弹性光网络中基于频谱可用性和保护带宽共享感知的路径保护方法技术

本发明专利技术涉及一种弹性光网络中基于频谱可用性和保护带宽共享感知的路径保护方法，属于光纤通信技术领域。该方法包括：单路径传输阶段，首先通过区分业务持续时间，采用不同的频谱分配方式，减少频谱碎片持续时间；然后根据共享频谱块大小的不同，优化保护链路代价函数，从而提高保护带宽共享度。多路径传输阶段，根据业务保护带宽需求的不同，自适应地采用不同的多路径传输策略，最小化消耗频隙数目；同时在多路径保护中引入共享路径保护机制，减少空闲频隙的使用。最后，随着网络中光路的动态建立和拆除，在传业务保护路径的频谱分配可能并不是基于最大共享度。通过保护带宽重配置策略，可以提高保护带宽共享度，优化保护路径频谱分配问题。

Path protection method based on spectrum availability and protection bandwidth sharing perception in resilient optical network

The invention relates to a path protection method based on spectrum availability and protection bandwidth sharing in an elastic optical network, belonging to the field of optical fiber communication technology. The method comprises: a single path transmission through the first stage, differentiated service duration, the spectrum allocation in different ways, to reduce the spectrum fragmentation duration; then according to the spectrum sharing block of different size, optimal protection link cost function, so as to improve the protection of bandwidth sharing. Multi path transmission stage, according to the business needs of different bandwidth protection, adaptive multi path transmission using different strategies, minimizing the consumption frequency gap number; while the introduction of shared path protection mechanism in multi path protection, reduce the use of idle frequency gap. Finally, with the dynamic establishment and removal of the lightpath in the network, the spectrum allocation in the transmission protection path may not be based on the maximum sharing. By protecting the bandwidth reconfiguration strategy, the protection bandwidth sharing can be improved, and the spectrum allocation of the protection path is optimized.

【技术实现步骤摘要】
弹性光网络中基于频谱可用性和保护带宽共享感知的路径保护方法
本专利技术属于光纤通信
，涉及一种弹性光网络中基于频谱可用性和保护带宽共享感知的路径保护方法。
技术介绍
基于光正交频分复用(Optical-OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,O-OFDM)技术的弹性光网络(ElasticOpticalNetworks,EONs)因其高效的频谱利用率得到了广泛的关注。不同于传统的固定波长带宽分配的波分复用(WavelengthDivisionMultiplexing,WDM)网络，EONs可以根据业务速率大小，灵活地分配所需频隙数(FrequencySlot,FS)，实现Gbit/s到Tbit/s级业务的传输。随着网络技术的发展，单光纤提供的带宽达到400Gbit/s甚至1Tbit/s以上，故弹性光网络中单链路的故障可能会导致Tbit/s业务的丢失。因此光网络的生存性问题显得至关重要。同时，路由和频谱分配策略是影响弹性光网络性能的一个重要因素。弹性光网络中工作路径和保护路径的路由频谱分配(RoutingandSpectrumAllocation,RSA)受到频谱连续性和一致性的约束。当业务进行传输时，需要为其分配连续的频隙，同时工作/保护路径上的所有链路需要使用相同的频隙。因此生存性RSA问题的研究十分重要。光网络生存性RSA问题研究广泛，其中路径保护机制较恢复机制而言，具有较快的恢复时间，并且相对于链路保护方式也具有较高的频谱资源利用率，故路径保护技术是光网络生存性的重要研究方向。现有的生存性RSA策略一般采用专用路径保护策略和共享路径保护算法来确保业务传输的可靠性，同时在频谱分配时采用首次命中的频谱分配方式。专用保护虽然可以有效地保证网络中业务的可靠传输，但是需要消耗网络中大量的频谱资源，频谱利用率低。为了减少专用保护算法所消耗的频隙资源，所提出了共享路径保护算法虽然比DPP算法提高了频谱资源利用率，但是没有区分共享频谱块大小在保护链路代价函数中的权重，初始分配之后没有动态的调整网络中带宽资源，造成保护带宽共享度较低，频谱利用率低等问题。并且现有的共享路径保护算法的工作路径频谱分配方式大多使用首次命中(FirstFit，FF)算法，FF算法会产生大量的频谱碎片，降低了频谱资源利用率。随着网络负载的增大，以上的生存性策略受限于单路径传输的约束条件，均不能有效地降低网络带宽阻塞率。因此，提出了生存性多路径算法。虽然多路径RSA算法可以提高频谱资源利用率，但是现有多路径RSA算法没有考虑多路径频谱资源的共享保护，并且没有优化多路径路由频谱分配策略，一定程度上浪费了额外的频隙数目，降低了频谱资源利用率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种弹性光网络中基于频谱可用性和保护带宽共享感知的路径保护方法，在该方法中，单路径传输阶段：首先通过区分业务持续时间，采用不同的频谱分配方式，减少频谱碎片持续时间；然后根据共享频谱块大小的不同，优化保护链路代价函数，从而提高保护带宽共享度。多路径传输阶段：根据业务保护带宽需求的不同，自适应地采用不同的多路径传输策略，最小化消耗频隙数目；同时在多路径保护中引入共享路径保护机制，减少空闲频隙的使用。最后，随着网络中光路的动态建立和拆除，在传业务保护路径的频谱分配可能并不是基于最大共享度。通过保护带宽重配置策略，可以提高保护带宽共享度，优化保护路径频谱分配问题。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种弹性光网络中基于频谱可用性和保护带宽共享感知的路径保护方法，在该方法中，包括基于保护带宽共享度与频谱碎片感知的单路径共享路径保护算法和基于频谱感知的多路径自适应共享保护算法；所述基于保护带宽共享度与频谱碎片感知的单路径共享路径保护算法是指：根据业务持续时间的不同，采用不同的工作路径频谱分配算法，减少频谱碎片的产生以及碎片持续时间；根据链路上频谱可用度和路径间共享程度设置链路的代价值，用最小代价值选择保护路径的频谱分配，提高保护带宽共享度；并且，该算法设计一种保护路径重配置机制，该机制将次优路径业务(消耗频隙数目较多)重配置到最优路径(消耗频隙数目最少)上，提高频谱利用率，降低网络的带宽阻塞率；所述基于频谱感知的多路径自适应共享保护算法是指：通过比较每种多路径频谱分配方式所消耗频隙数，自适应选择频隙数目消耗最少的多路径方式传输业务；并且，该算法在生存性多路径中引入了共享保护机制，提高保护带宽共享度，减少空闲频谱资源的使用，从而提高频谱利用率。进一步，所述基于保护带宽共享度和频谱碎片感知的单路径共享路径保护算法具体包括以下几个步骤：1)调用Dijkstra算法为业务计算K(网络节点的平均度数向下取整)条最短路径，作为工作路径候选路径集；2)针对工作路径频谱分配方式，设业务的持续时间服从参数为μ的负指数分布；根据业务请求的持续时间不同，采用不同的频谱分配方式：若业务的持续时间大于μ，采用FF算法，若业务的持续时间小于等于μ，采用LF算法；若分配成功，执行步骤3)；否则，业务阻塞；3)更新网络拓扑G中的链路权重值，设置工作路径链路集合中链路的权重值为无穷大，保证所选工作路径和保护路径链路不相交；4)针对保护路径频谱分配方式，根据每条链路上每个可用可共享频谱块的大小不同，在链路代价函数中设定不同的权重值，调用Dijkstra算法为计算K条最短路径，作为保护路径候选路径集；5)在K条候选最短保护路径集合中使用FF算法为业务分配保护带宽；若分配成功，记录保护路径和链路集合；否则，标记业务阻塞；其中，分配成功时，再次判断保护路径是否为最优路径(消耗频隙数最少的路径)，若不是的话，保存业务请求到重配置链表。进一步，所述基于频谱感知的多路径自适应的共享保护算法具体包括以下几个步骤：1)调用Dijkstra算法为业务计算K条链路不相交的路径，保证多路径之间链路不相交的约束条件；2)分别计算每种多路径条数对应消耗的频隙数；所述算法能够自适应求解消耗最少频隙数以及对应的路径条数；若不同条多路径数目对应的消耗频隙数相同，那么取条数最多的方式进行传输，保证网络的负载均衡；3)若步骤2)操作成功，在满足业务工作传输的条件下，将所分配剩余的频隙作为保护频隙供单路径业务使用；否则，调用保护路径重配置机制，从链表头开始，依次重配置业务链表中的业务。进一步，在所述的保护链路代价函数值计算过程中，共享频谱块所占的权重值和其大小不是线性相关的，总数相同的多个小频谱块和一个大频谱块比较而言，大频谱块所占权重值更大。进一步，所述可重配请求链表用于存储可被重配置的请求的相关信息，包括该业务请求目前的工作路径和业务请求的结束时间；链表中的请求按照结束时间降序排列；如果存在多个请求结束时间，后到的请求排在前面。进一步，所述多路径保护频谱分配过程中，包括以下两个步骤：1)首先比较每种多路径方式消耗总频隙数目，选择一种消耗频隙数目最少的方式；2)若每种多路径方式消耗频隙数目相同，那么选择路径数最多的方式。本专利技术的有益效果在于：本方法在为请求首先进行单路径传输时，根据业务持续时间和共享频谱块大小的不同，分别优化工作路径和保护路径的频谱分配方式，较少了网络中频谱碎片的产生以及碎片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹性光网络中基于频谱可用性和保护带宽共享感知的路径保护方法，其特征在于：在该方法中，包括基于保护带宽共享度与频谱碎片感知的单路径共享路径保护算法和基于频谱感知的多路径自适应共享保护算法；所述基于保护带宽共享度与频谱碎片感知的单路径共享路径保护算法是指：根据业务持续时间的不同，采用不同的工作路径频谱分配算法，减少频谱碎片的产生以及碎片持续时间；根据链路上频谱可用度和路径间共享程度设置链路的代价值，用最小代价值选择保护路径的频谱分配，提高保护带宽共享度；并且，该算法设计一种保护路径重配置机制，该机制将次优路径业务(消耗频隙数目较多)重配置到最优路径(消耗频隙数目最少)上，提高频谱利用率，降低网络的带宽阻塞率；所述基于频谱感知的多路径自适应共享保护算法是指：通过比较每种多路径频谱分配方式所消耗频隙数，自适应选择频隙数目消耗最少的多路径方式传输业务；并且，该算法在生存性多路径中引入了共享保护机制，提高保护带宽共享度，减少空闲频谱资源的使用，从而提高频谱利用率。

【技术特征摘要】
1.一种弹性光网络中基于频谱可用性和保护带宽共享感知的路径保护方法，其特征在于：在该方法中，包括基于保护带宽共享度与频谱碎片感知的单路径共享路径保护算法和基于频谱感知的多路径自适应共享保护算法；所述基于保护带宽共享度与频谱碎片感知的单路径共享路径保护算法是指：根据业务持续时间的不同，采用不同的工作路径频谱分配算法，减少频谱碎片的产生以及碎片持续时间；根据链路上频谱可用度和路径间共享程度设置链路的代价值，用最小代价值选择保护路径的频谱分配，提高保护带宽共享度；并且，该算法设计一种保护路径重配置机制，该机制将次优路径业务(消耗频隙数目较多)重配置到最优路径(消耗频隙数目最少)上，提高频谱利用率，降低网络的带宽阻塞率；所述基于频谱感知的多路径自适应共享保护算法是指：通过比较每种多路径频谱分配方式所消耗频隙数，自适应选择频隙数目消耗最少的多路径方式传输业务；并且，该算法在生存性多路径中引入了共享保护机制，提高保护带宽共享度，减少空闲频谱资源的使用，从而提高频谱利用率。2.根据权利要求1所述的一种弹性光网络中基于频谱可用性和保护带宽共享感知的路径保护方法，其特征在于：所述基于保护带宽共享度和频谱碎片感知的单路径共享路径保护算法具体包括以下几个步骤：1)调用Dijkstra算法为业务计算K(网络节点的平均度数向下取整)条最短路径，作为工作路径候选路径集；2)针对工作路径频谱分配方式，设业务的持续时间服从参数为μ的负指数分布；根据业务请求的持续时间不同，采用不同的频谱分配方式：若业务的持续时间大于μ，采用FF算法，若业务的持续时间小于等于μ，采用LF算法；若分配成功，执行步骤3)；否则，业务阻塞；3)更新网络拓扑G中的链路权重值，设置工作路径链路集合中链路的权重值为无穷大，保证所选工作路径和保护路径链路不相交；4)针对保护路径频谱分配方式，根据每条链路上每个可用可共享频谱块的大小不同，在链路代价函数中设定不同的权重值，调用Dijkstra算法为计算K条最短路径，作为保护路径候...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘焕淋，张明佳，陈浩楠，王欣，王寅，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50