CN107124376B - 一种弹性光网络(eon)中基于分段调制的频谱分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹性光网络(EON)中基于分段调制的频谱分配方案。弹性光网络中，由于受到光纤链路上传输损伤的影响，为保证传输质量一般采用距离自适应调制方案，即长距离光路需采用低阶的调制方式，这样会占用较多的频谱资源，降低网络的总体频谱利用率。本发明提出一种改进的基于分段调制的频谱分配方案：首先对网络中节点活跃度进行评估，选取活跃度最高的两个节点标记为中心节点；随后在中心节点对之间建立专用信道，将任意节点间长距离的光路首先引导至中心节点，以分段调制方式建立光路。本发明提出的改进方案通过减小节点对之间直达光路的距离，从而可以选用较高阶调制以减小所分配的频隙，提高网络的整体频谱资源利用率。

Description

一种弹性光网络(EON)中基于分段调制的频谱分配方法

技术领域

本发明涉及一种弹性光网络(EON)中基于分段调制的频谱分配方法，属于弹性光网络、频谱资源分配技术领域。

背景技术

传统的波分复用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)光网络中的业务分配是基于固定信道间隔的频谱，导致频谱利用效率低。基于正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的弹性光网络将频谱资源分割为较细的单元(称为频隙FS)，并可以根据业务需求进行灵活组合，从而有效地提高了频谱效率。

传统光网络中对于业务需求一般采用固定调制方式的频谱分配方法，也即所有连接请求选择一种固定的调制方式，并不能根据其传输距离选择适当的调制方式，从而不能有效地利用频谱资源。针对这一缺点，Ding等提出了基于距离自适应选择调制方式，可以分配最小的频谱资源给建立业务所需光路[Z.Ding,Z.Xu,X.Zeng,T.Ma,and F.Yang,"Hybridrouting and spectrum assignment algorithms based on distance-adaptationcombined coevolution and heuristics in elastic optical networks,"OpticalEngineering,vol.53,pp.046105-046105,2014.]。Jinno等人提出了一种对于长距离路径采用高阶调制格式，对较短路径采用低阶调制格式的自适应性频谱分配方法。该方案最小化了必须分配的频谱时隙的数量，但对于长距离的光路，仍然需要使用低阶调制方式[M.Jinno et al.,“Distance-adaptive spectrum resource allocation in spectrum-sliced elastic optical path network,”IEEE Comm.Mag.,vol.48,no.8,pp.138–145,2010.]。沈纲祥等人提出了基于保护路径的分段调制频谱分配方法，在节点具有频谱转换功能的情况下，引入保护路径分段思路，采用高阶的调制方式减少使用的频隙，提高频谱利用率[G.Shen,H.Guo,and S.K.Bose,“Survivable elastic optical networks:surveyand perspective(invited),”Photonic Netw.Commun.,vol.31,no.1,pp.71–87,2016.]。

发明内容

本发明提出一种弹性光网络(EON)中基于分段调制的频谱分配方法，在考虑中心节点有频谱转换能力的情况下，首先通过计算节点活跃度并确立中心节点对，在其之间建立专用信道。任意节点对之间的光路需求采用分段机制先连接至中心节点，分段调制使得每段光路距离变短，可以使用相对阶数更高的调制方案以减少频隙占用数，网络的总体频谱利用率得以提高。

根据相关文献可知：BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、32QAM和64QAM等不同调制方式对应的最大传输距离分别为9600km、4800km、2400km、1200km、600km和300km。因此，弹性光网络中对业务需求建立光路时，调制方式选择受到最大传输距离的约束[Bocoi A,Schuster M,Rambach F,et al.Reach-dependent capacity in optical networks enabled by OFDM[C].Optical Fiber Communication-incudes post deadline papers,2009.OFC2009.Conference on.IEEE,2009:1-3.]。

本发明提出的改进方案基于以下两点：

(1)确定中心节点。根据节点之间业务情况，将节点活跃度最高的两个节点设为中心节点并在其间建立专用信道；

(2)根据源节点和目的节点间的距离，尽可能利用中心节点和专用信道，选择频谱资源利用率最高的调制方式。

分段调制方案的原则如下：

(1)调制等级判断，对于第t个业务，如果源节点(s)和目的节点(e)间光路径可使用的调制等级不低于专用信道调制等级，则不进行分段调制。

(2)根据距离判断，对于第t个业务，如果源节点至最近的中心节点距离大于等于源节点到目的节点之间的最短距离，则不需要分段调制。

有益效果

本发明提出的基于分段调制的频谱分配方法，引入参数节点活跃度H_k，并基于活跃度建立中心节点对及其之间的专用信道。同时考虑节点之间调制和距离情况，尽可能选择基于中心节点对的分段调制，每段使用更高阶的调制方式，分配较少的频隙数，提高网络总体频谱资源使用效率。

附图说明

图1是本发明提出的改进方案中基于分段调制的频谱分配方案图。(节点间距离已标出，单位：km)。

图2是本发明提出的改进方案框图。

具体实施步骤

下面对本发明提出的改进方案进行说明

具体实施过程如下(见图2)：

步骤一：假设网络中共有N个节点，节点间业务均匀分布；首先使用最短路径算法DijkstraAlgorithm遍历所有节点对；引入节点活跃度H_k，其含义表示如下：考虑网络中任意光路P_i,j,i,j∈(1,N)，对于光路P_i,j通过的所有节点集合{i,j}有：

此处

对H_k降序排列，活跃度最高的两个节点定义为中心节点C1和C2；

步骤二：固定中心节点C1、C2并在其间建立专用信道，根据C1和C2间距离选用满足传输条件的最高阶调制阶数，记为M₀；

步骤三：对于任意两节点之间的业务t，采用最短路径算法，根据距离计算相应的调制阶数M_t；

步骤四：判断M₀和M_t，如果M₀≤M_t，则源节点和目的节点之间不需要进行分段，保持调制方式M_t不变；如果M₀>M_t，转步骤五；

步骤五：假设源节点到中心节点距离为D_s,C1，D_s,C2，源节点到目的节点距离为D_s,e；

步骤六：判断min(D_s,C1，D_s,C2)和D_s,e，如果min(D_s,C1，D_s,C2)<D_s,e则通过中心节点进行分段调制，即从源节点→中心节点对→目的节点间对应链路采用的调制方式阶数分别为M_s,C1，M₀，M_C2,e；如果min(D_s,C1，D_s,C2)≥D_s,e，则保持原调制方式阶数M_t不变。

如图1所示拓扑，以8节点，13条链路的拓扑为例。节点间的业务服从均匀分布，首先计算各个节点的活跃程度H_k，

此处

经计算可知，H₁＝14，H₂＝14，H₃＝8，H₄＝8，H₅＝7，H₆＝8，H₇＝8，H₈＝7,H_k进行降序排序，则1,2节点活跃度最高，将其设为中心节点并可计算出M₀是32QAM。如图1所示，如需在节点3-4间建立(实线标出)。由于节点3-4间最短距离为1300km，采用距离自适应的调制方式，使用高阶调制方式，可以减少频隙使用。此时最高阶的调制M_3,4为16QAM，假设在该情况下业务需占用8个频隙(FS)。

由于M_3,4＞M₀且min(D_3,1,D_3,2)小于D_3,4，采取进行分段调制。分段后光路为3-1-2-4(虚线标出)。其中光路3-1根据距离自适应调制方式，最高可使用64QAM调制，只需占用2个频隙，光路1-2为专用信道，使用32QAM调制，占用4个频隙，光路2-4最高可使用64QAM调制，只需占用2个频隙。由此可知，在未采用分段的情况下，总共需要占用8个频隙；采用分段调制以后，只需要4个频隙。本发明提出的采用分段调制方式，不仅可以减少所需分配的频隙用，同时减小了可能产生的频谱碎片，提高了频谱资源利用率。

Claims (1)

1.一种弹性光网络(EON)中基于分段调制的频谱分配方法，其特征在于：首先对网络拓扑中所有节点进行评估并计算得出各节点的活跃程度H_k，定义活跃度最高的两个节点为中心节点并在其之间建立专用信道；通过分段调制方式，将任意节点对之间的长距离光路首先引导至中心节点对，再经由专用信道建立光路；相对于节点对间的长距离光路，采用分段方法后任意节点至中心节点间距离减少，采用更高阶的调制方式，减少光路占用的频隙数；

具体步骤如下：

步骤一：假设网络中共有N个节点，节点间业务均匀分布；首先使用最短路径算法DijkstraAlgorithm遍历所有节点对；引入节点活跃度H_k，其含义表示如下：考虑网络中任意光路P_i,j,i,j∈(1,N)，对于光路P_i,_j通过的所有节点集合{i,j}有：

此处

对H_k降序排列，活跃度最高的两个节点定义为中心节点C1和C2；

步骤二：固定中心节点C1、C2并在其间建立专用信道，根据C1和C2间距离选用满足传输条件的最高阶调制阶数，记为M₀；

步骤三：对于任意两节点之间的业务t，采用最短路径算法，根据距离计算相应的调制阶数M_t；

步骤四：判断M₀和M_t，如果M₀≤M_t，则源节点和目的节点之间不需要进行分段，保持调制方式M_t不变；如果M₀>M_t，转步骤五；

步骤五：假设源节点到中心节点距离为D_s,C1，D_s,C2，源节点到目的节点距离为D_s,e；

步骤六：判断min(D_s,C1，D_s,C2)和D_s,e，如果min(D_s,C1，D_s,C2)<D_s,e则通过中心节点进行分段调制，即从源节点→中心节点对→目的节点间对应链路采用的调制方式阶数分别为M_s,C1，M₀，M_C2,e；如果min(D_s,C1，D_s,C2)≥D_s,e，则保持原调制方式阶数M_t不变。

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