CN105141517A - 一种基于资源感知的灵活光网络任播业务节能路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于资源感知的灵活光网络任播业务节能路由方法，属于光纤通信技术领域。该方法首先采用基于资源感知的任播业务数据中心选择机制，该机制能根据任播业务的资源需求和数据中心可用资源，为业务选择资源可用匹配度最高的数据中心，在一定程度上实现数据中心资源“均衡”分配；进一步，采用实现数据中心到请求用户传输的基于疏导的一种绿色节能路由和频谱分配策略，该策略优先为任播业务选择电层疏导，次选光层疏导，融合多路径和单路径的路由策略使业务能找到能耗最小的传输光路，提高链路的频谱利用率，进一步降低网络阻塞率。数据中心选择机制和绿色节能路由、频谱分配策略的融合能有效提高频谱灵活光网络的服务质量并降低网络能耗。

Description

一种基于资源感知的灵活光网络任播业务节能路由方法

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，涉及一种基于资源感知的灵活光网络任播业务节能路由方法。

背景技术

基于云计算的数据中心以其资源的聚合性、模块化基础设施、自动化管理的高可靠性、较高的经济性价比、规模可扩展的计算能力、海量资源存储和各类信息服务，改变了传统数据中心独立的体系架构和运行模型，不再是简单的计算和存储中心，而成为了服务提供中心，受到了目前国内外学术界和产业界的广泛关注，也带来了云计算、大数据等应用的飞速发展。

但是，基于云计算的数据中心的建设会带来不可忽视的能耗问题。有数据显示2005年全球数据中心的耗电量是全球用电量的0.8％。2007年全球数据中心耗费的总能量达到了3300亿千瓦时，如何减少云计算数据中心的能耗已成为目前亟需解决的问题。同样，云计算数据中心任播业务是用户提出计算和信息检索请求，网络从多个满足用户要求的数据中心中选择一个数据中心向用户传送信息，随着任播业务的发展，在网络中任播请求的传输能耗不容忽视，它已成为信息产业能耗的重要组成部分，如何降低任播业务的传输能耗对信息产业的可持续发展有着深远的影响。

以往的针对云计算数据中心的数据传输多数基于WDM光网络，但是WDM光网络采用固定的频谱分配模式，不能根据业务的带宽粒度灵活的分配频谱资源。同时，进入云计算的大数据时代，WDM光网络固定的频谱分配和有限的波长通道数目难以满足未来云计算类数据中心中海量的数据传输。近年，一种基于灵活频谱分配的弹性光网络有着非常好的频谱资源管控性能，而且在光路层上具有子载波量级的交换粒度，同时，弹性光网络可以提供巨大的带宽，成为未来数据中心网络互联和数据传输的必然选择。

有研究者对弹性光网络中对云计算数据中心的任播业务传输问题进行了研究，分析了任播业务单路径和多路径的性能影响，提出了一种多路径路由算法，并证明了多路径可以有效地降低任播业务的阻塞率，但是多路径意味着消耗更多的设备端口和需要更多的光路频隙用作保护带，这样就会带来更大的能耗和更多的带宽资源的浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于资源感知的灵活光网络任播业务节能路由方法，在该方法中采用了一种基于数据中心资源感知的数据中心选择机制，该机制能根据任播业务的资源需求和数据中心可用资源情况，为业务选择资源可用匹配度最高的数据中心，在一定程度上实现数据中心资源“均衡”分配；同时，采用了一种绿色节能路由和频谱分配策略，该策略优先为业务选择电层疏导，次选光层疏导，为业务寻找单路径结合多路径传输的能耗最小的传输路径，提高光路的频谱利用率，降低了光网络业务阻塞率。因此，基于资源感知的数据中心选择机制和绿色节能路由和频谱分配策略的融合能有效地提高光网络的性能并降低网络的能耗。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于资源感知的灵活光网络任播业务节能路由方法，在该方法中，根据任播业务类型，计算满足任播需求的数据中心的资源匹配可用度值，优先为任播请求选择资源匹配可用度最高的数据中心服务；为数据中心到任播用户选择能耗最小和频谱利用率较高的传输光路和频谱分配方案，实现最小能耗的任播节能路由传输方法。

进一步，所述方法具体包括以下步骤：

步骤一：当任播请求到达光网络时，首先选择数据中心，如果没有找到满足任播请求的数据中心，则阻塞此业务请求，等待下一个任播请求的到达；

步骤二：如果只找到一个数据中心满足任播请求，那么选择此数据中心作为任播的服务数据中心；如果找到多个满足条件的数据中心，则判断任播请求类型，根据类型使用不同的可用资源匹配度计算公式计算各数据中心的资源匹配可用度值；

步骤三：根据资源匹配可用度值从大到小对数据中心进行排序，优先选择可用资源匹配度最高的数据中心作为请求的服务数据中心；

步骤四：根据确定的数据中心，为任播请求选择用数据中心至用户端的节能传输光路和频谱分配策略，先选择将请求用电层疏导到能耗小的已建光路并分配可用的连续频谱块传输；如果失败，再将任播请求用光层疏导到能耗小的已建光路传输并分配可用的频谱连续块传输；如果仍然失败，则新建能耗小的光路并分配连续频谱块资源传输任播请求；如果还是失败，则返回重新选择下一个数据中心，并选择能耗最小的传输路由和频谱分配方法。

进一步，在步骤四中，在确定数据中心后，为任播请求选择传输光路和频谱分配前，计算出每个任播业务请求选择的数据中心到用户请求节点的K条最短路径按长度从小到大排好序，其中K为网络拓扑节点平均度数，从而保证了基于疏导的光路选择时，便于选择多条满足约束条件(如可用频谱块数目、端口数目，收/发器数目等)的最小能耗路径传输，提高任播光路选择成功的概率。

进一步，在本方法中，数据中心的可用资源表示为：D(M_d,M_D,C_d,C_D)，M_d表示数据中心可用存储资源，M_D表示数据中心配置的存储资源的总量，C_d表示数据中心可用计算资源，C_D表示数据中心配置的计算资源的总量；2个数值表示数据中心资源时为D(M_d,C_d)；通过“感知”数据中心的可用资源求出数据中心和业务之间的资源匹配度；

将任播请求分为3类：计算类型业务、存储类型业务和综合类型的业务，针对不同类型的业务，在选择数据中心时使用不同的可用资源匹配度计算公式计算数据中心满足该任播请求的资源匹配可用度，保证数据中心的可用资源能够被在一定程度上被均衡地分配给用户；

对于计算型任播，优先选择计算资源充足的数据中心，即数据中心的资源匹配度中计算资源的权重系数大些；而对于存储型任播业务，优先选择存储资源充足的数据中心，即数据中心的资源匹配度中存储资源的权重系数大些；对于综合型任播业务，其需求计算资源和存储资源相当，优先选择计算资源和存储相对均衡的数据中心。

进一步，针对所述三种不同类型的任播请求，采用以下公式计算数据中心可用资源匹配度：

对于计算型任播业务：

$W=\{\begin{array}{cc}\left(C_d/C_D\right)\left(M_d/M_D\right),& if\left(C_d/C_D\≥M_d/M_D\right)\\ \left(C_d/C_D\right)\left(M_d/M_D\right)/\mathrm{\β},& else\end{array}---\left(1\right)$

对于存储型任播业务：

$W=\{\begin{array}{cc}\left(C_d/C_D\right)\left(M_d/M_D\right),& if\left(C_d/C_D\≤M_d/M_D\right)\\ \left(C_d/C_D\right)\left(M_d/M_D\right)/\mathrm{\β},& else\end{array}---\left(2\right)$

在公式(1)和(2)中，权重参数β>1，如果数据中心的计算资源越稀少，则β取值需要越大；

对于综合型任播业务：

$W=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\left(C_d/C_D\right)\left(M_d/M_D\right)}{\left|C_d/C_D-M_d/M_D\right|},& if\left(C_d/C_D\≠M_d/M_D\right)\\ \mathrm{\∞},& else\end{array}\right.---\left(3\right).$

本发明的有益效果在于：本方法在为任播业务选择最小能耗光路和频谱分配方案时，充分考虑了光数据中心与任播请求的匹配程序，引入了评价光数据中心支持任播请求的可用资源匹配度的参数并优先匹配度高的光数据中心，在光路选择和光路中频谱资源分配阶段，优先频谱资源利用率高的单路径、次选多路径传输和频谱分配方案传输。不管是单路径、还是多路径光路选择和频谱分配中，优先选择能耗低的电层疏导、次选光层疏层，最后才选择能耗较大的新建光路和频谱分配传输，以尽量降低业务阻塞率，保证网络的传输性能。因此，该方法在为任播业务选择最节能、最高频谱利用率的传输路径和频谱分配方案同时，在一定程度上改善了多路径带来的频谱浪费和能耗较大问题，降低了任播传输的能耗和阻塞率，提高了灵活光网络光纤链路的频谱资源利用率。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为资源感知的任播业务节能路由方法总流程图；

图2为基于可用资源匹配度的数据中心选择流程图；

图3为资源匹配数据中心选择示意图；

图4为最小能耗传输光路和频谱分配流程图；

图5为不同传输光路选择方式的频谱分配示意图。

具体实施方式

针对现有的灵活光网络为满足任播请求时，基于最短路径选择数据中心可能使任播请求的服务得不到满足；在为任播请求选择传输路径和频谱分配时，可能存在单路径传输和频谱分配使业务阻塞率高，而多路径传输使光路上因多个保护频带使频谱资源浪费和多消耗路由器端口导致能耗过大的问题，本发明采用一种资源感知的数据中心选择机制和节能的任播路由和频谱分配方法。在光数据中心选择中，采用可用资源匹配度的方法评价最适合任播请求的数据中心选择机制；在节能光路和频谱分配方案中，为了在尽力成功传输业务的同时提高光路的频谱资源利用率和降低能耗，采用一种单路径结合多路径、疏导路由与新建光路结合的光路选择和频谱分配机制。本方法中综合考虑数据中心服务任播请求能力，传输任播的光路和频谱分配方案具有节能和频谱资源利用率高的特点，实现了任播请求阻塞率低、传输能耗最小和光路的频谱资源利用率高的目标。

基于资源感知数据中心选择方法的过程为：当任播请求到达时，在网络中寻找是否有数据中心的可用资源满足任播用户的服务请求，如果没有，则阻塞此请求，等待下一个任播业务到达；如果有，则判定满足服务请求的数据中心是否大于1个，如果只有一个，则选择此数据中心；如果有多个，则判断任播请求的服务类型，根据服务类型不同，选择相应的资源可用度计算公式计算各数据中心的可用资源匹配度值，并按值资源匹配可用度值从大到小对数据中心排序，优先选择资源匹配度高的数据中心为该任播服务。

选择数据中心需要考虑的资源主要包括计算资源和存储资源。数据中心的可用资源可以表示为：D(M_d,M_D,C_d,C_D)，M_d表示数据中心可用存储资源，M_D表示数据中心配置的存储资源的总量，C_d表示数据中心可用计算资源，C_D表示数据中心配置的计算资源的总量；2个数值表示数据中心资源时为D(M_d,C_d)。本申请通过“感知”数据中心的可用资源可以求出数据中心和业务之间的资源匹配度，对于云计算数据中心的选择具有指导意义。

根据不同的任播请求对数据中心需要提供资源的差异性，本申请将任播请求分为3类：计算类型业务、存储类型业务和综合类型的业务。针对不同类型的业务，在选择数据中心时使用不同的可用资源匹配度计算公式计算数据中心满足该任播请求的资源匹配可用度，保证数据中心的可用资源能够被在一定程度上被均衡地分配给用户。

对于计算型的任播请求，其对于数据中心的CPU资源需求较多，而对于数据中心的存储资源需求较少，在为其选择数据中心时应选择计算资源较多的数据中心，所以需要考虑增加计算资源在可用资源匹配度计算公式中的权重，并减少存储资源在可用资源匹配度计算公式中的权重。

对于存储型的任播请求，其对于数据中心的CPU资源需求较少，而对于数据中心的存储资源需求较多，在为其选择数据中心时应选择存储资源较多的数据中心，所以应增大加存储资源在可用资源匹配度计算公式中的权重，并减少计算资源在资源匹配可用度计算公式中的权重。

对于两种资源需求比较平均的综合型任播请求，应选择计算资源和存储相对均衡的数据中心，所以，在数据中心可用资源匹配度计算公式中，两种资源应赋予的权重相当。同时，为了进一步均衡计算资源和存储资源的分配，在为任播请求选择数据中心的过程中，还需考虑数据中心中两种可用资源之间的差值情况。

基于上述考虑，针对三种不同类型的任播请求，本发明设计了三种数据中心可用资源匹配度的计算公式：

对于计算型任播业务：

$W=\{\begin{array}{cc}\left(C_d/C_D\right)\left(M_d/M_D\right),& if\left(C_d/C_D\≥M_d/M_D\right)\\ \left(C_d/C_D\right)\left(M_d/M_D\right)/\mathrm{\β},& else\end{array}---\left(1\right)$

对于存储型任播业务：

$W=\{\begin{array}{cc}\left(C_d/C_D\right)\left(M_d/M_D\right),& if\left(C_d/C_D\≤M_d/M_D\right)\\ \left(C_d/C_D\right)\left(M_d/M_D\right)/\mathrm{\β},& else\end{array}---\left(2\right)$

在公式(1)和(2)中，权重参数β>1，如果数据中心的计算资源越稀少，则β取值需要越大。

对于综合型任播业务：

$W=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\left(C_d/C_D\right)\left(M_d/M_D\right)}{\left|C_d/C_D-M_d/M_D\right|},& if\left(C_d/C_D\≠M_d/M_D\right)\\ \mathrm{\∞},& else\end{array}\right.---\left(3\right).$

为确定的数据中心到任播请求选择能耗最小和频谱资源利用率较高的传输光路和频谱分配方案的具体过程为：

该绿色节能传输路径选择和频谱分配方法主要以节能为优化目标，其在选择传输路径时优先选择能进行电层疏导且能耗最小的传输路径；如果电层疏导不可行，为了减少频谱块保护频带导致的频谱资源浪费现象，选择传输路径时优选择频谱资源消耗最小的路径进行光层疏导传输，如果上述两种基于疏导选择已建光路方式都不可行，则选择最小能耗的新建光路传输。在上述方法所选光路上都没有连续频谱块可以传输完整的任播业务请求，即在单路径传输不可行的情况下，为了保证网络的传输性能降低阻塞率，再按上述光路顺序选择多路径的方式进行传输。即在多路径选择任播业务的光路时，同样是按照先电层疏导路由、然后光层疏导路由、最后新建光路的顺序进行光路选择和频谱分配。如果成功地在为任播业务请求找到合适的传输路径并进行频谱分配成功后，就可以完全任播服务请求。如果上述光路选择和频谱分配失败，则需要重新选择可用资源匹配度次优的数据中心，并再次执行上述的光路选择和频谱分配过程，找到满足条件的传输路径和频谱。如果所有满足任播请求的数据中心，都不能找到成功传送任播请求的光路和频谱分配方案，也阻塞此任播服务请求。

为提高任播业务传输的成功率，为任播业务传输前需要量计算出每个可用数据中心到任播用户节点的K条最短路径，其中K为网络拓扑节点平均度数，多条备选光路保证在光路选择阶段，单路径分配光路和频谱失败时，任播业务可进行多路径光路选择及频谱分配方案，分别选择多条满足约束条件(如可用频谱块带宽，端口数，光收/发器数目)的最节能传输路径，实现最小能耗、较少频谱消耗和较高成功率的业务传输。

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

请求数据中心提供服务的任播业务可以描述为：R(s,b,r,c,m)，s表示业务的请求节点，b表示业务传输带宽，c表示业务需要的数据中心的CPU计算资源，r表示业务需要的数据中心的存储资源，m则表示业务属于哪种类型的应用；如果任播请求2参数则表示为R(r,c)。任播业务共有三种类型，一种是计算型业务，另一种是存储型业务，最后一种是混合型业务。频谱灵活光网络可以表示为：G(V,E,W)，V表示网络的节点集合，有两种类型，一种是用户节点，其汇聚了大量的用户业务请求，另一种是数据中心节点，其配置有大量的存储资源和计算资源，并为用户提供相应的服务；网络中每个节点均具有分光能力，且配置一定量相应的发射机和接收机；E表示网络的链路集合，相连的节点之间配置两根方向相反的光纤；W表示每条链路的频隙(子载波)数量，每一个频隙对应固定的带宽，一个业务在一条光纤链路上占用一组连续的频谱块，该频谱块与其它业务所占频谱块需要留有一定的保护频带。数据中心的可用计算和存储资源可以表示为：D(M_d,M_D,C_d,C_D)，M_d表示数据中心可用存储资源，M_D表示数据中心配置的存储资源的总量，C_d表示数据中心可用计算资源，C_D表示数据中心配置的计算资源的总量；2个数值表示数据中心资源时为D(M_d,C_d)。通过“感知”数据中心的可用资源可以求出数据中心和业务之间的资源匹配度，对于云计算数据中心的选择具有指导意义。

本发明的基于资源感知的频谱灵活光网络任播业务节能路由方法从2个方面提出了相应的解决策略以提升网络的性能：一是资源感知数据中心选择策略，二是基于弹性光网络的绿色节能传输路径选择和频谱分配方法，如附图1所示。

当任播请求到达频谱灵活光网络时，首先使用可用资源匹配度选择满足任播请求的数据中心，过程如附图2所示，如果满足任播请求的数据中心没有，则阻塞此任播请求，如果有，判断任播业务类别，根据附图2计算得到各数据中心满足任播请求的可用资源匹配度值排序数据中心，先选择第一个数据心。确定数据中心后，在附图1中，然后选择数据中心到任播用户的节能光路和频谱资源，光路选择和频谱分配过程如附图4所示。如果找到可用的光路传输，则使用光路将任播请求的服务从数据中心传输到用户端，传输成功后，释放数据中心资源、拆除光路和释放占用的频谱资源；如果失败，则在附图1中，依次选择下一个数据中心，并建立数据中心与任播用户之间的光路并分配频谱，传输成功后释放数据中心、光路和频谱资源。如果所有数据中心到任播用户都没有可用的光路和频谱资源，则阻塞此任播业务。

附图2是基于资源感知的数据中心选择流程图。选择数据中心需要考虑的资源主要包括计算资源和存储资源。数据中心的可用资源可以表示为：D(M_d,M_D,C_d,C_D)，M_d表示数据中心可用存储资源，M_D表示数据中心配置的存储资源的总量，C_d表示数据中心可用计算资源，C_D表示数据中心配置的计算资源的总量；2个数值表示数据中心资源时为D(M_d,C_d)。数据中心确定过程是：当任播请求到达时，为此任播请求设置一个空集的Q表，在网络中寻找是否有数据中心的可用资源满足任播用户的服务请求，如果没有，则阻塞此请求，等待下一个任播业务到达；如果有，则判定满足服务请求的数据中心是否大于1个，如果只有一个数据中心满足，则选择此数据中心，并存入Q表；如果有多个数据中心满足任播请求，则判断任播请求的服务类型，如果请求是计算类型业务，根据公式(1)计算各满足任播请求的数据中心的资源匹配度值，如果任播请求是存在类型业务，根据公式(2)计算各满足请求的数据中心的资源匹配度值，如果任播请求是综合型业务，则用公式(3)计算数据中心资源匹配度值，根据资源匹配度值对数据中心进行降序排列，并将数据中心依次存入Q表中。在上述计算数据中心的资源匹配度公式中，β大于1，反映的是CPU计算资源相对存储资源的价值比值，根据技术发展和应用情况，如果计算资源相对比较稀缺，β值可以取相对大一点的数值。

基于满足任播请求的资源匹配度选择数据中心，充分反映了在数据中心拥有CPU和存储资源不对等或者某种资源相对紧缺的情况下，任播请求能选择最满足业务需求的数据中心提供服务，均衡地使用数据中心的资源，避免数据中心的稀少资源被用尽、降低数据中心服务能力问题的出现，因此，基于资源感知的数据中心选择能均衡网络中各数据中心之间负载，使网络提供任播服务的能力和吞吐量增加。附图3是考虑数据中心资源状态确定数据中心选择选择示意图。在附图3中，D₁(6，5)数据中心的可用存储资源6个单位、计算资源5个单位，D₂(5，5)数据中心的可用存储资源和计算资源均为5个单位，附图3中的链路权值表示节点之间的距离。有一个任播请求R₁(4，1)需求的存储资源和计算资源分别为4个单位和1个单位，任播R₂(4，1)需求的存储资源和计算资源分别为4个单位和1个单位，任播R₃(1，4)需求的存储资源和计算资源分别为1个单位和4个单位，任播R₄(2，4)需求的存储资源和计算资源分别为2个单位和4个单位。如果不考虑业务类型对不同资源的需求情况和数据中心可用资源情况，仅仅按照最短距离方法为任播业务选择服务的数据中心，则R₁和R₂选择D₁作为服务数据中心，R₃和R₄选择D₂作为服务数据中心。这种选择服务数据中心的方式导致因为服务资源数量不足至少丢失2个组播请求，增加网络的阻塞率。在附图3中，可看出数据中心D₁的存储资源不足以满足任播R₁和R₂的请求，无法为任播R₁和R₂服务；数据中心D₂的计算资源不足，无法为任播R₃和R₄服务。如果按照资源感知数据中心的选择策略，在选择数据中心的过程中综合考虑业务对不同资源的需求和数据中心的可用资源情况就在一定程度上规避上述仅根据任播用户与数据中心距离选择的问题，任播R₁和R₃选择D₁作为服务数据中心；任播R₂和R₄选择D₂作为数据中心，这样就能最大化利用数据中心的可用资源，从而在一定程度上减少因数据中心可用资源与业务需求资源不匹配引起的网络阻塞问题。

因此，在数据中心的选择过程中不仅仅只考虑数据中心与任播节点之间的距离，重要的是要均衡的分配数据中心的资源给不同类型的任播请求。

当确定提供任播服务的数据中心后，附图4是确定的数据中心与任播请求之间小能耗光路选择和频谱分配的问题，该节能路由方法以降低业务阻塞率的节能光路传输为目标，充分考虑的疏导与新建光路传输的能耗和频谱资源利用率问题，也考虑了单路径传输与多路径传输的能耗和频谱资源利用率，还考虑了电层疏导和光层疏导的能耗与频谱利用率。

附图4所示的节能任播传输光路选择和频谱分配具体过程如下：

Step1：判断序列Q是否为空，如果不为空，表示还有满足条件的数据中心以供选择，转Step2；否则，转Step17；

Step2：从序列Q中选择可用资源匹配度最大的(Q表中第1个)数据中心作为任播的服务数据中心，计算选择的数据中心与任播之间的K条边分离最短路径，K为网络平均节点度数；

Step3：判断能否通过单路径电层疏导来完成任播请求节点到数据中心的信息传输，如果不能，转Step5；

Step4：计算所有单路径电层疏导的传输路径的能耗，从中选择最小能耗的传输路径来进行电层疏导过程，转Step15；

Step5：电层疏导不可行情况下，判断能否通过单路径光层疏导来完成任播请求节点到数据中心的信息传输，如果不能，转步骤7；

Step6：计算所有能单路径光层疏导的传输路径的消数频谱资源数目(频隙数)，选择消耗最少频谱资源的传输路径以进行光层疏导过程，转步骤15；

Step7：判断能否通过单路径新建光路来完成任播请求节点到数据中心的信息传输，如果不能，转步骤9；

Step8：计算K条数据中心与业务请求节点之间的新建光路的能耗，选择能耗最小的新建光路作为任播请求的传输路径，转Step15；

Step9：判断能否通过多路径电层疏导来完成任播请求节点到数据中心的信息传输，如果不能，转Step11；

Step10：计算所有数据中心到任播请求的电层疏导多路传输的能耗，选择能耗最小的可电层疏导多路径传输光路作为任播传输光路，转Step15；

Step11：判断能否通过多路径光层疏导来完成任播请求节点到数据中心的信息传输，如果不能，转Step17；

Step12：计算任播请示与数据中心之间的所有可多路径光层疏导任播光路需要消耗的频谱资源数目(频隙数)，选择消耗最少频谱资源的光层疏导多路径传输任播请求，转Step15；

Step13：判断能否通过多路径新建光路来完成任播请求节点到数据中心的信息传输，如果不能，转Step16；

Step14：计算所有任播请求与数据中心的多路径新建光路传输路径传输任播请求需要消耗的频谱资源数目(频隙数)，选择消耗最少频谱资源的传输路径以进行多路径新建光路过程；

Step15：为任播请求分配数据中心计算、存储，光路和频谱资源，并更新网络的可用资源状态。结束路由算法，等待处理下一个任播请求。

Step16：没有找到满足频谱资源(带宽)约束的传输光路，此数据中心不能作为任播的服务数据中心，从序列Q中删除此数据中心，转Step1；

Step17：没有找到满足业务资源需求的数据中心，或者没有找到数据中心和任播请求节点之间的传输路径，则阻塞此业务请求。结束路由算法，等待处理下一个任播请求。

在为任播选择光路过程中，先疏导或新建单路径任播请求，如果都失败，再进行多路径的疏导或新建光路，使任播在降低阻塞率时，控制增加的传输能耗和增加的频隙资源消耗。现有的研究已经证明，在网络带宽资源紧缺的情况下，多路径传输一个业务请求是提高网络传输性能降低阻塞率的有效方法。因为业务请求通过多路径传输可以利用链路中零散的频隙进行传输，特别是在单个业务需求频隙数较多的情况下，但是，多路径会增大保护频带的数目，多路径消耗更多的路由器端口而使网络的传输能耗的增加和频谱资源的浪费。

如附图5所示为不同的疏导方式、单路径或多路径选择光路的频隙资源消耗情况。在附图5中，任播业务请求R(1,4,5,3,2)表示从节点1发出请求，需要消耗4个频隙的带宽传输，频隙为固定的最小分配链路带宽单位，需要数据中心提供5个单位存储资源和3个单位的计算资源，任播业务类型为2(存储型业务)，数据中心D₃(5,4)还有5个单位存储资源和4个单位计算资源，满足R需求。在灵活光网络中，从R任播请求节点到数据中心D₃可以建立2条传输光路，当光网络中的多个业务在一条光纤链路上传输时，不同业务之间在相邻的频隙处需要设置保护频隙。在附图5中，如果任播请求选择新建光路完成传输时，由于光路径1、路径2都没有满足任播请求传输带宽的连续频隙块，所以只能采用多路径方式进行传输，在路径1中频隙7成为保护带(保护带的频隙类同被占用的频隙，不能分配给其它业务传输信息)，频隙8和9分配为业务的传输频隙；在路径2中频隙2成为保护带，频隙3和4为业务的传输频隙，任播请求新建光路实际需要消耗两条传输路径共6个频隙。如果任播请求选择在光层疏导方式下进行传输，由于光路2还剩余4个连续频隙带宽，而光层疏导业务间不需要保护频隙，所以可以选择单路径光层疏导到已建光路2上传输，分配光传输路径2中频隙2、3、4和5为任播播请求的传输频隙，光疏导节约了保护频带，所以任播传输实际消耗的频隙总数为4。如果业务选择电层疏导方式传输，则可以采用单路径或多路径方式，并通过增加已建光路上信息的调制等级以增大单位频隙的传输速率，在满足距离限制的条件下，使用已建光路的传输频隙，不再额外消耗新的频隙，同时也节约了路由端口的能量消耗。

因此，多路径传输在网络负载大的情况下可以让任播请求使用链路中零散的频隙资源，从而降低网络的阻塞率，但是，多路径也会带来很多问题，如多消耗频隙资源，多使用节点路由端口。如果在频隙的选择过程中，能合理地利用光层疏导和电层疏导来优化业务的路由和频谱分配，可一定程度上改善多路径带来的负面影响。

基于资源感知的数据中心选择、节能传输路径的选择、可用频谱分配有效地结合的灵活光网络节能路由方法，在保证网络的任播服务质量的同时，也降低了网络的传输能耗。该方法根据任播业务类型的不同，设计了不同的可用资源匹配度计算公式，以便选择可用资源匹配度最高的服务数据中心，此方法能均衡地分配数据中心的计算和存储资源，减少任播请求的阻塞率。同时，在传输路径光路和频谱分配过程中，充分考虑了电层疏导和光层疏导对网络能耗和频谱利用率的影响，为业务选择最节能、最高频谱利用率的传输光路，在一定程度上改善了多路径传输带来的频谱浪费和能耗增大问题。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种基于资源感知的灵活光网络任播业务节能路由方法，其特征在于：在该方法中，根据任播业务类型，计算满足任播需求的数据中心的资源匹配可用度值，优先为任播请求选择资源匹配可用度最高的数据中心服务；为数据中心到任播用户选择能耗最小和频谱利用率较高的传输光路和频谱分配方案，实现最小能耗的任播节能路由传输方法。

2.根据权利要求1所述的一种基于资源感知的灵活光网络任播业务节能路由方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：

步骤一：当任播请求到达光网络时，首先选择数据中心，如果没有找到满足任播请求的数据中心，则阻塞此业务请求，等待下一个任播请求的到达；

步骤二：如果只找到一个数据中心满足任播请求，那么选择此数据中心作为任播的服务数据中心；如果找到多个满足条件的数据中心，则判断任播请求类型，根据类型使用不同的可用资源匹配度计算公式计算各数据中心的资源匹配可用度值；

步骤三：根据资源匹配可用度值从大到小对数据中心进行排序，优先选择可用资源匹配度最高的数据中心作为请求的服务数据中心；

步骤四：根据确定的数据中心，为任播请求选择用数据中心至用户端的节能传输光路和频谱分配策略，先选择将请求用电层疏导到能耗小的已建光路并分配可用的连续频谱块传输；如果失败，再将任播请求用光层疏导到能耗小的已建光路传输并分配可用的频谱连续块传输；如果仍然失败，则新建能耗小的光路并分配连续频谱块资源传输任播请求；如果还是失败，则返回重新选择下一个数据中心，并选择能耗最小的传输路由和频谱分配方法。

3.根据权利要求2所述的一种基于资源感知的灵活光网络任播业务节能路由方法，其特征在于：在步骤四中，在确定数据中心后，为任播请求选择传输光路和频谱分配前，计算出每个任播业务请求选择的数据中心到用户请求节点的K条最短路径按长度从小到大排好序，其中K为网络拓扑节点平均度数，从而保证了基于疏导的光路选择时，便于选择多条满足约束条件的最小能耗路径传输，提高任播光路选择成功的概率。

4.根据权利要求2所述的一种基于资源感知的灵活光网络任播业务节能路由方法，其特征在于：在本方法中，数据中心的可用资源表示为：D(M_d,M_D,C_d,C_D)，M_d表示数据中心可用存储资源，M_D表示数据中心配置的存储资源的总量，C_d表示数据中心可用计算资源，C_D表示数据中心配置的计算资源的总量；2个数值表示数据中心资源时为D(M_d,C_d)；通过“感知”数据中心的可用资源求出数据中心和业务之间的资源匹配度；

将任播请求分为3类：计算类型业务、存储类型业务和综合类型的业务，针对不同类型的业务，在选择数据中心时使用不同的可用资源匹配度计算公式计算数据中心满足该任播请求的资源匹配可用度，保证数据中心的可用资源能够被在一定程度上被均衡地分配给用户；

对于计算型任播，优先选择计算资源充足的数据中心，即数据中心的资源匹配度中计算资源的权重系数大些；而对于存储型任播业务，优先选择存储资源充足的数据中心，即数据中心的资源匹配度中存储资源的权重系数大些；对于综合型任播业务，其需求计算资源和存储资源相当，优先选择计算资源和存储相对均衡的数据中心。

5.根据权利要求4所述的一种基于资源感知的灵活光网络任播业务节能路由方法，其特征在于：针对所述三种不同类型的任播请求，采用以下公式计算数据中心可用资源匹配度：

对于计算型任播业务：

$W=\left\{\begin{array}{cc}(C_d/C_D)(M_d/M_D),& if(C_d/C_D\≥M_d/M_D)\\ (C_d/C_D)(M_d/M_D)/\mathrm{\β},& else\end{array}\right.---\left(1\right)$

对于存储型任播业务：

$W=\left\{\begin{array}{cc}(C_d/C_D)(M_d/M_D),& if(C_d/C_D\≤M_d/M_D)\\ (C_d/C_D)(M_d/M_D)/\mathrm{\β},& else\end{array}\right.---\left(2\right)$

在公式(1)和(2)中，权重参数β>1，如果数据中心的计算资源越稀少，则β取值需要越大；

对于综合型任播业务：

$W=\left\{\begin{array}{cc}\frac{(C_d/C_D)(M_d/M_D)}{|C_d/C_D-M_d/M_D|},& if(C_d/C_D\≠M_d/M_D)\\ \mathrm{\∞},& else\end{array}\right.---\left(3\right).$