本發(fā)明屬于通信網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種災(zāi)難狀態(tài)下維持業(yè)務(wù)可靠性等級的光網(wǎng)絡(luò)抗毀算法。

背景技術(shù)：

光網(wǎng)絡(luò)因其巨大的傳輸容量和超高的傳輸速率，已成為當(dāng)前分布最廣泛的通信網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)，同時也是最易受到大規(guī)模災(zāi)難影響的電信骨干網(wǎng)絡(luò)。大規(guī)模災(zāi)難(如：地震，海嘯，颶風(fēng)，以及大規(guī)模殺傷性武器等)可能造成光網(wǎng)絡(luò)的嚴重損毀，導(dǎo)致大量的業(yè)務(wù)中斷和數(shù)據(jù)丟失。因此，近年來對災(zāi)難狀態(tài)下光網(wǎng)絡(luò)抗毀機制的研究已受到業(yè)內(nèi)廣泛的關(guān)注。

光網(wǎng)絡(luò)的抗毀機制通?？煞譃閮深悾罕Ｗo(protection)和恢復(fù)(restoration)。保護是指在故障發(fā)生前為網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)連接預(yù)留保護(備份)資源，當(dāng)故障發(fā)生時，將受損業(yè)務(wù)切換到預(yù)留的保護資源上；恢復(fù)是指在網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生后，為受損的業(yè)務(wù)連接尋找可用資源，并實現(xiàn)業(yè)務(wù)的恢復(fù)。保護機制由于資源的預(yù)先配置，業(yè)務(wù)恢復(fù)速度快，但資源利用率較低；恢復(fù)機制是在故障發(fā)生后臨時尋找和配置可用資源，因此，資源利用率高，但業(yè)務(wù)恢復(fù)速度較慢。

現(xiàn)有針對災(zāi)難損毀光網(wǎng)絡(luò)的抗毀技術(shù)主要采用確定性模型和概率模型模擬網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和損毀程度，均屬于靜態(tài)損毀模型，缺乏對災(zāi)難事件發(fā)生發(fā)展過程的準確描述，在此基礎(chǔ)上提出的抗毀方案可能難以有效解決災(zāi)難擴散，災(zāi)難核心位置偏移，以及二次災(zāi)難等對網(wǎng)絡(luò)造成的影響。

本發(fā)明針對大規(guī)模災(zāi)難事件(如：地震等)對光網(wǎng)絡(luò)造成的嚴重損毀，在動態(tài)概率損毀模型的基礎(chǔ)上，為不同等級的業(yè)務(wù)連接提供區(qū)分可靠性的恢復(fù)和(或)保護配置。根據(jù)不同業(yè)務(wù)等級設(shè)定相應(yīng)的可靠性門限，利用啟發(fā)式算法對受損業(yè)務(wù)連接(中斷的或暫未中斷但可靠性低于門限的業(yè)務(wù)連接)進行重路由和/或保護路由計算，根據(jù)不同等級業(yè)務(wù)的原始帶寬需求和災(zāi)后話務(wù)突發(fā)期的帶寬增配需求，利用milp模型進行網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的最優(yōu)分配，從而在維持業(yè)務(wù)可靠性等級的基礎(chǔ)上，降低業(yè)務(wù)連接的中斷率和話務(wù)損失率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決以上現(xiàn)有技術(shù)的問題。提出了一種維持業(yè)務(wù)可靠性等級，減少業(yè)務(wù)中斷率和話務(wù)損失率的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

1、一種災(zāi)難狀態(tài)下維持業(yè)務(wù)可靠性等級的光網(wǎng)絡(luò)抗毀算法，在災(zāi)難事件發(fā)生前，網(wǎng)絡(luò)g(n,l)中的每個業(yè)務(wù)連接c均由一條帶寬為的工作通路pc^w構(gòu)成，其可靠性rc均大于或等于相應(yīng)業(yè)務(wù)等級的可靠性門限sk，n代表網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的集合，l代表網(wǎng)絡(luò)中所有雙向鏈路的集合，k為業(yè)務(wù)連接c的業(yè)務(wù)等級，k＝{1,2,…,k}，k值越大表示業(yè)務(wù)等級越高，且有s1＜s2＜…＜sk，其特征在于，光網(wǎng)絡(luò)抗毀算法包括以下步驟：

101、當(dāng)大規(guī)模災(zāi)難事件對網(wǎng)絡(luò)造成嚴重損毀即光纖鏈路出現(xiàn)斷裂或可靠性下降時，將網(wǎng)絡(luò)中的受損業(yè)務(wù)連接放入集合cd，所述受損業(yè)務(wù)包括中斷的業(yè)務(wù)連接和暫未中斷但可靠性低于門限sk的業(yè)務(wù)連接，未受損業(yè)務(wù)連接放入集合cs；

102、利用啟發(fā)式算法對集合cd中的業(yè)務(wù)連接進行重路由和/或保護路由計算；

103、根據(jù)不同等級業(yè)務(wù)的原始帶寬需求，利用milp混合整數(shù)線性規(guī)劃模型i進行網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的最優(yōu)分配；對于災(zāi)后話務(wù)突發(fā)期的帶寬增配需求，利用milp混合整數(shù)線性規(guī)劃模型ii進行網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的最優(yōu)分配；

104、在步驟103所述的帶寬資源分配完成后，如果或λ′c＜bc，則可在話務(wù)分配時征用部分保護帶寬或全部保護帶寬，與工作通路上分配的帶寬一起承載所需的工作話務(wù)，以降低災(zāi)損網(wǎng)絡(luò)的話務(wù)損失率，其中，λc為業(yè)務(wù)連接c在工作通路上實際分配的帶寬，λ′c為業(yè)務(wù)連接c在災(zāi)后話務(wù)突發(fā)期分配的工作帶寬，為業(yè)務(wù)連接c的原始帶寬需求，bc為業(yè)務(wù)連接c在災(zāi)后話務(wù)突發(fā)期的帶寬需求。

進一步的，所述步驟102利用啟發(fā)式算法對集合cd中的業(yè)務(wù)連接進行重路由和/或保護路由計算包括步驟：

1)釋放受損業(yè)務(wù)連接集合cd中業(yè)務(wù)連接的帶寬資源，更新網(wǎng)絡(luò)資源狀態(tài)；

2)更新全網(wǎng)的鏈路代價cl，如式(4)所示，其中，rl為鏈路l的可靠性，wl為鏈路l上的工作帶寬，w為鏈路l上的總帶寬容量，并設(shè)權(quán)重系數(shù)m為大于1的正整數(shù)；

3)對集合cd中的業(yè)務(wù)連接按業(yè)務(wù)等級k降序排列，并依次對每一業(yè)務(wù)連接做如下操作：利用dijkstra算法為當(dāng)前業(yè)務(wù)連接尋找一條最小代價路作為工作通路，并計算工作通路可靠性如果此時該業(yè)務(wù)連接的可靠性如果則再次利用dijkstra算法為該業(yè)務(wù)連接尋找一條與鏈路分離的最小代價路作為保護通路，計算該保護通路可靠性此時該業(yè)務(wù)連接的可靠性

進一步的，所述步驟103針對原始帶寬需求的資源分配milp模型i的目標函數(shù)為：

公式(5)包含兩部分：第一部分用于最大化各等級受損業(yè)務(wù)的帶寬分配，第二部分(α3+0.1α2+0.01α1)用于最大化不同等級業(yè)務(wù)的最小帶寬恢復(fù)度門限。權(quán)重系數(shù){1，0.1，0.01}用于區(qū)分不同等級業(yè)務(wù)的帶寬分配優(yōu)先級；

約束條件為：

公式(6)給定不同等級業(yè)務(wù)連接分配的工作帶寬范圍，其中，λc表示受損業(yè)務(wù)連接c在原始帶寬需求下分配的工作帶寬，αk表示k類業(yè)務(wù)連接的最小帶寬恢復(fù)度門限，為業(yè)務(wù)連接c的原始帶寬需求；

βc＝λc,c∈cp(7)

公式(7)確保在保護通路上分配的帶寬與相應(yīng)的工作通路帶寬一致，其中，βc為業(yè)務(wù)連接c分配的保護通路帶寬；

0≤α1≤α2≤α3≤1(8)

公式(8)確定不同等級業(yè)務(wù)連接的最小帶寬恢復(fù)度關(guān)系及取值范圍；

公式(9)為鏈路容量約束，即鏈路l上分配的帶寬資源不超過鏈路l上的帶寬總量。

進一步的，所述步驟103原始帶寬需求的資源分配完成后，將milp模型i中的輸出變量λc作為milp模型ii的輸入變量，針對災(zāi)后話務(wù)突發(fā)期的帶寬增配milp模型ii的目標函數(shù)為：

公式(10)用于最大化各等級業(yè)務(wù)的帶寬分配，其中，λ′c為災(zāi)后話務(wù)突發(fā)期業(yè)務(wù)連接c分配的工作帶寬，權(quán)重系數(shù){1，0.1，0.01}用于區(qū)分不同等級業(yè)務(wù)的帶寬增配優(yōu)先級；

約束條件為：

公式(11)給定集合cs中業(yè)務(wù)連接分配的工作帶寬范圍；

λc≤λ′c≤bc，c∈cd(12)

公式(12)給定集合cd中業(yè)務(wù)連接分配的工作帶寬范圍；

βc′＝λ′c,c∈cp(13)

公式(13)確保在保護通路上分配的帶寬與相應(yīng)的工作通路帶寬一致，其中，βc′為災(zāi)后話務(wù)突發(fā)期業(yè)務(wù)連接c分配的保護通路帶寬；

公式(14)為鏈路容量約束，即鏈路l上分配的帶寬資源不超過該鏈路的帶寬總量。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下：

本發(fā)明算法針對地震等大規(guī)模災(zāi)難對光網(wǎng)絡(luò)造成的嚴重損毀，在動態(tài)概率損毀模型的基礎(chǔ)上，為不同等級的業(yè)務(wù)連接提供區(qū)分可靠性的恢復(fù)和(或)保護配置。根據(jù)不同的業(yè)務(wù)等級設(shè)定相應(yīng)的可靠性門限，利用啟發(fā)式算法對受損業(yè)務(wù)連接(中斷的或暫未中斷但可靠性低于門限的業(yè)務(wù)連接)進行重路由和/或保護路由計算，根據(jù)不同等級業(yè)務(wù)的原始帶寬需求和災(zāi)后話務(wù)突發(fā)期的帶寬增配需求，利用milp(混合整數(shù)線性規(guī)劃)模型進行網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的最優(yōu)分配，從而在維持業(yè)務(wù)可靠性等級的基礎(chǔ)上，降低業(yè)務(wù)連接的中斷率和話務(wù)損失率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供優(yōu)選實施例災(zāi)難狀態(tài)下維持業(yè)務(wù)可靠性等級的光網(wǎng)絡(luò)抗毀算法流程圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、詳細地描述。所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：

其中，設(shè)|k|＝3，k＝{1,2,3}，k＝1表示普通業(yè)務(wù)，k＝2表示高級業(yè)務(wù)，k＝3表示緊急業(yè)務(wù)。

本發(fā)明內(nèi)容所涉及的概念和模型如下：

1.網(wǎng)絡(luò)模型

光網(wǎng)絡(luò)g(n,l)中，n表示網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的集合，l表示網(wǎng)絡(luò)中所有鏈路的集合，c為網(wǎng)絡(luò)中所有業(yè)務(wù)連接的集合。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都具有完全的波長轉(zhuǎn)換能力，每條鏈路都具有相同的帶寬容量w。定義鏈路l(∈l)的可靠性為rl∈[0,1)，當(dāng)災(zāi)難事件發(fā)生時，涉災(zāi)區(qū)域及周邊地區(qū)的鏈路可靠性rl將發(fā)生相應(yīng)變化。

2.業(yè)務(wù)可靠性分析

假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中任意一條通路的可靠性為r，則r的計算如式(1)所示。當(dāng)業(yè)務(wù)連接c(∈c)只有一條工作通路時，該業(yè)務(wù)連接的可靠性rc定義如式(2)所示；當(dāng)業(yè)務(wù)連接c包含一條工作通路和一條保護通路時，該業(yè)務(wù)連接的可靠性rc定義如式(3)所示。其中分別表示工作通路和保護通路的可靠性，其計算方法同式(1)。

3.本發(fā)明技術(shù)方案如下：

在災(zāi)難事件發(fā)生前，網(wǎng)絡(luò)g(n,l)中的每個業(yè)務(wù)連接c均由一條帶寬為的工作通路構(gòu)成，其可靠性rc均大于或等于相應(yīng)業(yè)務(wù)等級的可靠性門限sk。當(dāng)大規(guī)模災(zāi)難事件(如：地震等)對網(wǎng)絡(luò)造成嚴重損毀(光纖鏈路出現(xiàn)斷裂或可靠性下降)時，將網(wǎng)絡(luò)中的受損業(yè)務(wù)連接(中斷的和暫未中斷但可靠性低于門限sk的業(yè)務(wù)連接)放入集合cd，未受損業(yè)務(wù)連接放入集合cs。

具體方案如下：

1.路由方案

利用啟發(fā)式算法對集合cd中的業(yè)務(wù)連接進行重路由和/或保護路由計算。

1)釋放集合cd中業(yè)務(wù)連接的帶寬資源，更新網(wǎng)絡(luò)資源狀態(tài)；

2)更新全網(wǎng)的鏈路代價cl，如式(4)所示。其中，wl為鏈路l上的工作帶寬，w為鏈路l上的總帶寬容量，并設(shè)權(quán)重系數(shù)m為大于1的正整數(shù)；

3)對集合cd中的業(yè)務(wù)連接按業(yè)務(wù)等級k降序排列，并依次對每一業(yè)務(wù)連接做如下操作：利用dijkstra算法為當(dāng)前業(yè)務(wù)連接尋找一條最小代價路作為工作通路，并計算該工作通路可靠性如果此時該業(yè)務(wù)連接的可靠性如果則再次利用dijkstra算法為該業(yè)務(wù)連接尋找一條與鏈路分離的最小代價路作為保護通路，計算該保護通路可靠性此時該業(yè)務(wù)連接的可靠性

2.資源分配方案

根據(jù)不同等級業(yè)務(wù)的原始帶寬需求和災(zāi)后話務(wù)突發(fā)期的帶寬增配需求，分別利用milp(混合整數(shù)線性規(guī)劃)模型i和milp(混合整數(shù)線性規(guī)劃)模型ii進行網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的最優(yōu)分配；

輸入：

·l：雙向鏈路集合{l}；

·c：業(yè)務(wù)連接集合{c}，不包括源、宿節(jié)點損毀的業(yè)務(wù)連接，1≤c≤|c|；

·ck：k類業(yè)務(wù)連接集合，設(shè)：c1為普通業(yè)務(wù)連接集合，c2為高級業(yè)務(wù)連接集合，c3為緊急業(yè)務(wù)連接集合，

·cs：未受損業(yè)務(wù)連接集合，

·cd：受損業(yè)務(wù)連接集合，

·cp：配置保護通路的業(yè)務(wù)連接集合，

·cl：經(jīng)過鏈路l的業(yè)務(wù)連接集合，

·w：每條鏈路的帶寬容量，設(shè)帶寬單位為波長；

·業(yè)務(wù)連接c的原始帶寬需求；

·bc：業(yè)務(wù)連接c在災(zāi)后話務(wù)突發(fā)期的帶寬需求；

·k：業(yè)務(wù)等級。設(shè)k＝{1,2,3}，其中，1代表普通業(yè)務(wù)，2代表高級業(yè)務(wù)，3代表緊急業(yè)務(wù)；

輸出：

·λc：受損業(yè)務(wù)連接c在原始帶寬需求下分配的工作帶寬，c∈cd；

·λ′c：業(yè)務(wù)連接c在災(zāi)后話務(wù)突發(fā)期分配的工作帶寬，c∈c；

·αk：k類業(yè)務(wù)連接的最小帶寬恢復(fù)度門限；

·βc：集合cp中業(yè)務(wù)連接c分配的保護通路帶寬；

·βc′：在災(zāi)后話務(wù)突發(fā)期，集合cp中業(yè)務(wù)連接c分配的保護通路帶寬。

1)針對原始帶寬需求的資源分配milp模型i

目標函數(shù)：

公式(5)包含兩部分：第一部分用于最大化各等級受損業(yè)務(wù)的帶寬分配，第二部分用于最大化不同等級業(yè)務(wù)的最小帶寬恢復(fù)度門限。權(quán)重系數(shù){1，0.1，0.01}用于區(qū)分不同等級業(yè)務(wù)的帶寬分配優(yōu)先級。

約束條件：

公式(6)給定不同等級業(yè)務(wù)連接分配的工作帶寬范圍。

βc＝λc,c∈cp(7)

公式(7)確保在保護通路上分配的帶寬與相應(yīng)的工作通路帶寬一致。

0≤α1≤α2≤α3≤1(8)

公式(8)確定不同等級業(yè)務(wù)連接的最小帶寬恢復(fù)度關(guān)系及取值范圍。

公式(9)為鏈路容量約束，即鏈路l上分配的帶寬資源不超過鏈路l上的帶寬總量。

2)針對災(zāi)后話務(wù)突發(fā)期的帶寬增配milp模型ii

原始帶寬需求下的資源分配完成后，針對災(zāi)后話務(wù)突發(fā)期的帶寬增配，將milp模型i中的輸出變量λc作為milp模型ii的輸入變量。

目標函數(shù)：

公式(10)用于最大化各等級業(yè)務(wù)的帶寬分配，權(quán)重系數(shù){1，0.1，0.01}用于區(qū)分不同等級業(yè)務(wù)的帶寬增配優(yōu)先級。

約束條件：

公式(11)給定集合cs中業(yè)務(wù)連接分配的工作帶寬范圍。

λc≤λ′c≤bc，c∈cd(12)

公式(12)給定集合cd中業(yè)務(wù)連接分配的工作帶寬范圍。

βc′＝λ′c,c∈cp(13)

公式(13)確保在保護通路上分配的帶寬與相應(yīng)的工作通路帶寬一致。

公式(14)為鏈路容量約束，即鏈路l上分配的帶寬資源不超過該鏈路的帶寬總量。

在帶寬配置完成后，對于具有保護通路的業(yè)務(wù)連接，如果(或λ′c＜bc)，則可在話務(wù)分配時征用部分或全部保護帶寬，與工作通路上分配的帶寬一起承載所需的工作話務(wù)，以降低災(zāi)損網(wǎng)絡(luò)的話務(wù)損失率。

一種災(zāi)難狀態(tài)下維持業(yè)務(wù)可靠性等級的光網(wǎng)絡(luò)抗毀算法，在災(zāi)難事件發(fā)生前，網(wǎng)絡(luò)g(n,l)中的每個業(yè)務(wù)連接c均由一條帶寬為的工作通路構(gòu)成，其可靠性rc均大于或等于相應(yīng)業(yè)務(wù)等級的可靠性門限sk，n代表網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的集合，l代表網(wǎng)絡(luò)中所有雙向鏈路的集合，k為業(yè)務(wù)連接c的業(yè)務(wù)等級，k＝{1,2,…,k}，k值越大表示業(yè)務(wù)等級越高，有s1<s2<…<sk，其光網(wǎng)絡(luò)抗毀算法包括以下步驟：

101、當(dāng)大規(guī)模災(zāi)難事件對網(wǎng)絡(luò)造成嚴重損毀即光纖鏈路出現(xiàn)斷裂或可靠性下降時，將網(wǎng)絡(luò)中的受損業(yè)務(wù)連接放入集合cd，所述受損業(yè)務(wù)包括中斷的業(yè)務(wù)連接和暫未中斷但可靠性低于門限sk的業(yè)務(wù)連接，未受損業(yè)務(wù)連接放入集合cs；

102、利用啟發(fā)式算法對集合cd中的業(yè)務(wù)連接進行重路由和/或保護路由計算：

1)釋放集合cd中業(yè)務(wù)連接的帶寬資源，更新網(wǎng)絡(luò)資源狀態(tài)；

2)更新全網(wǎng)的鏈路代價cl，令其中，l表示鏈路，l∈l，rl表示鏈路的可靠性，wl表示鏈路l已占有的帶寬資源，w為鏈路l上的總帶寬容量，權(quán)重系數(shù)m為大于1的正整數(shù)；

3)對集合cd中的業(yè)務(wù)連接按業(yè)務(wù)等級k降序排列，并依次對cd中的每一業(yè)務(wù)連接做如下操作：利用dijkstra算法為當(dāng)前業(yè)務(wù)連接尋找一條最小代價路作為工作通路，并計算工作通路可靠性如果此時該業(yè)務(wù)連接的可靠性如果則再次利用dijkstra算法為該業(yè)務(wù)連接尋找一條與鏈路分離的最小代價路作為保護通路，并計算該保護通路可靠性此時該業(yè)務(wù)連接的可靠性

103、根據(jù)不同等級業(yè)務(wù)的原始帶寬需求和災(zāi)后話務(wù)突發(fā)期的帶寬增配需求，分別利用milp模型i和milp模型ii進行網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的最優(yōu)分配：

1)milp模型i以

為目標函數(shù)，為集合cd中的業(yè)務(wù)連接分配工作帶寬資源，配置方法如公式：為集合cd中存在保護通路的業(yè)務(wù)連接分配保護帶寬資源，配置方法如公式：βc＝λc。其中，λc為業(yè)務(wù)連接c在工作通路上實際分配的帶寬，βc為業(yè)務(wù)連接c在保護通路上分配的帶寬，為業(yè)務(wù)連接c的原始工作帶寬需求，αk為k類業(yè)務(wù)連接在其工作通路上的帶寬分配比例，有1≤α1≤α2≤α3≤0；

2)在完成1)后，如果網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)災(zāi)后話務(wù)激增的情況(如：搶險救災(zāi)、災(zāi)情咨詢等突發(fā)話務(wù))，則采用milp模型ii，以為目標函數(shù)，為未受損集合cs中的業(yè)務(wù)連接增配工作帶寬，增配方法如公式為受損集合cd中的業(yè)務(wù)連接增配工作帶寬和保護帶寬，增配方法如公式：λc≤λ′c≤bc，βc＝λ′c(milp模型i中的輸出變量λc作為milp模型ii的輸入變量)，其中，λ′c為業(yè)務(wù)連接c在災(zāi)后話務(wù)突發(fā)期分配的工作帶寬，為業(yè)務(wù)連接c的原始帶寬需求，bc為業(yè)務(wù)連接c在災(zāi)后話務(wù)突發(fā)期的帶寬需求。

104、在步驟103所述的帶寬分配完成后，對于具有保護通路的業(yè)務(wù)連接，如果(或λ′c＜bc)，則可在話務(wù)分配時征用部分或全部保護帶寬，與工作通路上分配的帶寬一起承載所需的工作話務(wù)，以降低災(zāi)損網(wǎng)絡(luò)的話務(wù)損失率。

以上這些實施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護范圍。在閱讀了本發(fā)明的記載的內(nèi)容之后，技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。