IP/MPLSoverWDM網絡保護恢復方法及其系統的製作方法

2024-01-22 06:37:15

專利名稱：IP/MPLS over WDM網絡保護恢復方法及其系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及IP/MPLS over WDM動態光網絡的技術領域，尤其涉及一種IP/MPLS over WDM網絡保護恢復方法，及其一種IP/MPLS over WDM網絡保護恢復系統。
背景技術：
隨著IP業務的普及，高速路由器技術的快速發展，以及波分復用(WDM， Wavelength Division Multiplex)技術的大量採用，目前在骨幹通信承載網上(包括國家幹線、省級幹線以及城域幹線)，IP/MPLS路由器直接承載在WDM光網絡上的兩層架構已經非常成熟和普及。如圖 1 所示，IP(Internet Protocol)/MPLS(Multi-Protocol Label Switching) 網絡負責向終端用戶(end user)提供具有QoS(Quality of krvice，服務質量)的網絡業務，保證的豐富的數據業務和多媒體應用，支持流量工程TECretraffic engineering)、 SLA (Service-Level Agreement)、VPN (Virtual Private Network) > AAA (Authorization, Authentication, Accounting)等功能；而底層的智能光網絡則負責為其上的客戶，即IP/ MPLS網絡提供穩定的、可擴展的，並且功能強大的傳送網絡功能，這樣的承載網我們稱之為 IP/MPLS/WDM 網絡或 IP/MPLS over WDM 網絡。對通信網絡而言，業務的生存性(Survivability，即在網絡故障時對於業務通路的迅速保護和恢復)是一個至關重要的問題。在WDM光網絡中，網絡組件的故障(例如光纖中斷，Fiber-Cut)會導致所有經過該故障鏈路的光通道上的業務發生故障。因為目前的單纖已經可以支持Tb/s的高業務速率，所以光通道的故障會導致嚴重的大量業務中斷。因此對於那些希望布設大容量光傳送網的運營商以及電信廠商來說，網絡的生存性能是他們關注的一個重要方面。通信網絡的生存策略，可以分為保護策略(protection)，或者是恢復 (restoration)；可以是基於通道的(path-based)、也可以是基於鏈路的(link-based)；可以是基於環形的(ring-based)，也可以是基於網孔形的(mesh-based)；對於保護資源，可以是專用保護(dedicated protection)，也可以是共享保護(shared protection)。目前，在IP/MPLS over WDM網絡中，網絡的生存策略基本是分離進行的，即在IP/ MPLS路由器構成的數據網絡中，會使用IP/MPLS網絡的生存策略，例如快速重路由(FRR)， Ι+lLSI^s保護，1 lLSI^s保護等，來應對業務故障；而在WDM光網絡中，則會採用光傳送網的一些生存策略，例如1+1光通道保護(Lightpath)U 1光通道保護、光通道恢復來完成對業務的保護。但是，目前IP/MPLS over WDM網絡的生存方案中，數據網絡的生存策略和光網絡的生存策略分離，沒有兼顧到各層的生存策略的優點，多層之間的生存策略是沒有協調的， 這樣做不僅會導致資源的浪費，而且還會導致告警風暴而造成混亂
發明內容
本發明要解決的技術問題在於提供一種能夠協調IP/MPLS over WDM網絡中的數據網絡和光網絡，提高網絡生存性的IP/MPLS over WDM網絡保護恢復方法。一種IP/MPLS over WDM網絡保護恢復方法，包括檢測故障鏈路中的故障光通道的屬性；如果所述故障光通道是工作光通道，則進一步檢測所述工作光通道是否有對應的保護光通道；若所述工作光通道有對應的保護光通道，則將所述工作光通道上的LSI^s業務轉移到相應的保護光通道上，並釋放所述工作光通道的資源；若所述工作光通道沒有對應的保護光通道，則在IP/MPLS層對所述工作光通道上的所有LSI^s業務進行重路由；如果所述故障光通道是保護光通道，則釋放所述保護光通道的資源。本發明要解決的技術問題還在於提供一種能夠協調IP/MPLS over WDM網絡中的數據網絡和光網絡，提高網絡生存性的IP/MPLS over WDM網絡保護恢復系統。一種IP/MPLS over WDM網絡保護恢復系統，包括通道檢測模塊、保護屬性檢測模塊、業務轉移模塊、重路由模塊和資源釋放模塊。所述通道檢測模塊用於檢測故障鏈路中的故障光通道的屬性；所述保護屬性檢測模塊用於在所述故障光通道為工作光通道時，檢測所述工作光通道是否有對應的保護光通道；所述業務轉移模塊用於在所述保護屬性檢測模塊檢測所述工作光通道有對應的保護光通道時，將所述工作光通道上的LSI^s的業務轉移到相應的保護光通道上；所述重路由模塊用於在所述保護屬性檢測模塊檢測所述工作光通道沒有對應的保護光通道時，在IP/MPLS層對所述工作光通道上的所有LSI^s的業務進行重路由；所述資源釋放模塊用於釋放所述故障光通道的資源。與現有技術相比較，本發明的IP/MPLS over WDM網絡保護恢復方法及其系統中， 首先識別故障光通道是工作光通道還是保護光通道，如果是工作光通道，則判斷其是否具有對應的保護光通道，如果具有，則將所述工作光通道上的LSI^s業務轉移到相應的保護光通道上運行，使故障光通道的LSI^s業務不會中斷；如果不具有保護光通道，則在IP/MPLS層對所述工作光通道上的所有LSI^s業務進行重路由，通過重路由對所述工作光通道上的所有LSI^s業務重新指定新的光通道，使業務能夠在新的光通過繼續運行。如果所述故障光通道是保護光通道，則釋放所述保護光通道的資源，使故障能夠儘快恢復。在IP/MPLS over WDM這樣的多層網絡中，每一層在生存性上都有其優勢和不足， 如WDM光層的大粒度、快速，以及對上層通用的業務恢復特性，但卻無法根據高層業務的特性進行保護和恢復；IP/MPLS路由器層的保護/恢復具有帶寬有效性和保護的靈活性，但卻具有速度慢的弊端，以及無法探知到物理層的故障。通過本發明的IP/MPLS over WDM網絡保護恢復方法及其系統，能夠結合數據網絡層和光網絡層的生存性特點，綜合考慮IP/MPLS層和WDM光層的拓撲和資源利用信息的基礎上，聯合多層的生存性，能夠提高IP/MPLS overWDM網絡的聯合動態生存性。通過仿真結果證明了本發明的方法及系統具有較優的資源利用率及生存效率，包括保護效率和恢復效率。


圖1是現有技術的IP/MPLS over WDM網絡結構示意圖；圖2是本發明IP/MPLS over WDM網絡保護恢復方法的流程示意圖；圖3是本發明的IP/MPLS over WDM網絡保護恢復系統的結構示意圖。
圖4是本發明IP/MPLS over WDM網絡保護恢復系統一種優選實施方式的結構示意圖；圖5是IP/MPLS over WDM網絡的故障時間示意圖；圖6是實施例中的物理拓撲模型的示意圖；圖7是在Mesh-Torus和NSFNet拓撲下，本發明和其它網絡生存策略的隨網絡負載變化的動態阻塞性能的對比示意圖；圖8是在Mesh-Torus和NSFNet拓撲下，本發明和其它網絡生存策略在不同網絡鏈路故障頻率下動態阻塞性能的對比示意圖；圖9是在Mesh-Torus和NSFNet拓撲下，本發明和其它網絡生存策略在不同網絡負載下的生存效率的對比示意圖；圖10是在Mesh-Torus和NSFNet拓撲下，本發明和其它網絡生存策略在不同的單鏈路故障頻率下的生存效率的對比示意圖。
具體實施例方式請參閱圖2，圖2是本發明IP/MPLS over WDM網絡保護恢復方法的流程示意圖。所述IP/MPLS over WDM網絡保護恢復方法，包括以下步驟S101，檢測故障鏈路中的故障光通道的屬性；如果所述故障光通道是工作光通道， 則執行步驟S102 ；如果所述故障光通道是保護光通道，則執行步驟S105。當光網絡層發生故障時，首先利用光層的保護光通道實施業務恢復，所以，在本步驟中，首先判斷發生故障的光通道屬性是工作光通道還是保護光通道，如果是工作光通道， 即可判斷其是否具有對應的保護光通道，如果有則可以利用對應的保護光通道實施業務恢
Μ. οS102，檢測所述工作光通道是否有對應的保護光通道；如果所述工作光通道有對應的保護光通道，則執行步驟S103 ；否則執行步驟S104。S103，將所述工作光通道上的LSI^s業務轉移到相應的保護光通道上，並釋放所述工作光通道的資源；S104，在IP/MPLS層對所述工作光通道上的所有LSI3s業務進行重路由；S105，釋放所述保護光通道的資源。通過本發明的IP/MPLS over WDM網絡保護恢復方法及其系統，能夠結合IP/MPLS 數據網絡層和WDM光網絡層的生存性特點，綜合考慮IP/MPLS層和WDM光層的拓撲和資源利用信息的基礎上，聯合多層的生存性，能夠提高IP/MPLS over WDM網絡的聯合動態生存性。具體來說，可以提高IP/MPLS over WDM網絡的資源利用效率和生存效率。在本實施方式中，執行步驟SlOl之前，對於到來的LSI^s請求，利用相應的動態聯合路由算法，在光層建立光通道。並且，同時利用RWA(Routingand Wavelength Assignment, WDM網絡中的路由和波長分配算法)，對於已在光層成功建立的各個新的光通道建立保護光通道；若所述通道建立模塊建立保護光通道成功，則所述保護屬性設置模塊將所述工作光通道的安全狀態標記為已保護(「!Protected」)，表明該工作光通道中的所有 LSPs業務都是受到保護的；若所述通道建立模塊建立保護光通道失敗，則所述保護屬性設置模塊將所述工作光通道的安全狀態標記為未保護(「Unprotected」)。這是IP/MPLSoverWDM網絡下的WDM光層共享通道保護策略。則在步驟S102中可以通過檢測所述工作光通道的安全狀態來判斷其是否具有對應的保護通道如果所述工作光通道的安全狀態為已保護，則判斷所述工作光通道有對應的保護光通道；如果所述工作光通道的安全狀態為未保護，則判斷所述工作光通道沒有對應的保護光通道。通過所述安全狀態標記可以快速地獲得所述工作光通道的是否有對應的保護光通道，從而能夠第一時間利用所述保護光通道承載所述工作光通道上運行的業務，減低故障對業務運行的影響。進一步地，在步驟SlOl中檢測到所述故障光通道為保護光通道時，可進一步執行以下步驟將所述保護光通道對應的工作光通道的安全狀態標記為未保護。如果故障的光通道是保護光通道，則所述保護光通道對相應的工作光通道不再起到保護的作用，因此，將相應的工作光通道的安全狀態標記為未保護，以便在所述工作通道發生故障時能夠根據所述安全狀態標記來判斷。作為一種優選實施方式，在步驟S104，在IP/MPLS層對所述工作光通道上的所有 LSPs業務進行重路由具體可通過以下步驟實現將所述工作光通道上的LSI^s的故障消息以信令方式發送至各個所述LSI^s的起始節點，即利用信令機制將故障LSI^s的故障消息通知到故障LSP的起始節點；在IP/MPLS層對接收到故障消息的所述LSI3s進行重路由。通過信令機制，將光網絡層的故障消息，傳送至數據網絡層，並在IP/MPLS層對發生故障的LSI^s進行重路由處理。實現光網絡層和數據網絡層之間的訊息通信和協調，通過數據網絡層的處理使得光網絡層的故障對業務的影響得到處理和恢復，增強了 IP/MPLS over WDM網絡的生存性。作為一種優選實施方式，在IP/MPLS層對所述故障工作光通道上的所有LSI^s業務進行重路由之後，進一步執行以下步驟若對所述LSI^s進行重路由成功，則建立恢復LSI^s，將所述故障工作光通道上的 LSPs的業務轉移到所述恢復LSI^s上；若對所述LSI^s進行重路由失敗，則中斷所述LSI^s的業務，等待IP/MPLS層的業務恢復完成後，釋放所述故障工作光通道的資源。通過建立新的恢復LSI^s，可以有效承載故障光通道的LSI^s的業務數據，在重路由失敗的情況下中斷故障光通道的LSI^s的業務數據，並在IP/MPLS層的業務恢復完成後，釋放所述故障工作光通道的資源給物理拓撲，使得資源能夠得到有效利用。對於上述步驟S105，在釋放所述保護光通道的資源之前，還包括步驟判斷所述保護光通道是否有LSI^s的業務正在運行；如果有LSI^s的業務正在運行，則中斷在所述故障保護光通道上的LSI^s的業務，再釋放所述保護光通道的資源給物理拓撲，使故障光通道上的LSI^s的業務不會繼續誤傳。然後再回到光層的保護。與現有技術相比較，本發明的IP/MPLS over WDM網絡保護恢復方法，首先識別故障光通道是工作光通道還是保護光通道，如果是工作光通道，則判斷其是否具有對應的保護光通道，如果具有，則將所述工作光通道上的LSI^s業務轉移到相應的保護光通道上運行，使故障光通道的LSI^s業務不會中斷；如果不具有保護光通道，則在IP/MPLS層對所述工作光通道上的所有LSI^s業務進行重路由，通過重路由對所述工作光通道上的所有LSI^s業務重新指定新的光通道，使業務能夠在新的光通過繼續運行。如果所述故障光通道是保護光通道，釋放所述保護光通道的資源，使故障能夠儘快恢復。由於光層的保護具有快速、帶寬有效、大粒度、操作簡單等優點，而IP/MPLS層的恢復同時又具有業務恢復的靈活性、高的恢復有效性、小粒度等優點，所以本發明的IP/ MPLS over WDM網絡保護恢復方法結合光層的保護和IP/MPLS層的恢復，使用了一種聯合光層的保護和 IP/MPLS層的恢復的 IPRA(Integrated Protection Restoration Algorithm)。 這種方法結合了光層共享通道保護OSPP(Optical Shared Path Protection)的高資源利用率，快速的業務恢復時間，以及IP/MPLS層的LSI3S動態恢復IBURantegrated Bottom UpRestoration)禾口 ITDR(Integrated Top Down Restoration)的Μ 舌個生。胃女子的罾iH 有效性和生存性能，這是由於它結合光層共享通道保護的快速、大粒度和資源有效性，以及在IP/MPLS層小粒度動態恢復的靈活性和較高的恢復效率。請參閱圖3，圖3是本發明的IP/MPLS over WDM網絡保護恢復系統的結構示意圖。IP/MPLS over WDM網絡保護恢復系統，包括通道檢測模塊11，用於檢測故障鏈路中的故障光通道的屬性；保護屬性檢測模塊12，用於在所述故障光通道為工作光通道時，檢測所述工作光通道是否有對應的保護光通道；業務轉移模塊13，用於在所述保護屬性檢測模塊檢測所述工作光通道有對應的保護光通道時，將所述工作光通道上的LSI^s的業務轉移到相應的保護光通道上；重路由模塊14，用於在所述保護屬性檢測模塊檢測所述工作光通道沒有對應的保護光通道時，在IP/MPLS層對所述工作光通道上的所有LSI^s的業務進行重路由；資源釋放模塊15，用於釋放所述故障光通道的資源。與現有技術相比較，本發明的IP/MPLS over WDM網絡保護恢復系統，所述通道檢測模塊11首先識別故障光通道是工作光通道還是保護光通道，如果是工作光通道，則所述保護屬性檢測模塊12判斷其是否具有對應的保護光通道，如果具有，則由所述業務轉移模塊13將所述工作光通道上的LSI^s業務轉移到相應的保護光通道上運行，使故障光通道的 LSI^s業務不會中斷；如果不具有保護光通道，則由所述重路由模塊14在IP/MPLS層對所述工作光通道上的所有LSI^s業務進行重路由，通過重路由對所述工作光通道上的所有LSI^s 業務重新指定新的光通道，使業務能夠在新的光通過繼續運行。如果資源釋放模塊15在所述故障光通道為保護光通道時，釋放所述保護光通道的資源；在所述業務轉移模塊將工作光通道上的LSI^s的業務轉移到相應的保護光通道上後，或者在所述工作光通道上的LSI^s 重路由後，釋放所述工作光通道的資源，使故障能夠儘快恢復。請參閱圖4，圖4是本發明的IP/MPLS over WDM網絡保護恢復系統一種優選實施方式的結構示意圖。在本實施方式中，所述IP/MPLS over WDM網絡保護恢復系統進一步包括通道建立模塊16和保護屬性設置模塊17。
所述通道建立模塊16用於建立工作光通道，並對各個所述工作光通道建立保護光通道；所述保護屬性設置模塊17在所述通道建立模塊16建立保護光通道成功時，將所述工作光通道的安全狀態標記為已保護；在所述通道建立模塊16建立保護光通道失敗時， 將所述工作光通道的安全狀態標記為未保護。則，所述保護屬性檢測模塊12檢測所述工作光通道的安全狀態為已保護時，判斷所述工作光通道有對應的保護光通道；在所述工作光通道的安全狀態為未保護時，判斷所述工作光通道沒有對應的保護光通道。通過所述安全狀態標記可以快速地獲得所述工作光通道的是否有對應的保護光通道，從而能夠第一時間利用所述保護光通道承載所述工作光通道上運行的業務，減低故障對業務運行的影響。進一步地，所述保護屬性設置模塊17在所述通道檢測模塊11檢測到所述故障光通道為保護光通道時，將所述保護光通道對應的工作光通道的安全狀態標記為未保護。如果故障的光通道是保護光通道，則所述保護光通道對相應的工作光通道不再起到保護的作用，因此，將相應的工作光通道的安全狀態標記為未保護，以便在所述工作通道發生故障時能夠根據所述安全狀態標記來判斷。在本實施方式中，所述重路由模塊14包括故障通知模塊141，將所述工作光通道上的LSI^s的故障消息以信令方式發送至各個所述LSI^s的起始節點；重路由執行模塊142，在IP/MPLS層對接收到故障消息的所述LSI5s進行重路由。通過信令機制，將光網絡層的故障消息，傳送至數據網絡層，並在IP/MPLS層對發生故障的LSI^s進行重路由處理。實現光網絡層和數據網絡層之間的訊息通信和協調，通過數據網絡層的處理使得光網絡層的故障對業務的影響得到處理和恢復，增強了 IP/MPLS over WDM網絡的生存性。進一地，本實施方式的所述IP/MPLS over WDM網絡保護恢復系統還包括=LSI3S建立模塊18和業務中斷模塊19 ；所述LSI^s建立模塊18在所述重路由模塊14對所述LSI^s進行重路由成功時，建立恢復LSI^s，所述業務轉移模塊13將所述工作光通道上的LSI^s的業務轉移到所述恢復LSI^s 上；所述業務中斷模塊19在所述重路由模塊14對所述LSI^s進行重路由失敗時，中斷所述LSI^s的業務；並且所述資源釋放模塊15在IP/MPLS層的業務恢復完成後，釋放所述工作光通道的資源。通過建立新的恢復LSI^s，可以有效承載故障光通道的LSI^s的業務數據，在重路由失敗的情況下中斷故障光通道的LSI^s的業務數據，並在IP/MPLS層的業務恢復完成後，釋放所述工作光通道的資源給物理拓撲，使得資源能夠得到有效利用。進一地，本實施方式的所述IP/MPLS over WDM網絡保護恢復系統還包括運行屬性檢測模塊20，所述運行屬性檢測模塊20用於判斷故障的保護光通道是否有LSI^s的業務正在運行，所述業務中斷模塊19在所述保護光通道有LSI^s的業務正在運行時，中斷在所述保護光通道上的LSI^s的業務。所述資源釋放模塊15釋放所述保護光通道的資源給物理拓撲。為了進一步說明本發明的技術優點，藉助仿真試驗，綜合比較了各種聯合保護和聯合恢復策略的性能，重點考察本發明的動態阻塞性能(表徵策略的資源利用率)和動態生存效率(包括業務保護/恢復效率，業務中斷率)，並且將本發明和其他各種動態聯合生存策略進行了對比。具體地，對WDM光網絡的各種不同的動態生存策略的資源利用率、保護/恢復效率、業務中斷率，在不同的網絡拓撲、網絡負載、故障發生頻率、故障修復時間下做了比較。首先，進行網絡建模用G(N，L，W)表示IP/MPLS over WDM網絡的物理拓撲，其中N代表節點集，L代表雙向鏈路集，W是每條光纖上的可用波長集。假定每條鏈路都由一對方向相反的單向光纖鏈路組成，每條光纖可支持的波長集都是{λ ，λ2，...，λ |w|}。考慮的光路也是雙向光路。節點數、鏈路數和波長數分別用|n|、|l|和|w|表示。這裡我們考慮對等的網絡模型， 每一個節點都是由IP/MPLS路由器和OXC(Optical Cross-Connect，光交叉連接，WDM網絡的節點)組成，並且假定所有的CKC都不具有波長變換功能。另外假定IP/MPLS路由器的處理能力不受限制，以及OXC中的光收發器的數目也不受限制。用Pv(N, Lv, Wv)表示IP/MPLS over WDM網絡的虛拓撲，即從IP/MPLS層看到的由IP/MPLS路由器節點以及已經建立起的WDM層光通道鏈路所構成的動態網絡，其中N代表節點集，Lv表示虛鏈路集，Wv表示虛波長集。其中Lv和Wv都是動態變化的，當任意兩個節點之間存在光通道時，它們之間就存在虛鏈路，每個虛鏈路中的虛波長的數目不是固定不變的，而是隨著網絡的狀態在動態變化的。LSP (Label Switched Path，標記交換路徑)是IP/MPLS網絡中面向連接的業務通道，其連接建立請求可以表示為(8丨，肚，1^)，其中&，肚￡隊分別表示該請求所對應的源、 宿節點路由器，bi表示連接請求LSP的帶寬。不失一般性，可以用單波長的傳輸速率作為帶寬請求的基本單位。通常，LSP建立請求的帶寬要求都小於一個基本單位。以此為基礎建立動態單鏈路故障模型在光網絡模型中，假定所有的物理鏈路都是由兩個方向相反的單向光纖鏈路 (Unidirectional Link)組成，並且稱這樣的鏈路為雙向鏈路(BidirectionalLink)。每個單向光纖鏈路中包含一定數目的波長，並且稱這樣的波長為一個波長信道(Wavelength Channel)，或簡稱為信道(Channel)。一條光通道是由一個鏈路序列和其中的波長唯一標識的。既然我們在每個節點不考慮波長轉換，因此，一條光通道是由一個具有相同波長的信道序列構成的。通常，光網絡中的故障來自鏈路故障、節點故障(光收發器、光開光、前/後置光放大器故障、供電故障等)以及其它一些硬體故障，如線路光放大器等等。在這些故障中， 鏈路故障(Link-Failure)如Fiber-Cut是最常見的故障，並且單鏈路故障的發生概率遠大於多鏈路故障，也是在研究中最常採用的故障模型。在此，以單鏈路故障(Single-link failure)評價WDM光網絡的生存性。考慮一個更為實際的單鏈路故障模型。在這個模型中，有兩個獨立的參量平均鏈路故障間隔時間(MTBF，Mean Time Between Failures)Ti和平均鏈路故障修復時間(MTTR，Mean Time To R印air)!1!·。其中Ti表示接連發生的兩個單鏈路故障的間隔時間，其大小決定了網絡中鏈路故障發生的頻率，Ti越小說明網絡的單鏈路故障頻率越高；Tr則代表了修復單鏈路故障所用的平均時間。在模型中，這兩個參量是不相關的，即它們可以獨立變化。既然在建立的網絡模型中，所有的鏈路均是雙向鏈路，所以，一個單鏈路故障將會導致方向相反的兩個單向鏈路的故障。如圖5所示，在時刻ti(i = 1，2，3，···)隨機地發生了一個單鏈路故障，然後這個單鏈路故障狀態將保持一段時間直到時刻ti』 (i = 1,2,3,…)，則ti與ti+1之間的時間就是平均鏈路故障間隔時間Ti ；ti與ti』之間的時間，也就是陰影部分表示平均鏈路故障修復時間Tr。在Tr時間間隔內，該故障鏈路對於任何連接請求都是不可用的，直到時刻 ti』。為了保證每次都只有一個鏈路故障發生，再假定任何時候都有Tr < Ti。隨著仿真時間的向前推進，每隔一段時間Ti，一個單鏈路被隨機地選擇產生故障， 並且這種故障狀態將會持續一段時間Tr直到被修復至正常。在每一個時刻點ti，所有經過該故障鏈路的光通道上的業務將被中斷掉(Disrupted)。為說明本發明的IP/MPLS over WDM網絡保護恢復方法與現有技術相比較具有的優點，針對IP/MPLS over WDM多層網絡，定義以下動態仿真性能參數來評估該策略的網絡生存性能資源利用率、保護效率、恢復效率和業務中斷率，具體如下資源利用率ηu(Resource Utilization) nu 定義為 Ns 禾口 Nc 的比值，nu = Ns/Nc，為未被阻塞的連接呼叫請求在所有呼叫連接請求中所佔的比例。該參數表示一種保護/恢復策略所需要的網絡資源。在動態仿真中，通常用連接呼叫請求的阻塞率來表示各種策略的資源利用率。呼叫阻塞率(BlockingProbabilityWb被定義為被阻塞的連接呼叫請求所佔所有呼叫連接請求的比例，即1 = (Nc-Ns)/Ne，考慮到生存性策略中，一些為被阻塞掉的LSI^s的業務由於鏈路故障而被中斷掉，所以我們又定義了一個有效阻塞率 (Effective Blocking ftx)bability)Pe，用來表示那些被阻塞掉以及被中斷掉的LSI3s所佔所有連接請求LSI^s的比例，Pe = (Nc-Ns+Nd)/Nc0可以看出，由於有效阻塞率將中斷掉的連接也計入了連接呼叫的阻塞中，所以有效阻塞率大於阻塞率的值。阻塞率和資源利用率的關係是，網絡的阻塞率越高，說明網絡的資源利用率就越低。保護效率η ρ (Protection Efficiency) np = Np/Nw，該參數表示在網絡發生單鏈路故障時，藉助於相應的保護策略，所有的故障工作LSI^s上的業務被成功保護的比例。恢復效率nr (Restoration Efficiency) η r = Nr/Nw，該參數表示在網絡發生單鏈路故障時，藉助於相應的恢復策略，所有的故障工作LSI^s上的業務被成功保護的比例。生存效率ns(Survival Efficiency) ns = (Np+Nr)/Nw，該參數表示在網絡發生單鏈路故障時，藉助於相應的保護和恢復策略，所有的故障工作LSI^s上的業務被成功保護和恢復的比例。該參數用於上面所提出的既有保護又有恢復的聯合保護/恢復策略。業務中斷率nd(Service Disruption Ratio) η d = Nd/Ns，該參數的意義為，由於網絡的單鏈路故障，導致被中斷掉的LSI^s業務所佔總的成功建立起來的LSI^s的比例。中斷掉的LSI^s業務主要有兩部分構成其一是故障工作LSI^s，這些故障工作LSI^s在發生鏈路故障時沒有保護資源可用，即狀態為未保護(Unprotected)的故障工作LSPs，或者是那些狀態為已保護(ftOtected)的但是相應的共享保護LSP的狀態為運行(Running)的故障工作LSI^s。另外一部分是由保護LSI^s構成，當這些故障保護LSI^s處於運行(Running)狀態時，其上的業務也會被中斷掉。該參數的值越小，說明相應的生存策略越好。
為便於比較，我們採用了兩個物理拓撲:16-Node 32-Link的Mesh-Torus (圖 6(a))和16-Node 25-Link的NSFNet (圖6(b))。兩個拓撲具有相同的節點數，但卻具有不同的平均節點度。其中Mesh-Torus為一規則拓撲，所有節點的節點度均為4，而NSFNet 則為一實際運營的不規則拓撲，平均節點度為3. 125。通過比較不同的拓撲，來消除拓撲本身的差異對仿真結果的影響。在這兩個拓撲中，所有的物理光纖鏈路都是雙向鏈路 (Bi-directional)。並且假定所有的單向鏈路(Uni-directional)中的波長數為W = 8。在仿真模型中，我們採用動態業務量模式。業務請求平均地分布在所有節點對之間，即所有的節點對s-d都可能成為源節點和目的節點。連接請求到達網絡是按照Poisson 分布的，平均到達率為λ。已經建立的光通道的通道保持遵從負指數分布，通道的平均保持時間為l/μ。則網絡的負載我們可以用P = λ/μ來表示。在這裡我們設l/μ = 1，所以λ的大小就表示了網絡的負載。另外我們總的光通道的連接請求次數為1000000次，即仿真結果中的每一個數據點都是1000000個LSP連接請求的仿真結果。另外，在下面的仿真實驗中，我們採用的動態RWA策略是K-Shortest-Link-Disjoint-Path Algorithm 條鏈路分離的最小路徑路由算法)和First-Fit Algorithm(首次命中波長分配算法)。下面，給出針對IP/MPLS over WDM網絡建模仿真所需的其他參數符號Nc 單次動態仿真實驗中總的LSP連接呼叫請求數，這裡NC = 1000000。Ns 在整個動態仿真過程中，成功建立起來的LSP連接數目。Nd 在整個動態仿真過程中，總的業務中斷數目，即被中斷掉的工作LSP的數目。 對於工作LSPs，在單鏈路故障發生時，若沒有可用的保護資源，則該工作LSP上的業務將會被中斷。對於保護LSI^s，如果它們處在「Running」狀態，則在其上運行的保護業務也將被中斷。對於恢復策略，如果沒能為中斷掉的工作LSI^s找到可用的保護資源，那麼也將導致業務的中斷。Nw 在整個動態仿真過程中，由於單鏈路故障而導致的工作LSI^s發生故障的數目，即總的故障工作 LSPs 數目(Total Number of Failed WorkingLSPs)。Np :在整個動態仿真過程中，在單鏈路故障發生時，由於保護策略而成功恢復業務
LSPs g (Total Number of Failed Working LSPs thatare Successfully Protected)。Nr :在整個動態仿真過程中，在單鏈路故障發生時，由於恢復策略而成功恢復業務
LSPs g (Total Number of Failed Working LSPs thatare Successfully
Restored)。Pr 保護率，在保護策略中的一個參數。在建立工作LSI^s時，同時為其建立成功建立保護LSI^s的比例。1/μ 已經建立起來的LSI^s的平均通道保持時間，這裡我們假定LSI^s的通道保持特性是服從負指數分布的。在我們的仿真實驗中，我們設l/μ為固定值，l/μ =1個時間單位，不是一般性，我們假定這裡所有的時間單位均為「秒」，即l/μ = Is。λ 單位時間內LSI^s的連接請求的平均到達率，這裡我們假定LSI^s的達到特性是遵從Poisson分布的。通常λ/μ被用來表徵網絡的繁忙程度，也就是網絡的業務負載，既然l/μ = 1，所以在我們的仿真中，λ值的大小就直接代表網絡的負載。W:光網絡物理拓撲上，單纖鏈路中的波長數，這裡我們都假定所有的鏈路中的波長數都相等，W = 8。Ti 單鏈路故障的平均時間間隔，即MTBF。Tr 單鏈路故障的平均修復時間，即MTTR。以下與現有技術常用的IP/MPLS over WDM網絡保護方法為例，對比說明1)IP/MPLS over WDM 網絡中 WDM 光層的保護策略 0-SPP(0ptical_layerShared Path Protection)在該策略下，對於網絡業務的保護都是在光層完成。在IP/MPLS overWDM網絡體系結構下，我們所考慮的業務連接請求都是在IP/MPLS層的LSP，這些LSP都是小於或遠小於一個波長通道的容量。所以在網絡發生單鏈路故障時，需要對該故障鏈路中所有波長上所承載的所有LSP進行保護操作，只不過此時的保護恢復操作是以波長通道為單位的。即此時，我們在僅考慮光層的保護恢復時，不考慮上層的業務的具體屬性。但是我們在考察網絡的生存性性能的時候，則必須考慮倒網絡中所承載的業務特性。具體的說，在考慮網絡的呼叫連接請求數、中斷業務的數目、成功保護的業務數等參數，我們都是針對小粒度的LSP 連接請求而言的。2)聯合專用通道保護 IDPP(Integrated dedicated path protection)在這種策略中，所有的工作LSP (Working LSP)的保護LSP (ftOtectionLSP)都是專用的。在一個LSP連接請求到達時，首先利用聯合路由策略為其建立一條工作LSP，然後再利用聯合路由策略為其建立一條保護LSP。在建立工作LSP和保護LSP的時候，我們都是首先在光層建立起一條源節點到宿節點對之間的一條光通道，然後在此光通道上再建立起所需要的LSP，如果在光層建立新的光通道失敗，則在IP/MPLS路由器構成的虛拓撲上直接建立LSP。只有當在物理拓撲和虛拓撲上都無法建立工作LSP的時候，此LSP連接請求將被阻塞，而當成功建立起工作LSP，而無法建立起保護LSP的時候，那麼此工作LSP將會被標記上「 Unprotected」。3)聯合共享通道保護 ISPPantegrated Shared path protection)在這種策略中，不同的工作LSP(Working LSP)的保護LSP(ProtectionLSP)之間是可以共享保護資源的。在一個LSP連接請求到來時，首先利用動態聯合路由策略為其建立一條工作LSP，然後再利用聯合路由策略為該工作LSP建立一條保護LSP。建立工作LSP 的方法同聯合專用通道保護。在建立保護LSP的時候，為了最大限度地共享資源，我們首先在IP/MPLS路由器構成的虛拓撲上進行路由並建立保護LSP。在建立保護LSP的時候，我們的原則是，該保護 LSP不能佔用任何工作LSP的資源，但能夠共享已建立的保護LSP的資源。並且在共享保護資源的時候，由於LSP的容量都不是固定不變的，而是有差異的，所以存在一個保護帶寬的調整問題。此時我們必須在所要共享的保護LSP的帶寬和即將要建立的保護LSP的帶寬之間尋求一個最大值作為共享保護帶寬，若調整後的共享保護帶寬超過了虛波長中的剩餘容量，那麼保護LSP建立失敗，並且取消保護帶寬的調整。成功建立保護LSP後，檢查該保護 LSP在虛拓撲上的每一跳，對於只有一條保護LSP佔用的保護資源，設置其狀態為「Idle」。如果在虛拓撲上建立保護LSP失敗，那麼我們再轉入到光層建立起一條源節點到宿節點對之間的一條光通道，然後在此光通道上再建立起所需要的保護LSP。當在物理拓撲和虛拓撲上都無法建立工作LSP的時候，此LSP連接請求將被阻塞，而當成功建立起工作LSP，而無法建立起保護LSP的時候，那麼此工作LSP將會被標記上 "Unprotected，，。4)聯合自頂向下恢復策略 ITDR(Integrated Top-Down Restoration)在這種策略中，在探測到網絡的單鏈路故障後，首先通過信令機制通知所有故障 LSPs的源節點，然後在IP/MPLS層觸發LSP的動態恢復過程，若成功，通過相應信令機制去建立新的恢復通道，將故障LSI^s上的業務倒換到新的恢復通道上去。如果在IP/MPLS層上的故障LSP的動態恢復失敗，那麼此時再轉入光層，通過RWA，重新建立恢復光通道，若成功，建立新的恢復光通道，然後在此恢復通道上建立起新的LSP，將故障LSP上的業務倒換至新的恢復LSP上。ITDR策略吸收了在IP/MPLS層上的小粒度業務恢復的靈活性和高效性，並且可以在IP/MPLS層上實施一些基於優先級和QoS的恢復策略，因為高層可以識別業務的特性。該策略的缺點在於，由於在高層進行恢復，不可避免的會犧牲一些資源的有效性，另外在高層恢復會導致所需的操作較多，所需的恢復時間過大。5)聯合自底向上恢復策略 IBUR(Integrated Bottom—Up Restoration)這種策略中，在探測到網絡的單鏈路故障後，首先在光層通過信令機制將故障消息傳送到所有故障光通道的起始節點，然後觸發RWA對故障光通道進行重路由，若路由成功，則將故障光通道上的所有LSP業務倒換到新的保護光通道上去，並釋放掉故障光通道的資源。若在光層對故障光通道的重路由失敗，再通過信令機制將故障消息通知道故障LSP 的起始節點，然後在IP/MPLS層上進行故障LSP的重路由，若成功，則通過信令建立起新的恢復LSP，切換故障LSP的業務至新的保護LSP上去。若故障LSP的重路由失敗，則中斷掉該故障LSP上的業務。在對所有故障LSP處理完畢後，釋放掉故障鏈路上的所有故障光通道所佔用的資源。IBUR的優點是保證了光層恢復的高速度，大粒度恢復的帶寬有效性，以及所需操作相對較少，實施方便。然後在光層恢復失敗的情況下，再以小粒度的LSP為單位在IP/ MPLS層上進行恢復，這有可兼顧小粒度恢復的有效性和靈活性，從而提高了對業務的恢復效率，降低業務的中斷率。該策略的缺點是，由於優先在底層進行恢復，不能探知到高層的業務屬性，較難實現基於QoS的業務恢復。1.資源利用率的對比圖7給出了 Mesh-Torus和NSFNet拓撲下，IP/MPLS over WDM網絡中本發明和其它生存策略的隨網絡負載變化的動態阻塞性能。從圖中我們可以看出，本發明擁有和光層共享通道保護OSPP相近的動態阻塞性能，並且在網絡負載較重的時候，本發明和OSPP的較高的資源利用率的優勢是很明顯的，尤其是對於網絡可用資源相對較少的NSFNet物理拓撲(λ > 400Erlang)。這是由於本發明採用了首先在光層進行共享通道保護，在這一點上和OSPP是相同的。這樣做保證了本發明具有高的帶寬有效性和快速的保護倒換操作和較少的信令操作。另外聯合恢復策略IBUR和ITDR普遍具有比聯合保護策略IDPP和ISPP高的資源利用率，尤其是IBUR在網絡負載不是很重的時候(對於Mesh-Torus拓撲，λ < 700Erlang ； 對於NSFNet拓撲，λ 600Erlang時，對 Mesh-Torus拓撲，在λ > 210Erlang時，本發明擁有了高於IDPP的生存效率)。這使得本發明除了具有OSPP的高的資源利用率，和快速的保護倒換優點，還具有了高的生存效率， 同時擁有比OSPP高的多的保護效率，這主要是因為本發明同時還結合了 IBUR和ITDR在 IP/MPLS層的動態恢復所帶來的高的恢復效率。圖10給出了 Mesh-Torus和NSFNet拓撲下，IP/MPLS over WDM網絡中本發明禾口其它生存策略在不同的單鏈路故障頻率下的生存效率。從圖中我們發現，當網絡的鏈路故障頻率降低時，本發明的生存效率呈上升之勢，並且具有了和ITDR相近的恢復效率，尤其是對於Mesh-Torus物理拓撲。同時仿真結果也顯示了，恢復策略IBUR和ITDR在所有的網絡鏈路故障頻率下都擁有比保護策略高的多的生存效率。通過上述對比數據可知綜合比較各種聯合保護策略和聯合恢復策略，以及結合了光層共享通道保護和 IP/MPLS層的動態恢復的本發明的生存性能。在所有的保護和恢復策略中，在不同的網絡負載和故障頻率下，OSPP依然具有最佳的資源利用率，尤其是在網絡負載重、網絡平均節點度低的拓撲(如NSFNet)情形下。本發明擁有近似於OSPP的資源利用率，這是由於本發明結合了光層保護的特點。聯合恢復策略IBUR、ITDR具有比聯合保護策略IDPP、ISPP好的資源利用率。在生存效率方面，聯合恢復策略IBUR和ITDR的性能遠好於聯合保護策略IDPP 和ISPP。本發明的生存效率僅次於ITDR，尤其是在網絡負載重、鏈路故障不是很頻繁以及網絡平均節點度大的拓撲(如Mesh-Torus)的情形下。綜合看來，本發明都具有較好的資源有效性和生存性能，這是由於它結合光層共享通道保護的快速、大粒度和資源有效性，以及在IP/MPLS層小粒度動態恢復的靈活性和較高的恢復效率。以上所述的本發明實施方式，並不構成對本發明保護範圍的限定。任何在本發明的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的權利要求保護範圍之內。
權利要求
1.一種IP/MPLS over WDM網絡保護恢復方法，其特徵在於，包括以下步驟 檢測故障鏈路中的故障光通道的屬性；如果所述故障光通道是工作光通道，則進一步檢測所述工作光通道是否有對應的保護光通道；若所述工作光通道有對應的保護光通道，則將所述工作光通道上的LSI^s業務轉移到相應的保護光通道上，並釋放所述工作光通道的資源；若所述工作光通道沒有對應的保護光通道，則在IP/MPLS層對所述工作光通道上的所有LSI^s業務進行重路由； 如果所述故障光通道是保護光通道，則釋放所述保護光通道的資源。
2.如權利要求1所述的IP/MPLSover WDM網絡保護恢復方法，其特徵在於，在IP/MPLS 層對所述工作光通道上的所有LSI^s業務進行重路由的步驟包括將所述工作光通道上的LSI^s的故障消息以信令方式發送至各個所述LSI^s的起始節佔.在IP/MPLS層對接收到故障消息的所述LSI^s進行重路由。
3.如權利要求1或者2所述的IP/MPLSover WDM網絡保護恢復方法，其特徵在於，在 IP/MPLS層對所述工作光通道上的所有LSI^s業務進行重路由之後，進一步包括以下步驟若對所述LSI^s進行重路由成功，則建立恢復LSI^s，將所述工作光通道上的LSI^s的業務轉移到所述恢復LSI^s上；若對所述LSI^s進行重路由失敗，則中斷所述LSI^s的業務，等待IP/MPLS層的業務恢復完成後，釋放所述工作光通道的資源。
4.如權利要求1所述的IP/MPLSover WDM網絡保護恢復方法，其特徵在於，釋放所述保護光通道的資源之前，還包括步驟判斷所述保護光通道是否有LSI^s的業務正在運行；如果有LSI^s的業務正在運行，則中斷在所述保護光通道上的LSI^s的業務。
5.如權利要求1所述的IP/MPLSover WDM網絡保護恢復方法，其特徵在於，檢測故障鏈路中的故障光通道之前，進一步包括以下步驟對各個所述工作光通道建立保護光通道；若建立保護光通道成功，則將所述工作光通道的安全狀態標記為已保護； 若建立保護光通道失敗，則將所述工作光通道的安全狀態標記為未保護。
6.如權利要求5所述的IP/MPLSover WDM網絡保護恢復方法，其特徵在於，檢測所述工作光通道是否有對應的保護光通道的步驟包括檢測所述工作光通道的安全狀態；如果所述工作光通道的安全狀態為已保護，則判斷所述工作光通道有對應的保護光通道；如果所述工作光通道的安全狀態為未保護，則判斷所述工作光通道沒有對應的保護光通道。
7.如權利要求6所述的IP/MPLSover WDM網絡保護恢復方法，其特徵在於，如果判斷所述故障光通道為保護光通道，則進一步執行以下步驟將所述保護光通道對應的工作光通道的安全狀態標記為未保護。
8.一種IP/MPLS over WDM網絡保護恢復系統，其特徵在於，包括通道檢測模塊，用於檢測故障鏈路中的故障光通道的屬性；保護屬性檢測模塊，用於在所述故障光通道為工作光通道時，檢測所述工作光通道是否有對應的保護光通道；業務轉移模塊，用於在所述保護屬性檢測模塊檢測所述工作光通道有對應的保護光通道時，將所述工作光通道上的LSI^s的業務轉移到相應的保護光通道上；重路由模塊，用於在所述保護屬性檢測模塊檢測所述工作光通道沒有對應的保護光通道時，在IP/MPLS層對所述工作光通道上的所有LSI^s的業務進行重路由；資源釋放模塊，用於釋放所述故障光通道的資源。
9.如權利要求8所述的IP/MPLSover WDM網絡保護恢復系統，其特徵在於，所述重路由模塊包括故障通知模塊，將所述工作光通道上的LSI^s的故障消息以信令方式發送至各個所述 LSPs的起始節點；重路由執行模塊，在IP/MPLS層對接收到故障消息的所述LSI^s進行重路由。
10.如權利要求8或者9所述的IP/MPLSover WDM網絡保護恢復系統，其特徵在於，進一步包括LSI^建立模塊和業務中斷模塊；所述LSP s建立模塊在所述重路由模塊對所述LSI^s進行重路由成功時，建立恢復LSI^s， 所述業務轉移模塊將所述工作光通道上的LSI^s的業務轉移到所述恢復LSI^s上；所述業務中斷模塊在所述重路由模塊對所述LSI^s進行重路由失敗時，中斷所述LSI^s 的業務；所述資源釋放模塊在IP/MPLS層的業務恢復完成後，釋放所述工作光通道的資源。
全文摘要
本發明提供一種IP/MPLS over WDM網絡保護恢復方法及其系統，所述方法包括檢測故障鏈路中的故障光通道的屬性；如果所述故障光通道是工作光通道，則進一步檢測所述工作光通道是否有對應的保護光通道；若所述工作光通道有對應的保護光通道，則將所述工作光通道上的LSPs業務轉移到相應的保護光通道上，並釋放所述工作光通道的資源，否則則在IP/MPLS層對所述工作光通道上的所有LSPs業務進行重路由；如果所述故障光通道是保護光通道，則釋放所述保護光通道的資源。本發明提供的IP/MPLS over WDM網絡保護恢復方法能夠協調IP/MPLS over WDM網絡中的數據網絡和光網絡，提高網絡生存性。
文檔編號H04L12/24GK102420702SQ20111038650
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月28日 優先權日2011年11月28日
發明者張優訓, 李偉強, 王雲 申請人:廣東省電信規劃設計院有限公司