轉(zhuǎn)換下的波 長連續(xù)性約束、稀疏部分分光約束等。(1)光收發(fā)器數(shù)每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都部署了一定數(shù)目的光發(fā)送器和光接收器，本發(fā)明假設(shè)同一節(jié)點的 光發(fā)送器和光接收器數(shù)目相同。(2)波長轉(zhuǎn)換能力根據(jù)節(jié)點是否具有波長轉(zhuǎn)換能力，可以將節(jié)點分為三類無波長轉(zhuǎn)換能力節(jié)點、完 全波長轉(zhuǎn)換能力節(jié)點、部分波長轉(zhuǎn)換能力節(jié)點。無波長轉(zhuǎn)換能力是指，輸入光纖中的波長通道通過波長交換矩陣只能交換到輸出 光纖中相同波長的波長通道上去。完全波長轉(zhuǎn)換能力是指，輸入光纖中的波長通道通過波長交換矩陣能夠交換到輸 出光纖中任意波長的波長通道上去。部分波長轉(zhuǎn)換能力，輸入光纖中的波長通道通過波長交換矩陣能夠交換到輸出光 纖中與該波長相鄰的一定范圍內(nèi)波長的波長通道上去。例如，某節(jié)點具有部分波長轉(zhuǎn)換能 力，且其波長轉(zhuǎn)換范圍為2，那么波長入4可以變換到波長入2、入3、入5和λ6上去。具有部 分波長轉(zhuǎn)換能力的節(jié)點的波長轉(zhuǎn)換范圍可能也不相同。本發(fā)明中，為了描述方便，統(tǒng)一用波長轉(zhuǎn)換范圍的概念描述節(jié)點的波長轉(zhuǎn)換能力， 將不具有波長轉(zhuǎn)換能力的節(jié)點標(biāo)志為波長轉(zhuǎn)換范圍為0，而具有完全波長轉(zhuǎn)換能力的節(jié)點 波長轉(zhuǎn)換范圍為|w|。(3)分光能力在WDM光網(wǎng)絡(luò)中，若要使節(jié)點具有多播能力，需要在節(jié)點部署分光器。按照分光能 力的強(qiáng)弱，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以分為三類無分光能力MI (Multicast Incapable)、完全分光能力、 部分分光能力。無分光能力是指，節(jié)點只能將一個輸入信號送入一個輸出端口，如果它不是多播 目的節(jié)點，那么只能作為多播樹的中間非分叉節(jié)點；如果它是多播目的節(jié)點，那么它只能作 為多播樹的葉子節(jié)點。完全分光能力是指，節(jié)點可以將輸入信號送入任意多個輸出端口。部分分光能力是指，節(jié)點可以將輸入信號送入一定數(shù)目的輸出端口。后兩種節(jié)點統(tǒng)稱為MC (Multicast Capable)節(jié)點，既可以作為多播樹的目的節(jié)點， 也可以作為光樹的中間節(jié)點。當(dāng)作為中間分叉節(jié)點時，對于完全分光能力的節(jié)點，其出度沒 有限制；對于部分分光能力的節(jié)點，如果其不是目的節(jié)點，那么其出度不能超過其最大可分 光數(shù)；如果同時作為目的節(jié)點，需要分出一路光信號在本地下路，其出度不能超過其最大可 分光數(shù)減一。同波長轉(zhuǎn)換能力一樣，為了描述方便，本發(fā)明統(tǒng)一用最大可分光數(shù)描述節(jié)點的分 光能力，將不具有分光能力的節(jié)點的最大可分光數(shù)設(shè)為1，而具有完全分光的節(jié)點波長轉(zhuǎn)換 范圍為節(jié)點的度。既有波長轉(zhuǎn)換能力，又有分光能力的節(jié)點有兩種節(jié)點結(jié)構(gòu)(1)先進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換，后進(jìn)行分光，(2)先進(jìn)行分光，后進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換。第一種節(jié)點結(jié)構(gòu)要簡單些，其分出的兩個 波長必須具有相同的波長，具有一定的局限性。第二種節(jié)點結(jié)構(gòu)更加靈活，是將來的發(fā)展 的方向，其每個分光出來的波長，都可以進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換，因此對波長轉(zhuǎn)換器的數(shù)量要求比較 多。另外，從方法的角度看，設(shè)計基于第一種節(jié)點結(jié)構(gòu)的方法其實是第二種節(jié)點結(jié)構(gòu)的一個 特殊情況(分光后變換到相同的波長上)，所以本發(fā)明采用第二種節(jié)點結(jié)構(gòu)。2. 2網(wǎng)絡(luò)鏈路兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間由一對傳輸方向相反的單向光纖連接。兩條光纖具有相同的波長 集合，且波長數(shù)均為|w|。兩條光纖是物理鏈路分離的，并且在波長的使用，以及數(shù)據(jù)的傳輸 上相互獨立，互不影響。2. 3基本結(jié)構(gòu)對于給定的物理拓?fù)洹?V，L，W)，按照以下步驟構(gòu)造多層輔助圖。(1)將每個節(jié)點 Vi e V, i = 1,2,..., |V|，復(fù)制 |W| 遍，分別標(biāo)記為 ...,vf1， 稱為波長節(jié)點。由同一節(jié)點復(fù)制出的所有波長節(jié)點具有相同的ID，均為其物理節(jié)點ID。如 果從節(jié)點Vi到節(jié)點Vj有一條有向物理鏈路Iij,那么對于所有的W= 1,2, ... |W|，從波長 節(jié)點<到波長節(jié)點<增加一條鏈路G，稱為波長鏈路，每條波長鏈路對應(yīng)于其所在物理鏈路 中一個波長。這樣便構(gòu)造出了波長分層圖，其中每個波長對應(yīng)的波長節(jié)點和波長鏈路構(gòu)成 的拓?fù)?，稱為波長平面。例如，根據(jù)圖6中物理拓?fù)錁?gòu)造的波長分層圖如圖8所示(假設(shè)每 條物理鏈路中波長數(shù)為2)。(2)將每個節(jié)點Vi e V，i = 1,2,.. .，|V|復(fù)制一遍，標(biāo)識為v' i，稱為邏輯節(jié)點。 邏輯節(jié)點用于接收和結(jié)束業(yè)務(wù)連接，可以理解為IP路由器節(jié)點。如果在WDM層，有一條從 節(jié)點Vi到節(jié)點\的光路，那么增加一條從節(jié)點ν' i到節(jié)點ν'彳的虛擬的鏈路，稱為邏輯 鏈路(后文中邏輯鏈路即光路)，邏輯鏈路的帶寬為一個波長的容量(假設(shè)所有光路都是單 波長通道)。由邏輯節(jié)點和邏輯鏈路構(gòu)成的拓?fù)浞Q為邏輯拓?fù)?。將邏輯拓?fù)浜筒ㄩL分層圖 綜合在一起便構(gòu)成了基本的多層輔助圖。還是以圖6的拓?fù)錇槔?，假設(shè)以波長λ2創(chuàng)建了 一條從節(jié)點V2到節(jié)點V4的光路，光路經(jīng)過中間節(jié)點ν3。將波長分層圖Iv22到<以及< 到< 的波長鏈路標(biāo)記為已使用，在邏輯拓?fù)渖?，增加? 2到^ 4的邏輯鏈路，得到的多層輔助 圖如圖9所示。2. 4光收發(fā)器數(shù)約束在對業(yè)務(wù)進(jìn)行業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)的時候，有時利用已有的邏輯鏈路找不到可達(dá)目的節(jié)點 的路由，這時需要新建光路。每次新建光路時，光路源節(jié)點需要消耗一個光發(fā)送器，目的節(jié) 點消耗一個光接收器。邏輯鏈路作為業(yè)務(wù)的接納節(jié)點，需要記錄可用光發(fā)送器數(shù)和可用光 接收器數(shù)。源、目的節(jié)點只要有一個不滿足要求，光路就不能建立。為了將光收發(fā)器數(shù)的數(shù) 字化約束，轉(zhuǎn)化為圖論的內(nèi)容，采用接納鏈路的概念描述光收發(fā)器數(shù)約束。對于任意節(jié)點
Viev，i = l，2，...，|V|，增加 ν' jlJw VM 以及. ...,vf1 到 ν' i 的接納鏈路。
i 55··-5，以圖9為例，假設(shè)每個節(jié)點處光接收器數(shù)和光發(fā)送器數(shù)均為2，由于V2到V4新建 了一條光路，所以V2處可用光發(fā)送器數(shù)減一，V4處可用光接收器數(shù)減一。那么得到的多層 輔助圖如圖10所示，其中邏輯節(jié)點旁的數(shù)字，前面的表示可用光發(fā)送器數(shù)，后面的表示可 用光接收器數(shù)。
2. 5波長轉(zhuǎn)換能力約束本發(fā)明考慮稀疏部分波長轉(zhuǎn)換能力約束，該約束可以通過完善多層輔助圖解決。對于任意節(jié)點Vi e V，其波長轉(zhuǎn)換范圍為r，那么增加vf，wl = 1，2，. . .，|W|到vf, w2 = max{l, wl-r}，· · · wl_l，wl+1，· · · min{|ff|, wl+r}的虛鏈路，稱為波長轉(zhuǎn)換鏈路。引入波長轉(zhuǎn)換能力后，光路和光樹的結(jié)構(gòu)有所改變。(1)光路一般意義上的光路為了滿足波長連續(xù)性約束，要求光路經(jīng)過的各波長鏈路具有相 同的波長，即光路是由一組具有相同波長的波長鏈路組成的。在新建一條光路時只需要在 某個波長平面上找到鏈接源、目的節(jié)點的路由即可。在考慮波長轉(zhuǎn)換能力后，光路經(jīng)過的各 波長鏈路可以使用不同的波長，在新建一條光路時，就不再是在某個波長平面上路由，而是 在多層輔助圖上路由。此時光路是由波長鏈路和波長轉(zhuǎn)換鏈路組成的有序集合。(2)光豐對引入波長變換后，光樹上的每個節(jié)點都是波長節(jié)點，父節(jié)點到孩子節(jié)點的鏈路可 能是波長鏈路或波長轉(zhuǎn)換鏈路。3多約束多播路由算法3. 1問題分析已知網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)洹?V，L，W)和多播路由請求r(vs，D)，其中vs，D e V，vs是源節(jié) 點，D為目的節(jié)點集，為請求建立一個滿足2. 1節(jié)中多約束的光樹集合。如2. 1節(jié)中所述，對于同時具有波長變換能力和分光能力的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，采用先分 光后波長變換的方法，這與先波長變換后分光的方法反映到多層輔助圖上有很大不同，如 圖11、圖12所示，圖中帶箭頭實線表示光樹上業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流方向，無箭頭實線表示鏈路，圖11 所示輸入波長為λ 2，經(jīng)過分光后的兩個波長分別轉(zhuǎn)換到入工和λ3;圖12所示輸入波長也 是λ 2，波長轉(zhuǎn)換后變?yōu)棣?3，然后再進(jìn)行分光，分光后的兩個波長均為λ3。(1)波長節(jié)點的分光量本文定義光樹上一個波長節(jié)點分光的次數(shù)為該波長節(jié)點的分光量。當(dāng)一個波長節(jié) 點不是目的節(jié)點時，該波長節(jié)點的分光量是指其孩子節(jié)點的個數(shù)；當(dāng)該波長節(jié)點是目的節(jié) 點時，由于作為目的節(jié)點，需要一份業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的拷貝，所以其分光量是指其孩子節(jié)點數(shù)加一。⑵MC波長節(jié)點MC波長節(jié)點是指光樹上分光量小于節(jié)點最大分光數(shù)的非通過波長轉(zhuǎn)換鏈路到達(dá) 的波長節(jié)點。圖13顯示了部分多層輔助圖，其中有箭頭實線表示多播樹上業(yè)務(wù)流的方向，V1具 有波長變換能力，最大分光數(shù)為4。圖中，由于在實際操作時，光信號在V1處先分光三次，分 別到ν2、ν3> ν4，然后到V2和V4的光信號再波長變換到λ工，所以V12的分光量為3，而不是2。 圖13中由于V12的分光量為3小于其最大分光數(shù)4，所以其是MC波長節(jié)點。如果節(jié)點V1同 時還是多播業(yè)務(wù)的目的節(jié)點，那么V12的分光量變?yōu)?，不可再分光，不再是MC波長節(jié)點。圖
由于其前一跳是波長轉(zhuǎn)換鏈路，所以其不是MC波長節(jié)點。3. 1. 1波長轉(zhuǎn)換鏈路由于波長轉(zhuǎn)換鏈路除了引入波長轉(zhuǎn)換帶來的延時外，并不對網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載產(chǎn)生影響，所以，波長轉(zhuǎn)換鏈路的鏈路代價如式3. 1所示。Wwcl= IXawcl (3. 1)由于在多層輔助圖上，運用2. 2. 3節(jié)介紹的方法處理節(jié)點波長轉(zhuǎn)換能力時，存在 連續(xù)波長轉(zhuǎn)換的問題。例如，如果某節(jié)點的變化范圍為2，那么波長入5可以變換到波長λ7， 但是波長λ7可以變換到λ9，通過兩次波長轉(zhuǎn)換，波長λ5變換到了波長λ9。但事實是該節(jié) 點的波長變化范圍為2，波長λ 5不能變換到λ9。本文中，當(dāng)在多層輔助圖上運行Dijkstra 算法尋路時，在擴(kuò)展某個波長節(jié)點時，如果其前一跳節(jié)點為波長節(jié)點，且與其有相同的節(jié)點 ID，即其前一跳鏈路為波長轉(zhuǎn)換鏈路，那么在擴(kuò)展該節(jié)點時，其鄰居邊中的波長轉(zhuǎn)換鏈路的 鏈路代價按⑴計算(該波長轉(zhuǎn)換鏈路的實際鏈路代價仍為0不變)。這樣就避免了通過連 續(xù)兩跳波長轉(zhuǎn)換鏈路導(dǎo)致波長轉(zhuǎn)換超出波長轉(zhuǎn)換范圍的問題。這樣計算出的路徑中，在每 個節(jié)點處，其前后最多只能有一條波長轉(zhuǎn)換鏈路。后文用到的Dijkstra算法均進(jìn)行如上處 理。3. 1.2邏輯鏈路每一條邏輯鏈路都對應(yīng)著WDM層的一條光路，邏輯鏈路帶寬的容量就是光路的帶 寬容量。一條邏輯鏈路的負(fù)載情況可以有多種衡量方法，例如該邏輯鏈路上承載的LSP (標(biāo) 記交換路徑)的數(shù)量、已用帶寬占總帶寬的比例等?？紤]到不同的業(yè)務(wù)所請求的帶寬不同， 簡單的以業(yè)務(wù)個數(shù)難以反映光路的負(fù)載情況，所以選擇已用帶寬占總帶寬的比例作為衡量 一條邏輯鏈路負(fù)載情況的標(biāo)準(zhǔn)。已用帶寬占總帶寬的比例越高，該邏輯鏈路的負(fù)載越重，在 選路時要盡可能的避開該鏈路，所以要為該鏈路設(shè)置較大的鏈路代價。同理，為已用帶寬占 總帶寬的比例較低的鏈路設(shè)置較小的鏈路代價。令bt，bw，bp，b,分別表示該邏輯鏈路的總帶寬、工作帶寬、保護(hù)帶寬和用戶請求帶 寬，那么該邏輯鏈路的鏈路代價如式3. 2所示。
權(quán)利要求
1. 一種WDM光網(wǎng)絡(luò)中的多約束多播路由方法，其特征在于包括如下步驟 步驟⑴初始化 步驟(1. 1)、F = Φ ；步驟(1.2)、所有邏輯鏈路的鏈路代價設(shè)置為⑴；步驟(1.3)、如果邏輯節(jié)點D'中有節(jié)點光接收器數(shù)為0，路由失敗，結(jié)束；步驟O)計 算源節(jié)點到目的節(jié)點最小代價路徑步驟(2. 1)、根據(jù)公式Wwd = IX Qwcl設(shè)置各波長轉(zhuǎn)換鏈路的鏈路代價Wwd ；其中α wcl 為波長轉(zhuǎn)換鏈路的等級；根據(jù)公式
全文摘要
本發(fā)明提供一種WDM光網(wǎng)絡(luò)中的多約束多播路由方法，屬于網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括初始化、計算源節(jié)點到目的節(jié)點最小代價路徑、添加路徑、計算MC波長節(jié)點到目的節(jié)點的代價最小路徑、添加光樹、將多播森林中的已創(chuàng)建的光樹資源釋放；本發(fā)明解決了WDM光網(wǎng)絡(luò)中的多播路由問題，考慮用戶請求約束、稀疏部分波長轉(zhuǎn)換約束、光收發(fā)器數(shù)約束和稀疏部分分光約束等構(gòu)建光樹和進(jìn)行業(yè)務(wù)路由，應(yīng)用范圍更廣，更好的反映WDM光網(wǎng)絡(luò)中的實際應(yīng)用場景。
文檔編號H04Q11/00GK102137026SQ20111010980
公開日2011年7月27日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者王興偉, 王宇, 黃敏 申請人:東北大學(xué)