專利名稱：基于多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的IP over WDM網(wǎng)絡(luò)能量感知路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)路技術(shù)領(lǐng)域,尤其是涉及一種基于多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的IP over WDM網(wǎng)絡(luò)能量感知路由方法。
背景技術(shù)：
近年來，光網(wǎng)絡(luò)在高速率、大帶寬的通信需求驅(qū)動(dòng)下得到迅猛發(fā)展。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的不斷更新，其能量消耗急劇增長(zhǎng)。但網(wǎng)絡(luò)中的超額資源供給和冗余設(shè)計(jì)導(dǎo)致設(shè)備的效率低，能量浪費(fèi)嚴(yán)重，限制了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提高。IEEE GL0BEC0M 2009，0FC/NF0EC 2010，ONDM 2011，歐盟綠色光電網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目組等國際學(xué)術(shù)會(huì)議和地區(qū)組織專門列出此專題，“綠色光網(wǎng)絡(luò)”已成為光通信網(wǎng)絡(luò)研究的新熱點(diǎn)。在目前的光網(wǎng)絡(luò)中，IP over WDM網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)通用的構(gòu)架，很多運(yùn)營商將其作為承載IP業(yè)務(wù)的主要解決方案，適合超大型IP骨干網(wǎng)。對(duì)IP over WDM骨干網(wǎng)絡(luò)節(jié)能問題的研究既有助于降低自身的碳排放，也可以為整個(gè)通信網(wǎng)帶來更大的節(jié)能空間。IP over WDM網(wǎng)絡(luò)的能耗主要來自IP層的電層設(shè)備和WDM層的光層設(shè)備。一方面可以通過硬件技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新，研發(fā)制造新型綠色產(chǎn)品，降低通信設(shè)備本身的能耗；另一方面積極引入新型綠色通信技術(shù)，從網(wǎng)絡(luò)全局的角度設(shè)計(jì)節(jié)能方案，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和路由調(diào)度中加入能耗因素實(shí)現(xiàn)節(jié)能。當(dāng)前存在的光網(wǎng)絡(luò)代表性節(jié)能方法有基于節(jié)能的IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)、休眠、光旁路、業(yè)務(wù)疏導(dǎo)、能量感知路由，其中休眠和能量感知路由的節(jié)能效果明顯，得到了較多關(guān)注?；诠?jié)能的IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)以路由器接口子卡作為服務(wù)對(duì)象，合理調(diào)整數(shù)據(jù)包的大小和轉(zhuǎn)發(fā)方式來降低路由器的吞吐量、包延遲以及能耗。比如采用流水轉(zhuǎn)發(fā)的包交換方式，使所有的路由器工作在統(tǒng)一的時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)下，不再進(jìn)行緩沖和包頭處理，加快轉(zhuǎn)發(fā)速度，降低路由器等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的能耗。休眠是根據(jù)骨干網(wǎng)的負(fù)載特點(diǎn)提出的節(jié)能方案。通常骨干網(wǎng)的業(yè)務(wù)負(fù)載在一天中不同時(shí)刻大小不同，初始時(shí)刻針對(duì)高峰業(yè)務(wù)配置網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，存在可暫停使用或利用率低的節(jié)點(diǎn)和鏈路，造成了能源的浪費(fèi)。如何實(shí)現(xiàn)能耗最小化，在服務(wù)質(zhì)量許可的條件下盡可能多地關(guān)閉空閑設(shè)備，并設(shè)計(jì)靈活的管理與控制機(jī)制成為關(guān)鍵所在。傳統(tǒng)的IP over WDM網(wǎng)絡(luò)中，所有光路攜帶的業(yè)務(wù)量都是通過IP路由器處理和轉(zhuǎn)發(fā)的。光旁路要求被轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的IP業(yè)務(wù)全部在光域中傳輸，旁路所有中間節(jié)點(diǎn)的IP層路由器，這極大地節(jié)省了接口子卡的數(shù)目，由于IP路由器是光網(wǎng)絡(luò)的主要耗能設(shè)備，因此光旁路機(jī)制可以有效地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。業(yè)務(wù)疏導(dǎo)是GMPLS(GeneralizedMulti-protocol Label Switching)中一項(xiàng)關(guān)鍵機(jī)制，旨在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的最優(yōu)化處理。已有的業(yè)務(wù)疏導(dǎo)方案以提高帶寬利用率、最小化網(wǎng)絡(luò)擁塞、最小化網(wǎng)絡(luò)成本等為優(yōu)化目標(biāo)，但是事實(shí)上，業(yè)務(wù)疏導(dǎo)機(jī)制還能夠解決網(wǎng)絡(luò)能耗最小化的問題，通過將多個(gè)低速IP業(yè)務(wù)流匯集到同一個(gè)大容量的WDM波長(zhǎng)信道進(jìn)行傳輸，重復(fù)利用已建光路和設(shè)備，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能耗。
能量路由是最早提出的傳感器路由機(jī)制之一，它根據(jù)傳輸路徑上的能量需求選擇數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。借鑒能量路由策略的基本思想，在IP over WDM網(wǎng)絡(luò)中引入能量感知路由，從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的所有路徑中選取節(jié)點(diǎn)能耗之和最少的路徑。不少文獻(xiàn)將光旁路、業(yè)務(wù)疏導(dǎo)和能量感知路由三種機(jī)制整合使用，節(jié)能優(yōu)勢(shì)也很顯著，特別是在峰值業(yè)務(wù)下，它相對(duì)休眠可以降低更多網(wǎng)絡(luò)能耗。上述光網(wǎng)絡(luò)節(jié)能方案都是以最小網(wǎng)絡(luò)能耗為優(yōu)化目標(biāo)，針對(duì)單一業(yè)務(wù)流提出的，沒有對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行區(qū)分。事實(shí)上，由于IP承載業(yè)務(wù)類型的多樣化，單一化的節(jié)能方案難以滿足不同業(yè)務(wù)的QoS要求。在IP over WDM網(wǎng)絡(luò)中，既存在音頻、視頻等實(shí)時(shí)性強(qiáng)、有嚴(yán)格的時(shí)延和丟包限制的業(yè)務(wù)，如視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播、IP電話等；也存在文本數(shù)據(jù)等非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，在滿足其帶寬需求的前提下盡力轉(zhuǎn)發(fā)，如電子郵件、Web瀏覽等?？梢姡斜匾鶕?jù)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性和質(zhì)量要求為不同類型業(yè)務(wù)設(shè)定不同的優(yōu)先級(jí)別，研究在多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)場(chǎng)景下的節(jié)能方案
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的IP over WDM網(wǎng)絡(luò)能量感知路由方法，該方法可以最小化網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，保證網(wǎng)絡(luò)可靠性，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延、丟包率的要求，并降低高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的阻塞率。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種基于多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的IP over WDM網(wǎng)絡(luò)能量感知路由方法，該方法用于在保證業(yè)務(wù)QoS要求的前提下確定能耗最低的路徑，包括以下步驟步驟I :根據(jù)IP over WDM網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔ⅲ跏蓟o助圖；步驟2:IP over WDM網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等待業(yè)務(wù)請(qǐng)求,該業(yè)務(wù)請(qǐng)求包含源節(jié)點(diǎn)信息、目的節(jié)點(diǎn)信息以及需占用帶寬信息，在接收到業(yè)務(wù)請(qǐng)求后，判斷該業(yè)務(wù)請(qǐng)求的類型，如果是建立連接請(qǐng)求，則跳轉(zhuǎn)至步驟3 ;如果是釋放連接請(qǐng)求，則跳轉(zhuǎn)至步驟9 ;步驟3 :刪除輔助圖中波長(zhǎng)可用帶寬小于業(yè)務(wù)請(qǐng)求需占用帶寬的鏈路，并根據(jù)輔助圖中的鏈路類型設(shè)置鏈路邊權(quán)值；步驟4 :判斷業(yè)務(wù)連接請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，根據(jù)不同的QoS要求選擇路由方式，如果是低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)，跳轉(zhuǎn)至步驟5 ;如果是高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)，跳轉(zhuǎn)至步驟6 ；步驟5 :采用低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的路由方式獲取路徑，具體過程為在輔助圖上，通過Dijkstra算法尋找最短路徑，如果存在最短路徑，則取波長(zhǎng)所在的路徑，并跳轉(zhuǎn)至步驟7 ；如果最短路徑不存在，則阻塞該業(yè)務(wù)連接請(qǐng)求，并跳轉(zhuǎn)至步驟2 ；步驟6 :采用低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的路由方式獲取路徑，具體過程為在輔助圖上，通過Dijkstra算法記錄所有波長(zhǎng)平面中最短路徑的跳數(shù)和經(jīng)過光路數(shù)，建立最優(yōu)路徑預(yù)測(cè)函數(shù)，如果路徑預(yù)測(cè)函數(shù)存在且有最小值，則跳轉(zhuǎn)至步驟7 ;如果路徑預(yù)測(cè)函數(shù)不存在，則進(jìn)行流量分割后在建立路徑預(yù)測(cè)函數(shù)，如果在流量分割的限制條件下路徑預(yù)測(cè)函數(shù)存在最小值，則跳轉(zhuǎn)至步驟7，否則阻塞當(dāng)前業(yè)務(wù)連接請(qǐng)求，跳轉(zhuǎn)至步驟2 ；步驟7 :根據(jù)獲取的最短路徑進(jìn)行路由和波長(zhǎng)分配，刪除路由路徑經(jīng)過的所有波長(zhǎng)鏈路的集合，建立對(duì)應(yīng)的虛擬鏈路；步驟8 :根據(jù)虛擬鏈路剩余資源情況動(dòng)態(tài)調(diào)整虛擬鏈路的權(quán)重，避免業(yè)務(wù)過度集中而造成鏈路阻塞；步驟9 :完成路由之后發(fā)送當(dāng)前業(yè)務(wù)請(qǐng)求的完成報(bào)告，搜索虛擬鏈路信息表，如果當(dāng)前業(yè)務(wù)所建立的虛擬鏈路正被其他業(yè)務(wù)所占用，則等待該業(yè)務(wù)發(fā)送完成報(bào)告后，再次進(jìn)行搜索檢測(cè)；如果無業(yè)務(wù)占用，則發(fā)送釋放連接請(qǐng)求；步驟10 :釋放連接請(qǐng)求所占用的帶寬資源，跳轉(zhuǎn)至步驟2。所述的IP over WDM網(wǎng)絡(luò)的輔助圖模型為Ga = (N, E，D，Nw, Nbmax, Ν_χ)，其中，N={Ν1;Ν2，...，Ν|ν|}是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的集合，N為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)；E是邊的集合，|Ε|為波長(zhǎng)鏈路數(shù)；D是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離；NW為最大波長(zhǎng)平面數(shù)；Nbmax是每個(gè)波長(zhǎng)信道的最大帶寬容量；Ntrmax為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可用的最大光收發(fā)器數(shù)。步驟3中，所述的輔助圖鏈路邊權(quán)值的計(jì)算公式如下
權(quán)利要求
1.一種基于多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的IP over WDM網(wǎng)絡(luò)能量感知路由方法，其特征在于，該方法用于在保證業(yè)務(wù)QoS要求的前提下確定能耗最低的路徑，包括以下步驟 步驟I :根據(jù)IP over WDM網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔?，初始化輔助圖； 步驟2:IP over WDM網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等待業(yè)務(wù)請(qǐng)求，該業(yè)務(wù)請(qǐng)求包含源節(jié)點(diǎn)信息、目的節(jié)點(diǎn)信息以及需占用帶寬信息，在接收到業(yè)務(wù)請(qǐng)求后，判斷該業(yè)務(wù)請(qǐng)求的類型，如果是建立連接請(qǐng)求，則跳轉(zhuǎn)至步驟3 ;如果是釋放連接請(qǐng)求，則跳轉(zhuǎn)至步驟9 ; 步驟3 :刪除輔助圖中波長(zhǎng)可用帶寬小于業(yè)務(wù)請(qǐng)求需占用帶寬的鏈路，并根據(jù)輔助圖中的鏈路類型設(shè)置鏈路邊權(quán)值； 步驟4 :判斷業(yè)務(wù)連接請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，根據(jù)不同的QoS要求選擇路由方式，如果是低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)，跳轉(zhuǎn)至步驟5 ;如果是高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)，跳轉(zhuǎn)至步驟6 ; 步驟5 :采用低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的路由方式獲取路徑，具體過程為在輔助圖上，通過Dijkstra算法尋找最短路徑，如果存在最短路徑，則取波長(zhǎng)所在的路徑，并跳轉(zhuǎn)至步驟7 ；如果最短路徑不存在，則阻塞該業(yè)務(wù)連接請(qǐng)求，并跳轉(zhuǎn)至步驟2 ； 步驟6 ;采用低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的路由方式獲取路徑，具體過程為在輔助圖上，通過Dijstra算法記錄所有波長(zhǎng)平面中最短路徑的跳數(shù)和經(jīng)過光路數(shù)，建立最優(yōu)路徑預(yù)測(cè)函數(shù)，如果路徑預(yù)測(cè)函數(shù)存在且有最小值，則跳轉(zhuǎn)至步驟7 ;如果路徑預(yù)測(cè)函數(shù)不存在，則進(jìn)行流量分割后在建立路徑預(yù)測(cè)函數(shù)，如果在流量分割的限制條件下路徑預(yù)測(cè)函數(shù)存在最小值，則跳轉(zhuǎn)至步驟7，否則阻塞當(dāng)前業(yè)務(wù)連接請(qǐng)求，跳轉(zhuǎn)至步驟2 ； 步驟7 :根據(jù)獲取的最短路徑進(jìn)行路由和波長(zhǎng)分配，刪除路由路徑經(jīng)過的所有波長(zhǎng)鏈路的集合，建立對(duì)應(yīng)的虛擬鏈路； 步驟8 :根據(jù)虛擬鏈路剩余資源情況動(dòng)態(tài)調(diào)整虛擬鏈路的權(quán)重，避免業(yè)務(wù)過度集中而造成鏈路阻塞； 步驟9:完成路由之后發(fā)送當(dāng)前業(yè)務(wù)請(qǐng)求的完成報(bào)告，搜索虛擬鏈路信息表，如果當(dāng)前業(yè)務(wù)所建立的虛擬鏈路正被其他業(yè)務(wù)所占用，則等待該業(yè)務(wù)發(fā)送完成報(bào)告后，再次進(jìn)行搜索檢測(cè)；如果無業(yè)務(wù)占用，則發(fā)送釋放連接請(qǐng)求； 步驟10 :釋放連接請(qǐng)求所占用的帶寬資源，跳轉(zhuǎn)至步驟2。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的IPover WDM網(wǎng)絡(luò)能量感知路由方法，其特征在于，所述的IP over WDM網(wǎng)絡(luò)的輔助圖模型為Ga = (N, E，D，Nw, Nbmax, Ntrmax)，其中，N= {N1； N2, , N|N|}是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的集合，|N|為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)；E是邊的集合，E為波長(zhǎng)鏈路數(shù)；D是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離；NW為最大波長(zhǎng)平面數(shù)；Nbmax是每個(gè)波長(zhǎng)信道的最大帶寬容量；Ntmax為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可用的最大光收發(fā)器數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的IPover WDM網(wǎng)絡(luò)能量感知路由方法，其特征在于，步驟3中，所述的輔助圖鏈路邊權(quán)值的計(jì)算公式如下
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的IPover WDM網(wǎng)絡(luò)能量感知路由方法，其特征在于，步驟6中所述的最優(yōu)路徑預(yù)測(cè)函數(shù)為
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的IPover WDM網(wǎng)絡(luò)能量感知路由方法，其特征在于，步驟8中所述的虛擬鏈路的權(quán)重調(diào)整值重置方法如下，分為以下幾種情況i.如果 Ntr < Ttr,
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的IPover WDM網(wǎng)絡(luò)能量感知路由方法，其特征在于步驟9中所述的虛擬鏈路信息表記錄有新建虛擬鏈路的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)，以及其映射到物理拓?fù)渖纤鶎?duì)應(yīng)的所有波長(zhǎng)鏈路，如果連接釋放后，虛擬鏈路還原成波長(zhǎng)鏈路，則刪除虛擬鏈路信息表中的相關(guān)虛擬鏈路信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的IP over WDM網(wǎng)絡(luò)能量感知路由方法，用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)不同QoS約束條件下光網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能問題，該方法將業(yè)務(wù)劃分為不同等級(jí)，針對(duì)低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)，結(jié)合光旁路和業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)技術(shù)，以能耗作為鏈路權(quán)重，對(duì)Dijkstra算法進(jìn)行改進(jìn)實(shí)現(xiàn)節(jié)能；針對(duì)高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)，以最優(yōu)路徑預(yù)測(cè)函數(shù)作為選路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行路由，在降低網(wǎng)絡(luò)能耗的同時(shí)整合流量分割機(jī)制和鏈路權(quán)重動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，保證業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延、丟包率和阻塞率的要求。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以根據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)別設(shè)計(jì)不同的路由方法，在保證一定服務(wù)質(zhì)量的前提下提高了網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能效率，較全面地解決了IP over WDM網(wǎng)絡(luò)中多優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的節(jié)能問題。
文檔編號(hào)H04L12/725GK102970225SQ20121045441
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者郭愛煌, 薛琳, 馮圣毅 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)