CN108616782A - 一种弹性光网络中基于不相交连接组优化的频谱分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弹性光网络中基于不相交连接组优化的频谱分配方法，包括以下步骤：先根据每个到达业务所需占用的带宽需求和路由长度建立连接组图；将所有业务按照带宽需求的大小降序排列，优先分配带宽需求大的业务，若有两个或者两个以上的业务具有相同的带宽需求，则优先对其中路由长度大的业务进行分配；当确定了被优先分配的业务之后，将该业务放入不相交连接组中采用首次到达匹配策略分配频谱，和该业务有相交链路的其他业务则放入相交连接组中采用最后到达匹配策略分配频谱。本发明具有网络链路利用率高且业务阻塞率低的优点。

Description

一种弹性光网络中基于不相交连接组优化的频谱分配方法
技术领域
本发明涉及弹性光网络，频谱资源分配技术领域，具体涉及一种弹性光网络中基于不相交连接组优化的频谱分配方法。
背景技术
传统的波分复用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)网络采用固定栅格的频谱分配方式，其较粗的频谱颗粒度导致了光网络频谱利用率低和灵活性差。为了减少频谱资源的浪费，弹性光网络(EON，Elastic Optical Network)引入了光正交频分复用(O-OFDM，Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术，支持将传统的WDM波长通道转化为更小频谱颗粒度的频隙(FS，Frequency Slot)进行资源分配，同时可以根据业务需求分配或组合相应的频隙，从而提高网络资源利用率和传输效率。
弹性光网络中，对于每一个新到达的业务需要建立一条端到端的路由并需在每条链路上分配足够的连续频谱资源，即路由频谱分配(RSA，Routing andSpectrumAllocation)。频谱分配需要满足频谱一致性和连续性约束：频谱一致性约束是指每个业务在路由经过的所有链路上必须占用完全相同的频隙；频谱连续性约束指每个业务在每条链路上占用的频隙必须是连续无间隔的。在网络连接的动态建立与拆除过程中，会出现单条链路上剩余可用频隙不连续或相邻空闲频谱不一致的情况，称为频谱碎片(SF，Spectrum Fragmentation)问题，可能会造成网络资源利用率降低和业务请求阻塞率增加等问题。
针对弹性光网络中的频谱分配和碎片问题，学术界提出了一些频谱碎片重构策略，但碎片重构机制有可能中断业务传输，从而降低业务传输效率。针对这一缺点，SeydouBa等提出了一种交换1+1中工作路径和备份路径上传输的业务的碎片整理策略，将工作路径上传输的业务与备份路径交换，在备份路径上进行碎片整理，从而保证数据在工作路径上的不中断传输，其缺点是在特定条件下才会触发碎片整理机制，对于提高频谱资源利用率具有一定的局限性[Seydou Ba,Bijoy Chand Chatterjee,EijiOki.Defragmentation Scheme Based on Exchanging Primary and Backup Paths in 1+1 Path Protected Elastic Optical Networks[C].Networking IEEE/ACMTransactions,2017(25):1717-1731.]。Xin Chen等提出一种基于碎片感知的路由频谱分配策略，结合带宽分配和业务请求大小确定***资源容量，采用碎片化程度最低的频谱分配方案，其优点是网络阻塞率低，缺点是未考虑频谱分配与业务请求速率的关系[X.Chen,J.Li,P.Zhu,R.Tang,Z.Chen and Y.He,Fragmentation-aware routing and spectrumallocation scheme based on distribution of traffic bandwidth in elasticoptical networks.in IEEE/OSA Journal of Optical Communications andNetworking,Nov.1,2015,11(7):1064-1074.]。H.L.Liu等提出了基于频谱分区的碎片化整理频谱分配策略，由请求类型和业务强度定义专用区域，有可用频隙采用First Fit分配，否则查找最低冲突区域采用Last Fit分配，最后启用重组机制动态计算专用频谱块。其优点是频谱利用率高，考虑了不同请求速率下的分配结果，缺点是随着分区数量增大，计算复杂度增加较快[H.L.Liu,L.Lv,Y.Chen and C.Wei.Fragmentation-AvoidingSpectrumAssignment Strategy Based on Spectrum Partition for Elastic OpticalNetworks.in IEEE Photonics Journal,Oct.2017,5(9):1-13.]。
发明内容
本发明的目的是提供一种能提高网络链路利用率并降低业务阻塞率的弹性光网络中基于不相交连接组优化的频谱分配方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：所述的一种弹性光网络中基于不相交连接组优化的频谱分配方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将每个请求到达的业务定义为一个连接组并标记为一个顶点，并且由每个业务的带宽需求和路由长度生成顶点参数，将顶点存入顶点集合，直至所有请求到达的业务被标记；
步骤(2)：若两个业务之间有相交链路，则在两个业务对应的顶点之间建立边，并将边存入边集合，直至所有相交链路均已遍历；
步骤(3)：根据步骤(1)得到的顶点集合与步骤(2)得到的边集合生成连接组图；
步骤(4)：将所有未分组的顶点按照带宽需求大小降序排列，当带宽需求最大的顶点有两个或两个以上时，执行步骤(5)；当带宽需求最大的顶点只有一个时，选择带宽需求最大的顶点作为标记顶点，执行步骤(6)；
步骤(5)：将带宽需求相同的顶点按路由长度降序排列，选择路由长度大的顶点作为标记顶点；
步骤(6)：将标记顶点对应的业务放入不相交连接组中，采用首次到达匹配策略进行频谱分配，然后将与标记顶点相邻的其他顶点对应的业务放入相交连接组中，并采用最后到达匹配策略进行频谱分配；
步骤(7)：若有剩余未分组顶点，则执行步骤(4)，直至完成所有业务的频谱分配。
进一步地，前述的一种弹性光网络中基于不相交连接组优化的频谱分配方法，其中：在步骤(1)中，业务请求到达率均服从均值为λ的泊松分布，持续时间服从均值为μ的负指数分布。
通过上述技术方案的实施，本发明的有益效果是：基于碎片与业务请求特性的关系，将网络业务拓扑图转化为构造附属图，可以清晰地反映业务之间的链路情况，通过优先分配带宽需求高和路由长度大的业务，可以有效地降低网络阻塞率，通过划分不相交连接组和相交连接组的频谱分配策略能够尽可能避免不同链路的频谱非一致性，从而降低网络中的碎片化程度。
附图说明
图1为采用背景技术中所述的First Fit策略后得到的频谱分配结果示意图。
图2为本发明所述的一种弹性光网络中基于不相交连接组优化的频谱分配方法的流程框图。
图3为本发明中网络拓扑的结构示意图。
图4为本发明中连接组图的结构示意图。
图5为采用本发明所述的一种弹性光网络中基于不相交连接组优化的频谱分配方法后得到的频谱分配结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图2所示，所述的一种弹性光网络中基于不相交连接组优化的频谱分配方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将每个请求到达的业务Ci定义为一个连接组并标记为一个顶点vi，并且由每个业务的带宽需求生成顶点参数wi，由每个业务的路由长度生成顶点参数ri，将顶点vi(wi，ri)存入顶点集合{V}，直至所有请求到达的业务被标记；即：标记所有业务请求C1，C2，……C12为顶点v1，v2，……，v12，由每个请求的带宽需求和路由长度分别生成顶点参数(w1,r1),(w2,r2)，……，(w12,r12)，其中，N个业务请求到达，业务请求到达率均服从均值为λ的泊松分布，持续时间服从均值为μ的负指数分布；
6个节点、8条链路的网络拓扑图参见图3所示，假设一个时间窗内有12个业务到达，且每个业务对应的源-目的节点路由和带宽需求如表1所示：
表1业务路由信息
业务 源节点 目的节点 路由路径 占用链路 路由长度 带宽需求
C1 A B A-F-B 2,3 2 2
C2 F C F-B-C 3,4 2 1
C3 B E B-C-E 4,5 2 3
C4 C E C-E 5 1 3
C5 B F B-A-F 1,2 2 1
C6 F B F-B 3 1 2
C7 B D B-C-D 4,6 2 1
C8 B C B-C 4 1 1
C9 C E C-D-E 6,7 2 1
C10 C F C-D-E-F 6,7,8 3 1
C11 D E D-E 7 1 1
C12 A B A-B 1 1 4
步骤(2)：若两个业务Ci和Cj之间有相交链路，则在两个业务对应的顶点vi和vj之间建立边eij，并将边eij存入边集合{E}，直至所有相交链路均已遍历；
步骤(3)：根据步骤(1)得到的顶点集合{V}与步骤(2)得到的边集合{E}生成连接组图；如图4所示，以业务C2为例，由表1可知C2是带宽需求为1，路由长度为2的业务，由该业务生成的顶点参数为v2＝(1，2)；另外业务C2经过链路3、链路4，同样经过了这两条链路的业务有C1、C3、C6、C7和C8，则顶点v2与v1、v3、v6、v7和v8分别建立连接，遍历所有业务和相交链路即可生成连接组图；
步骤(4)：将所有未分组的顶点按照带宽需求wi大小降序排列，当带宽需求最大的顶点有两个或两个以上时，执行步骤(5)；当带宽需求最大的顶点只有一个时，选择带宽需求wi最大的顶点作为标记顶点v0，执行步骤(6)；
步骤(5)：将带宽需求wi相同的顶点按路由长度ri降序排列，选择路由长度ri大的顶点作为标记顶点v0；
步骤(6)：将标记顶点v0对应的业务放入不相交连接组中，采用首次到达匹配策略(FirstFit策略)进行频谱分配，然后将与标记顶点v0相邻的其他顶点对应的业务放入相交连接组中，并采用最后到达匹配策略(LastFit策略)进行频谱分配；
步骤(7)：若有剩余未分组顶点，则执行步骤(4)，直至完成所有业务的频谱分配。
如图3所示，所有顶点基于带宽需求wi降序，其中最大的为w12＝4，则将顶点v12放入不相交连接组中，对应的业务C12采用First Fit频谱分配算法；另外，与v12相邻的顶点v5放入相交连接组中，对应的业务C5采用Last Fit频谱分配算法；在剩余未分组顶点中，带宽需求wi最大的顶点有v3和v4，通过路由长度ri降序，选定v3作为标记顶点放入不相交连接组，与该顶点相邻的v2、v4、v7和v8放入相交连接组，对应的业务基于Last Fit频谱分配算法被依次分配；在其余未分组顶点中选定wi且ri最大的顶点v1放入不相交连接组，与之相邻的v6放入相交连接组，进而对应的业务被分配到对应链路的频隙；剩余的三个顶点wi相等，根据ri降序选中v10放入不相交连接组，对应的业务被分配，与该顶点相邻的所有顶点放入相交连接组后，所有顶点均已遍历，表2为最终各个顶点分组情况，采用本发明所述的频谱分配方法优化后的业务频谱分配情况参见图5所示，通过将图5采用本发明所述的一种弹性光网络中基于不相交连接组优化的频谱分配方法后得到的频谱分配结果示意图(如图5所示)与采用背景技术中所述的FirstFit策略后得到的频谱分配结果示意图(如图1所示)相较可知，本发明所述的一种弹性光网络中基于不相交连接组优化的频谱分配方法比背景技术中所述的频谱分配方法的网络链路利用率高且业务阻塞率低。
表2不相交连接组与相交连接组建立情况
步骤1 步骤2 步骤3 步骤4
不相交连接组 v12 v3 v1 v10
相交连接组 v5 v2 v4 v7 v8 v6 v9 v11
通过上述技术方案的实施，本发明的优点是：基于碎片与业务请求特性的关系，将网络业务拓扑图转化为构造附属图，可以清晰地反映业务之间的链路情况，通过优先分配带宽需求高和路由长度大的业务，可以有效地降低网络阻塞率，通过划分不相交连接组和相交连接组的频谱分配策略能够尽可能避免不同链路的频谱非一致性，从而降低网络中的碎片化程度。

Claims (2)

1.一种弹性光网络中基于不相交连接组优化的频谱分配方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)：将每个请求到达的业务定义为一个连接组并标记为一个顶点，并且由每个业务的带宽需求和路由长度生成顶点参数，将顶点存入顶点集合，直至所有请求到达的业务被标记；
步骤(2)：若两个业务之间有相交链路，则在两个业务对应的顶点之间建立边，并将边存入边集合，直至所有相交链路均已遍历；
步骤(3)：根据步骤(1)得到的顶点集合与步骤(2)得到的边集合生成连接组图；
步骤(4)：将所有未分组的顶点按照带宽需求大小降序排列，当带宽需求最大的顶点有两个或两个以上时，执行步骤(5)；当带宽需求最大的顶点只有一个时，选择带宽需求最大的顶点作为标记顶点，执行步骤(6)；
步骤(5)：将带宽需求相同的顶点按路由长度降序排列，选择路由长度大的顶点作为标记顶点；
步骤(6)：将标记顶点对应的业务放入不相交连接组中，采用首次到达匹配策略进行频谱分配，然后将与标记顶点相邻的其他顶点对应的业务放入相交连接组中，并采用最后到达匹配策略进行频谱分配；
步骤(7)：若有剩余未分组顶点，则执行步骤(4)，直至完成所有业务的频谱分配。
2.根据权利要求1所述的一种弹性光网络中基于不相交连接组优化的频谱分配方法，其特征在于：在步骤(1)中，业务请求到达率均服从均值为λ的泊松分布，持续时间服从均值为μ的负指数分布。
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