一种基于串扰避免和资源预留的节点冲突解决方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于串扰避免和资源预留的节点冲突解决方法及装置，属于光通信技术领域。本发明专利技术所述的方法通过在空分复用弹性光网络全光分层节点中配置有限频谱转换器和资源预留模块；并综合考虑少模光纤中相邻模式间串扰和模式上的频谱资源使用情况，构造模式‑频谱串扰辅助图。当全光分层节点中，分组因竞争相同目的端口频谱资源冲突时，根据节点的有限频谱转换器转换范围和模式的空闲频谱块资源，提出一种基于串扰避免的滑动窗方法计算空闲频谱块的资源值，从而在空‑频域解决冲突业务的调度问题；当空‑频域不能解决该冲突时，将冲突业务预留至资源预留模块的下一时隙调度，以降低业务的带宽阻塞率和平均时延。

【技术实现步骤摘要】
一种基于串扰避免和资源预留的节点冲突解决方法及装置
本专利技术属于光通信
，涉及一种基于串扰避免和资源预留的节点冲突解决方法及装置。
技术介绍
近年来，随着新的互联网协议应用，如高清晰度视频传输，互动游戏，物联网、云计算等快速发展，设备规模化逐渐增大，网络负载也逐渐加重，需要构建大量数据中心以满足越来越多计算资源需求。由于不同应用分布在各自的数据中心上进行高速处理，所以数据中心网络可以实现大容量的网络需求。但是传统的波分复用网络将频谱划分为波长单位的信道，这种固定栅格的网络造成带宽浪费，并且难以满足高速、不同粒度带宽需求的业务传输。而基于正交频分复用技术的空分复用弹性光网络，光谱被划分为较小的频隙(12.5GHz或6.25GHz)，频谱分配方式灵活、传输容量大、资源利用率高。因此，大容量和灵活带宽的空分复用弹性光网络可以有效缓解数据中心中的大数据传输问题。空分复用技术可将空间维度划分为多个单元，能够有效满足数据中心中大容量业务的传输。空分复用技术分为多模光纤技术和多芯光纤技术两个方面。在多芯光纤中，多根相同物理属性的单模纤芯放置在光缆中，组成一个大容量的传输系统。根据光缆中纤芯数量的不同可以分为19芯、7芯、3芯等不同类型的光纤；也可根据纤芯放置在光缆中位置的不同分为单环、双环、线性阵列、双重结构等不同类型的光纤。这些光纤中的不同纤芯之间相互耦合将产生物理芯间串扰，不同的调制格式，串扰的门限值不同，只要业务的串扰值低于串扰门限，业务就可有效传输。另一方面，多模光纤由不同模式的单芯光纤组成，模式通常由几个分组组成，业务可以在不同模式和分组上任意传输，相同模式的不同分组之间不存在串扰，但是不同模式之间存在串扰。多模光纤可以使用10个及以上的模式传输业务，虽然可以有效提高传输容量，但是串扰值过大导致误码率极高，并且复杂度也较高。而少模光纤虽然减少模式数量，但是串扰和复杂度大大降低，能够更加有效地传输业务。并且，少模光纤具有每单位面积携带更多数据，光放大的功率高等优点，相对于多芯光纤也具有更高的非线性容差，所以少模光纤近年来被广泛的研究。在空分复用弹性光网络全光分层节点中，若存在多个业务同时需要输出至某输出端口，且请求的频谱资源存在重叠，则冲突问题产生。若缺乏有效地冲突解决策略，全光分层节点的带宽阻塞率迅速上升。另外，在空分复用弹性光网络中，业务在相邻模式传输时若存在频谱重叠，则光信号将“泄露”至相邻的模式，造成模式间串扰，这种串扰随着传输距离的增加加剧，从而严重影响信号传输质量。采用提前预留机制预留冲突业务，将业务预留至下一时隙再进行交换，可以显著降低带宽阻塞率，但存在一定时延。使用有限频谱转换器将冲突频谱转换至相邻空闲频谱上，能够降低带宽阻塞率，并且不存在缓存时延。但是，光域上的频谱转换存在技术不成熟、成本高和实现困难等缺点，另一方面业务传输存在串扰问题。所以需要考虑全光分层交换节点中配置的有限频谱转换器数量和预留时隙，并设计合理有效地冲突解决算法解决业务在全光分层节点交换中的冲突和串扰问题。
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串扰避免和资源预留的节点冲突解决方法及装置，用于降低业务的带宽阻塞率和平均延迟。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于串扰避免和资源预留的节点冲突解决方法，该方法包括以下步骤：S1：在全光分层节点结构中配置节点共享的有限频谱转换器和资源预留模块，在当前调度时隙内，根据请求业务的输入信息，确定业务的输出端口、光纤模式和占用频谱，并在该全光分层节点中进行交换；S2：若业务在全光分层节点的输出端口因争用频谱而导致交换失败，则构造该冲突业务的模式-频谱串扰辅助图，转S3；否则，直接交换业务；S3：若节点的可用有限频谱转换器数量等于零，转S4；否则，在纤芯的所有模式和有限频谱转换器的转换频谱范围内进行滑动，寻找全部可以容纳冲突业务的空闲频谱块，并计算若将冲突业务放在空闲频谱块后的频谱串扰值，若频谱串扰值大于串扰阈值，更新模式-频谱串扰辅助图，转S4；否则，计算所有空闲频谱块的频谱资源值，并选择频谱资源值最小的空闲频谱块转换业务的频谱；S4：根据首次命中原则，在资源预留模块中选择可用时隙预留给冲突业务，计算该冲突业务的总预留时隙，若其值小于业务容忍的时隙阈值，则将冲突业务预留在资源预留模块中，等待下一时隙进行调度；否则，资源预留失败，阻塞该冲突业务。进一步，所述S1具体方法为：S101：根据请求业务的输入信息，确定业务交换的目的端口、光纤模式和需要占用的频谱，在配置有限频谱转换器和预留资源模块的全光分层节点结构中进行交换；S102：若目的端口上业务需要占用的模式和频谱空闲，则成功交换；否则，判定该业务产生频谱资源竞争冲突，需要冲突解决方法调度该业务。进一步，所述S2具体方法为：S201：若业务产生频谱资源竞争冲突，遍历纤芯的所有模式和频谱，并分别计算2个参数，分别表示串扰值和频谱的可用性；S202：遍历纤芯的所有模式和频谱，若相邻模式之间的相同频谱被占用，则第一个参数的串扰值加1；否则，第一个参数的串扰值不变；S203：遍历纤芯的所有模式和频谱，若频谱被占用，第二个参数的频谱可用性设为0；否则，频谱可用性为1。进一步，所述S3具体方法为：S301：若节点的可用有限频谱转换器数量等于零，转S4；否则，在纤芯的所有模式和转换频谱范围内，分别进行模式和频谱的上、下和左、右滑动，在滑动过程中，找到若干大于或等于冲突业务频谱的空闲频谱块，放入集合频谱选择(SpectrumSelect,SS)中；S302：依次计算若将冲突业务放在SS中的各空闲频谱块后的频谱串扰值。计算各空闲频谱块后的频谱串扰值时，先根据S2更新该频谱块若占用后的模式-频谱串扰辅助图，计算占用该空闲频谱块的串扰值，若其值大于串扰阈值，将该空闲频谱块从集合SS中删除，依此判断各空闲频谱块的可用性；S303：依次计算若将冲突业务放在更新后SS中各空闲频谱块的频谱资源值，并选择集合SS中频谱资源值最小的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块，若存在多个频谱串扰值最小的空闲频谱块，则随机选择其中的一个空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块。空闲频谱块的资源值计算公式：在该式中，Xfk是一个布尔变量，若模式k上的第f个频谱块被占用，Xfk＝1；否则，Xfk＝0，i和j分别是频谱块f的频隙索引起、止值，M是光纤中的模式分组总数，BLkfree是模式k中的空闲频谱块数量，BLkall是模式k中的所有频谱块总和，表明是否需要使用频谱选择开关进行模式切换，若需要，否则，进一步，所述S4具体方法为：S401：若S3中所有空闲频谱的频谱串扰值均大于串扰阈值，或没有空闲频谱块可供冲突业务转换时，则使用资源预留模块解决业务冲突调度问题；S402：根据首次命中原则，在资源预留模块中为冲突业务选择最少的预留时隙；S403：计算该冲突业务从源全光节点至此全光分层节点总预留本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于串扰避免和资源预留的节点冲突解决方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：/nS1：在全光分层节点结构中配置节点共享的有限频谱转换器和资源预留模块，在当前调度时隙内，根据请求业务的输入信息，确定业务的输出端口、光纤模式和占用频谱，并在该全光分层节点中进行交换；/nS2：若业务在全光分层节点的输出端口因争用频谱而导致交换失败，则构造该冲突业务的模式-频谱串扰辅助图，转S3；否则，直接交换业务；/nS3：若节点的可用有限频谱转换器数量等于零，转S4；否则，在纤芯的所有模式和有限频谱转换器的转换频谱范围内进行滑动，寻找全部可以容纳冲突业务的空闲频谱块，并计算若将冲突业务放在空闲频谱块后的频谱串扰值，若频谱串扰值大于串扰阈值，更新模式-频谱串扰辅助图，转S4；否则，计算所有空闲频谱块的频谱资源值，并选择频谱资源值最小的空闲频谱块转换业务的频谱；/nS4：根据首次命中原则，在资源预留模块中选择可用时隙预留给冲突业务，计算该冲突业务的总预留时隙，若其值小于业务容忍的时隙阈值，则将冲突业务预留在资源预留模块中，等待下一时隙进行调度；否则，资源预留失败，阻塞该冲突业务。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于串扰避免和资源预留的节点冲突解决方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：在全光分层节点结构中配置节点共享的有限频谱转换器和资源预留模块，在当前调度时隙内，根据请求业务的输入信息，确定业务的输出端口、光纤模式和占用频谱，并在该全光分层节点中进行交换；
S2：若业务在全光分层节点的输出端口因争用频谱而导致交换失败，则构造该冲突业务的模式-频谱串扰辅助图，转S3；否则，直接交换业务；
S3：若节点的可用有限频谱转换器数量等于零，转S4；否则，在纤芯的所有模式和有限频谱转换器的转换频谱范围内进行滑动，寻找全部可以容纳冲突业务的空闲频谱块，并计算若将冲突业务放在空闲频谱块后的频谱串扰值，若频谱串扰值大于串扰阈值，更新模式-频谱串扰辅助图，转S4；否则，计算所有空闲频谱块的频谱资源值，并选择频谱资源值最小的空闲频谱块转换业务的频谱；
S4：根据首次命中原则，在资源预留模块中选择可用时隙预留给冲突业务，计算该冲突业务的总预留时隙，若其值小于业务容忍的时隙阈值，则将冲突业务预留在资源预留模块中，等待下一时隙进行调度；否则，资源预留失败，阻塞该冲突业务。


2.如权利要求1所述的一种基于串扰避免和资源预留的节点冲突解决方法，其特征在于：所述S1具体方法为：
S101：根据请求业务的输入信息，确定业务交换的目的端口、光纤模式和需要占用的频谱，在配置有限频谱转换器和预留资源模块的全光分层节点结构中进行交换；
S102：若目的端口上业务需要占用的模式和频谱空闲，则成功交换；否则，判定该业务产生频谱资源竞争冲突，需要冲突解决方法调度该业务。


3.如权利要求1所述的一种基于串扰避免和资源预留的节点冲突解决方法，其特征在于：所述S2具体方法为：
S201：若业务产生频谱资源竞争冲突，遍历纤芯的所有模式和频谱，并分别计算2个参数，分别表示串扰值和频谱的可用性；
S202：遍历纤芯的所有模式和频谱，若相邻模式之间的相同频谱被占用，则第一个参数的串扰值加1；否则，第一个参数的串扰值不变；
S203：遍历纤芯的所有模式和频谱，若频谱被占用，第二个参数的频谱可用性设为0；否则，频谱可用性为1。


4.如权利要求1所述的一种基于串扰避免和资源预留的节点冲突解决方法，其特征在于：所述S3具体方法为：
S301：若节点的可用有限频谱转换器数量等于零，转S4；否则，在纤芯的所有模式和转换频谱范围内，分别进行模式和频谱的上、下和左、右滑动，在滑动过程中，找到若干大于或等于冲突业务频谱的空闲频谱块，放入集合频谱选择(SpectrumSelect,SS)中；
S302：依次计算若将冲突业务放在SS中的各空闲频谱块后的频谱串扰值。计算各空闲频谱块后的频谱串扰值时，先根据S2更新该频谱块若占用后的模式-频谱串扰辅助图，计算占用该空闲频谱块的串扰值，若其值大于串扰阈值，将该空闲频谱块从集合SS中删除，依此判断各空闲频谱块的可用性；
S303：依次计算若将冲突业务放在更新后SS中各空闲频谱块的频谱资源值，并选择集合SS中频谱资源值最小的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块，若存在多个频谱串扰值最小的空闲频谱块，则随机选择其中的一个空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块。
空闲频谱块的资源值计算公式：
在该式中，Xfk是一个布尔变量，若模式k上的第f个频谱块被占用，Xfk＝1；否则，Xfk＝0，i和j分别是频谱块f的频隙索引起、止值，M是光纤中的模式分组总数，是模式k中的空闲频谱块数量，BLkall是模式k中的所有频谱块总和，表明是否需要使用频谱选择开关进行模式切换，若需要，否则，


5.如权利要求1所述的一种基于串扰避免和资源预留的节点冲突解决方法，其特征在于：所述S4具体方法为：
S401：若S3中所有空闲频谱的频谱串扰值均大于串扰阈值，或没有空闲频谱块可供冲突业务转换时，则使用资源预留模块解决业务冲突调度问题；
S402：根据首次命中原则，在资源预留模块中为冲突业务选择最少的预留时隙；
S403：计算该冲突业务从源全光节点至此全光分层节点总预留的时隙，若总预留时隙小于业务容忍的时隙阈值，则对冲突业务进行时隙预留；否则，阻塞该冲突业务。


6.一种基于串扰避免和资源预留的节点冲突解决装置，其特征在于：该装置包括：
静态模块：空分复用弹性光网络分层全光节点结构有N个输入/输出端口，每个端口内有1根纤芯和空分复用/解复用器，每根纤芯内有M种模式传输业务，该全光分层节点结构还配置节点共享型有限频谱转换器和资源预留模块处理冲突业务，该全光分层节点结构中的控制模块控制业务交换和冲突解决，空分复用弹性光网络全光分层节点结构分为2层，第一层对业...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘焕淋，方菲，陈勇，蔚承英，任杰，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50