CN109905172B - 一种弹性光网络中的最小化邻接度减少量的频谱分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弹性光网络中的最小化邻接度减少量的频谱分配方法，当在一条路径上为一个连接请求分配频谱时，通过计算每个可用频谱块被使用时所引起的路径上邻接度的减少量，然后从所有可用频谱块中选出使得邻接度减小量最小的一个，将其分配给连接请求，从而实现最小化邻接度减少量的频谱分配，本发明在弹性光网络中为连接请求分配频谱时，考虑使用一个频谱块后对路径邻接度的影响，进而保证在为每个连接请求分配完频谱后，路径上剩余空闲频隙的邻接度最大，该措施可以降低路径上频谱的碎片化程度，进而降低连接请求的阻塞率，提高网络资源的利用率。

Description

一种弹性光网络中的最小化邻接度减少量的频谱分配方法
技术领域
涉及一种弹性光网络中的最小化邻接度减少量的频谱分配方法。
背景技术
在传统的光网络中，采用基于波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)技术进行信号传输，该技术只能提供以波长为单位的、固定频带宽度的传输通道。随着云计算、移动互联网、物联网等技术的发展，用户对网络带宽多样性的要求越来越高，而WDM技术无法适应这一需求。弹性光网络(Elastic Optical Network，EON)是一种基于光正交频分复用(Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing，O-OFDM)技术的网络架构。在弹性光网络中，频谱资源被分为数百个频隙(Frequency Slice，FS)，每个频隙所占的频谱宽度远小于WDM光网络中一个波长占的频谱宽度。在弹性光网络中，可以根据用户所请求的传输速率，弹性灵活地为用户分配多个频隙，故此它可以充分满足用户的带宽多样性需求。
在光网络中，两个节点之间的一条路径被称为一条光路(light-path)，一条光路可能包含多条链路。在弹性光网络中，假如每条链路上的频率资源被划分为F个频隙，频隙被从小到大编号为1、2、…、F。在弹性光网络中为用户的连接请求分配频带时，需要满足以下三个限制条件：
(1)频带不重叠限制：在任何一条链路上，为不同连接请求所分配的频隙不能相互重叠。换言之，在同一时间，任何两个连接请求不能在同一条链路上使用同一编号的频隙。
(2)频带连续性限制：在一条光路的所有链路上，为同一个连接请求所分配的频隙必须一致。即，若在光路的一条链路上为连接请求分配了编号为f的频隙，则在光路的所有链路上都要为该连接请求分配编号为f的频隙。
(3)频带邻接性限制：在网络中任何一条链路上，为同一个连接请求分配的频隙必须具有连续的编号。例如，如果为一个连接请求分配了3个频隙，这三个频隙的编号可以是2、3、4或3、4、5，但不能是2、3、5。
上述限制条件使得在弹性光网络中为连接请求分配频谱资源时，需要考虑的问题更多。如果频谱分配方法不合理，会造成网络中频谱资源的碎片化现象严重，造成虽然有空闲频隙资源、但由于空闲资源不满足上述限制条件、从而无法分配给连接请求使用的后果。合理的频谱资源分配方式可以更加高效地使用频谱资源，从而降低网络中连接请求的阻塞率，提高网络资源的利用率。
发明内容
本发明为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案。
一种弹性光网络中的最小化邻接度减少量的频谱分配方法，当在一条路径上为一个连接请求分配频谱时，通过计算每个可用频谱块被使用时所引起的路径上邻接度的减少量，然后从所有可用频谱块中选出使得邻接度减小量最小的一个，将其分配给连接请求，从而实现最小化邻接度减少量的频谱分配，具体步骤如下：
步骤一：当一个从源节点s到目的节点d的连接请求r到来时，记从源节点到目的节点的路径为P，路径P上的链路集合为E(P)，频隙编号为f＝1,2,…,F，路径上第f个频隙的状态表示为：
Figure BDA0002002588520000021
计算路径上的空闲频谱块个数
Figure BDA0002002588520000031
和空闲频谱块个数
Figure BDA0002002588520000032
进而计算路径P上的邻接度
Figure BDA0002002588520000033
步骤二：记连接请求需要的频隙个数为S，在路径上找出所有可用的频谱块，可用频谱块分别记为b1,b2,…,bB，其中第i个频谱块为bi＝[istart(b),iend(b)]；
步骤三、对于每个频谱块bi＝[istart(b),iend(b)]，计算它被使用后路径P的邻接度CP(bi)，进而计算使用频谱块bi被使用时路径P上的邻接度减少量ΔCP(bi)＝CP-CP(bi)；
步骤四：从所有可用频谱块中选取使得路径P上的邻接度减少量最小的一个，将该频谱块分配给连接请求r。
作为本发明进一步的方案：空闲频隙铰链是指编号连续的两个空闲频隙组成的一个频隙组。
作为本发明进一步的方案：步骤三中：如果邻接度减少量最小的频谱块多于一个，选取第一个分配给连接请求r。
作为本发明进一步的方案：步骤一中：当路径P上没有可用空闲频谱块时，连接请求r被阻塞停止。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在弹性光网络中为连接请求分配频谱时，考虑使用一个频谱块后对路径邻接度的影响，进而保证在为每个连接请求分配完频谱后，路径上剩余空闲频隙的邻接度最大，该措施可以降低路径上频谱的碎片化程度，进而降低连接请求的阻塞率，提高网络资源的利用率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是基于最小化邻接度减少量的频谱分配方法的具体操作流程。
图2是用来解释一条路径有多条链路构成的实例。
图3是用来解释路径P上各频隙忙闲状态的计判定方法的实例，并展示了路径P上的所有可用频谱块。
图4用来解释当不同频谱块被使用时路径P上邻接度以及邻接度减少量。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～4，本发明实施例中，一种弹性光网络中的最小化邻接度减少量的频谱分配方法，一种弹性光网络中的最小化邻接度减少量的频谱分配方法，当在一条路径上为一个连接请求分配频谱时，通过计算每个可用频谱块被使用时所引起的路径上邻接度的减少量，然后从所有可用频谱块中选出使得邻接度减小量最小的一个，将其分配给连接请求，从而实现最小化邻接度减少量的频谱分配，具体步骤如下：
步骤一：当一个从源节点s到目的节点d的连接请求r到来时，记从源节点到目的节点的路径为P，路径P上的链路集合为E(P)，频隙编号为f＝1,2,…,F，路径上第f个频隙的状态表示为：
Figure BDA0002002588520000051
计算路径上的空闲频谱块个数
Figure BDA0002002588520000052
和空闲频谱块个数
Figure BDA0002002588520000053
进而计算路径P上的邻接度
Figure BDA0002002588520000054
步骤二：记连接请求需要的频隙个数为S，在路径上找出所有可用的频谱块，可用频谱块分别记为b1,b2,…,bB，其中第i个频谱块为bi＝[istart(b),iend(b)]；
步骤三、对于每个频谱块bi＝[istart(b),iend(b)]，计算它被使用后路径P的邻接度CP(bi)，进而计算使用频谱块bi被使用时路径P上的邻接度减少量ΔCP(bi)＝CP-CP(bi)；
步骤四：从所有可用频谱块中选取使得路径P上的邻接度减少量最小的一个，将该频谱块分配给连接请求r。
作为本发明进一步的方案：空闲频隙铰链是指编号连续的两个空闲频隙组成的一个频隙组。
作为本发明进一步的方案：步骤三中：如果邻接度减少量最小的频谱块多于一个，选取第一个分配给连接请求r。
作为本发明进一步的方案：步骤一中：当路径P上没有可用空闲频谱块时，连接请求r被阻塞停止。
实施例：
计算路径当前的状态：当一个连接请求到来时，先判断路径上所有频隙的忙闲状态。图2所示为一条路径的实例，路径P包含三条链路，路径上各个频隙的状态由三条链路上对应频隙的状态决定。图3所示为路径P上各个频隙状态的判定方法，在此实例中假定每条链路上有16个频隙(实际网络中频隙的个数一般为320个或者更多)，每个频隙使用一个矩形来表示：黑色填充的矩形表示该频隙繁忙，即该频隙已经被其它连接请求占用；白色填充的矩形表示该频隙空闲，可以分配给当前的连接请求。对于路径上编号为f的频隙来说，只有当三条链路上对应的频隙都空闲时，它在路径P上才空闲。例如，编号为3的频隙在链路e1上是空闲的、而在e2和e3上是繁忙的，故此它在路径P上也是繁忙的；编号为4的频隙在所有链路上都是空闲的，故此它在路径P上也是空闲的。路径上第f个频隙的状态可以表示为一个布尔变量
Figure BDA0002002588520000061
路径P上所有频隙的状态构成一个F维的布尔向量
Figure BDA0002002588520000062
对于图中实例，我们可以得到路径P的状态向量为
Figure BDA0002002588520000063
确定可用频谱块：确定了路径上各个频隙的忙闲状态之后，可以根据连接请求所需的频隙个数，在路径上找到所有的可用频谱块。假如连接请求需要2个频隙，则路径P上可用的频谱块共有四个：b1、b2、b3、b4，具***置如图3所示。
计算路径上的邻接度：为了计算路径上的邻接度，需要首先计算两个量：一是路径上空闲频隙的数量，二是路径上空闲频隙铰链的数量。对于实例中路径P，其上的空闲频隙个数为
Figure BDA0002002588520000064
空闲频隙铰链个数为
Figure BDA0002002588520000065
从而可以得到路径P上的邻接度为
Figure BDA0002002588520000071
计算每个频谱块导致的邻接度减少量：下面计算当不同可用频谱块被分配给连接请求r时所导致的路径上邻接度的减少量。我们先计算使用每个频谱块后路径上的邻接度，使用前和使用后邻接度之差就是路径上邻接度的减少量。计算结果如下：
Figure BDA0002002588520000072
Figure BDA0002002588520000073
Figure BDA0002002588520000074
Figure BDA0002002588520000075
选出使得邻接度减少量最小的频谱块：从计算结果可以看出，使用频谱块b1所导致的路径P上的邻接度减少量最小，故此将频谱块b1所对应于的频隙分配给连接请求r。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (3)

1.一种弹性光网络中的最小化邻接度减少量的频谱分配方法，其特征在于，当在一条路径上为一个连接请求分配频谱时，通过计算每个可用频谱块被使用时所引起的路径上邻接度的减少量，然后从所有可用频谱块中选出使得邻接度减小量最小的一个，将其分配给连接请求，从而实现最小化邻接度减少量的频谱分配，具体步骤如下：
步骤一：当一个从源节点s到目的节点d的连接请求r到来时，记从源节点到目的节点的路径为P，路径P上的链路集合为E(P)，频隙编号为f＝1,2,…,F，路径上第f个频隙的状态表示为：
Figure FDA0003014232170000011
计算路径上的空闲频谱块个数
Figure FDA0003014232170000012
和空闲频谱块个数
Figure FDA0003014232170000013
进而计算路径P上的邻接度
Figure FDA0003014232170000014
步骤二：记连接请求需要的频隙个数为S，在路径上找出所有可用的频谱块，可用频谱块分别记为b1,b2,…,bB，其中第i个频谱块为bi＝[istart(b),iend(b)]；
步骤三、对于每个频谱块bi＝[istart(b),iend(b)]，计算它被使用后路径P的邻接度CP(bi)，进而计算使用频谱块bi被使用时路径P上的邻接度减少量ΔCP(bi)＝CP-CP(bi),如果邻接度减少量最小的频谱块多于一个，选取第一个分配给连接请求r；
步骤四：从所有可用频谱块中选取使得路径P上的邻接度减少量最小的一个，将该频谱块分配给连接请求r。
2.根据权利要求1所述的一种弹性光网络中的最小化邻接度减少量的频谱分配方法，其特征在于，空闲频隙铰链是指编号连续的两个空闲频隙组成的一个频隙组。
3.根据权利要求1所述的一种弹性光网络中的最小化邻接度减少量的频谱分配方法，其特征在于，步骤一中：当路径P上没有可用空闲频谱块时，连接请求r被阻塞停止。
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