專利名稱：一種綠色節(jié)能的網(wǎng)絡(luò)專有保護方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及光波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)能與故障保護方法。
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆炸式增長以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的帶寬高消費，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)的能耗、運營成本和溫室氣體的排放迅速增加。波分復(fù)用(WDM)技術(shù)以其傳輸容量大、應(yīng)用適應(yīng)性強和易于擴展等優(yōu)點被認為是高速廣域骨干網(wǎng)的主流選擇。WDM技術(shù)能將多個波長復(fù)用在一根光纖上，從而使鏈路能夠承載巨大的信息量。與此同時，網(wǎng)絡(luò)帶寬和交換設(shè)備的增加帶來了兩個問題:一是能耗的增大。據(jù)統(tǒng)計，如今通信網(wǎng)絡(luò)消耗全球8%的電力能源，到2020年將會達到14%。能耗的增加對環(huán)境產(chǎn)生了重要影響，信息通信技術(shù)的設(shè)備制造、使用和處理造成了二氧化碳的排放量占到了全球的2%，對全球的溫室效應(yīng)有直接的效果。二是故障造成的損失嚴重。單光纖承載海量數(shù)據(jù)傳輸，任何鏈路或者節(jié)點的失效將導(dǎo)致不可估量損失。為此，對考慮綠色節(jié)能的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)保護研究，能有效地降低網(wǎng)絡(luò)能耗和提高網(wǎng)絡(luò)可靠性。近年來，WDM網(wǎng)絡(luò)中考慮綠色節(jié)能的保護技術(shù)作為新興熱點得到廣泛研究。A.Muhammad, P.Monti, 1.Cerutti 等人在 “Energy-efficientWDMnetwork planningwithdedicatedprotectionresourcesinsleepmode，，Global TelecommunicationsConference(GL0BEC0M2010), IEEE, 2010:1_5文章中提出了一種整數(shù)線性規(guī)劃模型，將預(yù)留的保護資源設(shè)為睡眠模式，一旦相應(yīng)的鏈路發(fā)生故障，則迅速從睡眠狀態(tài)中被喚醒，可以明顯減少網(wǎng)絡(luò)能耗。但此算法計算復(fù)雜度高，只能用于小型網(wǎng)絡(luò)，不適合用于大型網(wǎng)絡(luò)。Amornrat Jirattigalachote, CicekCavdar, PaoloMonti, LenaWosinska在“Dynamic provisioningstrategiesforenergyeff icientffDMnetworkswithdedicatedpath protect ion，，Optical SwitchingandNetworking, 2011, 8 (3): 201-213文章中提出了一種節(jié)能的1:1保護路由與波長分配算法，它克服了以上缺陷，通過最小化網(wǎng)絡(luò)中的承載了工作光路的光纖數(shù)來減少光中繼設(shè)備產(chǎn)生的能耗，從而降低整個網(wǎng)絡(luò)的能耗。對于每個請求的到達，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，在幾個可選值中，算法為每條鏈路選擇出一個合適的值分配給相應(yīng)鏈路，作為鏈路權(quán)值，并在備選的路徑集中選出最小代價路徑作為能效工作路徑或保護路徑。但隨著網(wǎng)絡(luò)的擴大或網(wǎng)絡(luò)故障的發(fā)生，使其初始化階段變得復(fù)雜而耗時，缺乏靈活性，它并不是完全的動態(tài)算法。上述文獻中所提出的綠色節(jié)能保護算法均只適用于小型網(wǎng)絡(luò)，缺乏靈活性和實用性，可移植性較低，不適用于大型高速WDM網(wǎng)絡(luò)，且消耗的網(wǎng)絡(luò)耗能較多，業(yè)務(wù)量一旦增大導(dǎo)致阻塞率明顯較高?？梢?，這些算法存在一定程度的局限性。然而，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中所承載的業(yè)務(wù)呈爆炸式增長以及網(wǎng)絡(luò)范圍不斷擴大，對網(wǎng)絡(luò)帶寬、服務(wù)質(zhì)量和能耗的要求隨之上升。對于大范圍和高速率的WDM網(wǎng)絡(luò)，進一步減少能耗、降低阻塞率和實現(xiàn)故障完全保護的動態(tài)算法是提高綠色節(jié)能網(wǎng)絡(luò)的可靠性所面臨的主要問題，上述現(xiàn)有技術(shù)中的節(jié)能與生存性機制無法兼顧這些問題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題:針對全光網(wǎng)絡(luò)中耗能較多、阻塞率較高和一旦發(fā)生故障將損失嚴重的性能缺陷，以及現(xiàn)有的綠色節(jié)能和保護技術(shù)不適用完全動態(tài)的大型和高速率WDM網(wǎng)絡(luò)，提出了一種綠色節(jié)能的網(wǎng)絡(luò)專有保護方法。利用鏈路上單根光纖的波長使用情況來確定相應(yīng)的光纖成本因子，進一步確定鏈路成本因子，最后與相應(yīng)鏈路能耗進行結(jié)合得到鏈路能耗權(quán)值的方式，尋找最佳路由，最后進行波長分配，避免了使用過多的能耗以及形成過長路由。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案:首先進行工作路徑的路由選擇。由于網(wǎng)絡(luò)負載的實時性變化，每次請求到達進行工作路徑路由選路前，首先根據(jù)當(dāng)前光纖的使用及負載情況，實時計算網(wǎng)絡(luò)中所有光纖的成本因子，其次根據(jù)光纖成本因子確定相應(yīng)鏈路的成本因子，接著根據(jù)鏈路成本因子和相應(yīng)鏈路能耗確定鏈路的能耗權(quán)值，最后確定一條具有連續(xù)波長且路徑能耗權(quán)重最小的路徑作為某一請求的工作路徑。接著進行工作路徑的波長分配。由于鏈路是多光纖的，每條鏈路上的光纖包含激活、睡眠和關(guān)閉這3種狀態(tài)。因此，在那些選定的工作路徑上選取工作波長時，盡可能在激活的光纖上選取。在工作路徑上選取工作波長時，在可用波長集中選一波長，首先根據(jù)工作路徑路由選擇時所分配的光纖成本因子，確定各鏈路上波長集中的波長成本因子，其次根據(jù)波長成本因子和相應(yīng)的鏈路能耗確定各鏈路波長權(quán)重，最后找出最小路徑波長權(quán)重的波長作為此工作路徑的工作波長。假如同一條鏈路上被選擇出來的可用波長存在于多根光纖上，則選擇此時光纖成本因子最小的光纖。再進行保護路徑 的路由選擇。在網(wǎng)絡(luò)拓撲中刪除工作路徑后，首先根據(jù)當(dāng)前光纖的使用及負載情況，實時計算網(wǎng)絡(luò)中所有光纖的成本因子，其次根據(jù)光纖成本因子確定相應(yīng)鏈路的成本因子，接著根據(jù)鏈路成本因子和相應(yīng)鏈路能耗確定鏈路的能耗權(quán)值，最后確定一條具有連續(xù)波長且路徑能耗權(quán)重最小的路徑作為某一請求的保護路徑。最后進行保護路徑的波長分配。在保護路徑上選取保護波長時，在可用波長集中選一波長，根據(jù)保護路徑路由選擇時所分配的光纖成本因子，計算出各鏈路上波長集中的波長成本因子，進而與相應(yīng)的鏈路能耗結(jié)合得到各鏈路波長權(quán)重，最后找出最小路徑波長權(quán)重的波長作為此保護路徑的保護波長。假如同一條鏈路上被選擇出來的可用波長存在于多根光纖上，則選擇此時光纖成本因子最小的光纖。本發(fā)明的有益效果是:對所有請求實行1:1專有保護，將工作路徑盡可能匯聚于活躍光纖上，保護路徑盡可能匯聚于睡眠光纖上，一旦出現(xiàn)鏈路或節(jié)點故障，能最小化地激活睡眠光纖，且計算出的路徑能耗權(quán)值起到了限制路由路徑過長的目的，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，減少了網(wǎng)絡(luò)能耗，降低了網(wǎng)絡(luò)阻塞率和由于鏈路或節(jié)點失效帶來的信息丟失。


圖1網(wǎng)絡(luò)能耗模型圖；圖2本發(fā)明波長分配方法流程圖；圖3工作路徑路由與波長分配算法流程圖；圖4保護路徑路由與波長分配算法流程圖。
具體實施方式
利用鏈路上單根光纖的波長使用情況來實時動態(tài)地確定相應(yīng)的光纖成本因子，進一步確定鏈路成本因子，最后與相應(yīng)鏈路能耗相乘得到鏈路能耗權(quán)值的方式，尋找最佳工作路徑和相應(yīng)保護路徑，最后根據(jù)波長權(quán)重，在已被確定路由的路徑上的每條多光纖鏈路上，選擇出路由光纖并進行波長分配?？紤]網(wǎng)絡(luò)鏈路為多光纖鏈路，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點均無波長變換能力，則每條鏈路包含K根光纖，每根光纖包含W個雙向波長信道。設(shè)每個請求連接需消耗一個帶寬波長。將網(wǎng)絡(luò)中的光器件設(shè)定成三種不同的操作模式:off、sleep和active。當(dāng)器件的所有功能都處于工作狀態(tài)時，表不該器件處于active模式,如果只有很少的一部分功能處于工作狀態(tài)時，表不該器件處于sleep模式,如果沒有,表不該器件處于off模式。sleep模式與off模式的最大區(qū)別就在于前者在接受到一個觸發(fā)事件后可以迅速的轉(zhuǎn)成active模式。為了減少網(wǎng)絡(luò)能耗，可將保護工作通路的冗余資源設(shè)定為sleep模式，當(dāng)故障發(fā)生時，發(fā)出觸發(fā)信息，冗余資源會從sleep模式迅速的轉(zhuǎn)化為active模式,提供保護通路。減小網(wǎng)絡(luò)能耗，這實質(zhì)上是在業(yè)務(wù)量一定時，盡可能最小化網(wǎng)絡(luò)中的活躍網(wǎng)元數(shù)，或者說是盡可能使更多的網(wǎng)元進入睡眠或關(guān)閉狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)能耗模型如圖1所示，它由一系列電控制系統(tǒng)(ECS)、基于光交換矩陣的三維微電機系統(tǒng)(MEMS)、轉(zhuǎn)發(fā)器(Tran/Re)和光放大器(ILA)組成。則:根據(jù)公式(I)計算任意一條鏈路1(1:1 — j)上第k根光纖的能耗:
權(quán)利要求
1.一種綠色節(jié)能的網(wǎng)絡(luò)專有保護方法，其特征在于，利用鏈路上單根光纖的波長使用情況實時確定網(wǎng)絡(luò)中所有光纖的成本因子，根據(jù)光纖成本因子確定鏈路成本因子，根據(jù)鏈路成本因子和相應(yīng)鏈路能耗確定鏈路的能耗權(quán)值，尋找最佳工作路徑和相應(yīng)保護路徑，根據(jù)波長權(quán)重，在已被確定路由的路徑上的每條多光纖鏈路上，選擇出路由光纖并進行波長分配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，尋找最佳工作路徑具體為:確定一條具有連續(xù)波長且路徑能耗權(quán)重最小的路徑作為某一請求的最佳工作路徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)工作路徑路由選擇時所分配的光纖成本因子，確定各鏈路上波長集中的波長成本因子，根據(jù)波長成本因子和相應(yīng)的鏈路能耗確定各鏈路波長權(quán)重，找出最小路徑波長權(quán)重的波長作為此工作路徑的工作波長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在網(wǎng)絡(luò)拓撲中刪除工作路徑后，根據(jù)當(dāng)前光纖的使用及負載情況，計算網(wǎng)絡(luò)中所有光纖的成本因子，根據(jù)光纖成本因子確定相應(yīng)鏈路的成本因子，根據(jù)鏈路成本因子和相應(yīng)鏈路能耗確定鏈路的能耗權(quán)值，尋找一條具有連續(xù)波長且路徑能耗權(quán)重最小的路徑作為某一請求的保護路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，保護路徑的波長分配具體包括:在可用波長集中選一波長，根據(jù)保護路徑路由選擇時所分配的光纖成本因子，計算各鏈路上波長集中的波長成本因子，根據(jù)波長成本因子及相應(yīng)的鏈路能耗確定各鏈路波長權(quán)重，尋找最小路徑波長權(quán)重的波長作為此保護路徑的保護波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，尋找最佳工作路徑具體包括，調(diào)用公式:
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于，根據(jù)公式:
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，當(dāng)請求Ti的工作路徑選定后，在網(wǎng)絡(luò)拓撲中刪除這條路徑；保護路徑優(yōu)先經(jīng)過保護波長數(shù)相對工作波長數(shù)多的光纖，其次經(jīng)過空閑光纖，最后才經(jīng)過 專用工作光纖。
全文摘要
本發(fā)明請求保護一種綠色節(jié)能的網(wǎng)絡(luò)專有保護方法，涉及通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。針對全光網(wǎng)絡(luò)中耗能較多、阻塞率較高和一旦發(fā)生故障將損失嚴重的性能缺陷，以及現(xiàn)有的綠色節(jié)能和保護技術(shù)不適用于完全動態(tài)的大型和高速率WDM網(wǎng)絡(luò)，提出了一種綠色節(jié)能的網(wǎng)絡(luò)專有保護方法。利用鏈路上單根光纖的波長使用情況來確定相應(yīng)的光纖成本因子，進一步確定鏈路成本因子，最后與相應(yīng)鏈路能耗進行結(jié)合得到鏈路能耗權(quán)值的方式，尋找最佳路由，最后進行波長分配，避免了使用過多的能耗以及形成過長路由，同時最大可能地對各工作路徑進行了保護。
文檔編號H04L12/701GK103236898SQ20131016109
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月2日
發(fā)明者吳大鵬, 張超, 熊余, 王汝言 申請人:重慶郵電大學(xué)