CN111385680B - 弹性光网络中基于混合频谱转换资源池的频谱分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种弹性光网络中基于混合频谱转换资源池的频谱分配方法，属于通信网技术领域。该方法针对弹性光网络中频谱资源的分配和优化问题，提出一种基于全范围和有限范围频谱转换器混合频谱转换资源池的频谱分配方法，为业务请求分配频谱并建立连接。本发明首先在业务路由上依次计算最长连续频谱段集合，再根据相邻频谱段集合中的频谱转换关系，优先采用有限范围频谱转换器松弛频谱连续性约束并计算获得所有可行光路，最后根据低频连续频谱段优先原则确定唯一光路并分配相应的频谱和频谱转换器。本发明能够在维持较低业务阻塞率的基础上，有效减少网络中全范围频谱转换器的使用，从而降低网络硬件资源的配置成本。

Description

弹性光网络中基于混合频谱转换资源池的频谱分配方法

技术领域

本发明属于通信网技术领域。具体涉及一种弹性光网络中基于混合频谱转换资源池的频谱分配方法。

背景技术

随着互联网技术的不断发展以及新兴网络应用的不断涌现，通信网中的业务流量呈现出***式的增长，这对骨干光网络中的传输容量和硬件资源配置提出了巨大的挑战。与传统的WDM光网络相比，基于正交频分复用(OFDM)技术的弹性光网络因其密集的载波频隙、弹性的带宽粒度、灵活的调制方式而拥有更加高效的频谱资源利用率，从而具有极大的应用前景。

然而在弹性光网络中，由于频谱连续性和相邻性的固有约束，业务连接的动态建立和拆除可能产生大量的频谱碎片，造成业务阻塞率的增加。因此，在弹性光网络节点中配置一定数量的光信号频谱转换器，能够有效松弛频谱连续性约束，提高频谱资源的利用率。

光信号频谱转换器主要分为全范围频谱转换器(FRSC)和有限范围频谱转换器(LRSC)两大类。全范围频谱转换器可以将输入的光信号频谱转换到光纤频谱范围内的任何其它可用频谱上输出，而有限范围频谱转换器只能将输入的光信号频谱转换到临近的一定范围内的可用频谱上输出。与全范围频谱转换器相比，有限范围频谱转换器的频谱转换范围较小，但其价格更低。目前，基于频谱转换器的全光网络频谱分配方法主要采用单纯全范围频谱转换器或单纯有限范围频谱转换器的网络节点配置方案，前者对全范围频谱转换器的依赖性过高，难以有效控制网络硬件资源成本，而后者降低了交换节点频谱分配的灵活性，容易造成较高的业务阻塞率。相对而言，采用全范围和有限范围混合频谱转换资源池的节点配置方案将更有利于降低网络的硬件资源代价并提高频谱资源的利用率。

针对弹性光网络中频谱资源的分配和优化问题，提出一种基于全范围和有限范围频谱转换器混合频谱转换资源池的频谱分配方法，为业务请求分配频谱并建立连接。本发明首先在业务路由上依次计算最长连续频谱段集合，再根据相邻频谱段集合中的频谱转换关系，优先采用有限范围频谱转换器松弛频谱连续性约束并计算获得所有可行光路，最后根据低频连续频谱段优先原则确定唯一光路并分配相应的频谱和频谱转换器。本发明能够在维持较低业务阻塞率的基础上，有效减少网络中全范围频谱转换器的使用，从而降低网络硬件资源的配置成本。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中的问题。提出了一种维持较低业务阻塞率并有利于降低网络硬件资源成本的频谱分配方法。本发明的技术方案如下：

一种弹性光网络中基于混合频谱转换资源池的频谱分配方法，设弹性光网络模型为G(V,L)，其中V为网络中的节点集合，L为网络中的双向链路集合，每个节点均配备一定数量的有限范围频谱转换器和全范围频谱转换器，其业务路由上的频谱分配方法包括以下步骤：

步骤1、在业务路由上，从源节点到目的节点依次建立满足业务带宽需求的最长连续频谱段集合，令S_i表示第i个最长连续频谱段集合，I＝max(i)，且1≤I≤H，其中H为业务路由的总跳数，F_i,j表示集合S_i中第j个最长连续频谱段，初始化变量i＝0；

步骤2、令i＝i+1，如果i＜I，跳转到步骤3，否则，跳转到步骤5；

步骤3、如果有F_i,j(∈S_i)与F_i+1,k(∈S_i+1)满足有限范围频谱转换条件，且中间节点v_i,i+1内有空闲的有限范围频谱转换器，则将(F_i,j,F_i+1,k)添加到转换关系集合C中，并删除S_i和S_i+1中所有不满足转换条件的频谱段，跳转到步骤2，否则，跳转到步骤4；

步骤4、如果中间节点v_i,i+1内有空闲的全范围频谱转换器，则将所有的(F_i,j,F_i+1,k)添加到转换关系集合C中，跳转到步骤2，否则，跳转到步骤6；

步骤5、在转换关系集合C中，通过

在业务路由上优先选择低频连续频谱段确定唯一光路，并进行相应频谱和频谱转换器的配置；

步骤6、结束。

进一步的，所述步骤1中建立满足业务带宽需求的最长连续频谱段集合S_i，具体步骤包括：

1)从当前节点开始，在全频谱范围内寻找所有满足业务带宽需求的可用频谱块FB并放入临时集合T中；

2)如果|T|>0，根据频谱块在业务路由上的连续性，按跳数从大到小的顺序对T中各频谱块排序并标记为{FB_α}，其中α表示频谱块的序号，设D_α为FB_α在业务路由上的频谱连续跳数，令α＝1，j＝1跳转到步骤4)，否则，跳转到步骤5)；

3)令F_i,j＝(FB_α,D_α)，将F_i,j放入集合S_i；

4)如果D_α+1＝D_α，则α＝α+1，j＝j+1，跳转到步骤3)，否则，跳转到步骤5)；

5)结束。

进一步的，所述步骤1)可用频谱块FB的定义方法如公式(1)所示，其中，FS_m表示索引号为m的空闲频隙，FS_m+1表示FS_m的相邻空闲频隙，r表示业务需求带宽对应的频隙数量。

FB＝{FS_m,FS_m+1,...,FS_m+r-1} (1)

进一步的，所述步骤3判断F_i,j(∈S_i)与F_i+1,k(∈S_i+1)满足有限范围频谱转换的条件如公式(2)所示，其中ε表示有限范围频谱转换器的转换度，

和

分别表示频谱段F_i,j和F_i+1,k对应的频谱块，m与n为频隙索引号，且m∈[0,MAX]，n∈[0,MAX]，MAX表示最大频隙索引号。

本发明的优点及有益效果如下：

针对弹性光网络中频谱资源的分配和优化问题，本发明提出一种基于全范围和有限范围频谱转换器混合频谱转换资源池的频谱分配方法，为业务请求分配频谱并建立连接。与目前常见的采用单纯全范围频谱转换器或单纯有限范围频谱转换器的网络节点配置方案相比，采用全范围和有限范围混合频谱转换资源池的节点配置方案将更有利于降低网络的硬件资源代价并提高频谱资源的利用率。在此基础上，本方法首先通过在业务路由上依次计算最长连续频谱段集合，使得该路由上的频谱转换器消耗总量最少；再根据相邻频谱段集合中的频谱转换关系，优先采用有限范围频谱转换器松弛频谱连续性约束并计算获得所有可行光路，使得该路由上的全范围频谱转换器消耗量最少；最后根据低频连续频谱段优先原则确定唯一光路并分配相应的频谱和频谱转换器，使得该路由上的频谱碎片产生概率降低。通过以上步骤，本发明能够在维持较低业务阻塞率的基础上，有效减少网络中全范围频谱转换器的使用，从而降低网络硬件资源的配置成本。

附图说明

图1是本发明实施例弹性光网络中基于混合频谱转换资源池的频谱分配流程图。

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、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

本发明内容所涉及的概念和模型如下：

1.网络模型

假设弹性光网络模型为G(V,L)，其中V为网络中的节点集合，L为网络中的双向链路集合，每个节点均配备一定数量的有限范围频谱转换器和全范围频谱转换器。

2.本发明内容所涉及的符号说明：

r：业务需求带宽对应的频隙数量

S_i：第i个最长连续频谱段集合

F_i,j：集合S_i中的第j个最长连续频谱段

C：转换关系集合

H：业务路由的总跳数

FB：满足业务带宽需求的可用频谱块

FS_m：索引号为m的空闲频隙

频谱段F_i,j对应频谱块的频隙范围

T：临时集合

v_i,i+1：F_i,j(∈S_i)与F_i+1,k(∈S_i+1)之间的转换节点

ε：有限范围频谱转换器的转换度

本发明的技术方案说明如下：

1.建立满足业务带宽需求的最长连续频谱段集合S_i的方法

步骤1：从当前节点开始，在全频谱范围内根据公式(1)寻找所有满足业务带宽需求的可用频谱块FB并放入临时集合T中；

步骤2：如果|T|>0，根据频谱块在业务路由上的连续性，按跳数从大到小的顺序对T中各频谱块排序并标记为{FB_α}，其中α表示频谱块的序号，设D_α为FB_α在业务路由上的频谱连续跳数，令α＝1，j＝1跳转到步骤4，否则，跳转到步骤5；

步骤3：令F_i,j＝(FB_α,D_α)，将F_i,j放入集合S_i；

步骤4：如果D_α+1＝D_α，则α＝α+1，j＝j+1，跳转到步骤3，否则，跳转到步骤5；

步骤5：结束。

2.可用频谱块可用频谱块FB定义方法

公式(1)定义了可用频谱块可用频谱块FB，其中，FS_m表示索引号为m的空闲频隙，FS_m+1表示FS_m的相邻空闲频隙，r表示业务需求带宽对应的频隙数量。

FB＝{FS_m,FS_m+1,...,FS_m+r-1} (1)

3.判断满足有限范围频谱转换条件的方法

公式(2)为判断F_i,j(∈S_i)与F_i+1,k(∈S_i+1)满足有限范围频谱转换的条件，其中，ε表示有限范围频谱转换器的转换度，

和

分别表示频谱段F_i,j和F_i+1,k对应的频谱块，m与n为频隙索引号，且m∈[0,MAX]，n∈[0,MAX]，MAX表示最大频隙索引号。

一种弹性光网络中基于混合频谱转换资源池的频谱分配方法，其具体实施方法包括如下步骤：

101.在业务路由上，从源节点到目的节点依次建立满足业务带宽需求的最长连续频谱段集合，令S_i表示第i个最长连续频谱段集合，I＝max(i)，且1≤I≤H，其中H为业务路由的总跳数，F_i,j表示集合S_i中第j个最长连续频谱段，初始化变量i＝0；

102.令i＝i+1，如果i＜I，跳转到步骤103，否则，跳转到步骤105；

103.如果有F_i,j(∈S_i)与F_i+1,k(∈S_i+1)满足公式(2)，且中间节点v_i,i+1内有空闲的有限范围频谱转换器，则将(F_i,j,F_i+1,k)添加到转换关系集合C中，并删除S_i和S_i+1中所有不满足转换条件的频谱段，跳转到步骤102，否则，跳转到步骤104；

104.如果中间节点v_i,i+1内有空闲的全范围频谱转换器，则将所有的(F_i,j,F_i+1,k)添加到转换关系集合C中，跳转到步骤102，否则，跳转到步骤106；

105.在转换关系集合C中，通过

在业务路由上优先选择低频连续频谱段确定唯一光路，并进行相应频谱和频谱转换器的配置；

106.结束。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种弹性光网络中基于混合频谱转换资源池的频谱分配方法，设弹性光网络模型为G(V,L)，其中V为网络中的节点集合，L为网络中的双向链路集合，每个节点均配备一定数量的有限范围频谱转换器和全范围频谱转换器，其特征在于，业务路由上的频谱分配方法包括以下步骤：

步骤1、在业务路由上，从源节点到目的节点依次建立满足业务带宽需求的最长连续频谱段集合，令S_i表示第i个最长连续频谱段集合，I＝max(i)，且1≤I≤H，其中H为业务路由的总跳数，F_i,j表示集合S_i中第j个最长连续频谱段，初始化变量i＝0；

步骤2、令i＝i+1，如果i＜I，跳转到步骤3，否则，跳转到步骤5；

步骤3、如果有F_i,j与F_i+1,k满足有限范围频谱转换条件，且中间节点v_i,i+1内有空闲的有限范围频谱转换器，则将(F_i,j,F_i+1,k)添加到转换关系集合C中，并删除S_i和S_i+1中所有不满足转换条件的频谱段，跳转到步骤2，否则，跳转到步骤4；

步骤4、如果中间节点v_i,i+1内有空闲的全范围频谱转换器，则将所有的(F_i,j,F_i+1,k)添加到转换关系集合C中，跳转到步骤2，否则，跳转到步骤6；

步骤5、在转换关系集合C中，通过

在业务路由上优先选择低频连续频谱段确定唯一光路，并进行相应频谱和频谱转换器的配置；

步骤6、结束。

2.根据权利要求1所述的一种弹性光网络中基于混合频谱转换资源池的频谱分配方法，其特征在于，所述步骤1中建立满足业务带宽需求的最长连续频谱段集合S_i，具体步骤包括：

1)从当前节点开始，在全频谱范围内寻找所有满足业务带宽需求的可用频谱块FB并放入临时集合T中；

2)如果|T|>0，根据频谱块在业务路由上的连续性，按跳数从大到小的顺序对T中各频谱块排序并标记为{FB_α}，其中α表示频谱块的序号，设D_α为FB_α在业务路由上的频谱连续跳数，令α＝1，j＝1跳转到步骤4)，否则，跳转到步骤5)；

3)令F_i,j＝(FB_α,D_α)，将F_i,j放入集合S_i；

4)如果D_α+1＝D_α，则α＝α+1，j＝j+1，跳转到步骤3)，否则，跳转到步骤5)；

5)结束。

3.根据权利要求2所述的一种弹性光网络中基于混合频谱转换资源池的频谱分配方法，其特征在于，所述步骤1)可用频谱块FB的定义方法如公式(1)所示，其中，FS_m表示索引号为m的空闲频隙，FS_m+1表示FS_m的相邻空闲频隙，r表示业务需求带宽对应的频隙数量；

FB＝{FS_m,FS_m+1,...,FS_m+r-1} (1)。

4.根据权利要求3所述的一种弹性光网络中基于混合频谱转换资源池的频谱分配方法，其特征在于，所述步骤3判断F_i,j与F_i+1,k满足有限范围频谱转换的条件如公式(2)所示，其中ε表示有限范围频谱转换器的转换度，

和

分别表示频谱段F_i,j和F_i+1,k对应的频谱块，m与n为频隙索引号，且m∈[0,MAX]，n∈[0,MAX]，MAX表示最大频隙索引号；

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