CN103916926A - 一种基于非间隔频谱的路由与频谱分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光网络的动态资源分配方法，解决现有动态RSA中动态连接及拆除产生频谱碎片使网络阻塞率上升的问题，提出基于频谱非间隔度的动态路由及频谱分配方法：在网络中源节点和目的节点之间预选一条或多条路径作为备选路由；统计每条备选路由所经过的各段链路上的频率隙，查找出在所述各段链路上均空闲的频率隙集合；对所述频率隙集合按照相邻关系分组，形成备选频谱块；对每个备选频谱块所联通的路由，计算路径频谱非间隔度；选择路径频谱非间隔度最大时对应的路由和备选频谱块，按照业务带宽需求分配一个或多个频率隙。本方法在建路的过程中有效地利用动态建拆路造成的频谱碎片，因而网络性能得到优化。

Description

一种基于非间隔频谱的路由与频谱分配方法

技术领域

本发明涉及一种光网络的动态资源分配方法，尤其涉及基于非间隔频谱的动态路由及频谱分配方法。

背景技术

在频谱灵活可变光网络中，基于子载波的路由计算和频谱分配(RSA)计算是一个关键问题。频谱灵活光网络中的RSA问题与波长路由光网络(WSON)中的路由和波长分配(RWA)问题相类似，但RSA问题约束条件更多、计算更加复杂。与RWA问题相比，两者的相似之处在于，若网络中不存在波长转换装置或频谱转换装置，RWA的约束条件为波长一致性约束：即沿路由所有路径上使用同样的波长来进行信息传输。而RSA问题具有三个约束条件，分别是：频谱连续性约束条件、频谱邻接性约束、频谱冲突约束。频谱连续性约束条件，即沿路由每条链路上分配相同的频谱资源，这个约束条件与RWA问题中的波长一致性约束条件类似；频谱邻接性约束是指为每个连接请求分配连续的频率隙，这是由于发射端为每个连接分配连续的子载波；频谱冲突约束，即每个连接在频谱资源上必须相隔离，有保护带宽以确保接收端正确接收。这三个约束条件使得RSA问题与RWA问题相比更复杂并更具有挑战性。

从目前的研究文献及专利调研结果上看，RSA问题可以大致分为如下三类：1)静态RSA问题；2)准静态RSA问题；3)动态RSA问题。其中，静态RSA问题和准静态动态RSA问题的共同特点为在业务模型已知的条件下考虑网络规划问题。通常将动态RSA问题拆分为路由子问题(R问题)和频谱分配子问题(SA问题)。在频谱分配子问题中通常采用在备选路由上使用首次命中，随机命中等方法。

当前在网络动态运行中，由于业务连接的动态建立、并且动态拆除，网络中会不可避免的存在频谱碎片，使得频谱资源不能充分利用。大量分散的频谱碎片使得网络无法为后续连接请求分配满足带宽要求的邻接频隙，因而使得网络阻塞率上升。因此，在动态RSA问题中首要考虑的是要减少由于动态连接及拆除而产生频谱碎片以及这种碎片对网络阻塞率性能带来的影响。

发明内容

本项发明要解决的技术问题是现有动态RSA中由于动态连接及拆除而产生频谱碎片使网络阻塞率上升，提出基于频谱非间隔度的动态路由及频谱分配方法，降低网络阻塞率。

本发明基于非间隔频谱的路由与频谱分配方法，在建立路由和进行频谱分配时，综合考虑当前网络的频谱资源使用状态、与该路由相连的其他链路的频谱占用情况。为实现本发明，提出频谱灵活光网络的路径频谱非间隔度模型，并基于所述模型进行频谱分配。具体方法如下：

在网络中源节点和目的节点之间预选一条或多条路径作为备选路由；

对于每一条所述备选路由，统计该路由所经过的各段链路上的频率隙，查找出在所述各段链路上均空闲的频率隙集合；

对所述频率隙集合按照相邻关系分组，构成多个备选频谱块；

对每个所述备选频谱块所连通的路由，按照路径频谱非间隔度模型计算路径频谱非间隔度；

选择路径频谱非间隔度最大时对应的路由和备选频谱块，作为选定路由和选定频谱块，并按照业务带宽需求，在所述选定路由的所述选定频谱块中分配一个或多个频率隙。

本发明的方法在建路的过程中有效地利用了由于动态建拆路造成的频谱碎片，因而网络性能得到优化。

附图说明

图1是频谱灵活光网络中节点频谱使用矩阵

图2是简单网络中节点和对应的频谱使用矩阵示例，其中图2(a)是简单网络结构，图2(b)是节点V5的频谱使用矩阵U5。

图3是基于非间隔频谱的路由及频谱分配算法的具体流程图

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本报发明的具体实施方案。

图1为频谱灵活光网络中节点频谱使用矩阵，假设网络为G{V,E,S},V代表节点的集合，E代表节点之间的双向光纤链路的集合，S代表每条链路上的频率隙的集合。|V|＝N表示网络中有N个节点，|E|＝L表示网络中有L个链路，|S|＝F代表每条链路上有F个频率隙。对于节点k，与节点k相连链路为nk条，分别记为DG1，DG2，…，DGnk。nk为节点k的“度”。如图1所示，定义节点频谱使用矩阵该矩阵具有nk行，F列。矩阵中的元素为二进制数值，代表与节点k相连的第n条链路上第i个频率隙的频谱占用情况。具体地，值1代表该频率隙为空闲状态；值0代表该频率隙此时被占用。

图2为简单网络中节点和对应的频谱使用矩阵示例。如图2(a)所示，网络中包含6个节点。以节点V5为例，节点V5的度为4，分别记为DG1，DG2，DG3和DG4。在每一条链路上相应的频谱占用情况用值0或1来表示。

建立节点频谱非间隔度模型及路径频谱非间隔度模型，如图1所示，在节点频谱使用矩阵中包含F个列向量其中i＝1～F。对于每一个列向量，有个值为1的元素。在这些值为1的元素所属链路上，对应的频率隙可以无阻的通过节点k。假设k节点在一条路径中的位置为中间节点，则与k相连的两条链路属于一条路由，则若分配该频率隙，可建立种路由。因此，对于节点k，定义节点频谱非间隔度：通过与该节点相连的全部链路中的空闲频率隙能建立的最大路由数量，节点频谱非间隔度是通过节点频谱使用矩阵的元素统计得出，表示为

$D_k=\underset{i=1}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i=\underset{i=1}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\·(a_i-1)/2=\underset{i=1}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}\{{\left(\underset{m=1}{\overset{\mathrm{nk}}{\mathrm{\Σ}}}{O}_{m,i}^{\left(k\right)}\right)}^2-\underset{m=1}{\overset{\mathrm{nk}}{\mathrm{\Σ}}}{O}_{m,i}^{\left(k\right)}\}/2$    公式1

通过寻找与某节点相连的所有链路中空闲的频谱隙，对某节点与相邻链路的频谱连通性进行度量。

定义路径频谱非间隔度：某条路径上包含的所有节点的频谱非间隔度之和。若路径p包含的节点序列为K＝{k₁,k₂,...,k_d}，路径频谱非间隔度也是通过节点频谱使用矩阵的元素统计得出，表示为：

$D_p=\underset{j=1}{\overset{d}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{k_j}=\underset{j=1}{\overset{d}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}\{{\left(\underset{m=1}{\overset{\mathrm{nk}}{\mathrm{\Σ}}}{O}_{m,i}^{\left(k\right)}\right)}^2-\underset{m=1}{\overset{\mathrm{nk}}{\mathrm{\Σ}}}{O}_{m,i}^{\left(k\right)}\}/2$    公式2

路径频谱非间隔度反映了该条路径上的频谱连通程度。

图3表示基于非间隔频谱的路由及频谱分配方法，分为以下步骤：

步骤S1、在网络中源节点和目的节点之间预选一条或多条路径作为备选路由；

从源节点s到目的节点d，使用KSP算法来计算出k条有优先级排序的最短路径作为备选路由。这里，假设从源节点s到目的节点d，备选路径p包含的链路集合为L(s,d)＝{l₁,l₂,...,l_n}。

步骤S2、对于每一条备选路由p，统计该路由所经过的各段链路上的频率隙，查找出在所述各段链路上均空闲的频率隙集合Up；

例如，每一条链路上的频谱占用情况使用F比特数组来表示，在这个数组中每一个二进制的比特代表了相应链路上对应的频率隙的频谱占用情况。值1代表该频率隙为空闲状态、值0代表该频率隙此时被占用。因此，沿着某一特定路径，该路径的频谱占用情况，是各段链路上频谱占用情况乘积。表示为一频谱资源占用数组：

$U_p=\underset{l\∈L(s,d)}{\∩}{U}_l=[u_1^p,u_2^p,...,u_F^p]$    公式3

这里L(s,d)是组成路径p的链路集合。公式3中向量元素为0的，表示在所述各段链路上均空闲的频率隙。对于每一个备选路由p，通过公式3来计算路径的频谱资源占用情况。

步骤S3、对所述空闲的频率隙集合按照相邻关系分组，构成多个备选频谱块；

根据频谱资源占用数组U_p中的相邻元素为0的，表示对应的相邻频率隙空闲。对所述空闲的频率隙集合按照相邻关系分组，构成多个频谱块，称为备选频谱块。所述备选频谱块集合表示为B_p＝{B₁,B₂,...,B_n}。

步骤S4、对每个备选频谱块所连通的路由，计算路径频谱非间隔度；

对于每一个备选频谱块，假设业务带宽占用最前面的频率隙时，通过公式2计算路径的频谱非间隔度

步骤S5、选择路径频谱非间隔度最大时对应的路由和频谱块，作为选定路由和选定频谱块，并按照业务带宽需求，在所述选定路由的所述选定频谱块中分配一个或多个频率隙。最终，使得路径非间隔度最大的备选频谱块被选中。

Claims (6)

1.一种基于非间隔频谱的路由与频谱分配方法，其特征在于，包含以下步骤：

在网络中源节点和目的节点之间预选一条或多条路径作为备选路由；

统计每一条所述备选路由所经过的各段链路上的频率隙，查找出在所述各段链路上均空闲的频率隙集合；

对所述频率隙集合按照相邻关系分组，构成多个备选频谱块；

对每个所述备选频谱块所连通的路由，计算路径频谱非间隔度；

选择路径频谱非间隔度最大时对应的路由和备选频谱块，作为选定路由和选定频谱块，并按照业务带宽需求，在所述选定频谱块中分配一个或多个频率隙。

2.如权利要求1所述基于非间隔频谱的路由与频谱分配方法，其特征在于，所述路径频谱非间隔度，是指某条路径上包含的所有节点的频谱非间隔度之和；所述节点频谱非间隔度，是指通过与该节点相连的全部链路中的空闲频率隙能建立的最大路由数量。

3.如权利要求1或2所述基于非间隔频谱的路由与频谱分配方法，其特征在于，所述备选路由是使用KSP算法来计算出一条或多条有优先级排序的最短路径。

4.如权利要求1或2所述基于非间隔频谱的路由与频谱分配方法，其特征在于，

所述路径频谱非间隔度和所述节点频谱非间隔度是通过节点频谱使用矩阵

的元素统计得出；

所述节点频谱使用矩阵为该矩阵具有nk行，F列；与节点k相连链路为nk条；每条链路上有F个频率隙；

所述矩阵中的元素为二进制数值，代表与节点k相连的第n条链路上第i个频率隙的频谱占用情况：值1代表该频率隙为空闲状态；值0代表该频率隙被占用。

5.如权利要求4所述基于非间隔频谱的路由与频谱分配方法，其特征在于，

所述节点频谱非间隔度为： $D_k=\underset{i=1}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}{d}_i=\underset{i=1}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\·(a_i-1)/2=\underset{i=1}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}\{{\left(\underset{m=1}{\overset{\mathrm{nk}}{\mathrm{\Σ}}}{O}_{m,i}^{\left(k\right)}\right)}^2-\underset{m=1}{\overset{\mathrm{nk}}{\mathrm{\Σ}}}{O}_{m,i}^{\left(k\right)}\}/2.$

6.如权利要求4所述基于非间隔频谱的路由与频谱分配方法，其特征在于，

所述路径频谱非间隔度为： $D_p=\underset{j=1}{\overset{d}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{k_j}=\underset{j=1}{\overset{d}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{F}{\mathrm{\Σ}}}\{{\left(\underset{m=1}{\overset{\mathrm{nk}}{\mathrm{\Σ}}}{O}_{m,i}^{\left(k\right)}\right)}^2-\underset{m=1}{\overset{\mathrm{nk}}{\mathrm{\Σ}}}{O}_{m,i}^{\left(k\right)}\}/2.$