CN101095320A - 光通信网络内的光路径路由 - Google Patents

Abstract

用于在光网络中的路径的路由方法，该光网络包括具有有限转换和/或再生能力的节点，在该路由方法中，采用基于链路成本考虑的路由算法，并且包含转换和/或再生成本的成本信息与这些节点相关联。这种转换和/或再生成本信息与其他用来计算路由的成本信息一起被考虑。

Description

光通信网络内的光路径路由

本发明涉及光通信网络内的光路径路由，更具体地，涉及在具有有限再生和/或波长转换的光网络内的路径路由。

光学光子技术的新近发展已经使全光网络和全光交叉连接系统(OXC)的实现成为可能。尽管避免使用波长再生和波长转换具有明显的经济优势，但是全光网络仍旧受到光路径长度以及波长争用的限制，光路径长度以及波长争用限定了节点之间的波长链路。为了降低网络成本，在避免对路径设备进行很复杂限制的同时，许多所谓的全光网络都包括具有有限转换/再生能力的OXC。因此，这些网络就需要一种在对光路径进行路由的同时能够将网络的阻塞概率减至最小的方法。

波长分配是一个必须要考虑到以下事实的问题，即如果通过某一数目的链路不能实现波长转换，那么可用的波长组就是在不同链路上可用的波长的交集。因此，如果一个波长在一个链路上空闲而在它所连接的链路上被占据的话，那么该波长即使在第一链路上也不能被使用。

路径的可行性必须要考虑链路引入的所有物理限制，以确定在没有再生时信号是否具有可以接受的质量。在没有再生时，信号将会受到所有互连的链路引入的所有缺陷的影响。

在很多情形下，全光系统的这些限制会阻止电路的形成。为此，如上所述，优选地是在网络节点处提供某种转换和/或再生能力来实现“虚拟全光”网络。但为了节约成本起见，这种有限的再生/转换能力只能添加有限量。

由于这种能力是受限的(OXC可同时实现的转换和/或再生的数目)，因此很显然，重要的对这种能力加以最好地利用，即根据以下标准分配这种能力：能使网络进行良好工作，同时能将因在网络节点处所述能力的耗尽所引起的网络阻塞的几率降至最小。

因此，需要设法改进光路径的路由，以将因有限的转换和/或再生能力的耗尽而引起的网络阻塞的几率降至最小。

本身来讲，在传输网络中电路的自动路由这个问题是众所周知的，而且属于网络管理和网络控制平面(ASTN和GMPLS)领域。

通常，这个问题用公知的路由算法(例如，如果整个网络上的信息在单点处不可用时，用于集中计算的Dijkstra或Bellman-Ford)解决。然而，这些算法只能应用于那些旨在将路径成本最低化的简单度量。

发明内容

本发明的目标在于通过在具有有限的转换和/或再生能力的光网络内使光路径路由方法可以使用，至少部分地改善上述缺点。

根据本发明，提供一种用于光网络中的路径的路由方法，该光网络包括具有有限转换和/或再生能力的节点，其中采用基于链路成本考虑的路由算法，并且包含转换和/或再生成本的成本信息与这些节点相关联，在所述路由算法中这种转换和/或再生成本信息与其他用来计算路由的成本信息一起被考虑。

优选地，转换和/或再生成本是动态函数，该动态函数指示在节点处进行转换和/或再生操作的成本，假定该节点处有限转换和/或再生能力的占有量。

优选地，如下这样的信息与这些节点相关联，这些信息对每个节点而言都代表着在从节点退回到原点并在执行转换的第一个节点上终止的所有链路上空闲的波长组。

优选地，如下这样的信息与这些节点相关联，这些信息对每个节点而言都代表着信号的质量，并聚积了由从节点退回到原点的节点并且在执行转换的第一个节点上终止的所有链路所引入的损害。

优选地，有关从原点到节点的路由成本的信息与每个节点相关联，如果路径需要转换到从原点到节点之间的某个节点时，所述成本信息包括转换的成本。

所述算法优选地包括Dijkstra算法或Bellman-Ford算法。

在本发明方法的一种优选实施方式中，这些节点与以下信息相关联：

-与wlset表示的波长组有关的信息，这些波长在从节点退回到原点并在实现转换的第一个节点上终止的所有链路上空闲；

-以sq向量的形式、并代表着信号的质量以及聚积了由从节点退回到原点节点并在执行转换的第一个节点上终止的所有链路所引入的限制的信息；

在逐渐考虑所有未用公式表示的v个节点以将成本分配给路由的这种路由算法的迭代中，对于每个链路，从所考虑的v节点到未用公式表示的w节点，证实：

-wlset(v)∩wlset(v，w)是空组，

-sq(v)+sq(v，w)＜baresq，其中baresq表示最小可接受的信号质量，如果上述两个条件之一被证实，那么将节点v处转换和/或再生的成本增加到迭代时利用的成本中。

为使本发明及其优点与现有技术相比可以被更好地理解，下面借助于应用本发明原理的非限定性实例描述一个可能的实施例。

如上所述，本发明可以应用于具有特定数目的节点和本身是已知类型链路的光网络，以及本领域技术人员很容易想到，本发明可以应用于只具有有限的转换和/或再生能力的一些节点的光网络。

为了在数据网络中实现电路的路由，不仅需要决定节点列表以及要连接的链路，而且还需要决定：

如果执行转换和/或再生，在哪里执行转换和/或再生，以及

在各个全光区段(即那些不执行转换和/或再生的区段)中使用哪个波长。而且，在出现多个路由可能性的情形中，必须在具有不同转换配置的不同路由之间做出选择。这意味着成本的标准化(normalization)，允许在具有转换和不具有转换的路线之间进行成本比较。

需要考虑的度量(metric)包括：

每个链路还记录所使用的可用波长组，以在可能的全光区段中估计组的交集。

每个链路还记录它引入的物理光损害。考虑到可能彼此独立的多个参数，这些度量会相当复杂，但是对所属领域技术人员而言是容易想到的。因此，这里不再详细描述这些度量。这里仅假设光学参数的向量，存在专门求和运算以聚积通过多个链路的效应，以及对于给定向量指示光路径是否满足可行性标准的布尔函数。这些参数的例子可以是光信噪比(OSNR)，色散，偏振模色散模(PMD)以及其他。

由于波长转换事实上也意味着信号的再生，而且从另一方面讲，在本申请中再生可以被看作是到相同起始波长的波长转换，因此，在本申请中术语“转换”和“转换/再生”或“再生”可以交换使用。

在确定转换成本之后，一旦认为路径上的转换是必需的(因为在链路链上缺少可用的波长，或者因为物理损害而使路径不可行)，在路径的总成本中还必须考虑转换成本。转换成本是一个参数，该参数可以为了路由算法的最优性能而进行调节。由于转换能力是有限的，因此转换成本应当很高，其高得足以阻止转换。与此同时，在某些情形下，优选地是某些链路因一些原因应当被取消，这是由于它们的成本比得上转换的成本，也就是说，转换的成本不应当比链路的成本高得不能比较。

举例来说，在传输网络的范围中，如果一个链路装填得接近它的最大容量，那么该链路应当避免给未来的电路留下空间，这些电路没有替代的路由。按照“交通工程”策略，动态的成本可以分配给链路，当链路的占有提高时动态成本变得更高。模拟显示，这种策略会导致阻塞状况明显推迟。

类似的策略也可以应用到转换上。在这种情形下，动态成本函数与转换相关联，转换成本随着单元转换能力的利用而提高。这样，例如，如果用相似的成本可以实现两个相当的路由，那么该算法将优先选择在更自由的转换单元上实现转换的路由。

从下面的实例可以看出，交通工程的考虑也可以应用到波长选择上。

路由算法通常被定义为是一种在图表中找出路线的方法。具体地，路由算法的输入数据通常采用图表的形式，G＝(V，E)，其中V是顶点(或节点)的组，E是边缘(或链路)的组。在下面，术语节点、顶点、边缘以及链路将用作同义词。

成本函数c：E->N将在数目N中映射链路E，以将成本值分配给每个链路。这样做的含义是给链路分配优先选择的可能性，以选择(favour)一些线路而不是其他线路。

另外的输入是原始节点和目的节点对，即将两个节点与线路连接的请求。

可以采用各种路由算法。作为举例的方式，简单提及一下著名的Dijkstra算法，这种算法被认为是已知最好的路由算法。用下面的伪码描述这种众所周知的算法。

INIT

  associate cost and pred values with each vertex

  set cost(origin)＝0 and cost(v)＝∞ for any other vertex v

  mark all vertices unprocessed

ITERATION

  select the unprocessed vertex v having minimum cost

  for each link(v，w)to an unprocessed vertex w，do

     if cost(v)+c(v，w)＜cost(w)then

        set cost(w)＝cost(v)+c(v，w)

        set pred(w)＝v

     endif

  mark v processed

ITERATION继续进行直到所有的节点都被处理。

在迭代结束时，Cost(destination)包含了所发现路由的成本。这个线路还可以从目的地开始经过pred(destination)，pred(pred(destination))等向后进行到原始节点。

为了更实际地使用这种算法，可以增加交通工程的考虑。为此，另外一种能力：E->N函数在N图形(figure)内映射E个链路，该N图形表示链路所支持的带宽。“请求容量”图形也增加到电路请求中，并且当电路被建立时，它的容量(capacity)被记录在它相互连接的链路上，以记录链路上占据的且自由的带宽。当自由(可用)带宽减小时，动态的成本函数可以替代静态的函数来加以使用，以施加提高的成本。

基于与Dijkstra算法相同数据结构的其他算法也都是众所周知的，因而本发明可以直接应用到其上。实际上，由于本发明涉及的是具体的数据结构、信息以及比较成本的方式，而不是特定的算法，因此本发明可以很容易地应用到这些其他算法。特别地，已经发现，将本发明应用到公知的Bellman-Ford算法是很有利的。

基于简化和清楚的原因，下面参考为Dijkstra算法而上面描述的伪码，虽然本发明的原理与特定的算法不相关联。对所属领域的技术人员而言，不需要任何其他信息或描述，就可以从下面的描述直接推导出对Belmann-Ford算法的应用。

如上所述，在包含具有有限转换和/或再生能力的节点的网络中，在计算路由时，算法都被修改以容许这些有限能力的存在(这些有限能力的使用包括网络的“成本”)。

根据本发明，包括转换和/或再生成本的成本信息与节点相关联。在路由算法中，这种转换和/或再生成本信息要与其他用来计算路由的成本信息一起考虑。

有利的是，转换和/或再生成本是一个动态成本函数(convcost)，它表示在节点上进行的转换操作的成本，假定转换单元的占有。

因而，在每个节点上保持的成本信息就是一个成本，这个成本代表着从原点到节点这个路由的成本(例如，在上述的常规Dijkstra算法中)。与已知的成本不同，如果路径在某个节点处需要从原点到这个节点的转换时，这个成本还包括转换的成本。

有关可用波长组的信息还与每个节点相关联。所述组(在下面指定为wlset)表示的是在从这个节点向后到原点、并在执行转换的第一个节点处终止的所有链路上空闲的波长。由于W是网络中所使用的所有波长的组，因此如果v是原点或执行转换的节点，那么路径开始于wlset(v)＝W。

还存在表示信号质量的信息(采用向量的形式，在下面指定为sq)，其聚积了从节点向后到原点节点、并在执行转换的第一节点处终止的所有链路所引入的损害。从作为原点或执行转换和/或再生的节点的节点v开始，信号就作为新的信号以launchsq：sq(v)＝launchsq表示的图形开始。另外，为了满足可行性标准，信号的质量不必比特定值baresq差，为了简化符号，将写入sq(v)＜baresq，其中比较符“＜”表示复向量的可能比较。

如上所述，除了已知的数据和信息结构外，依照本发明的原理，下面的其他信息和其他数据结构同样可以使用：

-网络中使用的所有波长的组W；

-用于每个链路的可用波长组；

-每个链路使用的波长组；

-链路引入的物理损害的向量；

-用于每个节点的转换容量值；

-用于转换单元的占有值(occupation value)；以及

-用于每个波长“fabric”的占有值。

可用以及使用的波长还说明了链路的容量。自由波长的数目被用来计算链路的动态成本。

应用本发明上述的原理，为Dijkstra算法而给出的上面伪码变成(方便起见，增加的部分用下划线标出)：

INIT

  associate cost，pred， wlset，wlset，and  sq with each vertex

  set cost(origin)＝0 and cost(v)＝∞ for any other vertex v

   set wlset(origin)＝W

   set sq(origin)＝launchsq

  mark all vertices unprocessed

   set conv(v)＝falsc for each v

ITERATION

  select the unprocessed vertex v with minimum cost

  for each link(v，w)to an unprocessed vertex w，do

      setconversion＝0(where conversion is a local variable)

      if wlset(v)∩wlset(v，w)＝empty then set conversion＝convcoost(v)

      if sq(v)+sq(v，w)＜baresq then set conversion＝convcost(v)

     if cost(v)+c(v，w) +conversion＜cost(w)then

         set cost(w)＝cost(v)+c(v，w) +conversion

         set pred(w)＝v

          if conversion is not equal to 0 then set conv(W)＝true

       endif

     mark v as processed

ITERATION继续进行直到所有的节点都被处理。

在节点处，变量pred指的是计算路由中的前一个节点，布尔变量conv表示前一个节点是否执行转换。

通过解释的方式，这里描述一种目前存在于网络节点中的已知光交叉连接(OXC)的可能结构。如果希望使用“全光”技术，那么这种OXC通常会包括一组波分复用(WDM)接口，光多路复用器将WDM光纤暴露于网络(光纤对应于网络链路)，并将单个波长暴露给执行链路的光矩阵(光学织物)。光矩阵被假设是“不阻塞的”，也就是说，来自于任何接口的任何波长都可以移动到与其他任何接口相同的波长处。

为了在该取网络时能够选择波长，将一个波长选择模块放置在支流部分与光矩阵之间。

节点的光矩阵可以依据众所周知的技术考虑在单独平面上实现，每个波长实现一个。这不会导致这里所述方法丧失普遍性，因为缺少波长转换仍然能使波长保持分开。

为了弥补光矩阵不具有波长转换和/或再生能力的事实，将公知的转换和/或再生单元插入OXC中，以实现虚拟的全光节点。例如，根据现有技术，可以用电学开关或光开关实现转换和/或再生单元，该电学开关或光开关在每个存取接口(OEOEO)上具有应答器。这些单元也可以在附属接口上实现选择功能。

因此，具有某个波长的平面就被认为包括透明的无阻塞光开关、到光多路复用器的多个通道(access)、一个网络链路以及到转换和/或再生单元的较少数目通道。

很显然，可以有不同的转换机会，因为每个波长平面都具有到转换单元的某些存取接口。如上所述，交通工程的考虑也可以应用到波长的选择上。

举例来说，假设λ₁和λ₂对需要转换的入口路径都是空闲的。还假设在没有转换的情况下λ₁光学织物已经充满转接链路，而λ₂光学织物是空的。非常可能的是，未来的需求将要求转换单元进行λ₂存取，而不太可能出现对λ₁的另一个请求。因此，在转换节点处选择波长所依据的标准应当是选择更完整的波长平面。这个策略可以毫不费力地进行概括，因为对所属领域技术人员而言不需要额外描述就可以很容易地想到。

对于在没有路由转换所发现的每一段，如果在该段中可以利用更多的波长，那么有利地是，可以选择光矩阵平面的频率在该段的两个端节点处都被完全占据的那个波长。

容易证实，运用本发明方法所修改的Dijkstra算法能够容许将路由成本分配给各个节点，从而能够允许选择更低的总成本(路径成本以及转换和/或再生资源的使用成本)。

现在，清楚的是，通过使适用于各种已知路由算法的路由方法变得可以使用，从而能够在网络中存在有限转换和/或再生能力时使路由最优化，可以实现本发明设定的目的。

很显然，在所附权利要求书专利权的范围内，上面对应用本发明创新原理的实施例的描述通过所述原理的非限制性示例给出。

Claims (8)

1.用于在光网络中的路径的路由方法，该光网络包括具有有限转换和/或再生能力的节点，在该路由方法中，采用基于链路成本考虑的路由算法，并且包含转换和/或再生成本的成本信息与这些节点相关联，在所述路由算法中这种转换和/或再生成本信息与其他用来计算路由的成本信息一起被考虑。

2.依照权利要求1的方法，其中转换和/或再生的成本是动态函数，该动态函数指示在节点处进行转换和/或再生操作的成本，假定该节点处有限转换和/或再生能力的占有量。

3.依照权利要求1的方法，其中如下这样的信息与这些节点相关联，这些信息对每个节点而言都代表着在从节点退回到原点并在执行转换的第一个节点上终止的所有链路上空闲的波长组。

4.依照权利要求1的方法，其中如下这样的信息与这些节点相关联，这些信息对每个节点而言都代表着信号的质量，并聚积了由从节点退回到原点的节点并在执行转换的第一个节点上终止的所有链路所引入的损害。

5.依照权利要求1的方法，其中有关从原点到节点的路由成本的信息与每个节点相关联，如果路径需要转换到从原点到节点之间的某个节点时，所述成本信息包括转换的成本。

6.依照权利要求1的方法，其中所述算法是Dijkstra算法。

7.依照权利要求1的方法，其中所述算法是Bellman-Ford算法。

8.依照权利要求1的方法，其中这些节点与以下信息相关联：

-与wlset表示的波长组有关的信息，这些波长在从节点退回到原点并在实现转换的第一个节点上终止的所有链路上空闲；

-以sq向量的形式、并代表着信号的质量以及聚积了由从节点退回到原点的节点并在执行转换的第一个节点上终止的所有链路所引入的限制的信息；以及

在逐渐考虑所有未用公式表示的v个节点以将成本分配给路由的这种路由算法的迭代中，对于每个链路，从所考虑的v节点到未用公式表示的w节点，证实：

-wlset(v)∩wlset(v，w)是空组，以及

-sq(v)+sq(v，w)＜baresq，其中baresq表示最小可接受的信号质量，如果上述两个条件之一被证实，那么将节点v处转换和/或再生的成本增加到迭代时利用的成本中。