基于准成功率矩阵的时隙光突发交换网络资源预留方法技术

本发明专利技术提出了一种基于准成功率矩阵的时隙光突发交换网络资源预留方法，根据从源节点到每个目的节点路径上时隙在不同中间节点处预留准成功情况，周期性地更新准成功率矩阵，当需要预留新的时隙时，根据准成功率矩阵和突发包数量向量来计算需要为每个目的节点预留的时隙个数。本发明专利技术利用准成功的时隙传输短途突发包，使用一个控制包预留多个时隙，根据当前突发包数量和由准成功率矩阵所表示的路径状态，计算实际需要为每个目的节点预留的时隙个数，使得为各个节点实际成功预留的时隙数与当前突发包数量相匹配，降低了突发包丢弃率，且减少网络中需要处理的控制包数量，降低了网络控制层的处理负担。

Resource reservation method for slotted optical burst switching network based on quasi success rate matrix

【技术实现步骤摘要】
基于准成功率矩阵的时隙光突发交换网络资源预留方法
本专利技术涉及光网络的
，具体涉及时隙光突发交换网络中的一种基于准成功率矩阵的资源预留方法。
技术介绍
在传统的光网络中采用“光传输-电交换”的工作方式，随着光传输技术的发展，节点在电域内处理能力的提升速度已无法跟上光链路传输能力的增加速度，从而产生了“电子瓶颈”。为了解决电子瓶颈问题，学者们提出了全光交换的解决方案。全光交换是指信号在中间节点处不经过“光-电-光”转换、而直接在光域内被交换到相应输出端口的交换技术。光突发交换(OpticalBurstSwitching，OBS)是一种有希望应用于下一代光网络中的全光交换技术。在光突发交换技术中，多个数据分组先被组合成一个整体，称为一个突发包；然后再转换为光信号，形成光突发包；网络中传输和交换的基本单元就是光突发包。在一般的光突发交换网络中，突发包之间的冲突概率较高，导致了网络的丢包率较大。为了降低突发包之间的冲突概率，Zhang等人将时隙ALOHA的思想引入光网络中，提出了时隙光突发交换(SlottedOpticalBurstSwitching，SOBS)的概念。在时隙光突发交换网络中，信道被划分为等长的时隙，并且规定每个突发包的长度不大于时隙的有效长度，这样每个时隙刚好传送一个突发包。与一般的光突发交换技术相比，时隙光突发交换技术可以大幅度降低突发包之间的冲突概率，进而降低网络丢包率。在时隙光突发交换网络中为突发包预留时隙资源时，通常采用针对一般光突发交换网络而设计的资源预留机制。一般光突发交换网络中的资源预留机制可以分为两类：单向预留机制和双向预留机制。在两种预留机制中，都是单独为每个突发包预留时隙资源。若请求的资源在一部分链路上预留成功，而在某一条链路上预留失败，则该次预留过程依然是失败的；部分链路上预留成功的资源需要被释放掉。事实上，在时隙光突发交换网络中，由于信道资源被划分成了等长的时隙，而突发包又刚好能装在一个时隙中，故此时隙资源对所有突发包来说是通用的。时隙资源的通用性带来两个好处：第一，对于源节点和目的节点都相同的两个突发包来说，为它们预留的时隙资源是互通的，即为一个突发包预留的资源可以直接被另一个突发包使用；故此在时隙光突发交换网络中，无需单独为每个突发包预留一个时隙，而可以一次为多个突发包预留多个时隙。第二，在从源节点到目的节点的路径上预留一个时隙时，若在一部分链路上预留成功，而在某个节点处预留失败，则预留成功的这部分资源无需被释放，而可以被用来传输从源节点到失败节点的突发包。从这种意义上来说，此次预留过程不是完全失败的、而是在失败节点处准成功的。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种基于准成功率矩阵的时隙光突发交换网络资源预留方法，按照准成功率矩阵和突发包个数向量对每次预留的时隙个数进行计算，并根据预留结果对准成功率矩阵进行周期性地更新，以保证成功预留的时隙个数与实际需要的时隙个数相一致。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于准成功率矩阵的时隙光突发交换网络资源预留方法，周期性地根据时隙的预留情况更新准成功率矩阵；时隙预留时刻到来时，根据准成功率矩阵和缓存队列中突发包个数计算需要预留的时隙个数；其步骤如下：步骤一：网络中所有节点的集合为V，从源节点s到节点vi传输突发包的路径为R(s,vi)，在路径R(s,vi)上预留时隙时、在节点vj处的准成功率为ps(vi,vj)；从源节点s发出的不同路径在所有节点处的准成功率组成一个准成功率矩阵：其中，vi∈V\{s}，i,j＝1,2,…,N-1，N为节点集合V的节点数；步骤二：以时间TU为周期更新准成功率：在源节点s处，统计第n个周期内从源节点s到节点vi传输突发包在各条路径R(s,vi)上预留时隙时、在各个节点vj处准成功的时隙个数；在第n个更新周期结束时，计算本周期的阶段准成功率利用阶段准成功率更新准成功率：其中，组合因子α为一个0到1之间的常实数，为第n-1周期的准成功率；从而得到新的准成功率矩阵步骤三：以时间TB为周期预留时隙：在源节点s处以各个节点为目的节点的突发包数组成的向量为突发包向量Bs＝[bs(v1),bs(v2),…,bs(vN-1)]T，计划为各个目的节点预留的时隙数为时隙向量Xs＝[xs(v1),xs(v2),…,xs(vN-1)]T；在本周期内，当有新的突发包到达时，根据突发包的目的节点信息更新突发包向量Bs相应分量的值；当周期结束时，读取向量Bs的当前值，解线性方程组PsXs＝Bs求得时隙向量Xs；步骤四：根据获得的时隙向量Xs各分量的值向每个目的节点发出控制包，来预留相应个数的时隙。所述步骤一中准成功率ps(vi,vj)的初始值：若vj＝vi，则准成功率ps(vi,vj)＝1，否则准成功率ps(vi,vj)＝0，从而准成功率矩阵的初始值为单位矩阵I。所述步骤二中准成功率的更新周期TU远大于时隙的预留周期TB。所述步骤二中组合因子α的取值与网络环境有关。所述步骤二中本周期的阶段准成功率为：其中，Ns(vi)为第n个周期内从源节点s到目的节点vi预留的时隙总数，Ms(vi,vj)为第n个周期内从源节点s到目的节点vi的路径中时隙在节点vj发生准成功的个数。所述步骤三中通过接线性方程获得的时隙向量Xs中的时隙数是小数时，对计算结果进行四舍五入处理，得到的整数为实际申请预留的时隙数。源节点的状态变化包括：1)突发包到达事件：当有新的突发包到达时，源节点s进入突发包处理状态；源节点根据突发包所携带的目的节点信息，将突发包存入对应的缓存队列。2)时隙预留事件：当一个周期结束时，源节点处的时钟会触发时隙预留事件；此时，源节点根据当前的准成功率矩阵Ps和突发包向量Bs，解线性方程组PsXs＝Bs，求出计划预留时隙向量Xs；然后在对应路径上向各个目的节点发送控制包，来预留相应数量的时隙；控制包到达路径的中间节点时，中间节点根据控制包所携带的信息来预留时隙，若相应时隙在路径的下一条链路上空闲，则在该节点处预留成功，否则该时隙在此节点处准成功，控制包记录各个时隙在中间节点处的预留情况；控制包到达目的节点后，再原路返回源节点。3)控制包返回事件：当控制包返回源节点时，源节点读取控制包中记录的预留情况，更新该节点申请预留的时隙总数和在各中间节点处准成功的时隙个数。4)准成功率更新事件：当一个周期结束时，源节点处的时钟触发准成功率更新事件；源节点根据本周期内累计各条路径在各个节点处准成功的时隙个数，计算阶段准成功率，然后对使用阶段准成功率对全局的准成功率进行更新。本专利技术周期性地发起时隙预留过程、每次为多个突发包预留多个时隙；当隙在某个节点处预留失败(准成功)时、使用准成功预留的时隙传输从源节点到该节点的短途突发包；根据当前突发包数量和由准成功率矩阵所表示的路径状态，计算实际需要为每个目的节点预留的时隙个数，使得为各个节点实际成功预留的时隙数与当前突发包数量相匹配，降低了突发包丢弃率；另外，本专利技术周期性地发送控制包，每个控制包预留多个时隙，使得网络中控制包的数量大幅度减少，降低了网络控制层的处理负担。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于准成功率矩阵的时隙光突发交换网络资源预留方法，其特征在于，周期性地根据时隙的预留情况更新准成功率矩阵；时隙预留时刻到来时，根据准成功率矩阵和缓存队列中突发包个数计算需要预留的时隙个数；其步骤如下：步骤一：网络中所有节点的集合为V，从源节点s到节点vi传输突发包的路径为R(s,vi)，在路径R(s,vi)上预留时隙时、在节点vj处的准成功率为ps(vi,vj)；从源节点s发出的不同路径在所有节点处的准成功率组成一个准成功率矩阵：

【技术特征摘要】
1.一种基于准成功率矩阵的时隙光突发交换网络资源预留方法，其特征在于，周期性地根据时隙的预留情况更新准成功率矩阵；时隙预留时刻到来时，根据准成功率矩阵和缓存队列中突发包个数计算需要预留的时隙个数；其步骤如下：步骤一：网络中所有节点的集合为V，从源节点s到节点vi传输突发包的路径为R(s,vi)，在路径R(s,vi)上预留时隙时、在节点vj处的准成功率为ps(vi,vj)；从源节点s发出的不同路径在所有节点处的准成功率组成一个准成功率矩阵：其中，vi∈V\{s}，i,j＝1,2,…,N-1，N为节点集合V的节点数；步骤二：以时间TU为周期更新准成功率：在源节点s处，统计第n个周期内从源节点s到节点vi传输突发包在各条路径R(s,vi)上预留时隙时、在各个节点vj处准成功的时隙个数；在第n个更新周期结束时，计算本周期的阶段准成功率rs(n)(vi,vj)，利用阶段准成功率rs(n)(vi,vj)更新准成功率：ps(n)(vi,vj)＝α·ps(n-1)(vi,vj)+(1-α)·rs(n)(vi,vj)；其中，组合因子α为一个0到1之间的常实数，ps(n-1)(vi,vj)为第n-1周期的准成功率；从而得到新的准成功率矩阵Ps(n)；步骤三：以时间TB为周期预留时隙：在源节点s处以各个节点为目的节点的突发包数组成的向量为突发包向量Bs＝[bs(v1),bs(v2),…,bs(vN-1)]T，计划为各个目的节点预留的时隙数为时隙向量Xs＝[xs(v1),xs(v2),…,xs(vN-1)]T；在本周期内，当有新的突发包到达时，根据突发包的目的节点信息更新突发包向量Bs相应分量的值；当周期结束时，读取向量Bs的当前值，解线性方程组PsXs＝Bs求得时隙向量Xs；步骤四：根据获得的时隙向量Xs各分量的值向每个目的节点发出控制包，来预留相应个数的时隙。2.根据权利要求1所述的基于准成功率矩阵的时隙光突发交换网络资源预留方法，其特征在于，所述步骤一中准成功率ps(vi,vj)的初始值：若vj＝vi，则准成功率ps(vi,vj)＝1，否则...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁俊岭，张静，徐晋，张启坤，张迪，任忠保，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：河南,41