CN103795641B - 基于多维帧映射的光网络资源管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多维帧映射的光网络资源管理方法，提高调度资源动态性、实时性，针对复杂网络拓扑下、多任务请求到达网络建立光路的情况下，本方案分为以下几步：首先建立光网络资源模型，第二，对子域中各链路信息进行采集；第三，建立帧模块组；第四，用户任务请求光路的建立，按照所占用的资源形成请求包，建立路径，获得可用光网络资源；最后，任务请求建立光路占用信道或者数据传输结束时，即时完成资源的自动更新。本发明为目前通信网络多网管***提供了一种统一化的光网络资源管理和呈现方式，实现不同区域不同网络***下的光网络互通互连，使得不同网管***可以实现公用资源的交叉调用，提高现有光网络资源的利用率。

Description

基于多维帧映射的光网络资源管理方法

技术领域

本发明涉及光网络资源管理技术领域，具体涉及一种基于多维帧映射的光网络资源管理方法。

背景技术

光网络是现代通信的基础传输平台。随着大型数据中心以及云计算的迅速发展，光网络传输数据呈***式增长，对光网络资源分配的实时性和高效性要求越来越高，如何实现在有限的波长和光纤负载容量的条件下最大程度的实现数据传输是光网络技术发展面临的主要难题之一。目前4G网络建设以及投入、使用方兴未艾，某商家已就5G网络提出设想，达到更高的上传/下载速度。此举将会导致用户的数据使用量骤增，对底层光传输网络提出了更高的要求。

光网络资源的自动管理是保证多任务任务请求到达网络时资源动态调度的关键，是实现资源自动发现的准确性，网络状态改变后资源动态更新的高效性性能的提高，是保证资源充分利用、任务请求最大程度建立光路的基础。在资源管理过程中实现资源描述的简单、高效，资源调用、更新的动态性和可扩展性是目前解决多任务请求同时到达网络的关键点。

资源描述的方式有以下几种：RSL(Resource Specification Language)的语法源于轻量级目录访问协议LDAP(Light weight Directory Access Protocol)中的查询字符串格式,它的基本语法是"关系",通过关系把属性和值联系起来。每个属性/值对作为控制参数以控制对资源的各种操作。RSL仅用来描述Globus中的资源请求和计算资源，不能描述其它资源，使用范围太小。WSDL(Web Service Description Language)主要用于计算、存储等资源的能力描述，通过屏蔽描述对象的差异性，将其功能抽象为具体值；但是其元素及属性种类定义受限，可扩展性较差。

通过计算机语言的方式实现光网络资源的描述和资源调度，首先需要运用相应的计算机语言对各个元素的定义，将光网络资源的实际状态翻译成计算机语言，计算机语言需要再次进行翻译成机器语言，其实现流程复杂，运算的复杂度较高，其资源描述方式和更新模式不足以保障用户建立光路的QoS保障。尤其是ASON控制面提出后，从全局出发调度资源，对光网络资源实时动态更新要求越来越高；同时ASON的资源描述中，相关的各个厂家目前互相没有一种统一的、行之有效的资源描述方法实现快速的资源调度，使得资源调度效率相对较低，资源响应的准确性与资源的实时动态性差。

发明内容

本发明通过引入基于多维帧映射的资源描述方法，提出一种光网络资源管理方法，实现资源的准确描述，信息快速采集，基于任务请求的资源快速查找，同时保证光网络资源的实时性，最大程度的提高任务请求建立光路的可能性，提高光网络资源的利用率。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

基于多维帧映射的光网络资源描述和管理方法，包括以下步骤：

步骤一，建立光网络资源模型

步骤S10，判断光网络是否需要进行多区域划分：

如果光网络拓扑节点数量小于10，将节点按照度从大到小的顺序进行编号，然后将编号后的节点作为一个子域，执行步骤S12，否则执行步骤S11；

步骤S11，记光网络拓扑为G＝(V,E)，其中节点数量为V，边数量为E，每条边的物理链路数为L，物理链路上波长的复用数量为W，设每个域节点数量为m，则每个域路由波长分配的复杂度为：

Cop(m)＝L*W[m²+2(V/m)²]

令Cop(m)'＝0，则有：

$\frac{L*W*(2m^4-4V^2)}{m^3}=0$

进而得到最优解为记划分后域的数量为s，则因此划分后每个域最大节点数量

对光网络拓扑节点进行子域的划分：

步骤S11-1，依据节点度大小的先后顺序对所有节点进行排序并编号；

步骤S11-2，选择节点度最大的节点作为首个子域的起始节点，选择与起始节点相连接的且度差值最大的节点优先划入该子域，且每个子域的节点数量不超过m'，若该域的节点数等于m'，则结束该域的划分；

步骤S11-3，在剩余的节点中，选择度最大的节点作为另一个子域的起始节点，利用和步骤S11-2相同的方法进行子域的划分，直至全部节点确定所属的各个子域；

步骤S12，建立子域的资源描述模型：

每个子域的光网络资源由下面的资源状态矩阵来表示：

公式(1)中各个变量代表的信息，即资源状态子矩阵为：

式(1)中，W_{s_i}表示第i个子域中的资源状态信息，式(2)中，是子域中的节点a与节点b之间所有波长的占用/空闲情况状态矩阵；是指节点a与节点b之间标号为n的物理链路上，波长λ_x的占用/空闲情况；波长空闲/占用1/0表示(i∈[1,s]；n∈[1,L]；x∈[1,W]；a∈[1,V],b∈[1,V])；式(2)矩阵最后一行中，X的取值为1或0，分别表示节点a与节点b之间有连接或无连接；

步骤二，各节点信息的采集

步骤S20，在每个子域中，选取度最大的节点作为该子域的网元管理节点，除了网元管理节点之外的各节点，向其邻居节点发送hello包，邻居节点接收到hello包后，向发送hello包的节点反馈hello包，以确定相邻的两个节点间是否有物理链路，即X的取值为1或0；

步骤S21，如果子域中的两个节点之间有物理链路，则该两个节点基于OSPF协议获得相连链路上的资源信息，并分别向该子域的网元管理节点上传该两个节点之间的各物理链路上波长占用情况信息

步骤S22，对于有物理链路连接的两个节点a和b，其分别上传的资源状态信息和为同一信息，则网元管理节点对两个节点上传的代表同一信息的两个数据包进行对比校验，如果对比校验错误，则要求两个节点重新上传该数据；

步骤S23，每个网元管理节点对其所在子域的节点上传的资源状态信息进行对比校验无误后，网元管理节点生成该子域的资源状态矩阵W_{s_i}，

步骤三，光网络资源信息的整合

步骤S30，各网元管理节点生成所在子域的帧模块矩阵，该帧模块矩阵包括段开销和信息负载区：

如上式所示，段开销为该矩阵的前二列，其中第一列A₁至A_n(n∈[1,L])为奇偶校验位，第二列M₁至M_n(n∈[1,L])为负载容量的标记位，每个标记对应一条物理链路的最大负载容量；矩阵中除段开销之外的部分为信息负载区，填充该子域的资源状态矩阵W_{s_i}；

步骤S31，在网络拓扑的所有节点中，选取度最大的节点作为高级管理节点，各网元管理节点将其生成的帧模块矩阵发送给高级管理节点，高级管理节点按照子域中网元管理节点的度大小顺序，将采集的帧模块矩阵形成帧模块矩阵组并保存在高级管理节点中，其中度最小的网元管理节点生成的帧模块矩阵位于帧模块矩阵组的最下层；

步骤四，任务请求的建立

步骤S40，用户发送任务请求包至高级管理节点，该请求包包括建立光路的源节点、目的节点与负载容量的请求矩阵：W_request；

W_{request＝＜c；a,b＞}

在上式中，a∈[1,V],b∈[1,V]，表示网络拓扑中的两个节点，c为任务请求容量；

步骤S41，高级管理节点从任务请求包中获得源、目的节点，通过Dijkstra算法获得任务请求的最短路由，进而获得任务请求路由经过的边，和任务请求相关的网元管理节点，若相关网元管理节点的数量为1时，执行步骤S42，相关网元管理节点数量大于1时，执行步骤S44；

步骤S42，当与该任务请求相关的网元管理节点的数量为1时，该任务请求为域内任务请求，则从帧模块组中该网元管理节点生成的帧模块的信息负载区中，提取出在该路由上的相关节点的资源状态子矩阵；

步骤S43，将所有相关的资源状态子矩阵通过求与的方式得到资源状态可用矩阵，若该矩阵为空，则拒绝任务请求；若矩阵非空，则比较任务请求容量和资源状态可用矩阵中各物理链路能提供的最大负载容量的大小，若任务请求容量小于最大负载容量，则得到最后可用资源，跳转至步骤S46；

步骤S44，若与该任务请求相关的网元管理节点的数量大于1时，该任务请求为域间任务请求，根据任务请求的路由信息，获得该路由的分段路由所属的子域；从帧模块组中该子域的网元管理节点生成的帧模块的信息负载区中，提取出每个子域在该路由上的相关节点的资源状态子矩阵，将所有相关的资源状态子矩阵分别通过求与的方式得到每个子域的资源状态可用矩阵，然后对每个子域的资源状态可用矩阵进行求与，得到域间资源信息可用矩阵；

步骤S45，将任务请求容量和域间资源信息可用矩阵中各物理链路能提供的最大负载容量进行比较，若任务请求容量小于最大负载容量，则得到最后可用资源；

步骤S46，若最后可用资源为空，则返回信息，任务请求拒绝，若最后可用资源非空，则利用First-Fit算法分配波长，建立光路。

在存在大量任务请求的情况下，通过调用各个节点上的资源描述，能够保证资源发现的准确性，与资源分配的高效性。动态计算调用，计算复杂度低，准确度高，不增加网络负担，有益于网络负载均衡。基于资源描述的资源更新模式，使得资源能够更加直观的展示，更加简单的完成描述和调用，实现了高速的资源更新模式，交换数据量低，容易识别，运算复杂度低。为目前通信网络多网管***提供了一种统一化的光网络资源呈现方式，实现不同区域不同网络***下的光网络互通互连，使得不同网管***可以实现公用资源的交叉调用，提高现有光网络资源的利用率。

附图说明

图1为本发明的整体流程图；

图2为光网络资源描述的示意图；

图3为帧模块矩阵的结构示意图；

图4为示例2描述的小型网络拓扑的示意图；

图5为示例1描述的复杂网络拓扑的示意图；

图6为OSPF协议传输的示意图；

具体实施方式

本发明提出一种提高调度资源动态性、实时性的技术方案，针对复杂网络拓扑下、多任务请求到达网络建立光路的情况下，本方案分为以下几步，如图1所示，即首先建立光网络资源模型，对光网络中各个节点实现子域的划分，并提出各子域的资源描述模型；第二，根据子域的资源描述模型当中的信息需求，对子域中各链路信息进行采集；第三，光网络资源信息的整合：根据每个子域当中的链路信息状况和其对应的资源状态矩阵，建立帧模块矩阵组；第四，用户任务请求光路的建立，按照所占用的资源形成请求模块，通过高级管理节点处的帧模块组的比对，建立路径，进而进行资源的自动查找，获得可用光网络资源；最后，任务请求建立光路占用信道或者数据传输结束时，即时完成资源的自动更新。

步骤一，建立光网络资源模型

描述光网络资源状态信息是建立光网络通信任务的基础，而光网络资源描述的核心即是清晰的展示复杂拓扑网络中，各物理链路的连接情况，及其各个物理链路上的资源状态信息。本方案中光网络资源描述的基本思路是采用多维帧的方式描述光网络资源状态信息：第一维描述资源的邻接矩阵，即节点之间的互连互通情况；第二维即各节点之间物理链路中波长类型等相关信息；第三维即在相应物理链路中，各个复用波长的状态信息；采用帧模块的方式呈现光网络资源状态信息，通过类似SDH帧的方式存储、传播资源状态信息，最大程度的降低资源状态信息在传播过程中的延时，提高资源的使用率。

步骤S10，判断光网络是否需要进行多区域划分：

如果光网络拓扑节点数量小于10，将节点按照度从大到小的顺序进行编号，然后将编号后的节点作为一个域，执行步骤S12，否则执行步骤S11；排序过程主要为了后续的任务请求建立中，节点的定位；

步骤S11，记光网络拓扑为G＝(V,E)，其中节点数量为V，边数量为E，每条边的物理链路数为L，物理链路上波长的复用数量为W，设每个域节点数量为m，则每个域路由波长分配的复杂度为：

Cop(m)＝L*W[m²+2(V/m)²]

令Cop(m)'＝0，可得复杂度最小的时候的每个域的节点数量：

$\frac{L*W*(2m^4-4V^2)}{m^3}=0$

进而得到最优解为记划分后域的数量为s，则因此划分后每个域最大节点数量

对光网络拓扑节点进行子域的划分：

步骤S11-1，依据节点度大小的先后顺序对所有节点进行排序并编号，编号顺序为1至V；节点度是指与该节点相连的边的条数；

步骤S11-2，选择节点度最大的节点作为首个子域的起始节点，选择与起始节点相连接的且度差值最大的节点优先划入该子域，且每个子域的节点数量不超过m'，若该域的节点数等于m'，则结束该域的划分；即划分进一个子域有两个要求，第一是与起始节点相连接，第二是按照与起始节点度差值的大小来划分，且一个子域的最大节点数不能超过m'个；

步骤S11-3，在剩余的节点中，选择度最大的节点作为另一个子域的起始节点，利用和步骤S11-2相同的方法进行子域的划分：

即从剩余的节点中，找出度最大的节点作为另一个子域的起始节点，选择与起始节点相连的且度差值最大的节点优先划入该子域，若该域的节点数等于m'，则结束该域的划分；

利用上述方法将所有节点确定所属的各个子域，这样就将所有光网络拓扑节点都划分到子域中；

按照子域划分的情况，针对网路中节点进行分类，定义三类关键节点：

●普通节点(GP)：是指网络拓扑划分的子域中的节点，是完成通信的基础信息处理中心；

●网元管理节点(MP)：是指相对应的子域资源状态信息功能节点；网元管理节点用来管理本域资源状态信息，设定该子域中度最大的节点作为该域的网元管理节点。选择度最大的点，即是与域内各个节点连接最多的节点，减小信令传输过程中路由，保证资源的实时性；

●高级管理节点(SMP)：是用来存储网元管理节点拓扑资源状态信息，即各个子域之间的域间资源信息的节点，设定全域度最大的节点作为高级管理节点。

步骤S12，建立子域的资源描述模型：

每个子域的光网络资源由下面的资源状态矩阵来表示：

公式(1)中各个变量代表的信息，即各节点间的资源状态子矩阵如下：

式(1)中，W_{s_i}表示第i个子域中的资源状态信息，是该子域中的节点a与节点b之间所有波长的占用/空闲情况状态矩阵；是指节点a与节点b之间标号为n的物理链路上，波长λ_x的占用/空闲情况；波长空闲/占用1/0表示(i∈[1,s]；n∈[1,L]；x∈[1,W]；a∈[1,V],b∈[1,V])；式(2)矩阵最后一行中，X的取值为1或0，分别表示节点a与节点b之间有连接或无连接；若X为0，则整个子矩阵为0；

通过上述两个矩阵，能清晰地表示出每个子域当中各个点之间的连接情况和两个节点之间的物理链路的资源占用情况。

图2为基于多维帧映射的光网络资源描述示意图，图左侧模块为网络拓扑链接情况，行列表示的是拓扑中的节点编号，实心点表示两节点之间有链路连接，空心点表示两节点之间无连接，通过该模块可获得光网络的拓扑信息；实心点是指两节点之间的资源信息模块，具体表示如图3右侧所示，行表示物理链路中的复用的波长编号，表示波长的资源状态信息；列表示在两节点连接的边中的物理链路的编号，前几列用来表示各物理链路的状态信息，以及相关的资源校验信息；从该模型中可以清晰地获得剩余/占用波长资源的地址信息以及光网络拓扑资源的使用情况。

步骤二，各节点信息的采集

步骤S20，在每个子域中，选取度最大的节点作为该子域的网元管理节点，除了网元管理节点之外的各节点，向其邻居节点发送hello包，邻居节点接收到hello包后，向发送hello包的节点反馈hello包，以确定相邻的两个节点间是否有物理链路，即X的取值为1或0；

步骤S21，如果子域中的两个节点之间有物理链路，则该两个节点基于OSPF协议分别向该子域的网元管理节点上传该两个节点之间的各物理链路上波长占用情况信息即每一条物理链路上，每一个波长的占用/空闲情况；然后网元管理节点对每个节点上传的数据进行奇偶校验，如果发生错误，则要求节点对数据进行重新传输，直到数据传输正确为止；

步骤S22，对于有物理链路连接的两个节点a和b，其分别上传的资源状态信息和为同一信息，则网元管理节点对两个节点上传的代表同一信息的两个数据进行对比校验，如果对比校验错误，则要求两个节点重新上传该数据；直到数据传输正确为止；对比校验采用常规的校验算法，保证两个信息相同即可；

步骤S23，每个网元管理节点对其所在子域的节点上传的资源状态信息进行奇偶校验和对比校验无误后，网元管理节点生成该子域的资源状态矩阵W_{s_i}，

各节点信息的采集基于OSPF协议，资源状态信息的收集包含两个方面：邻居发现节点之间的连接情况，其次通过OSPF-TE发现TE链路的资源状态信息。如图6所示，步骤S21-1至S21-4目的是为了实现邻居发现，确定两个节点之间的连接关系，端口之间的对应情况，步骤S21-5至S21-12目的是为了确定相连接的物理链路上的资源状态信息的占用情况，完成最新资源的比对，保证两节点中存储的链路的资源状态信息的同步性、实时性。

步骤S21中节点利用OSPF协议进行数据传输的过程如下，如图6所示；

步骤S21-1：源节点发送HELLO报文；

步骤S21-2：目的节点接收到对方的HELLO报文，生成更新的Hello包，转换为初始状态；

步骤S21-3、4：在对方发来的HELLO报文中看到自己的Node ID，转换为双向状态；

通过步骤S21-1至S21-4确定两节点之间的连接关系，以及对应的端口等相关连接信息；

步骤S21-5：目的节点向源节点确定资源状态信息的描述报文的序列号，转换为信息交换初始状态；

步骤S21-6：源节点向目的节点发送源状态信息的描述报文的序列号，转换为信息交换初始状态；

步骤S21-7：目的节点向源节点发送资源状态描述报文，转换为信息交换状态；

步骤S21-8：源节点向目的节点发送资源状态描述报文，转换为信息交换状态；

步骤S21-9：目的节点向源节点发送链路状态信息请求报文INFO；(Info＝1是指资源状态信息请求；Info＝0是指资源状态信息一致，形成邻接关系)，获取未知的链路状态信；

步骤S21-10：源节点向目的节点发送链路状态信息更新报文，同步链路状态数据模块；

步骤S21-11、12：重复步骤S21-9至S21-10，直到两节点之间的链路状态完全一致，当资源状态报文INFO中Info＝0，确定信息更新完毕，形成邻接关系。

步骤三，光网络资源信息的整合

步骤S30，各网元管理节点生成所在子域的帧模块矩阵，该帧模块矩阵包括段开销和信息负载区，如图3所示；段开销为该矩阵的前二列，主要用来完成各个物理链路上资源状态信息的准确性校验以及负载容量的标记；其中第一列为奇偶校验位，第二列为负载容量的标记位；

矩阵中除段开销之外的部分为信息负载区，填充该子域的资源状态矩阵W_{s_i}，节点之间有连接的链路按照资源信息的状态填入，无连接的节点对之间的信息填“0”补入，矩阵其他部分也用“0”补充；

如上式所示，在该帧模块矩阵中，第一列A₁至A_n(n∈[1,L])为奇偶校验位，用以在传输过程中校验数据；第二列以后填充该子域的资源状态矩阵W_{s_i}；由于不同的光纤链路(即物理链路，在具体实施方式中以光纤链路为例)可以提供不同的传输速率(带宽)，因此对不同速率的光纤链路进行标记和划分，在实际使用时，可根据实际情况将不同速率的光纤链路进行标记，以便后续用户任务请求时根据用户的任务请求容量选择合适的光纤链路进行数据的传输，达到光纤链路的合理利用，避免浪费。

因此，在帧模块矩阵中，设置负载容量标记位，第二列M₁至M_n(n∈[1,L])为负载容量标记位(负载容量标记代码由三个数字组成)，每个标记对应一条物理链路的最大负载容量，即标号1至标号n的物理(光纤)链路的最大负载容量(速率等级)，即该条光纤链路上能提供的最大带宽。以目前的光纤链路为例，当前的光纤链路传输速率主要由以下几种，分表标记如下：

表1负载容量标记位

如每条边的光纤链路数量L为4，那么M₁,M₂,M₃,M₄分别由代码001，010，011和100表示，而不同速率等级的光纤链路能提供不同的带宽；通过负载容量标记，可以对应到每一条物理链路的最大负载容量。

帧模块矩阵完成整个网络拓扑资源的描述，传播的过程中信息负载区按照从左到右，从上到下的顺序依次传播，同时遵循逐节点对资源状态信息的传播，即节点连接资源状态信息的内部同样是按照从左到右，从上到下的顺序来完成资源的传播；既保证资源信息的快速准确传播，同时保证各个节点之间连接资源的独立性，为下一步资源的更新查找与更新奠定基础。

步骤S31，在网络拓扑的所有节点中，选取度最大的节点作为高级管理节点，各网元管理节点将其生成的域间资源状态信息矩阵，发送给高级管理节点，形成域间资源状态信息帧。从而，各个子域的资源状态信息存储在网元管理节点，域间资源状态信息存储于高级管理节点，实现资源状态信息的分布式呈现，为资源状态信息的分布式查找，资源状态信息的快速处理奠定基础。

以下通过两个不同大小的网络拓扑实施例对帧模块矩阵组的形成进行说明。

示例1：

下面以图5为例，描述复杂拓扑网络下的资源描述，设该网络拓扑G＝(23，25)，每条边的光纤链路数为L，光纤链路上波长的复用数量为W，下面针对复杂网络拓扑进行分层划域：

(1)通过步骤1的方法可得如图5所示的第三层的5个子域{a,b,c,d,e}。

(2)针对5个子域，利用光网络资源模型完成光网络资源的描述，在第二层的网元管理节点中完成子域资源的描述、校验整合，网元管理节点(图中的A,B,C,D,E)获得所属各个子域的资源状态信息描述帧模块矩阵Fram1_a,Fram1_b,Fram1_c,Fram1_d,Fram1_e；

(3)针对各个网元管理节点之间的域间链路资源，设定各个网元管理节点为普通节点，统计分析各个域间链路上的资源信息，整合上传到Top节点(高级管理节点)，各个网元管理节点域间链路资源信息的校验、分析统计。实现域间链路资源在第三层高级网元管理节点中形成帧模块矩阵组Fram2_top。从而，各个子域的资源状态信息存储在管理节点，域间资源状态信息存储于高级管理节点，实现资源状态信息的分布式呈现，为资源状态信息的分布式查找，资源状态信息的快速处理奠定基础。

示例2：

利用一个随机生成的小型拓扑网络为例就小型光网络资源的描述进行阐述。如图4所示，为小型的网络拓扑，包含4个节点分别标号为1,2,3,4，每条边中有3条物理链路，3条物理链路的标号n分别为1、2和3号；每条物理链路中复用4个波长，每个波长的负载容量为2Gbps。随机设定该网络拓扑中各条物理链路中波长的使用情况，根据前文提出的光网络资源描述方法，具体实现方式如下：

(1)由于本网络拓扑节点数量较少，不需要进行划域，设定为一个子域。设定该网络拓扑的网元管理节点为节点1，各节点通过发送Hello包到网元管理节点中，通过网元管理节点的回馈信息确定各个节点与网元管理节点的连通性；通过网元管理节点的方式，实现资源信息准确性的纵向管理，相比较传统“泛洪式”广播的方式，使得资源的查找、描述、更新的计算复杂度更低。

(2)在各个节点针对相连接的光纤链路，依据公式(1)和公式(2)提出的方案进行描述。行表示在某一光纤链路上各个波长的占用情况，通过多维的方式描述光网络资源：

由于同一节点之间，和相邻的节点之间没有物理链路，则有：

而节点1和2、2和3、3和4、4和1之间有物理链路，则节点间的资源状态子矩阵分别为：(矩阵中的0和1为随机设定值)：

$W^{{\mathrm{\λ}}^{2,1}}=W^{{\mathrm{\λ}}^{1,2}}=\left[\begin{array}{c}{W_1}^{{\mathrm{\λ}}_1^{1,2}},{W_1}^{{\mathrm{\λ}}_2^{1,2}},{W_1}^{{\mathrm{\λ}}_3^{1,2}},{W_1}^{{\mathrm{\λ}}_4^{1,2}}\\ {W_2}^{{\mathrm{\λ}}_1^{1,2}},{W_2}^{{\mathrm{\λ}}_2^{1,2}},{W_2}^{{\mathrm{\λ}}_3^{1,2}},{W_2}^{{\mathrm{\λ}}_4^{1,2}}\\ {W_3}^{{\mathrm{\λ}}_1^{1,2}},{W_3}^{{\mathrm{\λ}}_2^{1,2}},{W_3}^{{\mathrm{\λ}}_3^{1,2}},{W_3}^{{\mathrm{\λ}}_4^{1,2}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0101\\ 1000\\ 0101\\ 1000\end{array}\right]$

$W^{{\mathrm{\λ}}^{4,3}}=W^{{\mathrm{\λ}}^{3,4}}=\left[\begin{array}{c}{W_1}^{{\mathrm{\λ}}_1^{3,4}},{W_1}^{{\mathrm{\λ}}_2^{3,4}},{W_1}^{{\mathrm{\λ}}_3^{3,4}},{W_1}^{{\mathrm{\λ}}_4^{3,4}}\\ {W_2}^{{\mathrm{\λ}}_1^{3,4}},{W_2}^{{\mathrm{\λ}}_2^{3,4}},{W_2}^{{\mathrm{\λ}}_3^{3,4}},{W_2}^{{\mathrm{\λ}}_4^{3,4}}\\ {W_3}^{{\mathrm{\λ}}_1^{3,4}},{W_3}^{{\mathrm{\λ}}_2^{3,4}},{W_3}^{{\mathrm{\λ}}_3^{3,4}},{W_3}^{{\mathrm{\λ}}_4^{3,4}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0011\\ 1000\\ 1101\\ 1000\end{array}\right];$

$W^{{\mathrm{\λ}}^{3,2}}=W^{{\mathrm{\λ}}^{2,3}}=\left[\begin{array}{c}{W_1}^{{\mathrm{\λ}}_1^{2,3}},{W_1}^{{\mathrm{\λ}}_2^{2,3}}{W_1}^{{\mathrm{\λ}}_3^{2,3}}{W_1}^{{\mathrm{\λ}}_4^{2,3}}\\ {W_2}^{{\mathrm{\λ}}_1^{2,3}},{W_2}^{{\mathrm{\λ}}_2^{2,3}}{W_2}^{{\mathrm{\λ}}_3^{2,3}}{W_2}^{{\mathrm{\λ}}_4^{2,3}}\\ {W_3}^{{\mathrm{\λ}}_1^{2,3}},{W_3}^{{\mathrm{\λ}}_2^{2,3}}{W_3}^{{\mathrm{\λ}}_3^{2,3}}{W_3}^{{\mathrm{\λ}}_4^{2,3}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0100\\ 1000\\ 1111\\ 1000\end{array}\right];$

$W^{{\mathrm{\λ}}^{1,4}}=W^{{\mathrm{\λ}}^{4,1}}=\left[\begin{array}{c}{W_1}^{{\mathrm{\λ}}_1^{1,4}},{W_1}^{{\mathrm{\λ}}_2^{1,4}},{W_1}^{{\mathrm{\λ}}_3^{1,4}},{W_1}^{{\mathrm{\λ}}_4^{1,4}}\\ {W_2}^{{\mathrm{\λ}}_1^{1,4}},{W_2}^{{\mathrm{\λ}}_2^{1,4}},{W_2}^{{\mathrm{\λ}}_3^{1,4}},{W_2}^{{\mathrm{\λ}}_4^{1,4}}\\ {W_3}^{{\mathrm{\λ}}_1^{1,4}},{W_3}^{{\mathrm{\λ}}_2^{1,4}},{W_3}^{{\mathrm{\λ}}_3^{1,4}},{W_3}^{{\mathrm{\λ}}_4^{1,4}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0100\\ 1010\\ 1101\\ 1000\end{array}\right];$

以为例，矩阵表示节点1和2之间3条物理链路上，每条物理链路中4个波长的使用情况，其中矩阵的前三行分别表示标号为1、2、3号的物理链路上，每个波长的占用/空闲情况，1代表空闲，0代表占用；矩阵的最后一行的第一列为1，即X＝1，表示节点1和节点2之间有物理连接。则由各资源状态子矩阵可知，在节点1和节点2之间的3条物理链路中均有空闲波长，其中标号为1的物理链路上，波长λ₂和λ₄空闲；标号为2的物理链路上波长λ₁空闲；其中标号为3的物理链路上，波长λ₂和λ₄空闲。

(3)针对步骤二描述将各个光纤链路上资源状态信息上传至网元管理节点；

(4)网元管理节点分析整合上传信息：针对于相同的链路资源状态信息，如分别由节点1与节点2上传，这两个矩阵表示的为同一信息；在网元管理节点，针对此类信息，进行比对校验；比对校验算法为本领域中常规的算法。

(5)通过分析、校验形成光网络资源描述矩阵中的信息，可从全局判定相连节点的链路位置，实现光网络资源多维映射，形成该域的资源状态矩阵：

$W_s=\left[\begin{array}{c}{W}^{{\mathrm{\λ}}^{1,1}},W^{{\mathrm{\λ}}^{1,2}},W^{{\mathrm{\λ}}^{1,3}},W^{{\mathrm{\λ}}^{1,4}}\\ W^{{\mathrm{\λ}}^{2,1}},W^{{\mathrm{\λ}}^{2,2}},W^{{\mathrm{\λ}}^{2,3}},W^{{\mathrm{\λ}}^{2,4}}\\ W^{{\mathrm{\λ}}^{3,1}},W^{{\mathrm{\λ}}^{3,2}},W^{{\mathrm{\λ}}^{3,3}},W^{{\mathrm{\λ}}^{3,4}}\\ W^{{\mathrm{\λ}}^{4,1}},W^{{\mathrm{\λ}}^{4,2}},W^{{\mathrm{\λ}}^{4,3}},W^{{\mathrm{\λ}}^{4,4}}\end{array}\right]$

步骤四：任务请求的建立

光网络资源描述完成以后，当有用户任务请求建立光路时，依据基于多维帧映射的光网络资源描述方法对任务请求进行描述，查找高级网元管理节点中的帧模块矩阵组，获得可用光网络资源。当可用资源为空时，分配波长建立光路；否则，光路建立失败，拒绝该用户任务。

本发明采用自上而下的资源查找机制，逐步的发现查找光网络中的可用光网络资源。针对到达网络的任务请求，分析其本身的特征，查找其源、目的节点所在的子域，确定其为域内任务请求或是域间任务请求。基于多维帧映射的光网络资源描述的资源自动发现分为两个方面：域内任务请求与域间任务请求的自动查找。具体过程如所示：

步骤S40，用户发送任务请求包至高级管理节点，该请求包包括建立光路的源节点、目的节点与负载容量的请求矩阵W_request；假设任务请求为a-＞b，a、b为节点的编号，任务请求容量为c Gbps。基于多维帧映射的光网络资源描述方法方程如下的资源占用请求矩阵：

W_{request＝＜c；a,b＞}

前第一位表示资源请求负载容量的最小标准值，后两位表示资源请求所占用波长的物理位置：

在复杂网络拓扑下，通过步骤S11-1对各个节点进行统一编号，再进行分层，避免了不同域、层之间节点编号相同。

通过资源请求模块获得用户所要占用的信息，即在链路a-＞b上存在空闲波长负载容量为c的资源，判断最接近负载容量c的带宽确定请求的波长类型，满足用户建立光路的请求。通过矩阵后两空位获得任务请求建立光路的位置，通过第一空位获得所要请求的资源的负载容量。

步骤S41，高级管理节点从任务请求包中获得源、目的节点，由于网络拓扑中，所有节点已经经过统一编号(简单网络拓扑，在步骤S10中编号，复杂网络拓扑，在步骤S11-1中编号)，因此节点a、b在整个网络拓扑中是唯一的。

通过Dijkstra算法获得任务请求的最短路由，进而获得任务请求路由经过的边，和任务请求相关的网元管理节点，即实现该任务请求需要经过的物理链路，和经过的相关节点和网元管理节点；

若相关网元管理节点的数量为1时，说明任务请求要建立的路径在一个子域中，执行步骤S42，相关网元管理节点数量大于1时，则要建立的路径在两个以上的子域中，为域间任务请求，执行步骤S44；

步骤S42，当与该任务请求相关的网元管理节点的数量为1时，该任务请求为域内任务请求，则从帧模块组中该网元管理节点生成的帧模块的信息负载区中，提取出在该路由上的相关节点的资源状态子矩阵。

仍以上述的示例2所示的小型简单网络拓扑为例，如任务请求包中任务请求矩阵：W_request＝<2；1,3>，即在小型网络拓扑中任务请求为1->3，负载容量请求2Gbps，则根据示例2的网络拓扑可知，从节点1到节点3之间，最短路由为1->2->3，相关的节点间的资源状态子矩阵为：

$W^{{\mathrm{\&lambda;}}^{1,2}}=\left[\begin{array}{c}{W_1}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{1,2}},{W_1}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{1,2}},{W_1}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{1,2}}\\ {W_2}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{1,2}},{W_2}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{1,2}},{W_2}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{1,2}}\\ {W_3}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{1,2}},{W_3}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{1,2}},{W_3}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{1,2}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0101\\ 1000\\ 0101\\ 1000\end{array}\right];W^{{\mathrm{\&lambda;}}^{2,3}}=\left[\begin{array}{c}{W_1}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{2,3}},{W_1}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{2,3}},{W_1}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{2,3}}\\ {W_2}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{2,3}},{W_2}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{2,3}},{W_2}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{2,3}}\\ {W_3}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{2,3}},{W_3}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{2,3}},{W_3}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{2,3}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0100\\ 1000\\ 1111\\ 1000\end{array}\right];$

步骤S43，将所有相关的资源状态子矩阵通过求与的方式得到资源状态可用矩阵M_avl：

$M\_avl=\left[\begin{array}{c}0101\\ 1000\\ 0101\\ 1000\end{array}\right]\&cap;\left[\begin{array}{c}0100\\ 1000\\ 1111\\ 1000\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0100\\ 1000\\ 0101\\ 1000\end{array}\right]$

如上式所示，该网络拓扑中，每条边，即两个节点之间有三条物理链路，n为3；由于节点之间的不同光纤链路有着不同的速率等级，即资源状态子矩阵中，每一行所代表的光纤链路能提供不同的最大带宽，而在该网络拓扑的帧模块中，已经对各速率等级进行了标记(即负载容量标记位M₁至M_n)，因此求与之后，M_avl矩阵的前三行即呈现了速率等级分别为STM-1、STM-4、STM-16的光纤链路上可用的波长。由该矩阵可看出，在速率等级为STM-1的光纤链路上，即该矩阵的第一行中，剩余1个波长，即波长λ₂空闲；速率等级为STM-4的光纤链路上，剩余1个波长，波长λ₁空闲；速率等级为STM-16的光纤链路上，剩余2个波长，波长λ₂和λ₄空闲。

若该矩阵M_avl为空，则拒绝任务请求；若矩阵非空，则比较任务请求矩阵W_{request＝＜c；a,b＞}中的负载容量c和资源状态可用矩阵中各物理链路能提供的最大负载容量的大小，若任务请求容量小于能提供的最大负载容量，则得到域内最后可用资源，若大于则拒绝任务请求；

由表1可知，速率等级为STM-1的光纤链路只能提供155Mbps的带宽，速率等级为STM-4的光纤链路只能提供622Mbps的带宽，速率等级为STM-16的光纤链路能提供两个带宽为2.5Gbps的带宽；该任务请求需要2Gbps的带宽，故只能占用速率等级为STM-16的光纤链路的一个波长，该波长即为最后的可用资源，然后跳转至步骤S46继续执行；若任务请求容量大于最大负载容量，则拒绝任务请求；

步骤S44，若与该任务请求相关的网元管理节点的数量大于1时，该任务请求为域间任务请求，根据任务请求的路由信息，获得该路由的分段路由所属的子域；即建立光路所需要经过的子域；如任务请求是从节点a到节点b，而节点a属于子域1，节点b属于子域2，那么子域1和子域2即为分段路由所属的子域。

从帧模块组中相关的网元管理节点生成的帧模块的信息负载区中，提取出在该路由上的每个子域中，相关节点的资源状态子矩阵；将每个域中所有相关的资源状态子矩阵通过求与的方式得到该域的资源状态可用矩阵，然后对每个子域的资源状态可用矩阵进行求与，得到域间资源信息可用矩阵M'_avl；

例如，任务请求从节点a到节点b，其中经过的路径为a->c->d->e->f->b，其中节点a、c、d属于子域1，节点e、f和b属于子域2，那么该路由上相关节点即为a、c、d、e、f、b，从子域1的网元管理节点形成的帧模块中提取出节点a和节点c、节点c和节点d之间的资源状态子矩阵，进行求与，得到子域1的资源状态可用矩阵；同时从子域2的网元管理节点形成的帧模块中提取出节点e和节点f、节点f和节点b之间的资源状态子矩阵，进行求与，得到子域2的资源状态可用矩阵，然后将子域1、2的资源状态可用矩阵进行求与，得到域间资源信息可用矩阵M'_avl；

步骤S45，将任务请求包中请求的负载容量和域间资源状态可用矩阵M'_avl行比较，若物理链路上能提供的最大负载容量大于请求包中请求容量c，则得到最后可用资源；若小于则拒绝任务请求；

步骤S46，若最后的可用资源为空(即M_avl和M'_avl为空，或任务请求容量c大于节点间物理链路上可提供的最大负载容量)，则返回信息，任务请求拒绝，若可用资源非空，则利用First-Fit算法分配波长，建立光路。

本节介绍的任务请求建立过程，通过由上而下的方式，基于多维帧映射的光网络资源管理方法，调用光网络资源调度模块获得路由信息完成资源自动查找，将复杂的问题分解、简化为域间可用资源与域内可用资源，通过相应函数直接实现在相应光网络资源状态矩阵的自动查找、发现，并形成可用资源包，完成任务请求建立光路；同时使得资源查找由原先逐跳的完成资源的发现，到分布式的同时进行可用资源的查找，极大程度上降低了任务请求建立光路的延时，提高了资源自动查找的响应时间与资源利用率。

在任务请求建立完成后，可进行资源状态的更新，以便下一次任务请求的建立：

资源状态更新：

任务请求建立光路占用信道或者数据传输结束时，即时完成资源的自动更新，本发明中资源自动更新采用由下而上的方式。模型的具体实现区分为两种情况，域内任务请求和域间任务请求下的资源自动更新：

A、域内任务请求建立光路完成后的资源更新

域内任务请求建立后，建立光路的相关节点重新将节点间的物理链路的占用/空闲情况上传到其网元管理节点，这样网元管理节点就得到了资源状态变更后的资源状态子矩阵然后将与之前未建立光路时的该网元管理节点的资源状态矩阵进行求与，得到的矩阵即为更新后相关的节点间的资源状态子矩阵；然后用对进行替换，得到更新后的该子域的资源状态矩阵W^new _{s_i}，然后将W^new _{s_i}更新到帧模块矩阵中，进而更新到高级管理节点的帧模块矩阵组中；

利用步骤四中示例，即在1->2->3光路建立完成后的资源更新情况举例。变更后的资源状态子矩阵如下所示：

$W^{\&prime;{\mathrm{\&lambda;}}^{1,2}}=\left[\begin{array}{c}0101\\ 1000\\ 0001\\ 1000\end{array}\right];W^{\&prime;{\mathrm{\&lambda;}}^{2,3}}=\left[\begin{array}{c}0100\\ 1000\\ 1011\\ 1000\end{array}\right];$

变更后的资源状态子矩阵与未变更时的资源状态子矩阵求与：

${W_{new}}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{1,2}}=W^{{\mathrm{\&lambda;}}^{1,2}}\&cap;W^{\&prime;{\mathrm{\&lambda;}}^{1,2}}=\left[\begin{array}{c}0101\\ 1000\\ 0101\\ 1000\end{array}\right]\&cap;\left[\begin{array}{c}0101\\ 1000\\ 0001\\ 1000\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0101\\ 1000\\ 0001\\ 1000\end{array}\right];$

${W_{new}}^{{\mathrm{\&lambda;}}^{2,3}}=W^{\&prime;{\mathrm{\&lambda;}}^{2,3}}\&cap;W^{\&prime;{\mathrm{\&lambda;}}^{2,3}}=\left[\begin{array}{c}0100\\ 1000\\ 1111\\ 1000\end{array}\right]\&cap;\left[\begin{array}{c}0100\\ 1000\\ 1011\\ 1000\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0100\\ 1000\\ 1011\\ 1000\end{array}\right];$

求与后得到的和替换W_{s_i}中的和得到W^new _{s_i}，然后将W^new _{s_i}更新到该子域的帧模块中，继而更新到高级管理节点的帧模块组中。

B、域间任务请求建立光路完成后的资源更新

域间任务请求建立光路后，资源更新与域内任务请求建立光路后资源更新过程类似，即对光路建立的相关节点之间进行资源状态子矩阵的更新，然后再更新至资源状态矩阵、帧模块，最终更新到帧模块组中。

本节提出基于多维帧映射的光网络资源描述方法的资源自动更新策略，方法通过由下而上的方式，逐域逐层的实现资源的自动更新。逐域的将资源变更信息上传至上一层的管理节点，使得资源更新的流程简洁、高效，避免了泛洪式的资源更新导致的信息风暴。资源变更信息只包含被占用/释放的链路与波长的信息改变，其余未改变信息在资源变更矩阵中不体现，资源变更矩阵与管理节点中资源描述矩阵简单求与的方式，使得资源更新计算复杂度大大降低，保证了管理节点中资源描述信息的准确性与实时性，为将来的资源发现与资源调度的高效性奠定了基础。

资源描述复杂性分析：

依据在光网络拓扑中资源情况，计算资源状态信息更新传播的计算复杂度。设定网络拓扑包含10个节点，相连节点之间的每条边中有12物理链路(目前单束管内最大纤芯数)，每条物理链路中复用160条波长(目前DWDM波长复用的最大数量)，光网络资源状态信息随机设定。

每一个帧结构中，前5列为开销字段，6—270列为净负荷区，可存储的信息量为：(265列)*(12字节/列)*(8比特/字节)＝25440bit；每列可存储的光网络资源状态信息量为：(261列)*(8比特/字节)＝2088bit，每bit为8个二进制数；就网络拓扑节点总数量为10，相互连接的两节点之间为12个光纤链路，每个光纤链路上波长复用数量为160的网络拓扑，其资源状态信息为24000bit，通过一个帧模块即可完成呈现；在复杂网络拓扑即可以采用分子域、分层次的描述，通过段开销来标记相关信息，整合到SDH的复用传输体系中；各个节点就各自信息分布式上传，集中整合、分析、比对，极大程度的降低了信息统计延时，且在SDH传输体系中每秒传播8000帧，资源状态信息的更新间隔T更新一次，且1s<T<3s。通过本例可得，采用多维的方式描述光网络资源，采用类似SDH帧的资源状态信息帧块来呈现光网络资源，最大程度的实现了资源状态信息的清晰呈现、快速传播，极大的降低了资源状态新传播过程中带来的延时，提高资源的利用率。相比较传统的资源描述方法，即通过计算机语言描述光网络拓扑以及任务请求的各种属性，调用计算机数据库的方式完成资源状态信息的处理，本发明提出的资源描述方法使得资源的传播效率大大提高。

目前DWDM已经被认为是针对于NGN(Next Generation Network)最合适的传输方式，尤其适用于多域大规模的光网络。DWDM技术的快速发展使得光谱资源多通道高速传输得以实现，极大的提高了光网络资源的利用率。但是DWDM技术的框架结构尚不够完善，随着在一条物理光纤链路上的波长复用的数量越来越多，通过DWDM技术传输的数据的描述信息，常出现冗余、辨识度低和计算复杂度高等现象。

本发明提出的基于多维帧映射的光网络资源描述方法针对复杂网络拓扑且波长复用数量的较大的情况，采用分层划域的方式降低网络拓扑规模对计算复杂的影响；采用多维的方式呈现光网络资源状态信息，使得在各个光纤链路上的长资源状态信息清晰、直观的展示。在资源状态信息的交互、更新过程中，实现和SDH类似的传输方式，资源状态矩阵由左到右、由上到下来传输信息，类似的传输体制，使得资源更新、发现以及后续的资源调度更加高效，简洁。

Claims (1)

1.基于多维帧映射的光网络资源管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，建立光网络资源模型

步骤S10，判断光网络是否需要进行多区域划分：

如果光网络拓扑节点数量小于10，将节点按照度从大到小的顺序进行编号，然后将编号后的节点作为一个子域，执行步骤S12，否则执行步骤S11；

步骤S11，记光网络拓扑为G＝(V,E)，其中节点数量为V，边数量为E，每条边的物理链路数量为L，物理链路上波长的复用数量为W，设每个域节点数量为m，则每个域路由波长分配的复杂度为：

Cop(m)＝L*W[m²+2(V/m)²]

令Cop(m)'＝0，则有：

$\frac{L*W*(2m^4-4V^2)}{m^3}=0$

进而得到最优解为记划分后域的数量为S，则因此划分后每个域最大节点数量

对光网络拓扑节点进行子域的划分：

步骤S11-1，依据节点度大小的先后顺序对所有节点进行排序并编号；

步骤S11-2，选择节点度最大的节点作为首个子域的起始节点，选择与起始节点相连接的且度差值最大的节点优先划入该子域，且每个子域的节点数量不超过m'，若该域的节点数等于m'，则结束该域的划分；

步骤S11-3，在剩余的节点中，选择度最大的节点作为另一个子域的起始节点，利用和步骤S11-2相同的方法进行子域的划分，直至全部节点确定所属的各个子域；

步骤S12，建立子域的资源描述模型：

每个子域的光网络资源由下面的资源状态矩阵来表示：

公式(1)中各个变量代表的信息，即资源状态子矩阵为：

式(1)中，W_{s_i}表示第i个子域中的资源状态信息，式(2)中，是子域中的节点a与节点b之间所有波长的占用/空闲情况状态矩阵；是指节点a与节点b之间标号为n的物理链路上，波长λ_x的占用/空闲情况；波长空闲/占用1/0表示(i∈[1,s]；n∈[1,L]；x∈[1,W]；a∈[1,V],b∈[1,V])；式(2)矩阵最后一行中，X的取值为1或0，分别表示节点a与节点b之间有连接或无连接；

步骤二，各节点信息的采集

步骤S20，在每个子域中，选取度最大的节点作为该子域的网元管理节点，除了网元管理节点之外的各节点，向其邻居节点发送hello包，邻居节点接收到hello包后，向发送hello包的节点反馈hello包，以确定相邻的两个节点间是否有物理链路，即X的取值为1或0；

步骤S21，如果子域中的两个节点之间有物理链路，则该两个节点基于OSPF协议获得相连链路的资源状态信息，并分别向该子域的网元管理节点上传该两个节点之间的各物理链路上波长占用情况信息

步骤S22，对于有物理链路连接的两个节点a和b，其分别上传的资源状态信息和为同一信息，则网元管理节点对两个节点上传的代表同一信息的两个数据进行对比校验，如果对比校验错误，则要求两个节点重新上传该数据；

步骤S23，每个网元管理节点对其所在子域的节点上传的资源状态信息进行对比校验无误后，网元管理节点生成该子域的资源状态矩阵W_{s_i}，

步骤三，光网络资源信息的整合

步骤S30，各网元管理节点生成所在子域的帧模块矩阵，该帧模块矩阵包括段开销和信息负载区：

如上式所示，段开销为该矩阵的前二列，其中第一列A₁至A_n(n∈[1,L])为奇偶校验位，第二列M₁至M_n(n∈[1,L])为负载容量的标记位，每个标记对应一条物理链路的最大负载容量；矩阵中除段开销之外的部分为信息负载区，填充该子域的资源状态矩阵W_{s_i}；

步骤S31，在网络拓扑的所有节点中，选取度最大的节点作为高级管理节点，各网元管理节点将其生成的帧模块矩阵发送给高级管理节点，高级管理节点按照子域中网元管理节点的度大小顺序，将采集的帧模块矩阵形成帧模块矩阵组并保存在高级管理节点中，其中度最小的网元管理节点生成的帧模块矩阵位于帧模块矩阵组的最下层；

步骤四，任务请求的建立

步骤S40，用户发送任务请求包至高级管理节点，该请求包包括建立光路的源节点、目的节点与负载容量的请求矩阵：W_request；

W_{request＝＜c；a,b＞}

在上式中，a∈[1,V],b∈[1,V]，表示网络拓扑中的两个节点，c为任务请求容量；

步骤S41，高级管理节点从任务请求包中获得源、目的节点，通过Dijkstra算法获得任务请求的最短路由，进而获得任务请求路由经过的边，和任务请求相关的网元管理节点，若相关网元管理节点的数量为1时，执行步骤S42，相关网元管理节点数量大于1时，执行步骤S44；

步骤S42，当与该任务请求相关的网元管理节点的数量为1时，该任务请求为域内任务请求，则从帧模块组中该网元管理节点生成的帧模块的信息负载区中，提取出在该路由上的相关节点的资源状态子矩阵；

步骤S43，将所有相关的资源状态子矩阵通过求与的方式得到资源状态可用矩阵，若该矩阵为空，则拒绝任务请求；若矩阵非空，则比较任务请求容量和资源状态可用矩阵中能提供的最大负载容量的大小，若任务请求容量小于最大负载容量，则得到最后可用资源，跳转至步骤S46；

步骤S44，若与该任务请求相关的网元管理节点的数量大于1时，该任务请求为域间任务请求，根据任务请求的路由信息，获得该路由的分段路由所属的每个子域；从帧模块组中这些子域的网元管理节点生成的帧模块的信息负载区中，提取出每个子域中在该路由上的相关节点的资源状态子矩阵，将每个子域中所有相关的资源状态子矩阵分别通过求与的方式得到每个子域的资源状态可用矩阵，然后对每个子域的资源状态可用矩阵进行求与，得到域间资源信息可用矩阵；

步骤S45，将任务请求容量和域间资源信息可用矩阵中各物理链路能提供的最大负载容量进行比较，若任务请求容量小于能提供的最大负载容量，则得到最后可用资源；

步骤S46，若最后可用资源为空，则返回信息，任务请求拒绝，若最后可用资源非空，则利用First-Fit算法分配波长，建立光路。