CN107026803A - 基于共享保护的路由与频谱分配方法和系统 - Google Patents

基于共享保护的路由与频谱分配方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于共享保护的路由与频谱分配方法及系统，为保证连接请求的生存性，提高频谱灵活光网络的频谱资源利用率而设计。本发明基于共享保护的路由与频谱分配方法，包括：频谱灵活光网络初始化；产生一组连接请求；以保证连接请求所选择的工作路径和共享保护路径的频谱资源占用最小为目标，设定连接请求的最优化目标函数；运行所述的最优化目标函数，通过满足所述的最优化目标函数设定的约束条件，获得目标函数的最优解，存储并记录获得的目标函数最优解。本发明基于共享保护的路由与频谱分配方法及系统，解决了频谱灵活光网络中基于共享保护路由与频谱分配问题，提高频谱灵活光网络的频谱资源效率，保证连接请求的生存性。

Description

基于共享保护的路由与频谱分配方法和系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种频谱灵活光网络中基于共享保护的路由与频谱分配方法和系统。
背景技术
在频谱灵活光网络中，为了保证网络生存性，通常采用专用保护方法或共享保护方法对连接请求进行保护。
(1)对于专用保护方法，它通过建立一条工作路径和一条链路不相交的保护路径，并在所选择的工作路径和保护路径上分配频谱资源。特别地，在保护路径上每一个频谱隙只能被一个连接请求占用，不能同时被多个连接请求占用。这种方法的优点在于：当连接请求的工作路径发生故障时，连接请求能够快速倒换到保护路径上，有效减少了因工作路径发生故障引起连接请求中断数据传输；然而，这种方法由于在保护路径上进行频谱资源的专用于某个连接请求，所以保护路径上的频谱资源冗余比较大。
(2)对于共享保护方法，连接请求需要建立工作路径和保护路径，但在保护路径上分配频谱资源时，频谱隙可以被多个不同的连接请求占用。当某个连接请求的工作路径发生故障时，首先需要在共享的频谱资源释放其它没有故障的连接请求，然后把故障的连接请求倒换到保护路径上，以恢复故障连接请求。这种方法由于需要释放其它业务占用相同的频谱资源，然后才把工作路径上的故障连接请求倒换到共享保护路径上，与专用保护方法相比，共享保护方法的倒换过程需要更多时间，可能导致连接请求传输数据损失。然而，由于在共享保护路径上的频谱资源能够被多个连接请求共享，所以这种保护方法能够有效提升频谱灵活光网络的频谱资源效率。
可见，如何保证连接请求在频谱灵活光网络中的生存性和减少连接请求因故障而造成的损失将成为一个关键问题。同时，如何设计有效的保护方法，优化频谱灵活光网络的资源，减少保护路径上的频谱资源冗余，提高频谱资源效率，实现频谱灵活光网络的频谱资源最优化分配。
有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种基于共享保护的路由与频谱分配方法和系统，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种采用共享保护的方式建立连接请求，在保证频谱灵活光网络生存性和频谱资源效率前提下，使全网路由与频谱资源达到最优化的频谱灵活光网络中基于共享保护的路由与频谱分配方法和系统。
本发明基于共享保护的路由与频谱分配方法，包括：
频谱灵活光网络进行初始化；
产生一组连接请求CR，每一个连接请求用CR(s,d,FSs,d)∈CR表示，并且 s≠d；其中，s和d分别表示连接请求的源节点和目的节点，FSs,d代表连接请求的带宽需求；
以保证连接请求所选择的工作路径和共享保护路径的频谱资源占用最小为目标，设定连接请求的最优化目标函数；
运行所述的最优化目标函数，通过满足所述的最优化目标函数设定的约束条件，获得目标函数的最优解，存储并记录获得的目标函数最优解，其中所述的最优化目标函数的约束条件包括：带宽流量守恒约束条件、共享频谱资源约束条件、频谱连续性约束条件、频谱隙唯一占用条件、工作路径与链路不相交的共享保护约束条件。
进一步地，还包括根据获得的目标函数最优解，对所得结果进行评估分析，确保给定一组已知连接请求的频谱资源占用达到最小化。
进一步地，所述的频谱灵活光网络进行初始化具体包括：设置频谱灵活光网络的拓扑信息、光网络连接状态、网络交换节点数、光纤链路数、每条光纤链路的频谱隙数目；其中，在频谱灵活光网络G(V,E,F)中，V、E、F分别表示频谱灵活光网络的所有光交换节点、所有光纤链路、每条光纤链路的所有频谱隙；|V|、|E|、|F|分别表示频谱灵活光网络的光交换节点数目、光纤链路数目、频谱隙数目。
进一步地，所述连接请求的最优化目标函数具体为：给定一组连接请求CR，使其在频谱灵活光网络G(V,E,F)的所有光纤链路E中占用频谱隙F的数目最小化；最优化目标函数用以下式子(1)表示：
这里，最优化目标函数是使在工作路径和共享保护路径上的频谱隙占用数目最小化；
其中，每一个连接请求CR(s,d,FSs,d)用(s,d)表示，E表示频谱灵活光网络所有光纤链路，且每一条光纤链路(k,l)∈E；F表示每一条光纤链路的所有频谱隙,且每一个频谱隙f∈F；
和表示二进制变量，Minimize表示最小化的频谱隙占用操作；
一方面，在工作路径上，当从源节点s到目的节点d之间的连接请求在光纤链路(k,l)上占用编号为f的频谱隙时，否则
另一方面，在共享保护路径的光纤链路(k,l)上，若一个或多个业务请求占用编号为f的频谱隙时，否则
其中，最优化目标函数必须满足以下约束条件，具体包括：
1)连接请求的带宽流量守恒约束条件：在工作路径上，对于每一个从源节点s到目的节点d之间的连接请求CR(s,d,FSs,d)，源节点流出的流量等于连接请求的带宽需求FSs,d，用式子(2)表示；由于连接请求在工作路径中间节点的带宽流量具备流入与流出属性，并且流入的流量等于流出的流量，用式子(3)表示；在目的节点中，由于连接请求只有带宽流量流入，所以目的节点的流量等于连接请求的带宽需求FSs,d，用式子(4)表示；可见，在工作路径上的流量守恒约束条件分别用式子(2)至(4)表示：
其中，V′表示频谱灵活光网络所有的交换节点，并且满足V′≠s和V′≠d，它表示连接请求的带宽流量流过某条路径的中间节点；
同样，在共享保护路径上，对于每一个从源节点s到目的节点d之间的连接请求CR(s,d,FSs,d)，源节点流出的流量、中间节点流入与流出的流量、目的节点流入的流量与工作路径上的流量特点一样；所以，每一个连接请求CR(s,d, FSs,d)的带宽流量守恒约束条件用式子(5)到(7)表示：
其中，表示二进制变量；在共享保护路径上，当从源节点s到目的节点 d之间的连接请求CR(s,d,FSs,d)在光纤链路(k,l)上占用编号为f的频谱隙时，若光纤链路上编号为f的频谱隙没有被连接请求CR(s,d,FSs,d)占用时，
2)共享频谱资源约束条件：在共享保护路径的光纤链路(k,l)上，当一个或多个连接请求共同占用编号为f的频谱隙时，即二进制变量如果在光纤链路(k,l)上没有连接请求占用编号为f频谱隙时，即 因此，这个约束条件用式子(8)和(9)表示：
其中，N表示大于一组最大连接请求数目；
3)频谱连续性约束条件：在工作路径和共享保护路径上，每一个连接请求 CR(s,d,FSs,d)选择的频谱隙必须满足频谱连续性约束条件；在工作路径上，当和时，编号大于或等于f+2的频谱隙没有被任何连接请求占用，即用(10)式表示；当编号小于f的频谱隙已被连接请求CR(s,d, FSs,d)占用，用(11)式表示；同样，在共享保护路径上，二进制变量与工作路径的二进制变量特点一样；当和时，编号大于或等于f+2的频谱隙没有被任何连接请求占用，即用(12)式表示；当编号小于f的频谱隙已经被连接请求CR(s,d,FSs,d)占用，用(13)式表示；
其中，Θ表示一个大于|F|×(|V|-1)的整数值，其中|V|-1表示在频谱灵活光网络中所有节点对之间路径的最大跳数，|F|表示每条光纤链路的频谱隙总数；
4)频谱隙唯一占用约束条件：在光纤链路(k，l)上，编号为f的频谱隙只能被业务请求用在工作路径或共享保护路径上占用，它的描述如下：
5)工作路径与保护路径的链路不相交约束条件：对于每一个从源节点s到目的节点d的连接请求CR(s,d,FSs,d)，一条光纤链路只能被工作路径或共享保护路径使用，这个约束条件可以用公式(15)描述：
本发明基于共享保护的路由与频谱分配系统，包括：
网络初始化模块，用于设置频谱灵活光网络的拓扑信息、光网络连接状态、网络交换节点数、光纤链路数、每条光纤链路的频谱隙数目。
连接请求产生模块，用于根据不同的需求，产生连接请求的源节点、目的节点、带宽需求，并获得不同连接请求数目；
最优化目标函数模块，根据一组已知连接请求CR(s,d,FSs,d)和频谱灵活光网络G(V,E,F)的配置信息，设置保证连接请求所选择的工作路径和共享保护路径的频谱资源占用最小为目标，设定连接请求的最优化目标函数；
最优化目标函数约束条件管理模块，这个模块包括了5个不同的子模块：
1)连接请求的带宽流量守恒约束子模块，在工作路径和共享保护路径上，连接请求从源节点到目的节点的带宽流量相等原则，即源节点流出流量与目的节点流入流量等于连接请求的带宽需求，由于中间节点具备带宽流量的流入与流出属性，并且流入的流量等流出的流量；
2)共享频谱资源约束子模块，在共享保护路径上允许频谱资源能够被多个业务请求共同占用，使频谱灵活光网络的频谱效率能够有效提升；
3)频谱连续性约束子模块，这是频谱资源分配过程中最基本的约束条件，即频谱隙分配必须满足连续的编号要求，不能够出现频谱隙的编号间隔情况；
4)频谱隙唯一占用约束子模块，每一个频谱隙只能被业务请求用在工作路径或保护路径上占用；
5)工作路径与链路不相交的共享保护路径约束子模块，这个子模块的目的是保证连接请求的生存性，当工作路径发生故障时，连接请求倒换到共享保护路径上，防止因为频谱灵活光网络发生链路故障面连接请求的业务传输中断。
目标函数优化解存储模块，用于根据设定的最优化目标函数，已知不同连接请求数目，运行频谱资源最优化目标函数，以及满足其约束条件，获得目标函数的优化解，并存储并记录优化解。
进一步地，还包括最优化目标评估模块，用于根据目标函数获得的最优解，对所得结果进行评估分析，确保给定一组已知连接请求的频谱资源占用达到最小化，完成基于共享保护的路由与频谱分配。
进一步地，还包括网络状态监控模块，用于对频谱灵活光网络的网络参数初始化、连接请求产生、最优化目标函数及其约束条件进行实时有效监控；不同模块之间的判决和预警模块，执行各个模块之间的协调功能，以保证频谱灵活光网络初始化、连接请求生产、最优化目标函数、最优化目标函数的约束条件管理、目标函数最优化解存储、最优化解的评估等模块的执行。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明将从频谱灵活光网络的生存性和网络的频谱资源效率两方面出发，通过采用共享保护的方式建立连接请求，以保证频谱灵活光网络生存性和频谱资源效率，使全网路由与频谱资源达到最优化。
本发明对连接请求建立了工作路径与链路不相交的共享保护路径，并在所选择的工作路径和保护路径上查找并分配频谱资源。以频谱资源占用最小化为优化目标函数，满足带宽流量守恒约束条件、共享频谱资源约束条件、频谱连续性约束条件、频谱隙唯一占用条件、工作路径与链路不相交的共享保护约束条件，以获得一组已知连接请求的频谱资源分配最优解，解决频谱灵活光网络中基于共享保护路由与频谱分配问题，提高频谱灵活光网络的频谱资源效率，保证连接请求的生存性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明基于共享保护的路由与频谱分配方法的流程图；
图2是本发明基于共享保护的路由与频谱分配系统的框图；
图3是本发明基于共享保护的路由与频谱分配方法一具体实例中在三个连接请求CR1(0,3,2)、CR2(1,3,2)、CR3(4,1,2)中基于共享保护的路由与频谱分配方法的最优解。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1，本发明一较佳实施例所述的一种基于共享保护的路由与频谱分配方法，包括：
频谱灵活光网络进行初始化；即设置频谱灵活光网络的拓扑信息、光网络连接状态、网络交换节点数、光纤链路数、每条光纤链路的频谱隙数目；其中，在频谱灵活光网络G(V,E,F)中，V、E、F分别表示频谱灵活光网络的所有光交换节点、所有光纤链路、每条光纤链路的所有频谱隙；|V|、|E|、|F|分别表示频谱灵活光网络的光交换节点数目、光纤链路数目、频谱隙数目。
产生一组连接请求，每一个连接请求用CR(s,d,FSs,d)∈CR表示，并且s≠d；其中，s和d分别表示连接请求的源节点和目的节点，FSs,d代表连接请求的带宽需求；
以保证连接请求所选择的工作路径和共享保护路径的频谱资源占用最小为目标，设定连接请求的最优化目标函数；可以描述为：给定一组连接请求CR，使其在频谱灵活光网络G(V,E,F)的所有光纤链路E中占用频谱隙F的数目最小化。最优化目标函数可以用以下式子(1)表示：
这里，最优化目标函数是使在工作路径和共享保护路径上的频谱隙占用数目最小化。其中，每一个连接请求CR(s,d,FSs,d)用(s,d)表示，E表示频谱灵活光网络所有光纤链路，且每一条光纤链路(k,l)∈E；F表示每一条光纤链路的所有频谱隙,且每一个频谱隙f∈F；和表示二进制变量，Minimize表示最小化的频谱隙占用操作。一方面，在工作路径上，当从源节点s到目的节点d 之间的连接请求在光纤链路(k,l)上占用编号为f的频谱隙时，否则另一方面，在共享保护路径的光纤链路(k,l)上，若一个或多个业务请求占用编号为f的频谱隙时，否则
最优化目标函数必须满足以下约束条件，具体包括：
1)连接请求的带宽流量守恒约束条件。在工作路径上，对于每一个从源节点s到目的节点d之间的连接请求CR(s,d,FSs,d)，源节点流出的流量等于连接请求的带宽需求FSs,d，用式子(2)表示；由于连接请求在工作路径中间节点的带宽流量具备流入与流出属性，并且流入的流量等于流出的流量，用式子(3)表示；在目的节点中，由于连接请求只有带宽流量流入，所以目的节点的流量等于连接请求的带宽需求FSs,d，用式子(4)表示。可见，在工作路径上的流量守恒约束条件分别用式子(2)至(4)表示：
其中，V′表示频谱灵活光网络所有的交换节点，并且满足V′≠s和V′≠d，它表示连接请求的带宽流量流过某条路径的中间节点。
同样，在共享保护路径上，对于每一个从源节点s到目的节点d之间的连接请求CR(s,d,FSs,d)，源节点流出的流量、中间节点流入与流出的流量、目的节点流入的流量与工作路径上的流量特点一样。所以，每一个连接请求CR(s,d, FSs,d)的带宽流量守恒约束条件用式子(5)到(7)表示：
其中，表示二进制变量。在共享保护路径上，当从源节点s到目的节点 d之间的连接请求CR(s,d,FSs,d)在光纤链路(k,l)上占用编号为f的频谱隙时，若光纤链路上编号为f的频谱隙没有被连接请求CR(s,d,FSs,d)占用时，
2)共享频谱资源约束条件：在共享保护路径的光纤链路(k,l)上，当一个或多个连接请求共同占用编号为f的频谱隙时，即二进制变量如果在光纤链路(k,l)上没有连接请求占用编号为f频谱隙时，即 因此，这个约束条件用式子(8)和(9)表示：
其中，N表示大于一组最大连接请求数目。
3)频谱连续性约束条件。在工作路径和共享保护路径上，每一个连接请求 CR(s,d,FSs,d)选择的频谱隙必须满足频谱连续性约束条件。在工作路径上，当和时，编号大于或等于f+2的频谱隙没有被任何连接请求占用，即用(10)式表示。当编号小于f的频谱隙已被连接请求CR(s,d, FSs,d)占用，用(11)式表示。同样，在共享保护路径上，二进制变量与工作路径的二进制变量特点一样。当和时，编号大于或等于f+2的频谱隙没有被任何连接请求占用，即用(12)式表示。当编号小于f的频谱隙已经被连接请求CR(s,d,FSs,d)占用，用(13)式表示。
其中，Θ表示一个大于|F|×(|V|-1)的整数值，其中|V|-1表示在频谱灵活光网络中所有节点对之间路径的最大跳数，|F|表示每条光纤链路的频谱隙总数。
4)频谱隙唯一占用约束条件。在光纤链路(k，l)上，编号为f的频谱隙只能被业务请求用在工作路径或共享保护路径上占用，它的描述如下：
5)工作路径与保护路径的链路不相交约束条件：对于每一个从源节点s到目的节点d的连接请求CR(s,d,FSs,d)，一条链路只能被工作路径或共享保护路径使用，这个约束条件可以用公式(15)描述：
运行所述的最优化目标函数，通过满足所述的最优化目标函数设定的约束条件，获得目标函数的最优解，存储并记录获得的目标函数最优解。
参见图2，本发明一较佳实施例所述的一种基于共享保护的路由与频谱分配系统，包括：
(1)第一划分模块网络与连接请求模块。
网络初始化模块，设置频谱灵活光网络的拓扑信息、光网络连接状态、网络交换节点数、光纤链路数、每条光纤链路的频谱隙数目。
连接请求产生模块，根据不同的需求，产生连接请求的源节点、目的节点、带宽需求，并获得不同连接请求数目。
(2)第二划分模块最优化目标函数模块。
最优化目标函数模块，根据一组已知连接请求CR(s,d,FSs,d)和频谱灵活光网络G(V,E,F)的配置信息，设置频谱灵活光网络的频谱资源最小化占用为最优化目标，同时保证连接请求所选择的工作路径和共享保护路径的频谱资源占用最小。
最优化目标函数约束条件管理模块，这个模块包括了5个不同的子模块：1) 连接请求的带宽流量守恒约束子模块，在工作路径和共享保护路径上，连接请求从源节点到目的节点的带宽流量相等原则，即源节点流出流量与目的节点流入流量等于连接请求的带宽需求，由于中间节点具备带宽流量的流入与流出属性，并且流入的流量等流出的流量；2)共享频谱资源约束子模块，在共享保护路径上允许频谱资源能够被多个业务请求共同占用，使频谱灵活光网络的频谱效率能够有效提升；3)频谱连续性约束子模块，这是频谱资源分配过程中最基本的约束条件，即频谱隙分配必须满足连续的编号要求，不能够出现频谱隙的编号间隔情况；4)频谱隙唯一占用约束子模块，每一个频谱隙只能被业务请求用在工作路径或保护路径上占用；5)工作与链路不相交的共享保护路径约束子模块，这个子模块的目的是保证连接请求的生存性，当工作路径发生故障时，连接请求倒换到共享保护路径上，防止因为频谱灵活光网络发生链路故障面连接请求的业务传输中断。
(3)第三划分模块网络性能评估模块。
目标函数优化解存储模块，根据设定的最优化目标函数，已知不同连接请求数目，运行频谱资源最优化目标函数，以及满足其约束条件，获得目标函数的优化解，并存储并记录优化解。
最优化目标评估模块，根据目标函数获得的最优解，对所得结果进行评估分析，确保给定一组已知连接请求的频谱资源占用达到最小化，完成基于联合故障概率约束的共享保护路由与频谱分配。
频谱灵活光网络中基于共享保护的路由与频谱分配方法一具体实例：
根据目标函数获得的最优解，对所得结果进行评估分析，确保给定一组已知连接请求的频谱资源占用达到最小化，完成基于联合故障概率约束的共享保护路由与频谱分配。
为了实现一组连接请求占用频谱资源最小化的目标，首先对频谱灵活光网络G(V,E,F)进行初始化，包括网络的拓扑信息、网络的交换节点、光纤链路的频谱资源；其次，产生一组连接请求，包括连接请求的源节点、目的节点、带宽需求；最后，基于共享保护的路由与频谱分配方法的最优化目标函数，满足最优化目标函数的连接请求的带宽流量守恒、共享频谱资源、频谱连续性、频谱隙唯一占用、工作路径与保护路径链路不相交的约束条件，获得频谱资源占用优化解。具体实施例如下：
第一，图3表示频谱灵活光网络，每条光纤链路是双向，光纤链路上的数值表示故障概率，设置每条光纤链路的频谱带宽为125GHz，若每个频谱隙为 12.5GHz，光纤链路共有10个频谱隙。
第二，生成一组连接请求CR1(0,3,2)、CR2(1,3,2)、CR3(4,1,2)。
第三，执行频谱灵活光网络中基于共享保护的路由与频谱分配方法的最优化目标函数(式(1))，满足连接请求的带宽流量守恒约束条件(式(2)至 (7))、共享频谱资源约束条件(式(8)和(9))、频谱连续性约束条件(式(10) 至(13))、频谱隙唯一占用约束条件(式(14))、作路径与保护路径链路不相交约束条件(式(15))。
第四，获得频谱灵活光网络中基于共享保护的路由与频谱分配方法的最优化函数解：26。首先，连接请求CR1(0,3,2)建立的工作路径和保护路径分别为： 0-1-2-3和0-5-4-3，在所选择的路径上分配频谱隙编号为：0和1。其次，连接请求CR2(1,3,2)建立的工作路径和保护路径分别为：1-2-3和1-5-4-3，在所选择的路径上分配频谱隙编号为：2、3(工作路径)和0、1(共享保护路径)。可见，在光纤链路(5，4)和(4，3)上，编号为0和1的频谱隙被连接请求 CR1(0,3,2)和CR2(1,3,2)共享。最后，连接请求CR3(4,1,2)建立的工作路径和保护路径分别为：4-2-1和4-5-1，分配的频谱隙编号为：0和1。因此，这3个连接请求占用的频谱隙的数目为26。
上述方法的实施例可以通过上述系统的实施例实现，上述系统的实施例可以采用上述方法的实时运行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于共享保护的路由与频谱分配方法，其特征在于，包括：
对频谱灵活光网络G(V,E,F)初始化，在频谱灵活光网络G(V,E,F)中，V、E、F分别表示频谱灵活光网络的所有光交换节点、所有光纤链路、每条光纤链路的所有频谱隙；
产生一组连接请求CR，每一个连接请求用CR(s,d,FSs,d)∈CR表示，并且s≠d；其中，s和d分别表示连接请求的源节点和目的节点，FSs,d代表连接请求的带宽需求；
以保证连接请求所选择的工作路径和共享保护路径的频谱资源占用最小为目标，设定连接请求的最优化目标函数；
运行所述的最优化目标函数，通过满足所述的最优化目标函数设定的约束条件，获得目标函数的最优解，存储并记录获得的目标函数最优解，其中所述的最优化目标函数的约束条件包括：带宽流量守恒约束条件、共享频谱资源约束条件、频谱连续性约束条件、频谱隙唯一占用条件、工作路径与链路不相交的共享保护约束条件。
2.根据权利要求1所述的基于共享保护的路由与频谱分配方法，其特征在于，还包括根据获得的目标函数最优解，对所得结果进行评估分析，确保给定一组已知连接请求所选择的工作路径和共享保护路径的频谱资源占用达到最小化。
3.根据权利要求1所述的基于共享保护的路由与频谱分配方法，其特征在于，所述的频谱灵活光网络进行初始化具体包括：设置频谱灵活光网络的拓扑信息、光网络连接状态、网络交换节点数、光纤链路数、每条光纤链路的频谱隙数目。
4.根据权利要求2所述的基于共享保护的路由与频谱分配方法，其特征在于，所述的连接请求的最优化目标函数具体为：给定一组连接请求CR，使其在频谱灵活光网络G(V,E,F)的所有光纤链路E中占用频谱隙F的数目最小化；最优化目标函数用以下式子(1)表示：
这里，最优化目标函数是使在工作路径和共享保护路径上的频谱隙占用数目最小化；
其中，每一个连接请求CR(s,d,FSs,d)用(s,d)表示，E表示频谱灵活光网络所有光纤链路，且每一条光纤链路(k,l)∈E；F表示每一条光纤链路的所有频谱隙,且每一个频谱隙f∈F；
和表示二进制变量，Minimize表示最小化的频谱隙占用操作；
一方面，在工作路径上，当从源节点s到目的节点d之间的连接请求在光纤链路(k,l)上占用编号为f的频谱隙时，否则
另一方面，在共享保护路径的光纤链路(k,l)上，若一个或多个业务请求占用编号为f的频谱隙时，否则
其中，最优化目标函数必须满足以下约束条件，具体包括：
1)连接请求的带宽流量守恒约束条件：在工作路径上，对于每一个从源节点s到目的节点d之间的连接请求CR(s,d,FSs,d)，源节点流出的流量等于连接请求的带宽需求FSs,d，用式子(2)表示；由于连接请求在工作路径中间节点的带宽流量具备流入与流出属性，并且流入的流量等于流出的流量，用式子(3)表示；在目的节点中，由于连接请求只有带宽流量流入，所以目的节点的流量等于连接请求的带宽需求FSs,d，用式子(4)表示；可见，在工作路径上的流量守恒约束条件分别用式子(2)至(4)表示：
其中，V′表示频谱灵活光网络所有的交换节点，并且满足V′≠s和V′≠d，它表示连接请求的带宽流量流过某条路径的中间节点；
同样，在共享保护路径上，对于每一个从源节点s到目的节点d之间的连接请求CR(s,d,FSs,d)，源节点流出的流量、中间节点流入与流出的流量、目的节点流入的流量与工作路径上的流量特点一样；所以，每一个连接请求CR(s,d,FSs,d)的带宽流量守恒约束条件用式子(5)到(7)表示：
其中，表示二进制变量；在共享保护路径上，当从源节点s到目的节点d之间的连接请求CR(s,d,FSs,d)在光纤链路(k,l)上占用编号为f的频谱隙时，若光纤链路上编号为f的频谱隙没有被连接请求CR(s,d,FSs,d)占用时，
2)共享频谱资源约束条件：在共享保护路径的光纤链路(k,l)上，当一个或多个连接请求共同占用编号为f的频谱隙时，即二进制变量如果在光纤链路(k,l)上没有连接请求占用编号为f频谱隙时，即因此，这个约束条件用式子(8)和(9)表示：
其中，N表示大于一组最大连接请求数目；
3)频谱连续性约束条件：在工作路径和共享保护路径上，每一个连接请求CR(s,d,FSs,d)选择的频谱隙必须满足频谱连续性约束条件；在工作路径上，当和时，编号大于或等于f+2的频谱隙没有被任何连接请求占用，即用(10)式表示；当编号小于f的频谱隙已被连接请求CR(s,d,FSs,d)占用，用(11)式表示；同样，在共享保护路径上，二进制变量与工作路径的二进制变量特点一样；当和时，编号大于或等于f+2的频谱隙没有被任何连接请求占用，即用(12)式表示；当编号小于f的频谱隙已经被连接请求CR(s,d,FSs,d)占用，用(13)式表示；
其中，Θ表示一个大于|F|×(|V|-1)的整数值，其中|V|-1表示在频谱灵活光网络中所有节点对之间路径的最大跳数，|F|表示每条光纤链路的频谱隙总数；
4)频谱隙唯一占用约束条件：在光纤链路(k，l)上，编号为f的频谱隙只能被业务请求用在工作路径或共享保护路径上占用，它的描述如下：
5)工作路径与保护路径的链路不相交约束条件：对于每一个从源节点s到目的节点d的连接请求CR(s,d,FSs,d)，一条光纤链路只能被工作路径或共享保护路径使用，这个约束条件可以用公式(15)描述：
。
5.一种基于共享保护的路由与频谱分配系统，其特征在于，包括：
网络初始化模块，用于设置频谱灵活光网络的拓扑信息、光网络连接状态、网络交换节点数、光纤链路数、每条光纤链路的频谱隙数目。
连接请求产生模块，用于根据不同的需求，产生连接请求的源节点、目的节点、带宽需求，并获得不同连接请求数目；
最优化目标函数模块，根据一组已知连接请求CR(s,d,FSs,d)和频谱灵活光网络G(V,E,F)的配置信息，设置保证连接请求所选择的工作路径和共享保护路径的频谱资源占用最小为目标，设定连接请求的最优化目标函数；
最优化目标函数约束条件管理模块，这个模块包括了5个不同的子模块：
1)连接请求的带宽流量守恒约束子模块，在工作路径和共享保护路径上，连接请求从源节点到目的节点的带宽流量相等原则，即源节点流出流量与目的节点流入流量等于连接请求的带宽需求，由于中间节点具备带宽流量的流入与流出属性，并且流入的流量等流出的流量；
2)共享频谱资源约束子模块，在共享保护路径上允许频谱资源能够被多个业务请求共同占用，使频谱灵活光网络的频谱效率能够有效提升；
3)频谱连续性约束子模块，这是频谱资源分配过程中最基本的约束条件，即频谱隙分配必须满足连续的编号要求，不能够出现频谱隙的编号间隔情况；
4)频谱隙唯一占用约束子模块，每一个频谱隙只能被业务请求用在工作路径或保护路径上占用；
5)工作路径与链路不相交的共享保护路径约束子模块，这个子模块的目的是保证连接请求的生存性，当工作路径发生故障时，连接请求倒换到共享保护路径上，防止因为频谱灵活光网络发生链路故障面连接请求的业务传输中断。
目标函数优化解存储模块，用于根据设定的最优化目标函数，已知不同连接请求数目，运行频谱资源最优化目标函数，以及满足其约束条件，获得目标函数的优化解，并存储并记录优化解。
6.根据权利要求5所述的基于共享保护的路由与频谱分配系统，其特征在于，还包括最优化目标评估模块，用于根据目标函数获得的最优解，对所得结果进行评估分析，确保给定一组已知连接请求的频谱资源占用达到最小化，完成基于共享保护的路由与频谱分配。
7.根据权利要求5所述的基于共享保护的路由与频谱分配系统，其特征在于，还包括网络状态监控模块，用于对频谱灵活光网络的网络参数初始化、连接请求产生、最优化目标函数及其约束条件进行实时有效监控；不同模块之间的判决和预警模块，执行各个模块之间的协调功能，以保证频谱灵活光网络初始化、连接请求生产、最优化目标函数、最优化目标函数的约束条件管理、目标函数最优化解存储、最优化解的评估等模块的执行。
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