專利名稱：一種再生器在波分復用光網(wǎng)絡中的配置方法
一種再生器在波分復用光網(wǎng)絡中的配置方法技術(shù)領(lǐng)域
在已知波分復用光網(wǎng)絡拓撲，可配置的再生器總數(shù)有限的前提下，以鏈路累計傳輸長度作為閾值，基于啟發(fā)式和整數(shù)線性規(guī)劃，確定網(wǎng)絡中需要配置再生器的路由節(jié)點位置及每個節(jié)點配置再生器個數(shù)的方法，屬于網(wǎng)絡技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及可實現(xiàn)波分復用光網(wǎng)絡具有一定與業(yè)務無關(guān)的性能保證的再生器配置算法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在高速、長距離波分復用(WDM)的光纖通信系統(tǒng)中，由于光纖色散與非線性、系統(tǒng)噪聲及器件老化等因素的影響，經(jīng)過長距離傳輸后，信號受到不同程度的損傷，質(zhì)量下降， 包括脈沖畸變、信噪比下降等，嚴重者甚至無法恢復出原始信號。因此有必要進行信號再生，以延長信號傳輸距離。在WDM光網(wǎng)絡中，合理配置再生器可降低網(wǎng)絡中由于信號質(zhì)量差，目的節(jié)點無法正確接收信號而導致的業(yè)務阻塞率。然而，若在每個路由節(jié)點處均配置再生器，將大大增加網(wǎng)絡成本。因此，需要在保證網(wǎng)絡性能及可控成本范圍內(nèi)，采用適當?shù)乃惴▽⒃偕骱侠淼嘏渲迷诰W(wǎng)絡中最需要的路由節(jié)點上，以有限數(shù)量的再生器最大程度地降低網(wǎng)絡的阻塞率，這也是WDM光網(wǎng)絡設計中需要解決的一個關(guān)鍵問題。
目前，已有國外學者采用兩步整數(shù)線性規(guī)劃(ILP)方法解決再生器在混合速率光網(wǎng)絡中的配置問題(參考文獻A. Nag and Μ. Tornatore, Transparent vs. translucent optical network design with mixed line rates[C], Optical Fiber Communication Conference, 2009,0WI7 1-3)。首先在再生器總數(shù)存在最大值的約束下，以網(wǎng)絡高比特率通路盡可能多為目標確定再生器的位置；然后在只考慮再生器及不同速率光轉(zhuǎn)發(fā)器成本的前提下，以整個網(wǎng)絡成本最低為目標確定再生器的配置個數(shù)。類似的方法還有在光路徑傳輸損傷影響下，約束業(yè)務轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)，建立ILP模型，考慮WDM光網(wǎng)絡中的業(yè)務疏導和再生器放置問題(參考文獻Patel Α. N. , Gao C. , Jue J. P, et al. Optimal Traffic Grooming and Regenerator Placement in WDM optical networks [C], Optical Fiber Communication Conference2010,NTuAl 1-3)。這些基于ILP的方法計算量較大，只適用于業(yè)務已知或業(yè)務可預測的靜態(tài)網(wǎng)絡，而不適用于復雜的動態(tài)網(wǎng)絡。
除使用整數(shù)線性規(guī)劃解決再生器在光網(wǎng)絡中的配置問題外，還有學者使用啟發(fā)式方法來解決此問題。為提供任意兩節(jié)點間的光連接，使用業(yè)務不相關(guān)的啟發(fā)式算法，確定配置再生器的路由節(jié)點位置。(參考文獻Saradhi C. V.，F(xiàn)edrizzi R.，Zanardi A.，et al. Traffic independent heuristics for regenerator site selection for providing any-to-any optical connectivity[C], Optical Fiber Communication Conference, 2010，0TuG4 :1-3)。其中包括基于光路徑的和與連通性相關(guān)的兩類啟發(fā)式算法?；诠饴窂降膯l(fā)式通過對光路徑分級排序，在網(wǎng)絡中選擇配置再生器的節(jié)點，以使所有網(wǎng)絡中由于傳輸損傷限制不可到達(即不通)的光路變?yōu)楣饪傻竭_的通路。與連通性相關(guān)的啟發(fā)式在滿足任意節(jié)點間可連通的前提下，基于k中心點法，確定網(wǎng)絡需要配置再生器的最少路由節(jié)點數(shù)。與ILP方法相比，上述兩種啟發(fā)式算法較簡單，計算量少，可適用于復雜的動態(tài)網(wǎng)絡，但只能確定網(wǎng)絡中需要配置再生器的節(jié)點位置和平均每個節(jié)點需要的再生器個數(shù)。
因此，關(guān)于再生器在WDM光網(wǎng)絡中的配置問題，采用整數(shù)線性規(guī)劃或啟發(fā)式方法各有局限性，而尚未有將二者相結(jié)合的報道出現(xiàn)。本發(fā)明將啟發(fā)式與整數(shù)線性規(guī)劃相結(jié)合， 提供一種適用于復雜動態(tài)網(wǎng)絡、在再生器總數(shù)有限的約束下，確定需要配置再生器的路由節(jié)點位置及每個節(jié)點配置再生器個數(shù)的方法，從而實現(xiàn)再生器在網(wǎng)絡中的合理配置，達到最大程度降低網(wǎng)絡由于光纖傳輸損傷限制而導致的阻塞率的目的。
為了進一步解釋上述內(nèi)容，下面給出幾個重要的定義
1、網(wǎng)絡中節(jié)點的平均中心距離
給定由N個節(jié)點和E條鏈路構(gòu)成的網(wǎng)絡G (N, E)。任意一節(jié)點i至少經(jīng)過2N+m次 (其中N次作為源節(jié)點，N次作為目的節(jié)點，作為中間節(jié)點的次數(shù)m不定)，對于每條經(jīng)過節(jié)點i的光路徑都有自己路徑長度的中心點，若設源節(jié)點s到目的節(jié)點d的光路徑長度為lsd， 節(jié)點i為源節(jié)點s到目的節(jié)點d的光路徑上的一個中間節(jié)點，節(jié)點i到目的節(jié)點的路徑長度為did，則該節(jié)點i到該條光路徑中心的距離為abs(did-lsd/2)，從而可求出每個節(jié)點的平12N+m 均中心距離 Σ abs^ -f)。
2、網(wǎng)絡中單跳路徑長度及累計光路徑長度
網(wǎng)絡中單跳路徑長度是指兩個相鄰節(jié)點間連接鏈路的距離長度。累計光路徑長度是指從源節(jié)點或完成再生的節(jié)點到當前節(jié)點，所經(jīng)過的所有連接鏈路長度的加和。
3、鏈路長度域值及光路可通
信號經(jīng)過一定距離Lt的光纖傳輸后會受到嚴重損傷，以至于目的節(jié)點無法正確恢復出原始信息，此Lt值即為鏈路長度閾值。當信號到達目的節(jié)點或是被再生器再生前，累計光路徑長度小于或等于鏈路長度閾值Lt時，該光路視為可通，否則視為阻塞。另外單跳光路徑均視為可通。
4、節(jié)點度及路徑的跳數(shù)
網(wǎng)絡中某節(jié)點所連接的支路個數(shù)稱為節(jié)點度。某條路徑從源節(jié)點到達目的節(jié)點經(jīng)過節(jié)點(包括其目的節(jié)點)的總數(shù)稱為該路徑的跳數(shù)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種在已知節(jié)點連接信息的光網(wǎng)絡拓撲中，根據(jù)光纖傳輸損傷限制，在再生器數(shù)量有限的約束下確定配置再生器的路由節(jié)點位置及每個節(jié)點配置再生器個數(shù)的方法。其包含以下步驟與內(nèi)容。
1.確定需要配置再生器的路由節(jié)點位置
將網(wǎng)絡拓撲模型化為一個無向圖G (V，Ε)，其中V為節(jié)點集，E為邊集，所有方向上的邊的權(quán)重是相等的。
采用啟發(fā)式方法，在保證任意兩節(jié)點間光路可通的前提下，根據(jù)光纖傳輸損傷限制，選擇需要配置再生器的節(jié)點，具體步驟如下
步驟一找出網(wǎng)絡中任意兩節(jié)點間的最短路徑；
步驟二 以鏈路長度閾值為基準，判斷每條光路是否可通；
步驟三計算每個節(jié)點的平均中心距離，并將節(jié)點分別按平均中心距離和節(jié)點度降序排列；步驟四選擇節(jié)點度大的節(jié)點作為再生器放置節(jié)點，當一條光路中有兩個或更多個節(jié)點具有相同節(jié)點度時，選擇平均中心距離相對較長的節(jié)點；步驟五計算由配置再生器的節(jié)點分段后的子路徑長度，并判斷所有子路徑的可通性；步驟六重復步驟三至步驟五，直到不再存在不通光路為止。2.確定各配置節(jié)點配置再生器的個數(shù)在找到需要配置再生器的節(jié)點位置后，通過整數(shù)線性規(guī)劃確定每個節(jié)點配置再生器的個數(shù)。輸入?yún)?shù)說明G(V，E)無向網(wǎng)絡拓撲圖，V為節(jié)點集，E為邊集；N 節(jié)點個數(shù)；M 網(wǎng)絡中可配置再生器的總數(shù)；w 每條鏈路支持的波長數(shù)；Isd 源節(jié)點s到目的節(jié)點d所經(jīng)過的路徑長度；Di 節(jié)點i的節(jié)點度；Lt 鏈路長度閾值；變量說明Xi 節(jié)點i配置的再生器個數(shù)；
權(quán)利要求
1. 一種再生器在波分復用光網(wǎng)絡中的配置方法，其特征在于包含以下步驟 第一步，在保證任意兩節(jié)點間光連接的前提下，采用啟發(fā)式方法確定需要配置再生器的路由節(jié)點位置，包括首先找出網(wǎng)絡中任意兩節(jié)點間的最短路徑；然后以鏈路長度閾值為基準，判斷每條光路是否可通；計算每個節(jié)點的平均中心距離，并將節(jié)點分別按平均中心距離和節(jié)點度降序排列；根據(jù)排序結(jié)果，選擇節(jié)點度大的節(jié)點作為再生器放置節(jié)點，當一條光路中有兩個或更多個節(jié)點具有相同節(jié)點度，選擇平均中心距離相對較長的節(jié)點作為再生器配置節(jié)點；確定再生器配置節(jié)點后，計算由再生器配置節(jié)點分段后的子鏈路長度，并判斷所有子光路的可通性；最后重復前面節(jié)點排序、選擇再生器配置節(jié)點及判斷子光路可通性的過程，直到不再存在不通光路為止；第二步，在可配置的再生器總數(shù)一定的約束下，采用整數(shù)線性規(guī)劃方法確定每個配置再生器的路由節(jié)點配置的再生器個數(shù)，使網(wǎng)絡阻塞率最??； 實施整數(shù)線性規(guī)劃過程中，輸入?yún)?shù) G(V，E)無向網(wǎng)絡拓撲圖，V為節(jié)點集，E為邊集； N 節(jié)點個數(shù)；M 網(wǎng)絡中可配置再生器的總數(shù)；w 每條鏈路支持的波長數(shù)；Isd 源節(jié)點s到目的節(jié)點d所經(jīng)過的光路；Di 節(jié)點i的節(jié)點度；Lt 鏈路長度閾值；變量Xi 節(jié)點i配置的再生器個數(shù)；
2.如權(quán)利要求1所述的方法，將啟發(fā)式和整數(shù)線性規(guī)劃相結(jié)合，兩種方法分別用于在已知波分復用光網(wǎng)絡拓撲的情況下確定網(wǎng)絡中配置再生器的路由節(jié)點位置和每個節(jié)點配置再生器的個數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，是與業(yè)務無關(guān)的，用于降低由于光纖物理傳輸損傷限制而導致的阻塞率，并可得到網(wǎng)絡可實現(xiàn)的與業(yè)務無關(guān)的最低保守性能。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，在保證任意節(jié)點間光連接的前提下，確定配置再生器的節(jié)點位置時，通過累計光路徑長度與鏈路長度閾值相比較判斷光路是否可通，若累計光路長度小于或等于鏈路長度閾值時，則視為可通；否則視為阻塞；但若某光路徑只需一跳即可實現(xiàn)從源節(jié)點到目的節(jié)點的連接，則即使此單跳光路徑長度大于鏈路長度閾值，此光路必視為可通，因此，單跳鏈路長度超過閾值的兩端節(jié)點配置較多的再生器，此情形由整數(shù)線性規(guī)劃中的約束條件( 保證；在確定每個配置再生器的節(jié)點配置再生器的個數(shù)，使阻塞率最小的步驟中，由于節(jié)點度高的節(jié)點利用率比其它節(jié)點高，網(wǎng)絡業(yè)務會以較大的概率經(jīng)過這些節(jié)點，若在這些節(jié)點上配置足夠的再生器，在相同的網(wǎng)絡負載情況下，信號更有可能被再生，從而降低由于長距離傳輸，信號質(zhì)量差而被阻塞的概率；因此節(jié)點度高的節(jié)點配置更多的再生器，同時避免某一節(jié)點配置過多的再生器，以使再生器可被更合理地分配給其它節(jié)點，此情形由約束條件(4)保證。
5.權(quán)利要求1所述方法，得到的波分復用光網(wǎng)絡中配置再生器的節(jié)點位置及個數(shù)的結(jié)果適用于波長路由網(wǎng)絡或光分組交換網(wǎng)絡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種再生器在波分復用(WDM)光網(wǎng)絡中的配置方法。該方法將啟發(fā)式和整數(shù)線性規(guī)劃，分別用于確定網(wǎng)絡中配置再生器的路由節(jié)點位置和每個節(jié)點配置再生器的個數(shù)。在已知網(wǎng)絡拓撲，可配置的再生器總數(shù)有限的情況下，通過本方法合理配置再生器，可降低由于光纖物理傳輸損傷限制，目的節(jié)點無法正確恢復原信息而導致的網(wǎng)絡阻塞率。該方法是與網(wǎng)絡業(yè)務類型無關(guān)的，采用本方法可得到網(wǎng)絡與業(yè)務無關(guān)的最低保守性能。另外，該方法是與網(wǎng)絡交換類型無關(guān)的，由方法得到的WDM網(wǎng)絡中再生器的配置結(jié)果，既可應用于波長路由網(wǎng)絡，也可應用于光分組交換網(wǎng)絡。
文檔編號H04B10/12GK102523170SQ201110460668
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者武玥, 鄭錚, 閆娟娟 申請人:北京航空航天大學