專利名稱：光網絡的通知型動態路徑保護的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及波分復用網絡(WDM)，更具體地說，涉及在波分復用網絡中提供共享路徑保護的方法和設備。
背景技術：
日益增長的對通信帶寬的需求促使轉向光網絡。在單根光纖上使用波分復用傳輸多個獨立通信信道可顯著增加單波長網絡的帶寬。然而，管理如此巨大的帶寬是一個挑戰。
過去，結點間的連接是人工完成的。現在，多協議λ交換(MPλS)提供智能利用光資源的結構，其中包含快速提供波長、λ波段、甚至光纖的能力。
連接保護仍舊是難題。對于波分復用，損失單根光纖可導致同時失去多個信道。因此，需要完善的保護機制。另一方面，光資源是昂貴的，必須盡可能節省。例如，環形結構可提供在發生故障時使用的附加保護光纖。保護光纖在物理上必須脫離開相應的工作光纖，以避免單個故障使兩條線路的通信都中斷。在環形結構中，保護光纖幾乎不用于傳輸——這是對寶貴資源的浪費。
為此，需要可在光網絡上有效保護工作信道的方法和設備。
發明內容
本發明中，在包含多個結點的波分復用網絡上動態分配保護路徑，這些結點由通信鏈路連接在一起。數據庫存儲有關網絡狀態的信息，其中包含結點的各個鏈路的信道與一或多個保護路徑的關聯信息和各個鏈路的信道與相應工作路徑的關聯信息。在接收到需要新的保護路徑以保護指定工作路徑的請求時，識別出具有至少一個可在新的保護路徑和一或多個現有保護路徑之間共享的信道的鏈路，并且識別出不具有可共享信道但具有可用于新的保護路徑的未用信道的附加鏈路。
將費用賦予所識別出的鏈路，其中具有至少一條可共享信道的鏈路和沒有可共享信道的鏈路具有不同的權重。使用根據費用識別的鏈路確定保護路徑。
本發明具有顯著優于現有技術優點。首先，由于采用加權費用計算來挑選共享保護信道資源，保護路徑的分配是高效的。其次，由于需要保護的信道更少，工作信道的分配更加有效。第三，由于每個結點都有本地數據庫，用以存儲整個網絡范圍內的鏈路的所有相關信息，可準確生成保護路徑。
圖1是波分復用網絡的概要模塊圖；圖2是圖1中結點的模塊圖；圖3a圖解了共享保護表；圖3b圖解了鏈路分配表；圖4是生成連接的流程圖；圖5是描述保護路徑計算的狀態圖；圖6是說明加權共享保護路徑計算方法的效率的圖表。
具體實施例方式
參照附圖1-6可更好地理解本發明，其中用類似的附圖標記表示不同附圖中類似的元素。
現在參考下述結合附圖進行的描述更完整地理解本發明及其優點，其中圖1示出一般光網絡10的模塊圖。該網絡包含由光纖鏈路14連接的多個結點12。鏈路14是在兩個結點之間傳輸數據的光纖；例如，在結點A和結點B之間。光纖可通過n個波長或n個信道傳輸信息。鏈路14是單向的，因此在連接成對的結點之間一般有兩個鏈路，其中每個結點均在其中一個鏈路上接收信息，在另一個鏈路上發送信息。為簡化說明，圖1中只示出一個鏈路，但應當理解，在實際的實現中，通常每個方向都至少使用一個鏈路。在采用波分復用技術的鏈路上傳輸信息。在波分復用技術中，分別以各自的光頻率同時調制不同信道的信息。每根光纖的波長數n可彼此不同。
“路徑”是鏈路的集合。這里把路徑表示為初始結點和目的結點之間的結點序列。因此，{A，B，D，F}表示初始結點A和目的結點F之間的路徑，該路徑使用結點A和結點B、結點B和結點D以及結點D和結點F之間的鏈路。“連接”是路徑上的數據傳輸事件，由開始和持續時間確定。連接可使用不同鏈路上的不同信道。例如，結點A和結點D之間的連接可使用路徑{A，B，D}，而信息可通過λ1(λ1是信道)從結點A傳送到結點B，再通過信道λ13從結點B傳送到結點D。
圖2示出結點12的模塊圖。結點12包括路由器20和交叉連接22。路由器20包含路由協議邏輯24、全局數據庫26和控制邏輯28。光交叉連接包含連接在一或多個輸入解復用器32和一或多個輸出復用器34之間的交換矩陣30。
網絡運行時，路由器20管理網絡10的控制信令，例如使用MPλS。全局分配數據庫26包括一或多個表，這些表可提供網絡10的當前拓撲結構，以便在控制邏輯28的控制下智能、動態地生成網絡路徑。
全局分配數據庫26提供有關網絡范圍內各個鏈路上的每個信道的信息。每個信道均可(1)用于工作路徑，(2)用于保護路徑，但不可共享，(3)用于保護路徑，且可共享，(4)既不用于工作路徑，也不用于保護路徑。
交叉連接22負責將信息從輸入光纖的信道傳送到輸出光纖的信道。輸入光纖36的信道被解復用成輸入信道37(λ1到λn)。交換矩陣30將各個輸入信道轉接到本地映射表39定義的輸出信道38。輸出信道被復用到輸出光纖40。再生器41被用來耦合不同波長的信道。
全局數據庫26包含用于確定下述鏈路存在的信息具有當前用于保護路徑且可與其它保護路徑共享的信道的鏈路和具有當前既未用于工作路徑也未用于保護路徑的信道的鏈路。
全局數據庫26可采取多種形式。為簡化說明，圖3a和圖3b示出了包含全局共享保護表42(圖3a)和全局鏈路分配表44(圖3b)的全局分配數據庫26。
如圖3a所示，全局共享保護表42包含用于路徑保護的各個鏈路的每個信道的記錄。在所示的實施例中，信道由鏈路字段和信道編號字段標識。如果兩個結點間有多根光纖，則信道可由鏈路、光纖和光纖的信道編號標識。與信道相關的工作路徑列于工作路徑字段。
圖3b說明全局鏈路分配表44的類似結構，該表維護網絡范圍內的所有鏈路的所有信道的狀態記錄。即網絡范圍內所有鏈路上的每個信道也均由鏈路字段和信道編號(可選地，光纖編號)字段標識。狀態字段標識信道的狀態為“共享”“使用中”或“可用”。“共享”標識當前正用于保護路徑且可用于共享保護的信道。“使用中”標識用于工作路徑的信道。而且，“使用中”可標識不可用于共享保護的保護路徑；例如對于高服務質量等級，可以采用1+1保護方案保護工作路徑，其中不允許共享保護信道。“可用”標識當前既未用于工作路徑也未用于保護路徑的信道。
網絡運行時，每個結點12都維護全局分配數據庫26里各自的鏈路記錄。而全局分配數據庫里其它鏈路的信息可從網絡范圍內其它結點12的全局分配數據庫里的信息搜集到。使用為光纖而升級的開放式最短路徑優先(OSPF)協議的變體，將各個結點的全局分配數據庫26的信息傳播到網絡范圍內的所有結點。為減少通過結點間的信息量，只通過開放式最短路徑優先協議傳送發生改變的信息。
用于更新全局分配數據庫26的保護消息由結點12使用標記分布協議(LDP)消息接收。保護消息與為工作路徑而保留的消息相同，都有附加的兩個字段(1)類型字段，用以指示連接是為保護路徑(置為“1”)還是為工作路徑(置為“0”)而建立；(2)工作路徑字段，用以標識需要保護的工作路徑。保護消息可為“建立”消息，也可為“釋放”消息。
當結點12接收到保護消息(類型字段為“1”)時，將產生兩種結果。如果消息為“建立”消息，則從LDP分組讀取將用信道字段。如果將用信道已被共享保護表42中的其它保護路徑保留，則將工作路徑加到該信道的路徑字段的工作路徑序列里。如果將用信道當前未被保護路徑保留，則將該信道保留在鏈路分配表44中，且將工作路徑加到共享保護表42中被保護路徑的序列里。
如果消息為“釋放”消息，則從LDP分組讀取將用信道字段。如果共享保護表42里有多個保護路徑已經共享此信道，則將LDP分組的工作路徑字段里的工作路徑從路徑字段里清除。如果工作路徑是唯一由該信道保護的路徑，則將工作路徑從共享保護表42里清除，且從鏈路分配表44里釋放該信道的資源。
在優選實施例中，保護路徑選擇在源結點進行，工作路徑選擇亦如此。圖4是工作路徑選擇和保護路徑選擇的流程圖。當判斷方框50接收到連接請求后，由方框52計算工作路徑。之后，由方框54采用加權準則計算保護路徑。如果保護路徑和工作路徑均計算成功，則由方框56給工作路徑結點和保護路徑結點發送“建立”消息。在優選實施例中，準備兩個“建立”分組，并將其沿指定的工作路徑和保護路徑分別發送。發送給所述保護路徑的“建立”分組包含相關的工作路徑，以便使影響到的結點的共享保護表42被更新并被傳送到網絡范圍內的其它結點。
工作路徑可采用許多不同的著名技術計算。下文的偽代碼給出一個連接會話的優選實施例，其中Ψi＝(si，di，Bi)，si為源IP路由器，di為目的IP路由器，Bi為連接的位速率。
Procedure PrepareSetupMessage(Ψi)BEGIN令Network為初始拓撲的子圖，其中如果兩結點間的光纖鏈路上至少有一個波長未用，則兩結點間存在邊緣。
從網絡上清除不能處理未經再生的會話Ψi的位速率的所有邊緣
IF如果子圖Network上si和di連接中斷THEN“連接阻塞”RETURNEND IF令Path等于Network上從si到di的最短路徑(根據PMD累加和)。
采用首次適合算法分配波長。
根據需要安裝再生器。
將路徑分成分段，每個分段具有不需再生器的最大長度。
在分段之間安裝再生器令c_message為控制分組，其中填充有三個向量受約束路徑、波長分配和再生器請求。
RETURN c_messageEND在給定通過鏈路-狀態協議收集的光纖鏈路的當前狀態的情況下，源結點在本地計算出經過該光纖鏈路的路徑，使得既不違反邏輯特性(如波長連續性約束)，也不違反物理特性，例如PMD(偏振模色散因子)。首先生成子圖，該子圖包含網絡范圍內具有至少一個可用信道的所有鏈路。之后，根據連接的位速率，某些鏈路不能處理連接位速率，并且這些鏈路也被清除。接著檢查源結點和目的結點是否在同一個連接部分內，如果它們是斷開的，則呼叫被拒絕。否則，運行迪克斯特拉(Dijkstra)最短路徑算法，以求出相對于總偏振模色散累加和的最短路徑。
然后執行波長分配過程，該過程最好利用首次適合波長分配模型的變體。該模型首先挑選第一個光纖鏈路上的第一個可用波長。接著，從緊隨其后的光纖鏈路選擇波長，其中優先選擇與前一個鏈路的波長相同的波長。如果波長不可用，則選擇第一個可用波長并且安裝再生器(在建立交叉連接時充當不透明的波長變換器)。該過程以這個次序在所有鏈路上重復執行。
處理完路由和信道分配問題的邏輯特性后，下面來解決物理特性。路徑被分成數目最少的透明分段，這些透明分段之間通過再生器相互連接。
圖5是說明計算保護路徑步驟54的運算過程的狀態圖。在狀態60中生成空子圖。該子圖將以可能用于保護路徑的鏈路填充。子圖生成后，在狀態62中，源結點的控制邏輯28試圖找出當前鏈路上(初始置為共享保護數據庫42中的第一個鏈路)是否有當前正用于保護路徑且可與正計算的保護路徑共享的信道。當且僅當(1)信道所在鏈路未被工作路徑占用，(2)已被信道保護的工作路徑和新的欲共享信道的工作路徑不具有共用鏈路，該信道才可用于保護路徑。換句話說，如果該信道所在鏈路已被工作路徑占用，則不能用于保護路徑，否則鏈路失效將會導致工作路徑和保護路徑同時失效。類似地，如果該信道保護的工作路徑同當前工作路徑有共用鏈路，則該信道不能用，因為共用鏈路的失效將導致兩個工作路徑同時需要共用鏈路進行恢復。滿足這兩個條件的鏈路稱為邊緣不相交。
如果在狀態62中在當前鏈路上找到適用信道，則由狀態66將鏈路費用計算成等于鏈路長度。然后由狀態64將鏈路加到子圖中，并將當前鏈路遞增為數據庫中下一個鏈路。
如果在狀態62中當前鏈路沒有用于共享保護的適用信道，則由狀態68在當前鏈路上檢查未用信道(即未用于任何工作路徑和保護路徑的信道)。如果找到適用的未用信道，則由狀態70計算費用。與狀態64的費用計算不同，含未用信道的費用計算等于鏈路長度乘以大于1的因子。因此，共享保護路徑在費用計算上占有優勢。由狀態72將鏈路及其費用加到子圖中。由狀態74將當前鏈路遞增，然后轉到狀態62，對下一個鏈路的可用共享保護信道進行檢查。
如果當前鏈路沒有狀態62中的可用的共享保護信道，也沒有狀態68中的未用信道，則由狀態74將其遞增，且不將鏈路加到子圖中。轉到狀態62，對下一個鏈路的可用共享保護信道進行檢查。
如果狀態62中沒有更多的鏈路可供檢查，則由狀態76采用任何著名的方法，如迪克斯特拉方法，計算出費用最少的保護路徑。
在運算過程中，可由狀態70通過控制罰因子來控制共享程度。分配較高的因子，則可有較多的共享路徑用于保護路徑。分配較低的因子，則促成較短的保護路徑。因此，如果信道缺乏，可提高罰因子以降低用于保護的信道數量。
下面給出采用前述數據庫結構實現圖5狀態圖的偽代碼。
準備受約束的共享保護路徑令working path為結點編號向量，用來表示前面計算出來的工作路徑。
令SP database為結點的全局共享保護表42。
令Link Allocation Database為結點的全局鏈路分配表44。
令sub-graph為空的網絡拓撲數據庫。
令Penalty coefficient為一數值。
用結點和具有如下特性的弧生成子圖For SP database中的每個鏈路do令Current_link_SP為從SP database中抽取的鏈路。
If鏈路未被working path占用thenIf工作路徑和被波長保護的工作路徑不具有共用鏈路then將鏈路加到子圖中。
將cost設置為等于鏈路的長度。
EndifElse在Link Allocation Database中尋找Current_link_SP。
令Current_link_allocation為該鏈路。
If Current_link_allocation里的波長可用then將鏈路加到子圖中。
將cost設置為等于鏈路的長度。
將cost乘以Penalty coefficient。
EndifNext for下一個鏈路結束生成子圖。
令Protection Path為到達目的地的最短路徑，由<源，目的，子圖>表示Return Protection Path受約束的共享保護路徑準備結束。
當保護路徑的所有鏈路確定后，源路由器在鏈路上選擇信道。對保護路徑的每一個鏈路來說，信道都將按如下規則生成如果鏈路上存在多個共享波長，選擇共享次數最少的波長；如果鏈路上沒有共享波長，則采用首次適合算法(上文提到的)。
選擇信道的過程在保護路徑的所有鏈路上重復執行。如果分配給路徑上前一個鏈路的信道與當前的不同，則安裝變換器。鏈路分配將在傳輸前以二維向量(結點，波長)存儲。類似地，變換器分配將以二維向量(結點，再生(是/否))存儲。
圖6示出本發明采用加權鏈路費用來計算保護路徑的效率。圖6用術語波長里程來說明前面描述的加權保護方法和典型的1∶N保護方法的效率。在低通信量情況下，加權共享保護方法和1∶N保護方法都能滿足所有的連接請求。加權共享保護提供與1∶N保護水平相同的保護，但用于保護的總里程低45％。由于加權共享保護在信道使用上比1∶N保護效率高，工作路徑的生成也更高效。
當負載增加時，加權共享保護比1∶N保護運行得好，但波長里程增量下降大約10％。
如果網絡超載，加權共享保護比1∶N保護的運行效率高50％。當負載增加時，復用程度提高。結果，阻塞概率增加到50％多。從阻塞的角度看，兩種協議結果相近。1∶N保護情況的阻塞概率比加權共享保護情況高2％。
應該注意到，可從所述的實施例產生很多變體。首先，數據庫結構可有較大的不同。例如，數據庫26可用網絡范圍內每個鏈路的獨立的表構成，而不是多個鏈路的單表。其次，有很多不同的協議可用于在結點12間傳遞路徑信息，包括當前可用的或將來研究出來的。
除所示的方法外，還可采用很多不同的方法完成加權。例如，使用共享保護信道的費用可這樣計算，將可用信道乘以小于1的因子，而不是乘以大于1的因子。基于各種不同的準則，可使用多種權值。例如，使用具有5個或更少可用信道的鏈路上的可用信道的權值比具有6個或更多可用信道的鏈路的權值高。加權可應用于其它資源，如在實現保護路徑時再生的使用。
盡管發明的詳細說明是針對特定的典型的實施例，本領域技術人員可聯想到這些實施例的各種修改和其它實施例。發明包含權利要求范圍內的任何修改及其它實施例。
權利要求
1.在包含由通信鏈路連接的多個結點的波分復用網絡上動態分配保護路徑的方法，包括如下步驟在每個結點中維護有關網絡狀態的信息的數據庫，其中包含結點的每個鏈路的信道與一或多個保護路徑的關聯信息和每個鏈路的信道與相應工作路徑的關聯信息；在所述結點之一中，在接收到需要新的保護路徑以保護指定工作路徑的請求時利用所述一個結點的數據庫識別出這樣的鏈路，即具有至少一個可在新的保護路徑和一或多個現有保護路徑間共享的信道的鏈路；利用所述一個結點的數據庫識別出這樣的鏈路，即不具有可共享信道但有可用于所述新保護路徑的未用信道的鏈路；給識別出的鏈路賦予費用；且使用根據所述費用識別出的所述鏈路確定保護路徑。
2.根據權利要求1的方法，其中給所述識別出的鏈路賦予費用的所述步驟包括給所述識別出的鏈路賦予加權費用，其中具有至少一個可共享信道的鏈路和沒有可共享信道的鏈路的加權值不同。
3.根據權利要求2的方法，具有至少一個可共享信道的鏈路的所述費用基于鏈路的長度。
4.根據權利要求3的方法，其中不具有至少一個可共享信道的鏈路的所述費用基于鏈路長度的倍數，使得不具有至少一個可共享信道的鏈路同具有至少一個可共享信道的鏈路相比不被優選。
5.根據權利要求1的方法，還包括向保護路徑上的每個結點傳送建立消息的步驟，其中建立消息包含工作路徑標識符。
6.根據權利要求1的方法，其中所述請求由源結點接收。
7.根據權利要求1的方法，其中所述數據庫標識出各個鏈路的每個信道的狀態。
8.根據權利要求7的方法，其中所述數據庫將各個鏈路的每個信道標識為使用中、可用或共享。
9.根據權利要求1的方法，其中利用所述結點的數據庫識別出具有至少一個可共享信道的鏈路的所述步驟包含識別出未被指定工作路徑占用的鏈路的步驟。
10.根據權利要求9的方法，其中利用所述結點的數據庫識別出具有至少一個可共享信道的鏈路的所述步驟還包含識別出具有這樣的信道的鏈路的步驟，即未被用于保護與指定工作路徑有共用鏈路的工作路徑的信道。
11.一種波分復用網絡，包括由通信鏈路連接的多個結點，每個結點包括路由器電路，所述路由器電路用于維護有關網絡狀態的信息的數據庫，其中包含結點的每個鏈路的信道與一或多個保護路徑的關聯信息和每個鏈路的信道與相應工作路徑的關聯信息；在所述結點之一中，在接收到需要新的保護路徑以保護指定工作路徑的請求時利用所述一個結點的數據庫識別出這樣的鏈路，即具有至少一個可在新的保護路徑和一或多個現有保護路徑間共享的信道的鏈路；利用所述一個結點的數據庫識別出這樣的鏈路，即不具有可共享信道但有可用于所述新保護路徑的未用信道的鏈路；給識別出的鏈路賦予費用；且使用根據所述費用識別出的所述鏈路確定保護路徑。
12.根據權利要求11的網絡，其中所述路由器電路給所述識別出的鏈路賦予加權費用，其中具有至少一個可共享信道的鏈路和沒有可共享信道的鏈路的加權值不同。
13.根據權利要求12的網絡，其中具有至少一個可共享信道的鏈路的所述費用基于鏈路的長度。
14.根據權利要求13的網絡，其中不具有至少一個可共享信道的鏈路的所述費用基于鏈路長度的倍數，使得不具有至少一個可共享信道的鏈路同具有至少一個可共享信道的鏈路相比不被優選。
15.根據權利要求11的網絡，其中所述路由電路向保護路徑上的每個結點傳送建立消息，其中建立消息包含工作路徑標識符。
16.根據權利要求11的網絡，其中所述數據庫標識出各個鏈路的每個信道的狀態。
17.根據權利要求16的網絡，其中所述數據庫將各個鏈路的每個信道標識為使用中、可用或共享。
18.根據權利要求11的網絡，其中所述路由電路標識出未被指定工作路徑占用的鏈路。
19.根據權利要求18的網絡，其中所述路由電路識別出具有這樣的信道的鏈路，即具有未被用于保護任何與指定工作路徑有共用鏈路的工作路徑的信道。
20.根據權利要求11的網絡，其中每個結點還包括交換矩陣。
全文摘要
在包含由通信鏈路連接的多個結點(12)的波分復用網絡上動態分配保護路徑。數據庫存儲有關網絡狀態的信息，其中包含結點的每個鏈路的信道與一或多個保護路徑的關聯信息和每個鏈路的信道與相應工作路徑的關聯信息。在接收到需要新的保護路徑以保護指定工作路徑的請求時，識別出這樣的鏈路，即具有至少一個可在新的保護路徑和一或多個現有保護路徑間共享的信道的鏈路，并且識別出這樣的鏈路，即不具有可共享信道但有可用于所述新保護路徑的未用信道的鏈路。給識別出的鏈路賦予費用，具有至少一個可共享信道的鏈路和沒有可共享信道的鏈路的加權值不同。使用根據所述費用找出的鏈路確定保護路徑。
文檔編號H04L12/56GK1412968SQ02144319
公開日2003年4月23日 申請日期2002年10月9日 優先權日2001年10月10日
發明者戴維·E－D－科薩克, 馬爾·阿里 申請人:阿爾卡塔爾公司