基于MC节点受限的弹性光网络组播路由和频谱分配方法组成比例

本发明专利技术涉及一种基于MC节点受限的弹性光网络组播路由和频谱分配方法，属于光纤通信系统领域。该方法综合考虑组播调制格式、网络中具有组播能力(MC)节点个数、组播节点选取等因素，提出有效的预计算最短路径树的组播路由和频谱分配算法(PSPT‑DMRSA)，在组播路由之前，在网络中预先选取适当的MC节点，然后对已选取的MC节点建立最小生成树，以减少整个组播请求所占用的链路条数。本发明专利技术在频谱资源分配时采用距离自适应的调制制式，对组播请求选择适当的调制制式，提高频谱资源利用率，降低网络阻塞率。

Multicast routing and spectrum allocation in resilient optical networks based on MC node constraints

The invention relates to an elastic optical network multicast routing and spectrum allocation method based on MC node restriction, and belongs to the field of optical fiber communication system. This method considers multicast modulation format, multicast capacity (MC) node number and multicast node selection in the network, and proposes an efficient multicast routing and spectrum allocation algorithm (PSPT DMRSA) for precomputing the shortest path tree. Before multicast routing, the appropriate MC nodes are selected in the network, and then the selected MC nodes are selected. The MC node establishes the minimum spanning tree to reduce the number of links occupied by the entire multicast request. In the spectrum resource allocation, the distance adaptive modulation mode is adopted to select the appropriate modulation mode for the multicast request, improve the utilization of the spectrum resource and reduce the network blocking rate.

【技术实现步骤摘要】
基于MC节点受限的弹性光网络组播路由和频谱分配方法
本专利技术属于光纤通信系统领域，涉及一种基于MC节点受限的弹性光网络组播路由和频谱分配方法。
技术介绍
全球通信的快速增长和互联网的普及已经显著改变了我们的生活方式，这一革命导致了每年的通信带宽的巨大增长。为满足未来互联网的需要，光传输技术正朝着高效，灵活和可扩展性的目标发展。2008年日本NTT公司首次提出了频谱切片弹性光网络(SpectrumSlicedElasticOpticalNetworks，SLICE)的概念。SLICE作为一种新颖的、高频谱效率、可扩展的光传送网络体系架构能够提供子波长业务通道和超波长业务通道，满足动态高效的带宽服务需求。SLICE网络打破了传统WDM网络中固定栅格的限制，利用O-OFDM信号调制技术，进行频谱分配和子载波多路复用，因此，相对于基于DWDM的光网络，网络利用效率大大提高。另外，在弹性光网络中，固定在当前部署的网络中的某些传输参数将会变得可以调节，如信号速率，调制格式和通道间隔。近年来，由于弹性光网络具有在光路中根据客户的带宽需求分配频谱的潜力，已被业界确定为未来光通信网络技术演进的方向。此外，云计算、交互式远程学习、视频会议、股票交易等业务的出现，高效的组播传输技术应用到网络中来，区别于单播的点对点传输，点对多点的组播传输方式大大提高了传输效率，节省了网络资源。随着用户对新型组播业务的需求持续增长，越来越多的大数据传输业务需要组播传输技术的支持，网络中组播业务量所占的比重持续增加，使得在弹性光网络中对组播的研究变的非常紧迫。为了支持光网络的组播，引入了光树的概念，这是光路径的点对多点扩展(即非同步信道)。光树的主要优点是传输只需要一个光发射机，并且多个目的地可以共享中间树形链路。在为了有效地支持全光学组播，弹性光网络中的节点必须具有光分裂能力。具有分光能力的节点可以通过多个输出信道转发输入消息，因此具有多播传输能力(MulticastCapable,MC)，然而，MC节点的价格是比较昂贵的。文献首次提出稀疏分光的概念，是指网络中仅有部分节点是MC节点，其余的节点不具有分光能力(MulticastIncapable,MI)。这样可以有效的减少网络的成本，然而，如何将MC节点放置在网络中，以最大限度地减少MC节点个数，是一个有待解决的问题。文献(ZhouF,Ait-OuahmedA,CherefA.QoT-awaremulticastprovisioningusingcolumngenerationinmixed-line-rateopticalnetworks[C]//Computing,NetworkingandCommunications(ICNC),2016InternationalConferenceon.IEEE,2016:1-5.)在WDM光网络中对稀疏分光问题进行了研究，基于改进的现代启发式算法对路由和波长分配(RWA)问题进行研究，但是对于弹性光网络中的路由和频谱分配(RSA)并不适用，因为弹性光网络中的RSA问题需要满足诸多的约束，如频谱连续性约束、频谱一致性约束和频谱不重叠约束。文献(RuizM,VelascoL.Servingmulticastrequestsonsingle-layerandmultilayerflexgridnetworks[J].JournalofOpticalCommunicationsandNetworking,2015,7(3):146-155.)研究了两种不同的方法，其中通过使用多路径或单个光树来执行弹性光网络中的组播。作者提出了相应的ILP模型和启发式算法，在本研究中场景中，没有考虑组播节点的限制和放置问题。文献(MoharamiM,FallahpourA,BeyranvandH,etal.ResourceAllocationandMulticastRoutinginElasticOpticalNetworks[J].IEEETransactionsonCommunications,2017.)介绍了一种组播路由和频谱分配算法(DMRSA)，在组播路由时，依次求目的节点到源节点的最短路径，构建组播树，然后根据构建的组播树自适应的选择适当调制制式进行频谱分配。但是DMRSA算法每次都由目的节点向源节点路由，不能保证最优的组播树结构。所以频谱利用率不高，且网络的阻塞率较高。针对上述弹性光网络中组播传输RSA策略，在一定的情况下提高了网络的性能，但是没能充分利用组播树结构使得频谱利用率不高，并且具有较高的阻塞率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于MC节点受限的弹性光网络组播路由和频谱分配方法，针对弹性光网络中仅有部分节点为MC节点，对组播的路由和频谱分配。利用MC节点可以有多个输出链路的特点，构建较优的组播树结构，提出了预计算最短路径树组播路由和频谱分配，即PSPT-DMRSA(Pre-computingShortestPathTree-DistanceadaptiveRoutingandSpectrumAllocation)，用来减少链路中消耗的带宽槽的数量，来达到减少光树总成本的目的。根据网络中MC节点的分布，在组播路由之前预先建立源节点到所有MC节点的MC树，然后依次将目的节点加入到组播树中。充分考虑了网络中组播节点的个数，组播节点位置的选取。在路由和频谱分配上充分利用网络中的MC节点，根据组播树结构选取适当的调制等级，从而提高频谱资源利用率，降低网络阻塞率。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于MC节点受限的弹性光网络组播路由和频谱分配方法，该方法为：在组播路由之前，在网络中预先选取适当的MC节点，然后对已选取的MC节点建立以源节点为根的MC树，然后依次将目的节点路由到源节点或MC节点，减少整个组播请求所占用的链路条数，减少请求占用的带宽资源。进一步，所述在网络中预先选取适当的MC节点具体为：在考虑MC节点选取时，排除网络中度数小于3的节点，然后将网络中所有节点按照度数由大到小排序，然后求网络中任意两点间的最短路径，统计节点在这些路径中出现的总次数，记为counti，再按照counti由大到小对度数相同的节点排序，最终这个排序确定网络中节点被选为MC节点的优先级次序。进一步，所述建立以源节点为根的MC树具体为：先确定网络中MC节点的个数N，然后根据权利2选取前N个节点为MC节点；输入组播请求，设组播源节点为组播节点，构建选取的MC节点和组播源节点的斯坦纳树，使整个MC树的路径总代价最小，即为最短路径MC树。进一步，所述组播路采用KSP算法，具体为：构建源节点到所有目的节点的组播树结构，依次求目的节点到所得MC树中MC节点的距离，或者到当前组播树中度数为1的MI节点的距离，根据当前网络状态选取最短路、次最短路或者第K最短路，设置一个合理的K降低网络的阻塞率，直到所有目的节点加入到当前组播树当中。本专利技术的有益效果在于：本专利技术主要考虑弹性光网络中仅有部分节点为MC节点的组播路由和频谱分配问题，实现较高的频谱资源利用率而采用一种预计算最短路径树策略。为实现预计算最短路径树策略，首先要在网络中选取适当的MC节点，构建包括源节点在内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于MC节点受限的弹性光网络组播路由和频谱分配方法，其特征在于：该方法为：在组播路由之前，在网络中预先选取适当的MC节点，然后对已选取的MC节点建立以源节点为根的MC树，然后依次将目的节点路由到源节点或MC节点，减少整个组播请求所占用的链路条数，减少请求占用的带宽资源。

【技术特征摘要】
1.基于MC节点受限的弹性光网络组播路由和频谱分配方法，其特征在于：该方法为：在组播路由之前，在网络中预先选取适当的MC节点，然后对已选取的MC节点建立以源节点为根的MC树，然后依次将目的节点路由到源节点或MC节点，减少整个组播请求所占用的链路条数，减少请求占用的带宽资源。2.根据权利要求1所述的基于MC节点受限的弹性光网络组播路由和频谱分配方法，其特征在于：所述在网络中预先选取适当的MC节点具体为：在考虑MC节点选取时，排除网络中度数小于3的节点，然后将网络中所有节点按照度数由大到小排序，然后求网络中任意两点间的最短路径，统计节点在这些路径中出现的总次数，记为counti，再按照counti由大到小对度数相同的节点排序，最终这个排序确定网络中节点被选为MC节点的优先级次序。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：何阿成，石鹏涛，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50