基于滑动频谱窗的弹性光网络中时变业务共享保护方法技术

本发明专利技术涉及基于滑动频谱窗的弹性光网络中时变业务共享保护方法，属于通信网络技术领域。本发明专利技术通过选择低代价的共享保护路径和滑动频谱窗实现时变业务传输资源分配。当时变业务到达弹性光网络时，采用最短路径算法以及首次命中策略完成时变业务工作路径选择和频谱分配；采用K最短路径算法为时变业务寻找候选保护路径集合，计算各候选保护路径的代价函数值，选择满足时变业务带宽需求且路径代价函数值最小的时变业务保护路径；创建时变业务的滑动频谱窗，为时变业务分配共享度高的保护路径频谱块；当弹性光网络检测到时变业务带宽变化时，基于滑动频谱窗为时变业务调整保护频谱分配。本发明专利技术能提高时变业务生存性传输的频谱利用率和成功率。用率和成功率。用率和成功率。

【技术实现步骤摘要】
基于滑动频谱窗的弹性光网络中时变业务共享保护方法


[0001]本专利技术属于光纤通信
，涉及基于滑动频谱窗的弹性光网络中时变业务共享保护方法。

技术介绍

[0002]支持动态流量需求对于网络运营商来说是一个重大挑战。为了解决这个挑战，网络运营商需要一个灵活的骨干光网络。基于光正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,OFDM)的弹性光网络(Elastic Optical Networks,EONs)被广泛地认为是一个极具发展潜力的智能光网络，能够有效地克服传统波分复用(Wavelength Division Multiplexing, WDM)网络粗糙粒度带宽资源划分方式，以及固定不变调制格式的缺点，更加高效地使用网络中的资源。弹性光网络可以根据业务的请求带宽将网络中的频谱资源划分为细粒度并且连续的频隙(Frequency Slot,FS)，以一种更接近无网格系统的方式服务请求，极大地减少了带宽消耗。
[0003]由于频谱连续性、频谱一致性和频谱不重叠的限制，路由和频谱分配(Routing andSpectrum Assignment,RSA)问题是EONs中的一个基本问题。对于给定的业务请求，旨在为其确定一条路径，并在该路径中为业务请求分配合适的频谱资源，提高资源利用率。近些年来，随着互联网技术的飞速发展，新型业务地不断涌现，如高清视频直播，在线游戏等，业务的带宽往往会随着时间的变化而变化，称之为时变业务，传统的资源分配方法在处理时变业务的时候显得不够灵活。因此，研究时变业务在弹性光网络中的路由频谱分配，提高时变业务的频谱利用率显得至关重要。
[0004]随着光网络技术的不断发展，单光纤的传输容量可以达到400Gbps甚至是1Tbps以上。因此，网络组件，如光纤链路和网络节点的故障都将会造成大量的数据丢失和业务中断，给用户和运营商带来难以估计的损失。在WDM网络中，生存性问题得到了广泛的关注。随着技术的发展，越来越多的人将目光转移到了生存性EONs中。在生存性EONs中，如果时变业务的带宽发生变化，不仅工作路径的资源分配会受到影响，保护路径也需做出相应的改变。考虑时变业务在生存性弹性光网络中的应用，研究时变业务在生存性弹性光网络中带宽的调整是十分必要的。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种面向时变业务的生存性弹性光网络路由和频谱分配策略，用于减少网络中频谱资源的消耗，降低业务阻塞率。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]基于滑动频谱窗的弹性光网络中时变业务共享保护方法，在该算法中，为减少网络中频谱资源的消耗，设计保护路径代价函数，根据路径代价函数值选择时变业务的保护路径；利用滑动频谱窗，寻找保护路径中频谱窗共享度最高的位置，完成时变业务的频谱分配；当弹性光网络检测到时变业务带宽发生变化，保护路径根据时变业务频隙变化数目，利
用当前占用的频谱块以及滑动频谱窗，完成保护路径带宽的调整；该策略具体包括以下步骤：
[0008]S1：根据时变业务请求，在弹性光网络中执行最短路径算法寻找时变业务的工作路径，并采用首选即中方法分配工作路径所需频谱块；采用工作路径和保护路径边分离的准则，执行K最短路径算法寻找时变业务的候选保护路径集；
[0009]S2：计算每条候选保护路径的代价函数值，选择代价函数值最小并且满足时变业务所需频隙数目的候选保护路径为时变业务的保护路径，根据时变业务所需频隙数目创建滑动频谱窗，在保护路径上对时变业务进行频谱分配；
[0010]S3：当弹性光网络检测到时变业务请求速率增加时，执行基于滑动频谱窗的频谱扩展分策略，为业务分配频谱窗共享度高的保护频谱块；当时变业务的请求速率减小时，执行基于滑动频谱窗的频谱压缩策略，为业务分配频谱窗共享度高的保护频谱块，以实现时变业务频谱分配的动态调整；
[0011]进一步，所述S1具体步骤为：
[0012]S101：根据时变业务的源节点和目的节点，在弹性光网络中执行最短路径算法寻找同时满足业务所需频隙数目的工作路径，若找到工作路径，由工作路径长度确定时变业务使用的最高调制等级，并计算业务在工作路径传输所需频隙数目；采用首次命中频谱分配策略为业务的工作路径分配频谱资源，更新弹性光网络资源：包括删除时变业务选择的工作路径和减去工作路径上分配的频谱资源；转步骤S102；否则，阻塞时变业务，算法结束；
[0013]其中，时变业务在工作路径上所需频隙数目f
w
的计算公式如下：
[0014][0015]上式中，B表示业务的请求速率，单位Gbps，C
f
为单位频隙的传输速率，单位Gbps/Hz，在弹性光网络中，一般取值为12.5Gbps/Hz，ρ
m
为根据工作路径长度确定的最高调制等级，GB为保护频隙数目；
[0016]S102：采用K最短路径算法，在更新后的弹性光网络中，寻找时变业务的候选保护路径集合，K值一般取弹性光网络的节点度数平均值的极大值；
[0017]进一步，所述S2具体步骤为：
[0018]S201：计算各候选保护路径的代价值，并根据候选保护路径的代价值，升序排列候选保护路径；
[0019]其中，候选保护路径的保护路径代价值的计算公式如下：
[0020][0021]在式(2)中，BA
i
，BP
j
分别表示候选保护路径上的第i，j个可用的空闲频谱块和保护频谱块；N，M分别表示该路径上可用的空闲频谱块数目和已经分配给其他业务的保护路径的频谱块数目；W
k
表示第k个频隙共享度，频隙共享度定义为该频隙被用于保护不同的业务数目；
[0022]S202：根据时变业务请求速率和候选保护路径长度，计算时变业务在传输中所需
的频隙数目f；
[0023]其中，时变业务在候选的保护路径上所需频隙数目f的计算公式如下：
[0024][0025]在式(3)中，ρ
m
为根据候选保护路径长度确定的最高调制等级，其他参数含义与式(1)相同；
[0026]S203：依次在候选保护路径集合中寻找每条候选保护路径上的可用空闲频谱块，将这些可用的空闲频谱块放入集合Block
A
中；
[0027]S204：根据时变业务所需频隙数目f，判断Block
A
中是否存在满足时变业务所需频隙数目f的频谱块，若有，则将包含这样的频谱块且保护路径代价值最小的候选保护路径确定为时变业务的保护路径，记为转至步骤S205；否则，阻塞时变业务请求，结束算法；
[0028]S205：将保护路径中的所有空闲频谱块，保存在保护频谱块集合Block
P
中；
[0029]S206：从Block
P
中选择频隙数目最多的保护频谱块BP
max
，记录本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于滑动频谱窗的弹性光网络中时变业务共享保护方法，其特征在于：在该算法中，根据弹性光网络中候选保护路径的保护路径函数代价值选择时变业务的保护路径；利用滑动频谱窗在保护路径上对时变业务进行频谱分配；当弹性光网络检测到时变业务的带宽发生变化时，根据时变业务带宽变大或变小，采用滑动频谱窗方法对时变业务所需频谱块进行调整；该方法具体包括以下步骤：S1：根据时变业务请求，在弹性光网络中执行最短路径算法寻找时变业务的工作路径，并采用首选即中方法分配工作路径所需频谱块；采用工作路径和保护路径边分离的准则，执行K最短路径算法寻找时变业务的候选保护路径集；S2：计算每条候选保护路径的代价函数值，选择代价函数值最小并且满足时变业务所需频隙数目的候选保护路径为时变业务的保护路径，根据时变业务所需频隙数目创建滑动频谱窗，在保护路径上对时变业务进行频谱分配；S3：当弹性光网络检测到时变业务请求速率增加时，执行基于滑动频谱窗的频谱扩展分策略，为业务分配频谱窗共享度高的保护频谱块；当时变业务的请求速率减小时，执行基于滑动频谱窗的频谱压缩策略，为业务分配频谱窗共享度高的保护频谱块，以实现时变业务频谱分配的动态调整。2.根据权利要求1所述的基于滑动频谱窗的弹性光网络中时变业务共享保护方法，其特征在于：所述S1具体通过以下方式实现：S101：根据时变业务的源节点和目的节点，在弹性光网络中执行最短路径算法寻找同时满足业务所需频隙数目的工作路径，若找到工作路径，由工作路径长度确定时变业务使用的最高调制等级，并计算业务在工作路径传输所需频隙数目；采用首次命中频谱分配策略为业务的工作路径分配频谱资源，更新弹性光网络资源：包括删除时变业务选择的工作路径和减去工作路径上分配的频谱资源；转步骤S102；否则，阻塞时变业务，算法结束；其中，时变业务在工作路径上所需频隙数目f
w
的计算公式如下：上式中，B表示业务的请求速率，单位Gbps，C
f
为单位频隙的传输速率，单位Gbps/Hz，在弹性光网络中，一般取值为12.5Gbps/Hz，ρ
m
为根据工作路径长度确定的最高调制等级，GB为保护频隙数目；S102：采用K最短路径算法，在更新后的弹性光网络中，寻找时变业务的候选保护路径集合，K值一般取弹性光网络的节点度数平均值的极大值。3.根据权利要求1所述的基于滑动频谱窗的弹性光网络中时变业务共享保护方法，其特征在于：所述S2具体通过以下方式实现：S201：计算各候选保护路径的代价值，并根据候选保护路径的代价值，升序排列候选保护路径；其中，候选保护路径的保护路径代价值的计算公式如下：
在上式中，BA
i
，BP
j
分别表示候选保护路径上的第i，j个可用的空闲频谱块和保护频谱块；N，M分别表示该路径上可用的空闲频谱块数目和已经分配给其他业务的保护路径的频谱块数目；W
k
表示第k个频隙的频隙共享度，频隙共享度定义为该频隙被用于保护不同的业务数目；S202：根据时变业务请求速率和候选保护路径长度，计算时变业务在候选保护路径中传输中所需的频隙数目f；其中，时变业务在候选保护路径所需频隙数目f的计算公式如下：上式中，ρ
m
为根据候选保护路径长度确定的最高调制等级；S203：依次在候选保护路径集合中寻找每条候选保护路径上的可用空闲频谱块，将这些可用的空闲频谱块放入集合Block
A
中；S204：根据时变业务所需频隙数目f，判断Block
A
中是否存在满足时变业务所需频隙数目f的频谱块，若有，则将包含这样的频谱块且保护路径代价值最小的候选保护路径确定为时变业务的保护路径，记为转至步骤S205；否则，阻塞时变业务请求，结束算法；S205：将保护路径中的所有空闲频谱块，保存在保护频谱块集合Block
P
中；S206：从Block
P
中选择频隙数目最多的保护频谱块BP
max
，记录该保护频谱块BP
max
的起始频隙索引值和末位频隙索引值S207：判断Block
P
中是否存在大于等于时变业务所需频隙数目f的保护频谱块，若存在，转至步骤S208；否则，转至步骤S211；S208：根据时变业务所需频隙数目f，在保护路径上创建业务的滑动频谱窗SW
i
，其中，i表示滑动频谱窗的索引序号，SW
i
的大小由时变业务所需频隙数目f决定；S209：计算从到的各滑动频谱窗的共享度，若共享度最大的频谱窗只有一个，则将时变业务r(s,d,B,q)所需频隙数目分配在频隙索引值区间[m,m+f
‑
1]的频谱块上，转至步骤S3；否则，转步骤S210；其中，第m个滑动频谱窗的共享度计算公式为：上式中，W
k
表示频谱窗中第k个频谱块被分配的业务数目；S210：计算其中ε∈(z,n)，z,n分别为频谱窗的序号值，且选取d
ε
值最小的频谱窗作为时变业务频谱块分配位置，将时变业务分配在频隙索引值[ε,ε+f
‑
1]的频谱块上，转至步骤S3；S211：从保护路径的Block
A
中选择包含频隙最多的保护频谱块BP
max
的可用频谱块BAp
max
作为预分配频谱块，并确定BAp
max
的起始频隙索引值和末位频隙索引值计算保护频谱块的可扩展量Δ＝f
‑
|BP
max
|，其中|BP
max
|表示保护频谱块BP
max
包含频隙的数目；S212：根据和以及和计算S213：若更新为：否则，更新为：S214：令Δ＝Δ
‑

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