基于頻譜感知的單路徑業(yè)務(wù)分割-合并的光網(wǎng)絡(luò)頻譜分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種在彈性光網(wǎng)絡(luò)中基于頻譜感知的單路徑 業(yè)務(wù)分割-合并的頻譜分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 云計算與數(shù)據(jù)中屯、的大量應(yīng)用，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速增加，使網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求與能耗 不斷激增。NIT公司于2009年提出了一種頻譜高效的基于(FDM(正交頻分復(fù)用）技術(shù)的彈 性光網(wǎng)絡(luò)。彈性光網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)業(yè)務(wù)大小與傳輸距離為業(yè)務(wù)選擇不同調(diào)制等級，動態(tài)分配 不同的頻隙數(shù)，相比帶寬粒度固定的WDM(波分復(fù)用）網(wǎng)絡(luò)，帶寬資源利用率極大提高，被認(rèn) 為是下一代光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要方向之一。但是，彈性光網(wǎng)絡(luò)中的傳輸路徑需滿足頻譜連續(xù) 性與一致性的約束條件，隨著新業(yè)務(wù)到達(dá)和舊業(yè)務(wù)離開，頻繁的光路動態(tài)建立與拆除，路徑 上的頻譜碎片將越來越多，增加了網(wǎng)絡(luò)的阻塞率，降低了網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量。另一方面，網(wǎng)絡(luò) 中龐大的業(yè)務(wù)傳輸量，使得彈性光網(wǎng)絡(luò)能耗問題依然嚴(yán)峻。降低網(wǎng)絡(luò)阻塞率，從而提高網(wǎng)絡(luò) 容量的同時，保證網(wǎng)絡(luò)的能耗不劇烈增加，勢在必行。
[000引為了降低網(wǎng)絡(luò)的阻塞率，研究人員基于IPoverEON(彈性光網(wǎng)絡(luò)）提出了業(yè)務(wù)分 割的頻譜資源分配策略。當(dāng)業(yè)務(wù)傳輸所需頻隙數(shù)（業(yè)務(wù)傳播所需帶寬比上單個頻隙的帶 寬）超過了選定路徑上擁有最大空閑連續(xù)頻譜資源的頻譜塊的頻隙數(shù)時，將業(yè)務(wù)分割為多 個低速率子業(yè)務(wù)，通過多個轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)送，使業(yè)務(wù)所需頻譜資源可W不連續(xù)，再為分割的子業(yè) 務(wù)分配多個空閑頻譜塊，減輕了頻譜碎片的不利影響，使業(yè)務(wù)請求不容易被阻塞。
[0004] 相比業(yè)務(wù)不分割的頻譜分配策略，業(yè)務(wù)分割策略雖然可大幅降低網(wǎng)絡(luò)的阻塞率， 但是卻面臨W下問題；1)彈性光網(wǎng)絡(luò)中，由于不同發(fā)射機(jī)的子載波不具有正交性，為了避 免不同業(yè)務(wù)相互產(chǎn)生干擾，需要在相鄰業(yè)務(wù)間消耗一個頻隙寬度的頻譜資源作為保護(hù)帶。 業(yè)務(wù)分割策略將一個完整的業(yè)務(wù)分割為多個低速率子業(yè)務(wù)傳輸，將消耗更多的頻譜資源作 為保護(hù)帶，造成頻譜資源的浪費(fèi)，不利于阻塞率的降低；2)目前的業(yè)務(wù)分割頻譜分配策略， 多采用貪婪算法，為分割為多份的子業(yè)務(wù)分配頻譜資源時，沒有考慮對后續(xù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)挠?響；3)由于目前還沒有能根據(jù)路徑上不同空閑頻譜塊的帶寬大小將業(yè)務(wù)靈活分割的專用 光層器件的提出，分割步驟將在業(yè)務(wù)發(fā)送前由電層器件完成，使得業(yè)務(wù)分割傳輸將消耗更 多的連接核屯、路由器與轉(zhuǎn)發(fā)器的W太網(wǎng)端口；另一方面，由于多流帶寬可變轉(zhuǎn)發(fā)器高昂的 硬件成本和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，更傾向在實際網(wǎng)絡(luò)中使用單流帶寬可變轉(zhuǎn)發(fā)器，業(yè)務(wù)分割傳輸將 消耗更多的轉(zhuǎn)發(fā)器。因此，業(yè)務(wù)分割策略還會帶來更高的設(shè)備端口能耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于頻譜感知的單路徑業(yè)務(wù)分割-合并的 光網(wǎng)絡(luò)頻譜分配方法，在為新業(yè)務(wù)分配頻譜資源時，該方法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源的狀態(tài)，將 業(yè)務(wù)分割為n份（n為1時，表示業(yè)務(wù)不需要分割），選擇使業(yè)務(wù)所經(jīng)路徑的所有鏈路的剩余 頻譜可用度最大的n個頻譜塊傳輸業(yè)務(wù)，盡可能最大化鏈路剩余頻譜可用度；在路徑上帶 寬資源允許的條件下，將分割的業(yè)務(wù)在原路徑合并；通過該兩個步驟在業(yè)務(wù)分割策略的基 礎(chǔ)上進(jìn)一步降低了網(wǎng)絡(luò)的阻塞率，并減少了業(yè)務(wù)分割造成的額外設(shè)備端口能耗。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] 一種基于頻譜感知的單路徑業(yè)務(wù)分割-合并的光網(wǎng)絡(luò)頻譜分配方法，在本方法 中：
[000引 （1)基于頻譜可用度的業(yè)務(wù)可分割頻譜分配方法：為業(yè)務(wù)分配頻譜資源時，選擇 使業(yè)務(wù)所經(jīng)過路徑的所有鏈路的剩余頻譜可用度最大的n個頻譜塊傳輸分割的業(yè)務(wù)，n為 業(yè)務(wù)的分割份數(shù)，業(yè)務(wù)無需分割時，n= 1 ;若使路徑上總鏈路的剩余頻譜可用度取最大值 的頻譜分配方式有多種，在該些候選方案中，選擇分割份數(shù)n最小的頻譜分配方式，W減少 保護(hù)帶和設(shè)備端口使用，節(jié)約頻譜資源與能耗；基于頻譜可用度的業(yè)務(wù)分割傳輸方法不僅 可提高頻譜碎片的利用率，還能最大化鏈路剩余傳輸容量，從而降低網(wǎng)絡(luò)阻塞率。
[0009] (2)基于頻譜可用度的業(yè)務(wù)合并方法；當(dāng)其它業(yè)務(wù)離開網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)的可用頻譜 資源發(fā)生改變，判斷此時如果路徑上存在足夠業(yè)務(wù)傳輸?shù)膯蝹€空閑頻譜塊，則將正在分割 傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)合并，并把此頻譜塊分配給合并后的業(yè)務(wù)傳輸，合并傳輸可通過減少保護(hù)帶使 用進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)的阻塞率，并減少業(yè)務(wù)分割造成的額外占用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的端口能耗。
[0010] 進(jìn)一步，所述基于頻譜可用度的業(yè)務(wù)可分割頻譜分配方法具體包括W下步驟：
[0011] 1)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行開始時，創(chuàng)建一個業(yè)務(wù)分割表S，用W記錄分割傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)、業(yè)務(wù)的 傳輸路徑、業(yè)務(wù)所占用的頻譜的頻隙號和業(yè)務(wù)完整傳輸所需的頻隙數(shù)；
[0012] 2)使用K條最短路徑算法化S巧為新到達(dá)的業(yè)務(wù)計算K條鏈路分離的傳輸路徑， K值為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)平均度數(shù)取下限整數(shù)；
[0013] 3)選擇一條備選路徑，根據(jù)該路徑長度為業(yè)務(wù)選擇調(diào)制等級，并計算在該調(diào)制等 級下業(yè)務(wù)所需的頻隙數(shù)；分別計算該路徑上各空閑頻譜塊被占用時，該路徑上總鏈路剩余 頻譜可用度，按剩余頻譜可用度從高到低的順序分別對K條備選路徑上的空閑頻譜塊排 序；
[0014] 4)將業(yè)務(wù)分割為n份，n= 1~N，其中N為業(yè)務(wù)可分割的最大份數(shù)，N取值越大，網(wǎng) 絡(luò)阻塞率越低，但算法復(fù)雜度越高；輪詢K條傳輸路徑，在每條傳輸路徑的空閑頻譜塊集合 中依次選擇n個連續(xù)的頻譜塊，判斷選中頻譜塊的總帶寬是否滿足業(yè)務(wù)傳輸需求，若滿足， 計算并記錄該些頻譜塊占用時的剩余頻譜可用度，業(yè)務(wù)的分割份數(shù)W及所用頻譜塊到一個 集合中；如果該集合非空集，則選擇使剩余頻譜可用度最大的業(yè)務(wù)分割份數(shù)W及所用頻譜 塊，為業(yè)務(wù)分配頻譜資源，若使剩余頻譜可用度取最大值的頻譜分配方式有多種，在該些候 選方案中，選擇分割份數(shù)n最小的頻譜分配方式；
[0015] 5)如果n> 1，將該業(yè)務(wù)相關(guān)信息記錄到業(yè)務(wù)分割表中，為后續(xù)的業(yè)務(wù)合并做準(zhǔn) 備。
[0016] 進(jìn)一步，所述基于頻譜可用度的業(yè)務(wù)合并方法具體包括W下步驟：
[0017] 1)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有業(yè)務(wù)離去時，輪詢表S中的業(yè)務(wù)，若該業(yè)務(wù)與離去業(yè)務(wù)所經(jīng)過的傳 輸路徑有共有鏈路，且路徑上有連續(xù)頻隙數(shù)不小于業(yè)務(wù)完整傳輸所需的頻隙數(shù)的空閑頻譜 塊，記錄該些空閑頻譜塊到一個空閑頻譜塊集合中；
[0018] 2)計算當(dāng)前時刻該業(yè)務(wù)所經(jīng)路徑總鏈路的剩余頻譜可用度；
[0019] 3)將該業(yè)務(wù)當(dāng)前占用的頻譜暫時置為空閑，分別計算假設(shè)空閑頻譜塊集合中各個 頻譜塊占用時，業(yè)務(wù)所經(jīng)路徑上總鏈路的剩余頻譜可用度，記下最大的頻譜可用度值與占 用的頻譜塊；
[0020] 4)若該頻譜塊占用時總鏈路的剩余頻譜可用度比先前的剩余頻譜可用度高，將業(yè) 務(wù)合并到該頻譜塊上傳輸，并釋放業(yè)務(wù)合并前占用的頻譜資源。
[0021] 本發(fā)明的有益效果在于；首先，本方法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源的狀態(tài)，在為新業(yè)務(wù)分 配頻譜資源時，不僅繼承了現(xiàn)有業(yè)務(wù)分割策略提高頻譜碎片的利用率的優(yōu)點(diǎn)，還盡可能最 大化鏈路剩余頻譜可用度，降低網(wǎng)絡(luò)的阻塞率；其次，在路徑上帶寬資源允許的條件下，將 分割的業(yè)務(wù)在原路徑合并，減少業(yè)務(wù)分割傳輸過多消耗的保護(hù)帶，節(jié)約頻譜資源，進(jìn)一步降 低網(wǎng)絡(luò)的阻塞率，并減少業(yè)務(wù)分割傳輸過多消耗的設(shè)備端口使用，避免了能耗的激增。由 于所有操作均在單路徑上實施，避免了業(yè)務(wù)分割到多條不同路徑上傳輸所帶來的時延差問 題，W及合并時重路由造成的時延差問題與計算復(fù)雜度的增加。
【附圖說明】
[0022] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說明：
[0023] 圖1為不同頻譜可用度計算方式下為業(yè)務(wù)分配頻譜資源后鏈路頻譜狀態(tài)示意圖， 其中（a)為用頻譜連續(xù)度描述剩余頻譜可用度時為業(yè)務(wù)分配頻譜資源后鏈路頻譜狀態(tài)， 化）為用鏈路剩余最大傳輸容量描述剩余頻譜可用度時為業(yè)務(wù)分配頻譜資源后鏈路頻譜狀 態(tài)；
[0024] 圖2為業(yè)務(wù)合并前后鏈路頻譜狀態(tài)示意圖，其中（a)為業(yè)務(wù)合并后鏈路頻譜連續(xù) 度降低，剩余傳輸容量提升的情況；化）為業(yè)務(wù)合并后鏈路頻譜連續(xù)度與剩余傳輸容量均 降低的情況；（C)為業(yè)務(wù)合并后鏈路頻譜連續(xù)度與剩余傳輸容量均提升的情況；
[0025] 圖3為采用業(yè)務(wù)可分割頻譜分配方法為業(yè)務(wù)分配頻譜資源后鏈路頻譜狀態(tài)示意 圖；
[0026] 圖4為基于頻譜感知的單路徑業(yè)務(wù)分割-合并的總