CN110035337A - 弹性光网络中基于指数划分频块的主动多流频谱分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种弹性光网络中基于指数划分频块的主动多流频谱分配方法，其步骤为：将网络中的频谱资源划分为频片个数指数增加的频块段；当一个连接请求到来时，计算连接请求需要的频片个数；如果频片个数刚好等于某种频块的大小，则将其当作一个流；否则将连接请求拆分为多个流，使得每个流所需要的业务频片个数加上1等于某种频块的大小；在路径上对应类型频块段中寻找加权占用量指标最大的空闲频块；若连接请求中的所有流都找到了空闲频块，使用找到的空闲频块为连接请求的各个流建立连接；否则连接请求被拒绝。本发明可以达到简化节点结构、降低资源分配复杂度、降低连接请求阻塞率的三重效果；可以更加有效地利用频谱资源。

Description

弹性光网络中基于指数划分频块的主动多流频谱分配方法
技术领域
本发明涉及弹性光网络的技术领域，尤其涉及一种弹性光网络中基于指数划分频块的主动多流频谱分配方法。
背景技术
随着云计算、大数据、人工智能、移动互联网等技术的快速发展，应用场景对网络带宽的要求越来越高，不同应用的带宽需求差异也越来越大，传统的基于波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)技术的光网络只能提供固定频谱的波长信道，无法满足应用对带宽需求的差异性。弹性光网络(Elastic Optical Network，EON)技术是基于光正交频分复用(Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing，O-OFDM)技术的，可以根据应用的带宽需求灵活地分配频谱资源，因此，可以满足应用对带宽的差异性要求。
在弹性光网络中，频谱资源一般被划分为一个个频片(Frequency Slice，FS)，每个频片所占用的频带宽度远小于WDM技术中波长所占用的频带宽度。在弹性光网络中为连接请求分配频谱资源时，需要满足三个限制条件：1)频谱不重叠限制，即不同连接请求所使用的频片资源不能相互重叠；2)频谱连续性限制，即在一条光路的所有链路上，为一个连接请求分配的频片必须相同；3)频谱邻接性限制，在每条链路中，为同一个连接请求分配的频片资源必须相互邻接。这三个限制条件导致弹性光网络中的频谱分配问题非常复杂，很容易造成空闲资源的碎片化，可能会出现虽然有空闲资源但却不满足上述三个限制条件、从而导致连接请求被阻塞的情况。
为了充分利用频谱碎片，学者们提出一种基于多流的频谱分配方法。在该方法中，首先为连接请求寻找空闲的频谱资源，如果无法找到足够大的空闲频谱资源块，则根据当前资源的空闲情况，将连接请求拆分为多个流，分别使用小的空闲频谱块来为多个流建立连接。在该方法中，连接请求的多流划分是根据网络资源状态而被动进行的，对于同一个连接请求，不同的网络资源状态会导致不同的多流划分结果。被动多流划分方法可以有效地利用当前的频谱碎片，增加频谱分配的成功概率；但是，这种方法无法对网络频谱资源的使用进行长远规划，无法有效利用频谱资源。
发明内容
针对现有弹性光网络中的被动多流频谱分配方法无法有效利用频谱资源的的技术问题，本发明提出一种弹性光网络中基于指数划分频块的主动多流频谱分配方法，可以更加有效地利用频谱资源，大幅度地降低连接请求的阻塞率。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种弹性光网络中基于指数划分频块的主动多流频谱分配方法，其步骤如下：
步骤一：将网络中的频谱资源划分为C种类型的频块段，不同类型频块段中包含的频片个数以2为底指数增加，即第c种频块的大小为2c个频片，其中，1≤c≤C；
步骤二：当从源节点s到目的节点d的路径Psd上的一个连接请求到来时，获取连接请求需要的业务频片个数为S，计算连接请求需要的频片个数S+1；
步骤三：如果S+1刚好等于c种频块的大小，则将步骤二中的连接请求当作一个流；如果S+1不等于任何类型频块的大小，则主动将连接请求拆分为多个流，使得每个流所需要的业务频片个数加上1等于其中c种频块的大小；
步骤四：针对步骤三拆分的每个流，在路径Psd上对应类型频块段中寻找空闲频块；若存在多个空闲频块，选取使得加权占用量指标最大的那个空闲频块；
步骤五：若连接请求中的所有流都找到了空闲频块，则连接请求被网络接受，使用找到的空闲频块为连接请求的各个流建立连接；若连接请求中的存在没有找到空闲频块的流，则连接请求被拒绝。
作为优选的技术方案，所述步骤一中频块段类型C根据所有连接请求中频谱需求最大的连接请求来确定，记带宽需求最大的连接请求需要的业务频片个数为Smax，则需要将频谱划分为C种频块，其中，C满足2C≤Smax+1＜2C+1。
作为优选的技术方案，所述步骤三中在为连接请求的每个流分配频谱资源时，以频块为单位进行使用，即每个流刚好使用一个频块。
作为优选的技术方案，所述步骤三中拆分流的方法为：若连接请求需要的业务频片个数为S，如果存在c1使得则第一个流需要的业务频片个数为对应的频块为连接请求剩余部分需要的业务频片个数为如果则拆分过程结束，否则继续拆分流；如果存在c2使得则第二个流需要的业务频片个数为对应的频块为连接请求剩余部分需要的业务频片个数为重复上述步骤，直到剩余部分需要的业务频片个数为0，则拆分过程结束，其中，c1、c2为任意c种频块的一种。
作为优选的技术方案，所述步骤四中每个空闲频块的加权占用量指标为a·BN+b·BR，其中，BN表示与路径Psd相邻的链路上对应频块被占用的个数，BR表示与路径Psd不相邻的链路上对应频块被占用的个数，a和b分别是用来调节个数BN和个数BR的影响两个常参数。
本发明的有益效果：首先将频谱资源划分为多种类型的频谱块，不同类型频谱块的大小依指数递增，频谱块在不同链路上的分布具有一致性；当连接请求到来时，主动按照频块大小将它拆分为多个流，使得每个流刚好可以在某种类型的频谱块中传输；每个流刚好使用一个频谱块，这使得为连接请求分配频谱资源时，无需考虑频谱邻接性限制，而频谱的连续性考虑也更加简单，可以更加有效地利用频谱资源，在资源分配过程中可以消减频谱邻接性限制和频谱连续性限制的影响，故此可以大幅度降低连接请求的阻塞率。本发明可以达到简化节点结构、降低资源分配复杂度、降低连接请求阻塞率的三重有益效果。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的流程图。
图2为本发明网络中频谱资源的指数划分频块方法实例图。
图3为连接请求的主动多流拆分方法示例图。
图4为频块的加权使用量计算方法示例图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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付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。
如图1所示，一种弹性光网络中基于指数划分频块的主动多流频谱分配方法，通过将频谱划分为多种类型频块和将连接请求拆分为多个流这两个措施，来消减频谱分配时的频谱邻接性限制和频谱连续性限制，增加频谱的可重用性，最终达到降低连接请求阻塞率的效果，具体实现方法如下。
步骤一：将网络中的频谱资源划分为C种类型的频块段，不同类型频块段中包含的频片个数以2为底指数增加，即第c种频块的大小为2c个频片，其中，1≤c≤C。
将网络中的频谱资源划分为多种类型的频块段，不同类型频块段中包含的频片个数以2为底指数递增。如图2所示是网络中链路频谱资源划分频块方法的实例，在该实例中网络中每条链路上的频谱被划分为三个频块段包括第一个频块段、第二个频块段和第三个频块段，第一个频块段中每个频块包含21个频片，记这类频块为FB1；第二个频块段中每个频块包含22个频片，记这类频块为FB2；第三个频块段中每个频块包含23个频片，记这类频块为FB3。在为连接请求的每个流分配频谱资源时，只能以频块为单位进行使用，而不能跨频块使用频片，即每个流刚好使用一个频块。
每种类型频块段中频块的个数不是固定的，而是可以根据网络中连接请求的情况进行调整。划分的频块类型的个数C根据所有连接请求中频谱需求最大的连接请求来确定，记带宽需求最大的连接请求需要的业务频片个数为Smax，则需要将频谱划分为C种频块，其中，C满足2C≤Smax+1＜2C+1。
步骤二：当从源节点s到目的节点d的路径Psd上的一个连接请求到来时，获取连接请求需要的业务频片个数为S，计算连接请求需要的频片个数S+1。
当某条路径上的一个连接请求到来时，由于不同连接请求之间至少需要1个保护频片，故实际至少需要为该连接请求分配S+1个频片。
步骤三：如果S+1刚好等于某种类型频块的大小，则将该连接请求当作一个流；如果S+1不等于任何类型频块的大小，则主动将连接请求拆分为多个流，使得每个流所需要的业务频片个数加上1刚好等于某种类型频块的大小。
如果连接请求需要的频谱刚好等于某种类型c的一个频块，则连接请求被当作一个流，否则主动将连接请求拆分为多个流，就是在源节点处将连接请求拆分为多个子请求，每个流需要的频谱等于某种类型的频块。一个连接请求就是一个流，在源节点处把它拆分为多个子流，每个子流被当成一个连接请求来分配资源。如图3所示为连接请求的多流拆分方法实例图，假如连接请求需要的业务频片个数为S，如果存在c1使得则第一个流需要的业务频片个数为对应的频块为连接请求剩余部分需要的业务频片个数为如果则拆分过程结束，否则继续拆分流；如果存在c2使得则第二个流需要的业务频片个数为对应的频块为连接请求剩余部分需要的业务频片个数为重复上述步骤，直到剩余部分需要的业务频片个数为0，则拆分过程结束。例如，在图3中，当连接请求需要5个业务频片时，由于22≤5+1＜23，故此第一个流需要的业务频片个数为3，对应的频块为FB2，第一次拆分后剩余部分需要的业务频片个数为5-(22-1)＝2；由于21≤2+1＜22，故此第二个流对应的频块为FB1，第二次拆分后剩余部分需要的业务频片个数为5-(22-1)-(21-1)＝1；由于21≤1+1＜22，故此第三个流对应的频块为FB1，剩余部分需要的业务频片个数为5-(22-1)-(21-1)-(21-1)＝0，拆分过程结束。最终，需要5个业务频片的连接请求被拆分为3、1和1三个流，分别对应三个频块FB2、FB1、FB1。
步骤四：针对步骤三拆分的每个流，在路径Psd上对应类型频块段中寻找空闲频块；若存在多个空闲频块，选取使得加权占用量指标a·BN+b·BR最大的那个空闲频块。
在为每个流分配频谱时，查看路径Psd上对应类型的频块，计算所有空闲频块的加权占用量，最后为该流选取使得加权占用量指标最大的那个空闲频块。并从中选取使得加权占用量最小的那个空闲频块。在为连接请求的各个流分配频谱资源时，只查看对应的频块段。比如，需要3个业务频片的流只需要查看22频块段，而需要1个业务频片的流只需要查看21频块段。如果一个频块在路径的所有链路上都空闲，则该频块在路径上是空闲的。首先找到一个流对应频块段中的所有空闲频块，然后计算每个空闲频块的加权占用量指标a·BN+b·BR。BN表示与路径Psd相邻的链路上对应频块被占用的个数，BR表示与路径Psd不相邻的链路上对应频块被占用的个数，a和b是两个常参数，用来调节BN和BR的影响。
图4所示为网络中链路与路径的关系示意图。图4中连接请求所在路径为P58，网络中的链路可以分为三个集合，图4中加粗部分为路径P58上的链路，其集合记为EP；虚线部分为与路径P58相邻的链路，其集合记为EN；剩余的未特殊标记的链路为与路径P58不相邻的链路，其集合记为ER。对于一个频块，若它在集合EP的两条链路上都空闲，则它在路径P58上空闲；假设该空闲频块在集合EN的2条链路上被占用，即BN＝2，在集合ER的3条链路上被占用，即BR＝3；取参数a＝2、b＝1，则该空闲频块的加权占用量为a·BN+b·BR＝2×2+1×3＝7。
步骤五：若所有流都找到了空闲频块，则连接请求被网络接受，使用找到的空闲频块为连接请求的各个流建立连接；若存在没有找到空闲频块的流，则该连接请求被拒绝。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种弹性光网络中基于指数划分频块的主动多流频谱分配方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤一：将网络中的频谱资源划分为C种类型的频块段，不同类型频块段中包含的频片个数以2为底指数增加，即第c种频块的大小为2c个频片，其中，1≤c≤C；
步骤二：当从源节点s到目的节点d的路径Psd上的一个连接请求到来时，获取连接请求需要的业务频片个数为S，计算连接请求需要的频片个数S+1；
步骤三：如果S+1刚好等于c种频块的大小，则将连接请求当作一个流；如果S+1不等于任何类型频块的大小，则主动将连接请求拆分为多个流，使得每个流所需要的业务频片个数加上1等于其中c种频块的大小；
步骤四：针对步骤三拆分的每个流，在路径Psd上对应类型频块段中寻找空闲频块；若存在多个空闲频块，选取使得加权占用量指标最大的那个空闲频块；
步骤五：若连接请求中的所有流都找到了空闲频块，则连接请求被网络接受，使用找到的空闲频块为连接请求的各个流建立连接；若连接请求中的存在没有找到空闲频块的流，则连接请求被拒绝。
2.根据权利要求1所述的弹性光网络中基于指数划分频块的主动多流频谱分配方法，其特征在于，所述步骤一中频块段类型C根据所有连接请求中频谱需求最大的连接请求来确定，记带宽需求最大的连接请求需要的业务频片个数为Smax，则需要将频谱划分为C种频块，其中，C满足2C≤Smax+1＜2C+1。
3.根据权利要求1所述的弹性光网络中基于指数划分频块的主动多流频谱分配方法，其特征在于，所述步骤三中在为连接请求的每个流分配频谱资源时，以频块为单位进行使用，即每个流刚好使用一个频块。
4.根据权利要求3所述的弹性光网络中基于指数划分频块的主动多流频谱分配方法，其特征在于，所述步骤三中拆分流的方法为：若连接请求需要的业务频片个数为S，如果存在c1使得则第一个流需要的业务频片个数为对应的频块为连接请求剩余部分需要的业务频片个数为如果则拆分过程结束，否则继续拆分流；如果存在c2使得则第二个流需要的业务频片个数为对应的频块为连接请求剩余部分需要的业务频片个数为重复上述步骤，直到剩余部分需要的业务频片个数为0，则拆分过程结束，其中，c1、c2为任意c种频块的一种。
5.根据权利要求1或4所述的弹性光网络中基于指数划分频块的主动多流频谱分配方法，其特征在于，所述步骤四中每个空闲频块的加权占用量指标为a·BN+b·BR，其中，BN表示与路径Psd相邻的链路上对应频块被占用的个数，BR表示与路径Psd不相邻的链路上对应频块被占用的个数，a和b分别是用来调节个数BN和个数BR的影响两个常参数。
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