一种光网络路径规划方法和装置与流程

1.本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种光网络路径规划方法和装置。


背景技术：

2.otn(optical transport network，光传送网)是在dwdm(dense wavelength division multiplexing，密集波分复用)的基础上加强了性能监控和管理维护等功能的新技术。为了应对用户多样化的业务需求，otn技术将用户业务封装为电层的oduk(光通道数据单元)颗粒，通过oduk交叉完成业务的调度。而otn的光层调度依赖于光分叉复用器，实现光信号的复用和解复用。站点的光分叉复用器通常可划分为本地组和方向组，本地组用于业务的上下话，方向组用于光信号的方向调度。
3.otn的站点通常包括oadm(光分叉复用)站和oa(光放大)站两类，oadm站可以实现用户光信号的上下话和方向调度，而oa站仅能实现光放大功能，两个相邻oadm站之间可能包括多个oa站。用户的信号经由客户侧光模块输入，经过电交叉汇聚到线路侧光模块。线路侧光模块发出信号，经由oadm站的光分叉复用发往确定的方向，经过光纤的传输和oa站的光放大最终被目标站点的线路侧光模块接收，这称为建立了一条光通道。光通道通常是双向的，也就是通常有从源站点发往宿站点和宿站点发往源站点两束光信号。基于dwdm技术，一根光纤可以传播多个光信号，比如目前主流的96波系统，光纤能够承载96个光信号，它们分别对应不同的频率。在光信号传输的过程中会经受各种损耗，主要的损耗来自光纤损耗，为了补偿这种信号强度的衰减需要oa站对信号进行放大，然而光放大又向信号中引入了额外的噪声。在光信号的接收端，采用osnr(光信噪比)来衡量光信号的质量，用户通常对接收端的osnr有确定的阈值要求。当接收端osnr不能满足要求时，可以添加中继来对信号进行3r再生(再整形、再放大、再定时)，由于一个中继只能对应一个光信号，中继的成本通常很高。在每个节点中通常对应一个oadm(光分插复用)站点，其中包含一些光分叉复用器件的组合，这些组合根据器件的职责不同，被分为本地组和方向组，其中，本地组用于对光信号进行处理，方向组用于将光信号发送至下一条链路。每个方向组都与一条链路绑定。由于方向组是与链路绑定的，实际上方向组的波长唯一性就等价于链路的波长唯一性。
4.光网络路径规划被广泛应用于规划领域和控平领域等。在规划领域，光网络路径规划通常应用于用户初始业务路由规划、扩容路由规划、多点故障模拟等。通常，用户提供用于规划的网络拓扑及资源，提供待规划的业务矩阵并设置相应路由策略，规划软件输出相应的路由结果。在控平领域，光网络路径规划还被应用于业务的断纤重路由，当感知到光纤故障从而判断需要重路由时，控平将需要重新计算的业务矩阵输入至算法模块，算法输出新的可用路由和资源。
5.在光网络路径规划中，用户通常存在多种需求，需要在多种需求中均衡利弊从而找出最优的一种规划路径。而在现有技术中，实现光网络路径规划所最常见的手段是即ksp算法(k-shortest paths，最短路径算法)或遍历查找法。其中，ksp算法由于其单条业务依次分配的形式，可能导致在对后续业务分配路径时，所需分配的路径已被其他业务占用，从
而无法得到最优的路径。而遍历查找法，当遍历的路径数量较少时，可能无法得到最优的路径，当遍历的路径数量较多时，则导致计算量呈几何倍数增长，计算量大，耗费时间长。且当用户存在多种需求时，每一种新增需求都会使ksp算法和遍历查找法的计算量增加，更加加剧了路径规划的计算复杂度，延长了路径规划所耗费的时间。
6.鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题是现有的光网络路径规划方法无法针对用户的多种需求，得到最优的光网络路径。
8.本发明采用如下技术方案：
9.第一方面，本发明提供了一种光网络路径规划方法，包括：
10.根据网络拓扑、用户业务和用户策略，生成目标函数和一个或多个约束函数；
11.结合目标函数和约束函数，建立以总中继数量最少，算通的业务数量最多以及总路径长度最短为目标的数学模型；
12.求解数学模型，得到最优的光网络路径。
13.优选的，所述目标函数具体为：
14.将业务所使用的每一条链路的路径长度相加得到业务的路径长度，将每一条业务的路径长度相加得到所述总路径长度；
15.根据业务下的子路径数量计算得到业务下的中继数量，将每一条业务下的中继数量相加得到所述总中继数量；
16.将所述总路径长度、总中继数量以及算通的业务数量分别乘以相应的权重后得到对应的总路径长度加权值、总中继数量加权值和算通业务数量加权值；
17.所述目标函数为所述总路径长度加权值加上总中继数量加权值再减去算通业务数量加权值。
18.优选的，在所述目标函数中，所述总路径长度、总中继数量与算通业务的数量分别对应的权重满足以下条件：
19.所述总中继数量的权重n大于等于第一最小权重，所述第一最小权重为网络中所能允许的最大的总路径长度所对应的总路径长度加权值；
20.所述业务数量的权重p大于等于第二最小权重，所述第二最小权重为网络中所能允许的最大的总中继数量所对应的总中继数量加权值。
21.优选的，所述一个或多个约束函数，具体包括：
22.源宿节点约束函数、路径连通性约束函数、损耗约束函数、链路波长约束函数、本地组波长约束函数和节点上的中继数量约束函数中的一种或多种。
23.优选的，所述源宿节点约束函数具体为：
24.针对每一条业务k，在被业务k所使用的所有链路中，找到从业务k的源节点sk出发的链路(sk，j)和到达业务k的宿节点dk的链路(i，dk)；
25.当业务k算通时，所述业务k所对应的链路(sk，j)有且仅有一条，所对应的链路(i，dk)有且仅有一条；
26.当业务k未算通时，所述业务k不存在对应的链路(sk，j)和链路(i，dk)。
27.优选的，所述路径连通性约束函数具体为：
28.针对每一条业务k下的每一个非中继节点n，业务k在进出节点n时，所占用的波长w不变，且在业务k下的所有进出节点n的链路中，进入节点n且波长w被占用的链路(i，n)与从节点n出发且波长w被占用的链路(n，j)的数量相同；
29.针对每一条业务k下的每一个中继节点m，业务k下进入节点m的链路(i，m)与业务k下从节点m出发的链路(m，j)的数量相同。
30.优选的，所述损耗约束函数具体为：
31.针对每一条业务k下的每一条子路径h，将子路径h下每一条链路(i，j)的正向损耗相加得到子路径h的正向总损耗，将子路径h下每一条链路(i，j)的反向损耗相加得到子路径h的反向总损耗；
32.每一条子路径h的正向总损耗小于等于相应的预设正向损耗阈值，每一条子路径h的反向总损耗小于等于相应的预设反向损耗阈值。
33.优选的，所述链路波长约束函数具体为：
34.针对每一条被使用到的链路(i，j)，当在链路(i，j)上波长w能够被占用时，在链路(i，j)上正向占用波长w的业务k1的数量和反向占用波长w的业务k2的数量的和小于等于一；
35.当在链路(i，j)上波长w不能够被占用时，业务k1与业务k2均不存在。
36.优选的，所述本地组波长约束函数具体为：
37.针对每一个被使用到的本地组l，当在本地组l上波长w能够被占用时，在本地组l上正向占用波长w的业务k1的数量和反向占用波长w的业务k2的数量的和小于等于一；
38.当在本地组l上波长w不能够被占用时，业务k1与业务k2均不存在。
39.第二方面，本发明还提供了一种光网络路径规划装置，用于实现第一方面所述的光网络路径规划方法，所述装置包括：
40.至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，用于执行第一方面所述的光网络路径规划方法。
41.第三方面，本发明还提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，用于完成第一方面所述的光网络路径规划方法。
42.本发明通过使用一个目标函数以及一个或多个约束函数构建数学模型，再对数学模型求解，从而能够找到最优的光网络路径，且相对传统的光网络路径规划方法，能够减少光网络路径规划过程中的计算量，从而加快光网络路径规划的速度。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
44.图1是本发明实施例提供的一种光网络路径规划方法的流程图；
45.图2是本发明实施例提供的一种光网络路径规划方法的流程图；
46.图3是本发明实施例提供的一种光网络拓扑示意图；
47.图4是本发明实施例提供的一种光网络拓扑下的一条业务路径的示意图；
48.图5是本发明实施例提供的一种光网络拓扑示意图；
49.图6是本发明实施例提供的一种光网络路径规划装置的架构示意图。
具体实施方式
50.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
51.在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
52.此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
53.实施例1:
54.本发明实施例1提供了一种光网络路径规划方法，如图1所示，包括：
55.在步骤201中，根据网络拓扑、用户业务和用户策略，生成目标函数和一个或多个约束函数。
56.在步骤202中，结合目标函数和约束函数，建立以总中继数量最少，算通的业务数量最多以及总路径长度最短为目标的数学模型。
57.在步骤203中，求解数学模型，得到最优的光网络路径。
58.本实施例通过使用一个目标函数以及一个或多个约束函数构建数学模型，再对数学模型求解，从而能够找到最优的光网络路径，且相对传统的光网络路径规划方法，能够减少光网络路径规划过程中的计算量，从而加快光网络路径规划的速度。
59.在上述实施例中，由于要求总中继数量最少，业务数量最多且总路径长度最短，通常所能够联想到的目标函数的实现方式为：将业务数量减去总中继数量再减去总路径长度作为目标函数，当目标函数的值最大时，即为最优的光网络方案。但在实际情况中，光网络路径规划中的总中继数量最少、总路径长度最短与业务数量最多之间存在一定的互斥关系，为了维持这三个目标之间的均衡，存在以下优选的实施例：
60.所述目标函数如图2所示，具体为：
61.在步骤301中，将业务所使用的每一条链路的路径长度相加得到业务的路径长度，将每一条业务的路径长度相加得到所述总路径长度。
62.在步骤302中，根据业务下的子路径数量计算得到业务下的中继数量，将每一条业务下的中继数量相加得到所述总中继数量。
63.在步骤303中，将所述总路径长度、总中继数量以及算通的业务数量分别乘以相应的权重后得到对应的总路径长度加权值、总中继数量加权值和算通业务数量加权值。
64.在步骤304中，所述目标函数为所述总路径长度加权值加上总中继数量加权值再减去算通业务数量加权值。
65.所述目标函数以数学公式的形式表现为：
[0066][0067]
需要说明的是，在本发明实施例的描述中，凡未经特殊说明，所有公式中参数右上角和右下角的标识不应理解为参数的幂，而应理解为对参数的限定描述，且标识所处的位置不同代表进行的限定不同，(凡是在相同的位置的标识，所限定的意义相同)。
[0068]
为更好的描述上述目标函数，在此提供一种决策变量的基本形式，并对该决策变量进行说明，其中所述决策变量具体为：
[0069][0070]
其中，变量k、h、a、b、i、j、u、d和w均用于对x的限定或指示。
[0071]
变量i、j分别代指链路的源节点和宿节点,即指定一条链路(i，j)，其中，i∈v，j∈v，v为网络拓扑中所有节点的集合，链路(i，j)∈e，e为网络拓扑中所有单向的链路的集合。
[0072]
变量k代指业务，用于指示链路(i,j)是否被业务k所使用，k∈k，k为网络拓扑中业务的集合。
[0073]
变量h代指子路径，用于指示链路(i,j)是否是业务k下的第h个子路径下的链路，h大于等于0且小于等于h，h为一条业务中所允许的最多的子路径的数量。
[0074]
变量a代指第一条链路，用于指示链路(i,j)是否为业务k下的第h个子路径下的第一条链路，a的值为0或1。
[0075]
变量b代指最后一条链路，用于指示链路(i,j)是否为业务k下的第h个子路径下的最后一条链路，b的值为0或1。
[0076]
变量u代指节点i中的本地组u；变量d代指节点j中的本地组d，u∈li，d∈lj，li为节点i中的本地组的集合，lj为节点j中的本地组的集合，以拓扑网络中所有本地组的集合为l,有li∈l，lj∈l。
[0077]
变量w代指波长，当i和j被限定为固定值时，变量w用于指示在链路(i,j)上是否占用了波长w，w∈w，w为总波长空间。
[0078]
当u被限定为固定值时，变量w用于指示在节点i中的本地组u上是否占用了波长w。
[0079]
当d被限定为固定值时，变量w用于指示在节点j中的本地组d上是否占用了波长w。
[0080]
在目标函数或约束函数的实际使用过程中，决策变量中所限定的值不同，决策变量所指示的含义不同，当所指示含义成立时，的值为1，否则，的值为0，在各函数中，将进一步进行详细的解释说明。
[0081]
本发明实施例还提供了相应的网络拓扑示意图，用于说明业务、源节点、宿节点、子路径、中继节点、本地组等网络元素之间的关系。
[0082]
以如图3所示的包含11个节点的网络拓扑为例，想要建立从节点1到节点6的业务k，则业务k的可能路径包含以下4种：
[0083]
业务从源节点1依次经过节点2、节点3、节点4、节点5到达宿节点6。
[0084]
业务从源节点1依次经过节点7、节点4、节点5到达宿节点6。
[0085]
业务从源节点1依次经过节点7和节点8到达宿节点6。
[0086]
业务从源节点1依次经过节点2、节点9、节点10、节点11到达宿节点6；
[0087]
以业务从源节点1依次经过节点2、节点3、节点4、节点5到达宿节点6该路径为例，设其中每个节点中存在3个本地组，在该路径下，节点3与节点4为中继节点，则该路径下包括3条子路径，分别是源节点1到节点3之间的子路径1、节点3到节点4之间的子路径2和节点4到宿节点6之间的子路径3。即以源节点、中继节点和宿节点为业务下的子路径的分界点，当业务所在路径中不存在中继节点时，则业务仅存在从源节点到宿节点这一条子路径。
[0088]
以图3和图4为例对决策变量进行说明，当未对波长w进行限定时，如限定h为1、a为1，得到的决策变量则代表链路(i，j)是否为业务k下的第1条子路径的第一条链路，当链路(i，j)是业务k下的第1条子路径的第一条链路时，的值为1，如图4中的链路(1，2)满足该条件，即值为1；否则，如图4中的链路(2，3)虽属于业务k下的第1条子路径，但不是第一条链路，故的值为0。而对于链路(3，4)，由于节点3和节点4相邻且均为中继节点，故形成的子路径2仅包含链路(3，4)这一条链路，故链路(3，4)既是子路径2的第一条链路，也是子路径2的最后一条链路，故与的值均为1。
[0089]
而在对波长w进行限定时，决策变量的值还需结合波长w在相应节点或本地组上是否被占用决定。
[0090]
在目标函数中，总路径长度为：
[0091][0092]
其中，决策变量中的变量k、h、a、b、i、j、u、d和w均进行了累加，且在累加时每一个变量的取值范围均是其默认范围，在此情况下，代指链路(i，j)是否被业务k所使用，当链路(i，j)被业务k所使用时，的值为1，否则，的值为0；len
ij
代表链路(i，j)的路径长度。
[0093]
又由于对k进行了累加，故当不为0时，链路(i，j)必然被业务k所使用，故本公式的含义为：对每一条业务k，找到业务k所使用的每一条链路(i，j)，将业务k所使用的每一条链路(i，j)的路径长度len
ij
相加，得到业务k的路径长度，再将所有业务的路径长度相加得到总路径长度。
[0094]
在目标函数中，总中继数量为：
[0095][0096]
其中，决策变量中的变量k、b、i、j、u、d和w均进行了累加，且在累加时每一个变量的取值范围均是其默认范围，而将变量a的值指定为1，在此情况下，代指链路(i，j)是否是业务k的第h个子路径下的第一条链路，当链路(i，j)是业务k的第h个子路径下的第一条链路时，的值为1，否则，的值为0。
[0097]
由于变量h从2开始累加，故当的值为1时，链路(i，j)必然是业务k下的第2条或第2条以后的子路径下的第一条链路，故本公式的含义为：对每一条业务k，从业务k的第2条子路径下的第一条链路开始，为之后的每一条子路径下的第一条链路计数，又由于一条子路径下必然存在第一条链路，故实际所代表的是业务k中子路径数量减一，更进一步地，由于业务k下子路径数量与中继节点的数量关系为：中继节点的数量等于子路径数量减一，故本公式实际计算得到的为所有业务k的中继数量的总和。
[0098]
上述公式并非总中继数量的唯一表现形式，如还可通过将h取值范围界定为2到h，将a、b中的任意一个的值限定为1实现，或将h取值范围界定为1到h，将a、b中的任意一个的值限定为1，从而得到业务的子路径的数量，再使用业务的子路径数量减一得到业务的中继数量，将所有业务的中继数量相加得到总中继数量。
[0099]
在目标函数中，算通业务数量为：
[0100][0101]
当业务k算通时，tk的值为1，否则，tk的值为0。
[0102]
本实施例通过总中继数量、算通的业务数量、总路径长度的加权，从而使三个目标所占的比重得到控制，从而根据网络拓扑或用户的需求维持三个目标的相对均衡。
[0103]
在实际情况中，网络路径规划通常是以业务算通的数量最多为第一目标，总中继数量是在保障第一目标的情况下尽可能少，即为第二目标，而总路径长度最短为第三目标，对此，结合上述优选的实施例，还存在以下优选的实现方式：
[0104]
在所述目标函数中，所述总路径长度、总中继数量与算通业务的数量分别对应的权重满足以下条件：
[0105]
所述总中继数量的权重n大于等于第一最小权重，所述第一最小权重为网络中所能允许的最大的总路径长度所对应的总路径长度加权值。
[0106]
所述业务数量的权重p大于等于第二最小权重，所述第二最小权重为网络中所能允许的最大的总中继数量所对应的总中继数量加权值。
[0107]
本优选实现方式通过对m与n、p的比例大小进行限制，使恢复业务数量的权重远大于新添中继数量的权重，再远大于路径的总长度的权重，从而保证业务恢复最多为第一目标，总中继数量最少为第二目标，总路径长度最短为第三目标。其中一种具体的实现方法为：n≥|k|
×h×
maxlen
×
maxnum
×
m，p≥|k|
×n×
h，其中，maxlen为链路所可能的最大的
路径长度，maxnum为子路径中所可能的最多的链路数量，|k|为网络拓扑中业务的集合中的元素的数量。即n大于等于网络中所可能的最大的总路径长度与m的乘积。p大于等于网络中所可能的最大的中继数量与n的乘积。
[0108]
所述一个或多个约束函数，具体包括：
[0109]
源宿节点约束函数、路径连通性约束函数、损耗约束函数、链路波长约束函数、本地组波长约束函数和节点上的中继数量约束函数中的一种或多种。
[0110]
其中，所述源宿节点约束函数用于约束在算通的业务的源节点和业务的宿节点之间，算通的业务的传输方向是唯一的。
[0111]
所述路径连通性约束函数用于约束在业务传输的路径上的每一条链路均能够被业务使用，从而使业务能够沿算通的路径从源节点到达宿节点。
[0112]
所述损耗约束函数用于约束每一条子路径的损耗不超出相应的损耗允许范围。
[0113]
所述链路波长约束函数用于约束一条链路上的一段波长最多被占用一次。
[0114]
所述本地组波长约束函数用于约束一个本地组上的一段波长最多被占用一次。
[0115]
所述节点上的中继数量约束函数用于约束一个节点上所添加的中继数量不超出相应的允许添加的中继数量的范围。
[0116]
上述所使用的约束函数的类型、数量及形式并非是完全固定的，而是可根据拓扑网络的网络路径规划需求，选择其中的一种或多种进行相应的约束。其中，通过源宿节点约束函数和路径连通性约束函数能够约束确定业务的路径唯一性和完整性，通过损耗约束函数、链路波长约束函数、本地组波长约束函数和节点上的中继数量约束函数能够约束链路或本地组上所使用的波长、到达中继节点时的损耗，从而确保业务正常到达。在约束函数的基础上，再使用目标函数得到最优的光网络路径。
[0117]
所述源宿节点约束函数具体为：
[0118]
针对每一条业务k，在被业务k所使用的所有链路中，找到从业务k的源节点sk出发的链路(sk，j)和到达业务k的宿节点dk的链路(i，dk)。
[0119]
当业务k算通时，所述业务k所对应的链路(sk，j)有且仅有一条，所对应的链路(i，dk)有且仅有一条。
[0120]
当业务k未算通时，所述业务k不存在对应的链路(sk，j)和链路(i，dk)。
[0121]
所述源宿节点约束函数以数学公式的形式表现为以下公式一和公式二，其中，公式一为：
[0122]
其中
[0123]
公式二为：
[0124]
其中
[0125]
sk为业务k的源节点，dk为业务k的宿节点，当业务k算通时，tk的值为1，否则，tk的值为0，代表对网络拓扑中的任意一条业务，均应满足相应的公式。
[0126]
在公式一中，决策变量中的h的值被限定为1，a的值被限定为1，i的值被限定为sk，在此情况下，代指链路(sk，j)是否是业务k的第1条子路径下的第一条链路，当链路(sk，j)是业务k的第1条子路径下的第一条链路时，的值为1，否则，的值为0；其中，将i的值被限定为sk，或将h和a的值均限定为1这两种方式均能够代指相应链路是否是业务k的第1条子路径下的第一条链路，可择一使用，在此通过将两种方式合并使用以减少计算量。
[0127]
即在的值为1时，链路(sk，j)必然是业务k的第1条子路径下的第一条链路，故公式一所代表的含义为：对网络拓扑中的任意一条业务k，均应满足条件：当业务k算通时，业务k所使用的从业务k的源节点sk出发的链路有且仅有一条，即业务k从源节点sk出发时的方向唯一；当k未算通时，业务k从源节点sk出发后不使用任何链路。
[0128]
在公式二中，决策变量中b的值被限定为1，j的值被限定为dk，在此情况下，代指链路(i，dk)是否是业务k的第h条子路径下的最后一条链路，当链路(i，dk)是业务k的第h条子路径下的最后一条链路时，的值为1，否则，的值为0。
[0129]
即在的值为1时，链路(i，dk)必然是业务k的第h条子路径下的最后一条链路，且到达业务的宿节点dk，故公式一所代表的含义为：对网络拓扑中的任意一条业务k，均应满足以下条件：
[0130]
当业务k算通时，业务k所使用的到达业务k的宿节点dk出发的链路有且仅有一条，即业务k进入宿节点dk的方向唯一；当k未算通时，业务k不使用任何进入源节点dk的链路。
[0131]
所述源宿节点约束函数通过公式一和公式二共同约束网络拓扑中的业务，使业务出发时的方向和到达时的方向唯一，从而保证业务的传输方向唯一。
[0132]
所述路径连通性约束函数具体为：
[0133]
针对每一条业务k下的每一个非中继节点n，业务k在进出节点n时，所占用的波长w不变，且在业务k下的所有进出节点n的链路中，进入节点n且波长w被占用的链路(i，n)与从节点n出发且波长w被占用的链路(n，j)的数量相同。
[0134]
针对每一条业务k下的每一个中继节点m，业务k下进入节点m的链路(i，m)与业务k下从节点m出发的链路(m，j)的数量相同。
[0135]
所述路径连通性约束函数以数学公式的形式表现为以下公式三和公式四，其中，公式三为：
[0136][0137]
其中h；n∈v且n≠sk且n≠dk；w∈w
[0138]
公式四为：
[0139][0140]
其中h；n∈v且n≠sk且n≠dk[0141]
h；n∈v且n≠sk且n≠dk代表在任意业务下除业务的源节点sk和宿节点dk以外的任意节点均应满足相应的公式。
[0142]
在公式三中的等号左侧，决策变量中b的值被限定为0，在此情况下，代指链路(i，n)是否为业务k的第h个路径下的最后一条链路且链路(i，n)上w波段是否被占用，当链路(i，n)是业务k的第h个子路径下的最后一条链路时，或链路(i，n)上w波段未被占用时，的值为0，否则，当链路(i，n)是业务k的第h个子路径下的链路，且链路(i，n)不是业务k的第h个子路径下的最后一条链路，且链路(i，n)上w波段被占用时，的值为1。
[0143]
在公式三中的等号右侧，决策变量中a的值被限定为0，在此情况下，代指链路(n，j)是否为业务k的第h个子路径下的第一条链路且链路(n，j)上w波段是否被占用，当链路(n，j)是业务k的第h个子路径下的第一条链路时，或链路(n，j)上w波段未被占用时，的值为0，否则，当链路(n，j)是业务k的第h个子路径下的链路，且链路(n，j)不是业务k的第h个子路径下的第一条链路，且链路(n，j)上w波段被占用时，的值为1。
[0144]
其中，链路(i，n)与链路(n，j)分别是以节点n为宿节点和以节点n为源节点的链路。
[0145]
当节点n为业务k的中继节点时，链路(i，n)必然是业务k下的一条子路径的最后一条链路，即等于0，且链路(n，j)必然是业务k下的一条子路径的第一条链路，即等于0，故对于业务k中的中继节点，公式三始终成立。
[0146]
当n是业务k的非中继节点时，上述公式三的等号左侧的含义为：在业务k的链路中，被业务k占用波长w且宿节点为非中继节点n的链路的数量；上述公式三的等号右侧的含义为：在业务k的链路中，被业务k占用波长w且源节点为非中继节点n的链路的数量。即公式三所代表的含义为：业务k在进出节点n时，所占用的波长w不变，且在业务k下的所有进出节点n的链路中，进入节点n且波长w被占用的链路(i，n)与从节点n出发且波长w被占用的链路(n，j)的数量相同。
[0147]
在公式四的等号左侧，决策变量中b的值被限定为1，在此情况下，代指链路(i，n)是否为业务k的第h个子路径下的最后一条链路，当链路(i，n)为业务k的第h个路径下的最后一条链路时，的值为1，否则，的值为0。
[0148]
在公式四的等号右侧，决策变量中b的值被限定为1，在此情况下，代指链路(n，j)是否为业务k的第h 1个子路径下的最后一条链路，当链路(n，j)为业务k的第h 1个路径下的最后一条链路时，的值为1，否则，的值为0。
[0149]
其中，当节点n为业务k的非中继节点时，链路(i，n)必然不是业务k的第h个子路径下的最后一条链路，即等于0，链路(n，j)必然不是业务k的第h 1个子路径下的第一条链路，即等于0，故对于业务k中的非中继节点，公式四始终成立。
[0150]
当节点n为业务k的中继节点时，公式四的等号左侧代表业务k所使用的以节点n为宿节点的链路的数量，等号右侧代表业务k所使用的以节点n为源节点的链路的数量；即公式四所代表的含义为：对任意业务的中继节点，均应满足条件：业务中进入中继节点的链路的数量和业务中从中继节点出发的链路的数量相同。
[0151]
所述损耗约束函数具体为：
[0152]
针对每一条业务k下的每一条子路径h，将子路径h下每一条链路(i，j)的正向损耗相加得到子路径h的正向总损耗，将子路径h下每一条链路(i，j)的反向损耗相加得到子路径h的反向总损耗。
[0153]
每一条子路径h的正向总损耗小于等于相应的预设正向损耗阈值，每一条子路径h的反向总损耗小于等于相应的预设反向损耗阈值。
[0154]
所述损耗约束函数以数学公式的形式表现为公式五和公式六，其中，公式五为：
[0155]
其中h
[0156]
公式六为：
[0157]
其中h
[0158]
lf
ij
代表链路(i，j)的正向损耗，lf
ij
代表链路(i，j)的反向损耗，th代表预设损耗阈值，此处对正向与反向均采用同一th值，还能够针对公式五和公式六分别设置th值，即对公式五设定预设正向损耗阈值，对公式六设定预设反向损耗阈值。更甚的，可针对每一个子路径，设定相应的预设正向损耗阈值和预设反向损耗阈值，所述预设正向损耗阈值和预设反向损耗阈值是由本领域技术人员根据用户或网络拓扑的osnr要求设定的。h代表对网络拓扑中的任意一条业务下的任意一条子路径，均应满足相应的公式。
[0159]
公式五所代表的含义为：对网络拓扑中的任意一条业务下的任意一条子路径，将子路径下每一条链路的正向损耗相加得到子路径的正向损耗，得到的子路径的正向损耗应小于等于相应的预设正向损耗阈值；公式六所代表的含义为：将子路径下每一条链路的反向损耗相加得到子路径的反向损耗，得到的子路径的反向损耗应小于等于相应的预设反向损耗阈值。
[0160]
所述链路波长约束函数具体为：
[0161]
针对每一条被使用到的链路(i，j)，当在链路(i，j)上波长w能够被占用时，在链路(i，j)上正向占用波长w的业务k1的数量和反向占用波长w的业务k2的数量的和小于等于一。
[0162]
当在链路(i，j)上波长w不能够被占用时，业务k1与业务k2均不存在。
[0163]
所述链路波长约束函数以数学公式的形式表现为：
[0164][0165]
其中w∈w
[0166]iwij
代指在链路上波长w是否能够被占用，当在链路上波长w能够被占用时，i
wij
的值为1，否则，i
wij
的值为0，i
wij
是由本领域技术人员根据拓扑网络的需求分析设定的。w∈w代表针对拓扑网络中任意链路和总波长空间下的任意波长，均应满足相应的公式。
[0167]
在上述公式的左侧，决策变量代表业务k是否在链路(i，j)上正向占用波长w，当业务k在链路(i，j)上正向占用波长w时，的值为1，否则，的值为0。
[0168]
代表业务k是否在链路(i，j)上反向占用波长w，当业务k在链路(i，j)上反向向占用波长w时，的值为1，否则，的值为0。
[0169]
即上述公式左侧所代表的含义为：所有在链路(i，j)上正向占用波长w的业务的数量加上所有在链路(i，j)上反向占用波长w的业务的数量，上述公式整体的含义为：当在链路(i，j)上波长w能够被占用时，在链路(i，j)上波长w仅被占用一次，即若正向传播过程中，波长w被占用，则波长w不应当被反向占用，反之同理。当在链路(i，j)上波长w不能够被占用时，不应存在任何在链路(i，j)上占用波长w的业务。
[0170]
所述本地组波长约束函数具体为：
[0171]
针对每一个被使用到的本地组l，当在本地组l上波长w能够被占用时，在本地组l上正向占用波长w的业务k1的数量和反向占用波长w的业务k2的数量的和小于等于一。
[0172]
当在本地组l上波长w不能够被占用时，业务k1与业务k2均不存在。
[0173]
所述本地组波长约束函数以数学公式的形式表现为：
[0174][0175]
其中w∈w；n满足l∈ln[0176]iwl
代指在本地组l上波长w能否被占用，若在本地组l上波长w能够被占用，则i
wl
的值为1，否则，i
wl
的值为0，i
wl
是由本领域技术人员根据拓扑网络的需求分析设定的。w∈w；n满足l∈ln代表针对拓扑网络中任意节点下的任意本地组和总波长空间下的任意波长，均应满足相应的公式。
[0177]
在实际网络拓扑的业务传输过程中，虽每个节点均有相应的本地组，但只有在节点为业务的源节点、宿节点或中继节点时，节点上的本地组才会被业务使用，本地组上的波长才会被占用。即当节点n既不是业务的源节点或宿节点，也不是业务的中继节点时，节点n的本地组上波长w不会被占用，即所对应的决策变量和的值为0，必然满足上述公式，故为了减少计算量，可在制定本地组波长约束函数，去除相应的非源节点、非宿节点和非中继节点。
[0178]
在上述公式的左侧，决策变量中变量a被限定为1，用于指代链路(n，j)是否是业务k的任意子路径下的第一条链路，且在链路(n，j)的源节点n的本地组l上，波长w是否被正向占用，当链路(n，j)是业务k的任意子路径下的第一条链路，且在相应的本地组l上波长w被正向占用时，的值为1，否则，的值为0。链路(n，j)是业务k的任意子路径下的第一条链路时，节点n必定是业务k的源节点或中继节点，从而减少计算量。
[0179]
决策变量中变量b被限定为1，用于指代链路(i，n)是否是业务k的任意子路径下的最后一条链路，且在链路(i，n)的宿节点n的本地组l上，波长w是否被正向占用，当链路(i，n)是业务k的任意子路径下的最后一条链路，且在相应的本地组l上波长w被正向占用时，的值为1，否则，的值为0。当链路(i，n)是业务k的任意子路径下的最后一条链路时，节点n必定是业务k的宿节点或中继节点，从而减少计算量。
[0180]
故上述公式左侧所代表的含义为：在节点n的本地组l上正向占用波长w的业务的数量加上在节点n的本地组l上反向占用波长w的业务的数量，上述公式整体的含义为：当在节点n的本地组l上的波长w能够被占用时，在本地组l上波长w仅能够被占用一次，即若正向传播过程中，波长w被占用，则波长w不应当被反向占用，反之同理。当在本地组l上波长w不能够被占用时，不应存在任何在本地组l上占用波长w的业务。
[0181]
所述中继数量约束函数具体为：
[0182]
针对网络中的每一个节点n，找到以节点n为中继节点的业务k，节点n所对应的业务k的数量小于等于相应的预设最大中继个数。
[0183]
所述中继数量约束函数以数学公式的形式表现为：
[0184]
其中
[0185]
|rn|代表节点n上所能够设置的最大的中继个数，即所述预设最大中继个数，其中，rn为节点n上所能够设置的中继的集合，|rn|为集合中元素的数量，所述预设最大中继个数是由本领域技术人员根据拓扑网络中的路径规划需求分析设定的。代表对拓扑网络中的任意节点，均应满足相应的公式。
[0186]
在上述公式左侧，决策变量中a被限定为1，h的累加范围从2开始，用于指代链路(n，j)是否是业务k的除第一个子路径以外的任意子路径下的第一条链路，当链路(n，j)是业务k的除第一个子路径以外的任意子路径下的第一条链路时，的值为1，
否则，的值为0。
[0187]
上述公式左侧所代表的含义与所述目标函数中总中继数量类似，上述公式所代表的含义为：在节点n上所设置的中继的数量。上述公式整体的含义为：在节点n上所设置的中继的数量小于等于预设最大中继个数|rn|。
[0188]
在上述目标函数和约束函数的基础上，所述求解数学模型的一种具体的实现方法包括：
[0189]
在一个或多个约束函数中，选择一个或多个约束函数作为基础，得到满足所选的约束函数的所有可能的光网络路径规划情况，再使用未选中的约束函数，对所有可能的光网络路径规划情况进行限缩，以缩小可选的光网络路径范围，最后代入目标函数，计算限缩后的各种光网络路径规划情况所对应的目标函数的值，从中选择目标函数最小值所对应的光网络路径作为最优的光网络路径。
[0190]
其另一种具体的实现方法为对其进行整数规划求解，所能够采用的算法如分支定界法，割平面法等。在实际应用情况中，由于实际应用的拓扑网络的规模通常较大，故常使用整数规划求解器进行求解，如cplex、gurobi等。
[0191]
根据求解所述数据模型得到的最优整数解所对应的规划的光网络下，能够在满足约束函数的前提下，算通的业务数量最多、新添加的中继数量最少且路径总长度最短。
[0192]
实施例2:
[0193]
本发明基于实施例1所描述的方法基础上，结合具体的应用场景，并借由相关场景下的技术表述来阐述本发明特性场景下的实现过程。
[0194]
如图5为一个包含7个节点的拓扑光传输网络，网络大小为100g，能够使用1到80之间的所有波长。如图5所示，以方括号的形式标注出各个链路的损耗，在此以链路的正向损耗与反向损耗相同作为示例。以圆括号的形式标注出各个链路所能够被占用的波长。每个节点都对应一个oadm站，每个oadm站下配置有两个本地组，每个本地组中所能够占用的波长均为1到80之间的所有波长。节点c和节点d上分别能够设置10个中继，在其他节点上不能够添加中继。
[0195]
由此得到相应的总波长空间为1到80之间的所有波长；相应的网络拓扑中所有节点的集合v为节点a到节点g之间的所有节点；拓扑网络中所有本地组的集合l为拓扑网络中所有节点的所有本地组；网络拓扑中存在9条链路，每条链路上能够正向传输或反向传输，故所对应的所有单向的链路的集合为9条正向的链路加上9条反向的链路，设预设正向损耗阈值和预设反向损耗阈值th均为20，业务中所允许的最多的子路径的数量h为3。图5中的方括号对应了每条链路上所能够占用的波长范围，由此可得到相应的i
wij
，如在节点c到节点f之间的链路上，可占用的波长的范围为31到80，则相应该链路的i
30ij
的值为0。由于每个本地组中所能够占用的波长均为1到80之间的所有波长，故对任意总波长空间中的波长，i
wl
的值为1。设|rc|和|rd|的值为10，其他节点所对应的|rn|的值为0。
[0196]
设置三个目标按优先级分别为算通最多业务、添加中继最少、总跳数最小。
[0197]
设定m的值为1，以n＝|k|
×h×
maxlen
×
maxnum
×
m、p＝|k|
×n×
h为基础计算n和p的值，其中，设maxlen的值为1，maxnum的值为5，网络拓扑中最多能够能够有40条业务，即|k|为40，则n＝40
×3×1×5×
1＝600，p＝40
×
600
×
3＝72000。按照所述目标函数和约束构
造整数规划模型。
[0198]
调用整数规划求解器求解该模型，得到决策变量和tk的值。如若经计算得到第一条业务的路径为自源节点a依次经节点c、节点f、节点g到达宿节点e，在节点a与节点c之间的链路上占用波长80，在节点c与节点f之间、节点f与节点g之间、节点g与节点e之间的链路上均占用波长52，对拓扑网络中的本地组整体编号，如将节点a中的两个本地组分别编号为本地组1和本地组2，将节点b中的两个本地组分别编号为本地组3和本地组4，依次对本地组编号，直至将节点g中的两个本地组分别编号为本地组13和本地组14。其中，业务k在节点a上占用本地组1，节点c上占用本地组5和本地组6、节点f上占用本地组11和本地组12，节点g上占用本地组13和本地组14，在节点e上占用本地组9，并在节点c上设置中继节点。由此得到此得到和t1的值均为1。又由于节点f与节点g为非中继节点，故节点f与节点g中的本地组虽参与到业务的路径规划中，但并不对其实际分配资源。
[0199]
实施例3:
[0200]
如图6所示，是本发明实施例的光网络路径规划装置的架构示意图。本实施例的光网络路径规划装置包括一个或多个处理器21以及存储器22。其中，图6中以一个处理器21为例。
[0201]
处理器21和存储器22可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。
[0202]
存储器22作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序和非易失性计算机可执行程序，如实施例1中的光网络路径规划方法。处理器21通过运行存储在存储器22中的非易失性软件程序和指令，从而执行光网络路径规划方法。
[0203]
存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器22可选包括相对于处理器21远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器21。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0204]
所述程序指令/模块存储在所述存储器22中，当被所述一个或者多个处理器21执行时，执行上述实施例1和实施例2中的光网络路径规划方法，例如，执行以上描述的图1和图2所示的各个步骤。
[0205]
值得说明的是，上述装置和系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
[0206]
本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(rom，read only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁盘或光盘等。
[0207]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。