本发明专利技术公开了一种基于光层次架构的光网络多播路由和波长分配方法。本方法将改进的边消除光层次算法(Edge Removal Light-Hierarchy，简称ERLH算法)引入光网络的动态多播路由和波长分配中，在选择目的节点并将对应最短路径加入光层次时，综合考虑路径的代价和路径中剩余波长数以及全网的剩余波长总数，根据网络当前资源占用情况动态地选择路径；进一步提出新的权重设定方式和动态调节选路策略，使加入光层次的路径分布在距离最短、负载最小以及剩余波长数和代价比值最大的路径上，以充分合理利用网络资源，降低光网络的阻塞率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光网络动态多播路由和波长分配方法，尤其涉及一种基于光层次 架构的光网络动态多播路由和波长分配方法，属于光通信
技术介绍
光网络是由网络节点和连接节点的多波长光纤链路构成。波分复用技术（WDM)可 以在一根光纤中同时传输若干不同波长的光信号，具有技术方案成熟和易于扩展等特点， 是目前充分利用光纤带宽和提升系统容量最常用的方法之一。 路由和波长分配（RWA)是WDM光网络中设计和优化的核心问题之一，主要是指 在光网络中为从源节点到目的节点的连接请求选择合适的路由，并给该路由分配合适的 波长。多播是一种点到多点的通信方式，光网络中建立的点到多点波长信道称为光树， WDM光网络中的多播RWA问题即建立点到多点的光树。在全分光WDM网络中，所有节点 均可以分光，建立一个多播会话只需一个光树，称为Steiner问题。与普通的RWA问题 相比，建立多播树光网络中存在包括稀疏分光器配置约束、波长连续性约束、能量损伤约 束等约束问题。由于分光器价格昂贵，且会带来额外损耗，波长转换也会引入额外的代 价，技术实现相对复杂，因此研究稀疏分光器配置和零波长转换器配置下的WDM光网络 中的多播RWA问题具有更好的应用价值。在稀疏分光器配置约束和波长连续性配置约 束下的WDM光网络中RWA算法包括重路由到源、重路由到任何节点、仅限成员、成员优先 等。相关文献表明：以上四种经典算法中，成员优先算法较好的控制阻塞率，综合性能最 优.IEEE/0SAJournalofLightwareTechnolo gy，2000:18 (12):1917-1927]。 稀疏分光配置下的WDM网络可以看作一个无向图G(V，E，c，W)。V代表图G的定点 集。每个节点vGV，v是MI节点（不可多播节点）或MC节点（可多播节点）。 V={v|v=MIorv=MC} (4) E代表图G的边集，与网络中节点间的光纤链路相对应。W表不每根光纤支持的波 长数。每条边eGE都关联一个代价函数C(e)。由于目标是最小化波长信道的使用，因此 代价函数C(e)可以定义如下： C(e)=l，eGE (5) 考虑一个多播会话ms(s，D)，且应满足以下限制：⑴波长连续性限制，即在没有 波长转换器的条件下，一个光架构（例如光树或光层次）的所有链路必须使用相同的波长； (2)区别波长限制，两个光树若有相交则必须使用不同的波长；（3)稀疏分光限制。请求建 立一个完成从源s到所有目的节点集合D的多播会话的光架构的集合（例如光树）。不失 一般性，假设在一个多播会话中有K= |D|个目的节点，建立该多播会话ms(s，D)需要k个 光架构（例如光树或光层次ASiUDi)，其中iG，l彡k彡KSN-1。考虑网络资源 的最佳利用，总代价应该最小。因此，一个多播会话的总代价可以由建立该多播会话的所有 光架构的代价和计算得出(6) 在稀疏分光配置的WDM光网络中，由于MI节点不能作为分支节点，因此光树架构 被认为是充分利用波长信道数即最小化总代价的最佳方案。交叉对开关（CPS)的出现使得 一个度数大于等于4的节点能被访问两次。通过利用不同的输入输出端口对，一个4度MI 节点在一个光架构中能连接两个继承节点。同时为了实现交叉对交换，该MI节点也应该连 接两个前驱节点。这样一个4度MI节点能被访问两次，多播架构将不再是光树，而是光层 次，因为可能有环存在。 考虑一个多播会话ms(s，D)，在光层次中，由于一个MI节点可能被遍历两次，而在 子层次中用过的边不能被用在同样的光层次中。因此，当建立多播会话的光层次时，子层次 中已使用的边对于遍历剩余的目的节点无用。可用边消除光层次算法来计算光层次：即为 计算光层次，在每一次迭代中找出与当前光层次LHk最近的目的节点七，将图&中该最短路 径SPeii(屯，Cl)加入到当前光层次LHk㈦为di与当前光层次的最佳连接点）；然后将最短路 径SP。，（山，Cl)中的边从图Gi中删除生成新的图G1+1，同时更新MC_SET(图Gi*MC节点的 集合）。在下一次迭代中，计算图G1+1中的最短路径并找出与当前光层次最近的目的节点。 由于是稀疏分光配置，类似光树架构，一个多播会话可能需要建立多个光层次。由于交叉对 开关的使用，使得一个4度MI节点可能被访问两次，已经证明在稀疏分光配置网络中，光层 次多播架构比光树多播架构能更能充分利用波长信道,InProc. 18thInternationalConferenceonComputer CommunicationsandNetworks,SanFrancisco,USA, 2009.]。因此，光层次多播架构是稀 疏分光网络中的最佳多播路由方案。 传统的边消除光层次算法中，每一次迭代时总选择离当前光层次最近的目的节 点，并将对应的最短路径加入该光层次。选择最近目的节点时只考虑了路径的代价，导致后 期某些路径的代价可能不是最小的，但波长资源却很丰富，某些最短路径上可能不存在可 分配的波长，却仍选择该链路加入光层次，从而产生链路拥塞及波长资源的浪费。因此，若 用边消除光层次算法解决RWA问题，需要针对传统边消除光层次算法进行改进，在选择目 的节点并将对应最短路径加入光层次时，把路径的代价和路径中波长资源同时考虑进来作 为约束。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，针对引入克服边消除光层次算法建立光层次解 决RWA问题时，由于未考虑链路中的波长资源而产生链路拥塞和波长资源的浪费，提出一 种基于光层次架构的光网络动态多播路由和波长分配方法。 本专利技术的思路是在选择距离光层次最近的目的节点，并将其对应的最短路径 加入光层次时，不是仅将代价最小的路径加入光层次，ComputersandCommunications(ISCC)，DOL10, 2010,pp. 611-616]，而是综 合考虑路径的代价和路径中剩余波长数以及全网的剩余波长总数，并提出新的权重设定方 式。据此可以动态地调节选路策略：当网络中剩余的波长资源较丰富时增大选择最短路径 的概率，网络中剩余波长数较小时增大选择路径中剩余波长数大的概率。通过新的权重函 数计算出的值最大的路径加入光层次，使得加入该光层次的路径分布在距离最短、负载最 小以及剩余波长数和代价比值最大的路径上。 传统的边消除光层次算法在选择路径加入光层次时采用公式（7)进行计算：C7) 式中，函数C()是路径SP(I| |的代价。本专利技术是在边消除光层次算法（ERLH) 基础上进行改进，具体而言，本专利技术采取以下技术方案： 利用边消除光层次算法进行多播路由和波长分配，在选择路径加入光层次时采用 公式（1)进行计算： 「00191(1) 式中，D表示目的节点的集合，MC_SET表示第i次更新后的拓扑图Gi*MC节点的 集合，(d，c)表示c到d的最短路径，其中P()是权重函数，其表述如下：(2) 式中，K=C(SPCiW，c))，表示路径(J，c)I的代价，N。越大说明路径经过的跳数 越多，N。越小说明路径经过的跳数越少；1^表示路径的剩余波长数，即路径上各段链路的最 小剩余波长数，NW越大表示网络中剩余波长数越多，即路径的拥挤程度越小；如果NJI小表 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于光层次架构的光网络动态多播路由波长分配方法，其特征在于，利用边消除光层次算法进行多播路由和波长分配，在选择路径加入光层次时采用公式(1)进行计算：P(SPGi(di,ci))=maxd∈D,c∈MC_SETP(SPGi(d,c))---(1)]]>式中，D表示目的节点的集合，MC_SET表示第i次更新后的拓扑图Gi中MC节点的集合，表示c到d的最短路径，其中P()是权重函数，其表述如下：P(SPGi(d,c))=Nw/Ncα---(2)]]>式中，表示路径的代价，Nc越大说明路径经过的跳数越多，Nc越小说明路径经过的跳数越少，路径越短；Nw表示路径的剩余波长数，即路径上各段链路的最小剩余波长数，Nw越大表示网络中剩余波长数越多，即路径的拥挤程度越小；如果Nw越小则表示网络中剩余波长资源越少；α为影响因子，由整个网络中剩余波长总数决定，通过改变α的值，就可以实现不同的选路策略，选取不同的路由；α值通过如下方式设定影响因子：α＝9.8Rw+0.2 0≤Rw≤1 (3)式中Rw是网络的剩余波长率，Rw等于网络中剩余波长数和网络总波长数的比值。影响因子α被设定为关于网络的剩余波长率Rw的连续函数，可以根据网络中剩余波长数实时动态地调节选路策略；算法的框架如下：1‑1)利用Dijkstra算法计算出所有d∈D到c∈MC_SET的最短路径根据网络中剩余波长数和网络总波长数的比值Rw通过公式(3)计算出α值，再通过公式(2)计算出路径的权重，最后通过公式(1)计算出最佳路径加入光层次，若计算出的最优光路不止一条，则选择具有离源节点s最近的连接点的那条路径；1‑2)将1‑1)选出的最优光路的目的节点di从D中去除，将目的节点和最优光路中的MC节点加入MC_SET，若连接点ci是MI节点则从MC_SET中去除，最后把1‑1)选出的最优光路中的链路从图Gi中去除；1‑3)若有目的节点可以连接到当前光层次，i←i+1并跳转1‑1)，否则，跳转1‑4)；1‑4)给光层次LHk分配波长；1‑5)若目的节点D为空集，则多播会话建立完毕，否则，k←k+1，i←1并跳转1‑1)。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：沈建华，褚兵兵，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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