專利名稱：一種再生器在波分復用光網絡中的配置方法
一種再生器在波分復用光網絡中的配置方法技術領域
在已知波分復用光網絡拓撲，可配置的再生器總數有限的前提下，以鏈路累計傳輸長度作為閾值，基于啟發式和整數線性規劃，確定網絡中需要配置再生器的路由節點位置及每個節點配置再生器個數的方法，屬于網絡技術領域，尤其涉及可實現波分復用光網絡具有一定與業務無關的性能保證的再生器配置算法技術領域。
背景技術：
在高速、長距離波分復用(WDM)的光纖通信系統中，由于光纖色散與非線性、系統噪聲及器件老化等因素的影響，經過長距離傳輸后，信號受到不同程度的損傷，質量下降， 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光網絡中，合理配置再生器可降低網絡中由于信號質量差，目的節點無法正確接收信號而導致的業務阻塞率。然而，若在每個路由節點處均配置再生器，將大大增加網絡成本。因此，需要在保證網絡性能及可控成本范圍內，采用適當的算法將再生器合理地配置在網絡中最需要的路由節點上，以有限數量的再生器最大程度地降低網絡的阻塞率，這也是WDM光網絡設計中需要解決的一個關鍵問題。
目前，已有國外學者采用兩步整數線性規劃(ILP)方法解決再生器在混合速率光網絡中的配置問題(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)。首先在再生器總數存在最大值的約束下，以網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發器成本的前提下，以整個網絡成本最低為目標確定再生器的配置個數。類似的方法還有在光路徑傳輸損傷影響下，約束業務轉發跳數，建立ILP模型，考慮WDM光網絡中的業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，只適用于業務已知或業務可預測的靜態網絡，而不適用于復雜的動態網絡。
除使用整數線性規劃解決再生器在光網絡中的配置問題外，還有學者使用啟發式方法來解決此問題。為提供任意兩節點間的光連接，使用業務不相關的啟發式算法，確定配置再生器的路由節點位置。(參考文獻Saradhi C. V.，Fedrizzi 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的兩類啟發式算法。基于光路徑的啟發式通過對光路徑分級排序，在網絡中選擇配置再生器的節點，以使所有網絡中由于傳輸損傷限制不可到達(即不通)的光路變為光可到達的通路。與連通性相關的啟發式在滿足任意節點間可連通的前提下，基于k中心點法，確定網絡需要配置再生器的最少路由節點數。與ILP方法相比，上述兩種啟發式算法較簡單，計算量少，可適用于復雜的動態網絡，但只能確定網絡中需要配置再生器的節點位置和平均每個節點需要的再生器個數。
因此，關于再生器在WDM光網絡中的配置問題，采用整數線性規劃或啟發式方法各有局限性，而尚未有將二者相結合的報道出現。本發明將啟發式與整數線性規劃相結合， 提供一種適用于復雜動態網絡、在再生器總數有限的約束下，確定需要配置再生器的路由節點位置及每個節點配置再生器個數的方法，從而實現再生器在網絡中的合理配置，達到最大程度降低網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容，下面給出幾個重要的定義
1、網絡中節點的平均中心距離
給定由N個節點和E條鏈路構成的網絡G (N, E)。任意一節點i至少經過2N+m次 (其中N次作為源節點，N次作為目的節點，作為中間節點的次數m不定)，對于每條經過節點i的光路徑都有自己路徑長度的中心點，若設源節點s到目的節點d的光路徑長度為lsd， 節點i為源節點s到目的節點d的光路徑上的一個中間節點，節點i到目的節點的路徑長度為did，則該節點i到該條光路徑中心的距離為abs(did-lsd/2)，從而可求出每個節點的平12N+m 均中心距離 Σ abs^ -f)。
2、網絡中單跳路徑長度及累計光路徑長度
網絡中單跳路徑長度是指兩個相鄰節點間連接鏈路的距離長度。累計光路徑長度是指從源節點或完成再生的節點到當前節點，所經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、節點度及路徑的跳數
網絡中某節點所連接的支路個數稱為節點度。某條路徑從源節點到達目的節點經過節點(包括其目的節點)的總數稱為該路徑的跳數。發明內容
本發明公開了一種在已知節點連接信息的光網絡拓撲中，根據光纖傳輸損傷限制，在再生器數量有限的約束下確定配置再生器的路由節點位置及每個節點配置再生器個數的方法。其包含以下步驟與內容。
1.確定需要配置再生器的路由節點位置
將網絡拓撲模型化為一個無向圖G (V，Ε)，其中V為節點集，E為邊集，所有方向上的邊的權重是相等的。
采用啟發式方法，在保證任意兩節點間光路可通的前提下，根據光纖傳輸損傷限制，選擇需要配置再生器的節點，具體步驟如下
步驟一找出網絡中任意兩節點間的最短路徑；
步驟二 以鏈路長度閾值為基準，判斷每條光路是否可通；
步驟三計算每個節點的平均中心距離，并將節點分別按平均中心距離和節點度降序排列；步驟四選擇節點度大的節點作為再生器放置節點，當一條光路中有兩個或更多個節點具有相同節點度時，選擇平均中心距離相對較長的節點；步驟五計算由配置再生器的節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.確定各配置節點配置再生器的個數在找到需要配置再生器的節點位置后，通過整數線性規劃確定每個節點配置再生器的個數。輸入參數說明G(V，E)無向網絡拓撲圖，V為節點集，E為邊集；N 節點個數；M 網絡中可配置再生器的總數；w 每條鏈路支持的波長數；Isd 源節點s到目的節點d所經過的路徑長度；Di 節點i的節點度；Lt 鏈路長度閾值；變量說明Xi 節點i配置的再生器個數；
權利要求
1. 一種再生器在波分復用光網絡中的配置方法，其特征在于包含以下步驟 第一步，在保證任意兩節點間光連接的前提下，采用啟發式方法確定需要配置再生器的路由節點位置，包括首先找出網絡中任意兩節點間的最短路徑；然后以鏈路長度閾值為基準，判斷每條光路是否可通；計算每個節點的平均中心距離，并將節點分別按平均中心距離和節點度降序排列；根據排序結果，選擇節點度大的節點作為再生器放置節點，當一條光路中有兩個或更多個節點具有相同節點度，選擇平均中心距離相對較長的節點作為再生器配置節點；確定再生器配置節點后，計算由再生器配置節點分段后的子鏈路長度，并判斷所有子光路的可通性；最后重復前面節點排序、選擇再生器配置節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一定的約束下，采用整數線性規劃方法確定每個配置再生器的路由節點配置的再生器個數，使網絡阻塞率最小； 實施整數線性規劃過程中，輸入參數 G(V，E)無向網絡拓撲圖，V為節點集，E為邊集； N 節點個數；M 網絡中可配置再生器的總數；w 每條鏈路支持的波長數；Isd 源節點s到目的節點d所經過的光路；Di 節點i的節點度；Lt 鏈路長度閾值；變量Xi 節點i配置的再生器個數；
2.如權利要求1所述的方法，將啟發式和整數線性規劃相結合，兩種方法分別用于在已知波分復用光網絡拓撲的情況下確定網絡中配置再生器的路由節點位置和每個節點配置再生器的個數。
3.如權利要求1所述的方法，是與業務無關的，用于降低由于光纖物理傳輸損傷限制而導致的阻塞率，并可得到網絡可實現的與業務無關的最低保守性能。
4.如權利要求1所述的方法，在保證任意節點間光連接的前提下，確定配置再生器的節點位置時，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從源節點到目的節點的連接，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點配置較多的再生器，此情形由整數線性規劃中的約束條件( 保證；在確定每個配置再生器的節點配置再生器的個數，使阻塞率最小的步驟中，由于節點度高的節點利用率比其它節點高，網絡業務會以較大的概率經過這些節點，若在這些節點上配置足夠的再生器，在相同的網絡負載情況下，信號更有可能被再生，從而降低由于長距離傳輸，信號質量差而被阻塞的概率；因此節點度高的節點配置更多的再生器，同時避免某一節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點，此情形由約束條件(4)保證。
5.權利要求1所述方法，得到的波分復用光網絡中配置再生器的節點位置及個數的結果適用于波長路由網絡或光分組交換網絡。
全文摘要
本發明公開了一種再生器在波分復用(WDM)光網絡中的配置方法。該方法將啟發式和整數線性規劃，分別用于確定網絡中配置再生器的路由節點位置和每個節點配置再生器的個數。在已知網絡拓撲，可配置的再生器總數有限的情況下，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，目的節點無法正確恢復原信息而導致的網絡阻塞率。該方法是與網絡業務類型無關的，采用本方法可得到網絡與業務無關的最低保守性能。另外，該方法是與網絡交換類型無關的，由方法得到的WDM網絡中再生器的配置結果，既可應用于波長路由網絡，也可應用于光分組交換網絡。
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 優先權日2011年12月31日
發明者武玥, 鄭錚, 閆娟娟 申請人:北京航空航天大學