一种基于多跳路由的弹性光网络频谱分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于多跳路由的弹性光网络频谱分配方法，属于弹性光网络和频谱资源分配技术领域。其包括在能耗上限下建立多跳路由的跳数阈值模型、选取一组中间多跳节点作为虚拟路由、为业务进行频谱分配等步骤。本发明专利技术方法首先在能耗约束下计算出中间多跳节点阈值，然后合理选择中间多跳路由节点，在源宿节点之间根据传输距离，灵活选择每段短光路的调制格式等级，优化频谱资源分配，在能耗限制下达到提高网络整体资源利用率的目标。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多跳路由的弹性光网络频谱分配方法
本专利技术涉及弹性光网络和频谱资源分配
，特别是指一种基于多跳路由的弹性光网络频谱分配方法。
技术介绍
为提高弹性光网络(ElasticOpticalNetworks，EONs)的频谱资源利用率，很多研究者将距离自适应调制(DistanceAdaptiveModulation，DAM)技术应用于弹性光网络中，以解决路由和频谱分配(Routingandspectrumassignment，RSA)问题。但由于在EONs中需要遵循频谱连续性和邻接性限制条件，即业务请求必须占用源宿节点间光路上所有链路的相同位置的等量频谱资源，使得大量业务请求的动态建立与拆除必然引起网络的频谱碎片问题，导致很难为接下来的业务请求寻求等量的可用频谱资源。因此，传统的基于单跳路由模式的DAM技术在进行RSA过程中，难以适用未来网络对带宽增加的需求。为解决未来网络对带宽增加的需求，近年来众多研究学者在RSA问题中引入了多跳路由模式。在采用基于多跳路由的DAM技术时，业务请求可以在每段光路上根据传输距离自适应选择最高阶调制等级进行传输，并且在不同链路上所占用的频谱位置不受频谱连续性限制。相比于传统基于单跳路由的DAM技术的RSA算法，采用基于多跳路由的DAM技术的RSA算法能有效提升频谱资源利用率，降低网络阻塞率。但是，现有技术中提出的距离自适RSA算法是在路由上的每个中间节点进行多跳(即光-电-光转换)，并没有考虑多跳节点带来的能耗增加。例如，巴西利亚大学的LucasR.Costa等人提出了基于多跳路由的RSA算法，针对多跳路由的跳数阈值问题开展研究。但其中构建的跳数阈值模型是通过考虑网络拓扑和调制格式得出的，并未考虑多跳路由带来的能耗增加。南京邮电大学的冯朦等人提到，通过评估网络中节点活跃度，选取其中活跃度最高的两个节点标记为中间多跳节点。而多跳节点带来的影响分别是能耗和延时，其中延时很小，可在工程接受范围内，而多跳节点由于要进行光-电-光转换以及多跳节点调制格式的改变，使得整个过程会增加更多的能耗。总之，以上研究所提出的多跳算法虽然一定程度上提高了频谱利用率，但同时导致了网络能耗的增长。这种核心网的能耗增长未来可能会超过接入网能耗而成为互联网能耗的主体。目前，运营商希望在提高带宽利用率的同时不会过多的增加网络能耗，即在一定网络能耗的控制下尽可能多地提高网络的带宽利用率。为此，对于多跳路由中能耗的研究就变得十分必要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种基于多跳路由的弹性光网络频谱分配方法，该方法从网络能耗的角度出发，能够在网络能耗限制下提高网络的频谱资源利用率，进而降低阻塞率。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于多跳路由的弹性光网络频谱分配方法，其包括以下步骤：(1)根据网络拓扑的能耗上限建立多跳路由的跳数阈值模型；(2)根据跳数阈值模型和频谱连续度选取一组中间多跳节点作为虚拟路由；(3)为业务进行频谱分配。具体来说，所述步骤(1)具体包括以下步骤：(101)根据网络建立单跳路由的固有能耗模型：P固＝Pi+PijPi＝PBV-OXC+PBVTPBV-OXC＝N×85+150PBVT＝1.25×TR+31.5Pij＝[Lij/dLA]×PILA+(PPre+PPost)其中，i、j为光网络中的网元节点，P固表示业务采用单跳路由模式进行传输所消耗的能量，Pi表示节点i的总能耗，Pij表示网络中链路i-j上的能耗；PBV-OXC和PBVT分别表示能耗原件BV-OXC(Bandwidthvariablecross-connect，带宽可变的波长交叉连接器)和BVT(Bandwidthvariabletransponder，带宽可变的收发机)的功耗；N表示节点度数，即处理的波长数或信道数；TR表示能耗元件BVT的传输速率，单位为Gb/s；Lij表示链路i-j的总长度，dLA表示功率光放大器和前置放大器之间最长的中继距离，PILA、PPre和PPost分别表示线路光放大器、前置放大器与功率光放大器的功耗；(102)建立多跳路由额外增加的能耗模型：Phop＝Phopμ×m其中，Phopμ为中间节点μ进行一次转换所增加的能耗，m为路由上的中间节点跳数，Phop为多跳路由带来的总共能耗；(103)建立跳数阈值约束模型：P固+Phop≤P上限Pi+Pij+Phopμ×m≤P上限N×85+150+1.25×TR+31.5+[Lij/dLA]×PILA+(PPre+PPost)+Phopμ×m≤P上限其中，P上限为运营商对网络能耗上限的设定值，或网络中所有任意两节点之间最短距离路由中的一条最长距离路由上的能耗值。具体来说，所述步骤(2)具体包括以下步骤：(201)分析业务请求的源宿节点，根据最短路由Dijkstra算法为业务寻找最短路由，最短路由上中间节点为n个，n≥1；(202)判断n与m的大小关系，如果n≤m，则根据距离自适应调制技术，为每段光路选取最高阶调制技术；如果n>m，则转到(203)；(203)分析影响中间节点选取的频谱碎片因素，根据频谱连续度计算公式，在众多组中间节点中确定一组权值最大的中间节点。具体来说，所述步骤(203)的具体方式为：(2031)计算每一组中间节点的频谱连续度；频谱连续度的计算方式为：其中，Cl为链路l的频谱连续度，F为每条链路上的频率隙个数；表示链路l上第k个频率隙的使用情况，代表该频率隙当前为空闲状态，表示该频率隙当前为被占用状态；Bl表示链路l上的可用频谱块个数；(2032)根据步骤(2031)的计算结果，选取一组权值最高的中间节点。具体来说，所述步骤(3)的具体方式为：若n≤m，则采用首次命中算法分配频谱；若n>m，则采用准确命中算法，即，在计算频谱连续度时已进行了频谱分配。采用上述技术方案的有益效果在于：本专利技术首先在网络拓扑能耗上限下建立了多跳路由的跳数阈值模型，然后根据碎片感知确立中间多跳节点，最后为业务进行频谱分配。对于节点对间的长距离传输光路，本专利技术采用多跳路由以使得整条长距离光路被分成多段短距离光路，并采用更高阶的调制格式，达到优化频谱分配，提高整个网络资源利用率和降低能耗的目的。总之，本专利技术方法能够为每段短光路选取较高阶的调制格式以减少所分配的频谱资源，从而在提高网络的整体频谱资源利用率的同时控制网络能耗的增加。附图说明图1a～1c是本专利技术实施例的多跳路由示意图；其中，沙点填充的格子表示已被占用频隙，空白格子表示空闲频隙，斜线填充的格子表示业务A占用频隙；横坐标表示slots即链路上的频隙，纵坐标表示链路，图中共有四条链路，每条链路各有16个频隙。图2是本专利技术实施例的方法流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。一种基于多跳路由的弹性光网络频谱分配方法，包括以下步骤：(1)构建跳数阈值模型。根据不同弹性组网下的能耗因素，综合分析网络的固有能耗以及多跳路由带来的额外能耗，建立跳数阈值模型。采用基于多跳路由的距离自适应调制技术来解决RSA问题，相对于单跳路由可以有效提高频谱利用率，但该策略在带来优点的同时，也相应带来额外的能量消耗，即中间节点每进行一次光-电-光转换所带来的能耗增加。针对所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多跳路由的弹性光网络频谱分配方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据网络拓扑的能耗上限建立多跳路由的跳数阈值模型；(2)根据跳数阈值模型和频谱连续度选取一组中间多跳节点作为虚拟路由；(3)为业务进行频谱分配。

【技术特征摘要】
1.一种基于多跳路由的弹性光网络频谱分配方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据网络拓扑的能耗上限建立多跳路由的跳数阈值模型；(2)根据跳数阈值模型和频谱连续度选取一组中间多跳节点作为虚拟路由；(3)为业务进行频谱分配。2.如权利要求1所述的一种基于多跳路由的弹性光网络频谱分配方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括以下步骤：(101)根据网络建立单跳路由的固有能耗模型：P固＝Pi+PijPi＝PBV-OXC+PBVTPBV-OXC＝N×85+150PBVT＝1.25×TR+31.5Pij＝[Lij/dLA]×PILA+(PPre+PPost)其中，i、j为光网络中的网元节点，P固表示业务采用单跳路由模式进行传输所消耗的能量，Pi表示节点i的总能耗，Pij表示网络中链路i-j上的能耗；PBV-OXC和PBVT分别表示能耗原件BV-OXC和BVT的功耗；N表示节点度数，即处理的波长数或信道数；TR表示能耗元件BVT的传输速率，单位为Gb/s；Lij表示链路i-j的总长度，dLA表示功率光放大器和前置放大器之间最长的中继距离，PILA、PPre和PPost分别表示线路光放大器、前置放大器与功率光放大器的功耗；(102)建立多跳路由额外增加的能耗模型：Phop＝Phopμ×m其中，Phopμ为中间节点μ进行一次转换所增加的能耗，m为路由上的中间节点跳数，Phop为多跳路由带来的总能耗；(103)建立跳数阈值约束模型：P固+Phop≤P上限Pi+Pij+Phopμ×m≤P上限N×85+150+1.25×TR+31....

【专利技术属性】
技术研发人员：赵继军，李娜娜，包博文，任丹萍，胡劲华，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：河北,13