CN108696777B - 最小交叉串扰的空分复用频谱灵活光网络资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种最小交叉串扰的空分复用频谱灵活光网络资源分配方法，包含以下步骤：空分复用频谱灵活光网络进行初始化，产生一组业务请求集合，计算每个业务请求的最短工作路径，在不同纤芯中查找可用候选频谱块，计算光纤链路上候选频谱块的交叉串扰值，从中选择最小交叉串扰值的频谱块作为业务请求预留的频谱资源，保证分配给业务请求的频谱资源交叉串扰值最小化。本发明解决了空分复用频谱灵活光网络中的交叉串扰问题，从而保证了空分复用频谱灵活光网络的服务质量，提高了光网络中业务请求的传输性能。

Description

最小交叉串扰的空分复用频谱灵活光网络资源分配方法

技术领域

本发明涉及一种光网络资源分配方法，特别是一种最小交叉串扰的空分复用频谱灵活光网络资源分配方法。

背景技术

随着云计算、视频点播及其它新兴网络服务的快速发展，网络流量以指数的速度增长，即将达到单芯光纤的最大传输容量，这使得传统光网络中使用的单芯光纤已无法满足用户业务请求的带宽需求。由于传统光网络中采用固定栅格技术，使光网络的带宽无法灵活地分配，从而造成频谱资源的浪费。相反，在频谱灵活光网络中采用灵活栅格技术，实现了频谱资源的灵活分配，从而提升了频谱资源的利用率。为了提高网络的容量和灵活性，频谱灵活光网络采用多芯光纤的空分复用方式，构成空分复用频谱灵活光网络，全面提升频谱灵活光网络的传输容量和实现更灵活的频谱资源分配方式。然而，在空分复用频谱灵活光网络中也面临着交叉串扰和频谱资源分配效率的极大挑战。

在单芯光纤频谱灵活光网络中，由于只有一个纤芯，所以不存在相邻纤芯间的交叉串扰问题，这就简化了每个业务请求的资源分配问题。通常在单芯光纤网络中建立业务请求时，只需考虑路由和频谱资源即可，其简要步骤如下：

步骤1、为业务请求计算路由：每个业务请求都有各自的源节点和目的节点，根据所选拓扑采用K条最短路由算法为每个请求选择最佳的工作路由。如果为业务请求找到可用的工作路由，即为业务请求路由计算成功。反之，则该请求路由计算失败，也即该业务请求发生阻塞。

步骤2、为业务请求分配频谱资源：每个业务请求都有一定的带宽要求，根据步骤1中所找到的工作路由，通常采用首次命中为每个业务请求的每条光纤链路分配相应的频谱资源。若找到可用的频谱资源，则该业务请求分配频谱资源成功，即该业务请求成功建立，反之，该业务请求发生阻塞。

在单芯光纤网络中建立业务请求时，只需以上步骤就可以成功建立业务请求，无需考虑相邻纤芯间的交叉串扰问题。由于在分配频谱资源时要满足频谱连续性与一致性的要求，而在单芯光纤光网络中，其带宽资源本就有限，已不能够满足日益增长的网络带宽的需求。

在空分复用频谱灵活光网络中不仅可以扩增网络容量，满足每个业务请求的带宽需求，而且可以缓解频谱一致性要求的约束条件，提高频谱分配的灵活性。然而，在空分复用频谱灵活光网络中建立业务请求时，需要考虑相邻纤芯间的交叉串扰问题。与单芯光纤相比，多芯光纤在建立业务请求时除了考虑路由计算和频谱资源分配之外，还需考虑多芯光纤的纤芯选择和交叉串扰问题。其简要步骤如下：

步骤1、为业务请求计算路由：与单芯光纤的路由计算步骤1一样。

步骤2、为业务请求选择纤芯并分配频谱：根据步骤1中为每个业务请求所选择的工作路由分配相应的纤芯和频谱资源。首先按照纤芯编号的大小选取一个纤芯，然后查找该纤芯的频谱状态，在满足频谱连续性和一致性的约束条件下，采用首次命中法为每个业务请求分配相应的频谱资源。若找到可用的频谱资源，则该业务请求分配纤芯和频谱资源成功，执行步骤3；若无可用的频谱资源，则遍历其它纤芯，直到所有纤芯遍历完毕仍无可用资源，则该业务请求发生阻塞。

步骤3、为业务请求计算所选频谱资源的交叉串扰值：计算步骤2中为每个业务请求所选择频谱资源的交叉串扰值，若该交叉串扰值不大于预先设定的交叉串扰阈值，则该业务请求建立成功；若该交叉串扰值大于预先设定的交叉串扰阈值，则需执行步骤2寻找下一个可用的频谱资源，然后比较该交叉串扰值与交叉串扰阈值的大小，若所有的每条光纤链路的纤芯都遍历完毕，仍无可用的频谱资源满足交叉串扰阈值的条件，则该业务请求发生阻塞。

由此可见，在空分复用频谱灵活光网络中建立业务请求时，需要考虑路由计算、纤芯选择、频谱资源的分配三个方面。此外，由频谱连续性和一致性双重约束条件，增加了纤芯间的交叉串扰值不大于预先设定的交叉串扰阈值这一约束条件。由于在空分复用频谱灵活光网络中建立业务请求时增加了纤芯的选择，而相邻纤芯之间存在着交叉串扰，如果它们的交叉串扰处理不当，会影响到空分复用频谱灵活光网络建立业务请求时的传输性能和服务质量。因此，在空分复用频谱灵活光网络中建立业务请求时，如何解决纤芯间的交叉串扰问题至关重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种最小交叉串扰的空分复用频谱灵活光网络资源分配方法，解决纤芯间的交叉串扰问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种最小交叉串扰的空分复用频谱灵活光网络资源分配方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：空分复用频谱灵活光网络进行初始化；

步骤二：产生一组业务请求集合；

步骤三：计算每个业务请求的最短工作路径；

步骤四：在不同纤芯中查找可用候选频谱块；

步骤五：计算光纤链路上候选频谱块的交叉串扰值；

步骤六：计算工作路径上所有候选频谱块的平均交叉串扰值。

进一步地，所述步骤一具体为在空分复用频谱灵活光网络U(V,E,C,FS)中，V＝{V₀,V₁,V₂,…,V_|V|-1}代表网络中所有节点的集合，E＝{E₀,E₁,E₂,…,E_|E|-1}代表网络中所有光纤链路的集合，这里所有光纤链路均为双向链路，其中E_M，L∈E代表相邻节点V_M和V_L之间的光纤链路，V_M，V_L∈V；C＝{C₀,C₁,…,C_i,…,C_|C|-1}，0≤i≤|C|-1，代表光网络中每条光纤链路的所有纤芯的集合；FS＝{FS₀，FS₁，FS₂，…，FS_k，…，FS_|FS|-1}，0≤k≤|FS|-1，代表任一光纤链路中某一纤芯所有频谱间隙编号的集合，当FS_k＝0时，代表该频谱间隙空闲；当FS_k＝1时，代表该频谱间隙被占用；根据空分复用频谱灵活光网络参数设置网络交叉串扰的阈值XT_TH。

进一步地，所述步骤二具体为CR＝{CR₀(s,d,f),CR₁(s,d,f),…,CR_j(s,d,f),…,CR_|CR|-1(s,d,f)}代表产生的所有业务请求的集合，若|CR|为业务请求的个数，则0≤j≤|CR|-1,对于第j个业务请求CR_j(s,d,f)，其中，s,d∈V分别代表每个业务请求的源节点和目的节点，f为每个业务请求所需要的频谱间隙数。

进一步地，所述步骤三具体为对于每个业务请求CR(s,d,f)，采用K条最短路径算法找出从源节点s到目的节点d间的K条候选最短路径，首先选取一条最小跳数的路径作为该业务请求的工作路径。

进一步地，所述步骤四具体为当为每个业务请求选择纤芯时，按照纤芯标号的大小，依次选择纤芯；

首先选择纤芯标号数最小的纤芯，再从最低频谱间隙编号到最高频谱间隙编号遍历该纤芯上的频谱资源，然后在某条光纤链路E的纤芯C上找出满足频谱连续性与一致性约束条件的空闲的频谱间隙，即找到可用的频谱块，频谱块的大小是根据业务请求的带宽需求来确定的，然后执行步骤五；

若满足其交叉串扰约束条件，则找到第一个候选频谱块记为FS₀代表第一个候选频谱块的首个频谱间隙编号，f代表每个业务请求所需要的频谱间隙数；

最后，按上述步骤重复遍历该光纤链路上全部纤芯中所有未被遍历的频谱资源，找出所有的候选频谱块，用表示光纤链路E上的所有候选频谱块的集合，其中第j个候选频谱块

若F^EC不为空集，则该业务请求可成功建立；否则，在光纤链路E中无可用的频谱块或其找到的频谱块不满足步骤五的交叉串扰约束条件，即该业务请求被阻塞。

进一步地，所述步骤五具体为对步骤四在光纤链路E的纤芯C上所选的每个频谱块进行交叉串扰值的计算，用NC表示光纤链路E的纤芯C相邻纤芯的集合，nc_i∈NC，0≤i≤|C|-1，代表光纤链路E的纤芯C的任意一个相邻纤芯；

计算每个频谱块的交叉串扰值，先遍历其所有相邻纤芯所对应的频谱间隙，用表示光纤链路E的纤芯C上频谱间隙编号为k的占用状态，若表示该频谱间隙被占用；若表示该频谱间隙空闲；用表示光纤链路E中纤芯C的相邻纤芯nc_i中与纤芯C编号为k的所选频谱间隙处于被占用状态的数量，则光纤链路E中纤芯C的相邻纤芯NC与纤芯C的编号为k的所选频谱间处于被占用状态的总数为和nc_i∈NC；引入一个度量系数μ，它表示光纤链路E中纤芯C的频谱占用状态与其相邻纤芯频谱占用状态的总数，用公式(1)表示：

其中，n表示纤芯C的相邻纤芯个数，f表示每个业务请求所需的频谱间隙数，ε和为衡量频谱资源状态的调节因子，具体可根据实际网络进行调节，ε,∈[0,1]；

用公式(2)来评估在某条光纤链路E中纤芯C的频谱间隙的交叉串扰值，

其中，h表示每个单位长度交叉串扰的平均增长量，l为相邻节点之间的光纤链路的长度，k、r、β、w是光纤物理参数，分别代表耦合系数、弯曲半径、传播常数和相邻纤芯核间距离，A为交叉串扰调节系数，A>1，μ主要度量相邻纤芯的频谱间隙占用状态会对所选择纤芯的频谱造成交叉串扰影响，从而判断所有候选频谱块受到相邻纤芯的交叉串扰影响的大小；由公式(2)可见μ与XT^EC成正比，若μ的值越大，则表明在光纤链路E中纤芯C所对应的频谱块的交叉串扰值XT^EC也越大；

根据上述公式计算每个频谱块的交叉串扰值后，再与交叉串扰阈值XT_TH进行比较，若该频谱块的交叉串扰值不高于XT_TH，则可把该频谱块列入候选频谱块集合F^EC中；否则，说明该频谱块不能满足交叉串扰阈值的约束条件，即该频谱块不可用，不能被放入候选频谱块的集合F^EC中，这时执行步骤四进行下一频谱块的查找。

进一步地，所述步骤六具体为通过步骤四、五可得到业务请求的所有候选频谱块 表示业务请求的第j个候选频谱块；对业务请求的工作路径中按顺序排列的光纤链路为，E＝{e₀，e₁，…，e_m，…，e_v-1}，其中，v代表业务请求工作路径的总跳数；

对于业务请求，这条工作路径上第m条光纤链路e_m的第j个候选频谱块的交叉串扰值用表示，用公式(2)计算得出，业务请求在工作路径中的第j个候选频谱块的总交叉串扰值为然后，利用公式(3)计算出业务请求在工作路径中的第j个候选频谱块的平均交叉串扰值

再计算出业务请求工作路径中的所有候选频谱块的平均交叉串扰值，并按由小到大的顺序排列，用集合表示，然后选取平均交叉串扰值最小的候选频谱块，作为预留的频谱资源；

最后，建立业务请求的工作路由、选择纤芯、分配频谱资源；若xt^EC不为空集合，则可以找到满足该业务请求需求的频谱资源，成功建立业务请求。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明在空分复用频谱灵活光网络中，通过查找所有工作路径上的所有候选频谱块的交叉串扰值最小，实现基于最小交叉串扰感知的空分复用频谱灵活光网络资源分配方法，解决了多芯光纤网络中的交叉串扰问题，从而保证了多芯光纤网络的服务质量，提高了网络中业务请求的传输性能。

附图说明

图1是本发明的最小交叉串扰的空分复用频谱灵活光网络资源分配方法的流程图。

图2是本发明的实施例的7芯光纤示意图。

图3是本发明实施例的在NSFNET网络中工作路径2-5-12-11示意图。

图4是本发明实施例的业务请求CR(2,11,5)在工作路径2-5-12-11上纤芯0及其相邻纤芯的频谱状态，以及纤芯0中的所有候选频谱块示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，本发明的一种最小交叉串扰的空分复用频谱灵活光网络资源分配方法，包含以下步骤：

步骤一：空分复用频谱灵活光网络进行初始化。在空分复用频谱灵活光网络U(V,E,C,FS)中，V＝{V₀,V₁,V₂,…,V_|V|-1}代表网络中所有节点的集合，E＝{E₀,E₁,E₂,…,E_|E|-1}代表网络中所有光纤链路的集合，这里所有光纤链路均为双向链路，其中E_M,L∈E代表相邻节点V_M和V_L之间的光纤链路，V_M,V_L∈V；C＝{C₀,C₁,…,C_i,…,C_|C|-1}，0≤i≤|C|-1，代表光网络中每条光纤链路的所有纤芯的集合；代表任一光纤链路中某一纤芯所有频谱间隙编号的集合，当FS_k＝0时，代表该频谱间隙空闲；当FS_k＝1时，代表该频谱间隙被占用。根据空分复用频谱灵活光网络参数设置网络交叉串扰的阈值XT_TH。

步骤二：产生一组业务请求集合。CR＝{CR₀(s,d,f),CR₁(s,d,f),…,CR_j(s,d,f),…,CR_|CR|-1(s,d,f)}代表产生的所有业务请求的集合，若|CR|为业务请求的个数，则0≤j≤|CR|-1,对于第j个业务请求CR_j(s,d,f)，其中，s,d∈V分别代表每个业务请求的源节点和目的节点，f为每个业务请求所需要的频谱间隙数。

步骤三：计算每个业务请求的最短工作路径。对于每个业务请求CR(s,d,f)，采用K条最短路径算法找出从源节点s到目的节点d间的K条候选最短路径，首先选取一条最小跳数的路径作为该业务请求的工作路径。

步骤四：在不同纤芯中查找可用候选频谱块。当为每个业务请求选择纤芯时，按照纤芯标号的大小，依次选择纤芯(如图1中的7芯光纤示意图)。首先选择纤芯标号数最小的纤芯，再从最低频谱间隙编号到最高频谱间隙编号遍历该纤芯上的频谱资源，然后在某条光纤链路E的纤芯C上找出满足频谱连续性与一致性约束条件的空闲的频谱间隙，即找到可用的频谱块，这里频谱块的大小是根据业务请求的带宽需求来确定的，然后执行步骤五。若满足其交叉串扰约束条件，则找到第一个候选频谱块记为FS₀代表第一个候选频谱块的首个频谱间隙编号，f代表每个业务请求所需要的频谱间隙数。最后，按上述步骤重复遍历该光纤链路上全部纤芯中所有未被遍历的频谱资源，找出所有的候选频谱块，用表示光纤链路E上的所有候选频谱块的集合，其中第j个候选频谱块若F^EC不为空集，则该业务请求可成功建立；否则，在光纤链路E中无可用的频谱块或其找到的频谱块不满足步骤五的交叉串扰约束条件，即该业务请求被阻塞。

步骤五：计算光纤链路上候选频谱块的交叉串扰值。对步骤四在光纤链路E的纤芯C上所选的每个频谱块都要进行交叉串扰值的计算，用NC表示光纤链路E的纤芯C相邻纤芯的集合，nc_i∈NC，0≤i≤|C|-1，代表光纤链路E的纤芯C的任意一个相邻纤芯。如图1所示，在七芯光纤中，编号为0的纤芯，用C₀表示，它的相邻纤芯的集合NC₀＝{nc₁，nc₅，nc₆}，这里nc₁、nc₅、nc₆分别表示编号为1、5、6的纤芯。计算每个频谱块的交叉串扰值，需先遍历其所有相邻纤芯所对应的频谱间隙，用表示光纤链路E的纤芯C上频谱间隙编号为k的占用状态，若表示该频谱间隙被占用；若表示该频谱间隙空闲。用表示光纤链路E中纤芯C的相邻纤芯nc_i中与纤芯C编号为k的所选频谱间隙处于被占用状态的数量，则光纤链路E中纤芯C的相邻纤芯NC与纤芯C的编号为k的所选频谱间处于被占用状态的总数为和nc_i∈NC。引入一个度量系数μ，它表示光纤链路E中纤芯C的频谱占用状态与其相邻纤芯频谱占用状态的总数，用公式(1)表示。

其中，n表示纤芯C的相邻纤芯个数，f表示每个业务请求所需的频谱间隙数，ε和为衡量频谱资源状态的调节因子，具体可根据实际网络进行调节，ε,∈[0,1]。

考虑光纤链路E中相邻纤芯C的频谱占用状态对纤芯C的频谱状态造成的影响，即相邻纤芯的频谱间隙占用状态会对所选择纤芯的频谱造成交叉串扰影响。因而，相邻纤芯的频谱间隙占用越多，越容易造成所选择纤芯的频谱间隙的交叉串扰值增大，可以用公式(2)来评估在某条光纤链路E中纤芯C的频谱间隙的交叉串扰值，

其中，h表示每个单位长度交叉串扰的平均增长量，l为相邻节点之间的光纤链路的长度，k、r、β、w是光纤物理参数，分别代表耦合系数、弯曲半径、传播常数和相邻纤芯核间距离，A为交叉串扰调节系数，A>1，μ主要度量相邻纤芯的频谱间隙占用状态会对所选择纤芯的频谱造成交叉串扰影响，从而判断所有候选频谱块受到相邻纤芯的交叉串扰影响的大小。由公式(2)可见μ与XT^EC成正比。若μ的值越大，则表明在光纤链路E中纤芯C所对应的频谱块的交叉串扰值XT^EC也越大。

根据上述公式计算每个频谱块的交叉串扰值后，再与交叉串扰阈值XT_TH进行比较，若该频谱块的交叉串扰值不高于XT_TH，则可把该频谱块列入候选频谱块集合F^EC中；否则，说明该频谱块不能满足交叉串扰阈值的约束条件，即该频谱块不可用，不能被放入候选频谱块的集合F^EC中，这时应执行步骤四进行下一频谱块的查找。

步骤六：计算工作路径上所有候选频谱块的平均交叉串扰值。通过步骤四、五可得到业务请求的所有候选频谱块 表示业务请求的第j个候选频谱块。对业务请求的工作路径中按顺序排列的光纤链路为，E＝{e₀，e₁，…，e_m，…，e_v-1}，其中，v代表业务请求工作路径的总跳数。对于业务请求，这条工作路径上第m条光纤链路e_m的第j个候选频谱块的交叉串扰值用表示，可用公式(2)计算得出，这样业务请求在工作路径中的第j个候选频谱块的总交叉串扰值为然后，可利用公式(3)计算出业务请求在工作路径中的第j个候选频谱块的平均交叉串扰值

再计算出业务请求工作路径中的所有候选频谱块的平均交叉串扰值，并按由小到大的顺序排列，用集合表示，然后选取平均交叉串扰值最小的候选频谱块，作为预留的频谱资源。最后，建立业务请求的工作路由、选择纤芯、分配频谱资源。若xt^EC不为空集合，则可以找到满足该业务请求需求的频谱资源，成功建立业务请求。

基于上述步骤，在空分复用频谱灵活光网络中，能够成功建立每个业务请求，保证每个业务请求的交叉串扰值最小。此外，通过建立网络中的业务请求情况，评估整个网络的运行状态，具体步骤的流程框图见图2所示。本发明方法保证在空分复用频谱灵活光网络中建立的业务请求交叉串扰值最小化，避免了因交叉串扰值过大而影响网络传输性能的问题，从而提高了业务请求的传输质量。

在本发明实施例子中，针对空分复用频谱灵活光网络，为每一个业务请求计算路由、选择纤芯、分配频谱资源，保证每个业务请求所分配的频谱资源的最小交叉串扰值最小。

选取图3所示的包含14个节点21条光纤链路的NSFNET网络进行实例分析，每条光纤链路都是双向的，都由七芯光纤构成。图3中每两个相邻节点之间的数字表示这两个节点之间光纤链路的长度(单位为km)。设置每个纤芯的频谱间隙数为18，光纤中的各个参数，耦合系数k、弯曲半径r、传播常数β和相邻纤芯核间距离w分别为3.16×10^-5、55mm、4×10⁶、45μm。公式(1)中的调节因子，ε和分别设为0.5，0.8，公式(2)中的A设定为4.4，设置每条光纤链路的最大交叉串扰阈值为XT_TH＝-32dB。

假设一个业务请求CR(2,11,5)到达网络，首先采用K条最短路径算法为该请求寻找K＝3条最短路径，这里选取跳数最小的一条路径2-5-12-11作为该请求的工作路径，如图3所示；然后在工作路径2-5-12-11中选择纤芯和分配频谱资源。若资源分配成功，则该业务请求成功建立。如图4所示的业务请求CR(2,11,5)在工作路径2-5-12-11中纤芯0上分配频谱资源的情况，需要分别对工作路径2-5-12-11中的每条光纤链路进行频谱资源查找和交叉串扰的评估。查找可用的频谱资源的具体步骤如下：

首先，遍历光纤链路(2，5)，即光纤链路E_2，5纤芯0中的频谱资源，在图1中可看出纤芯0的相邻纤芯分别为纤芯1、纤芯5、纤芯6。在图4中分别给出了纤芯0及其3个相邻纤芯的频谱占用状态，灰色矩形代表已被占用的频谱间隙，空白的矩形代表处于空闲状态下的频谱间隙。由于该请求所需的频谱间隙数为5，在频谱分配时需要满足频谱连续性的约束条件，则在光纤链路E_2，5中纤芯0中可以找到5个可用频谱块，用集合表示这5个可用的频谱块，分别对应的起止频谱间隙编号为：FS₃-FS₇、FS₄-FS₈、FS₅-FS₉、FS₁₂-FS₁₆和FS₁₃-FS₁₇。

其次，用同样的方法遍历下条光纤链路(5，12)，即光纤链路E_5，12中纤芯0的频谱资源，可找到4个可用频谱块，用集合表示这4个可用的频谱块，分别对应的起止频谱间隙编号为：FS₃-FS₇、FS₄-FS₈、FS₁₂-FS₁₆和FS₁₃-FS₁₇。

最后，遍历光纤链路(12，11)，即光纤链路E_12，11中纤芯0的频谱资源，可找到4个可用频谱块，用集合表示这4个可用频谱块，分别对应的起止频谱间隙编号为：FS₂-FS₆、FS₃-FS₇、FS₄-FS₈和FS₁₃-FS₁₇。

上述过程中，分别考虑了工作路径2-5-12-11中的每条光纤链路，在寻找频谱块时仅满足了频谱连续性条件，并未考虑到频谱一致性这一约束条件，再考虑到频谱一致性约束条件，则工作路径2-5-12-11中可在纤芯0上得到3个可用频谱块(如图4所示)，用集合表示这三个可用频谱块，分别对应的起止频谱间隙编号为：FS₃-FS₇、FS₄-FS₈和FS₁₃-FS₁₇，即这三个频谱块同时满足了频谱连续性与频谱一致性的约束条件。

下一步要计算这三个频谱块的交叉串扰值并与交叉串扰阈值XT_TH比较，以确定候选频谱块。由业务请求CR(2,11,5)可知，该请求所需的频谱带宽为5，则公式(1)中f的值为5，三个频谱块均在纤芯0上，而纤芯0的相邻纤芯个数为3，则公式(1)中n的值为3。由于每条光纤链路的交叉串扰值均不能大于XT_TH，下面需要计算三个频谱块每条光纤链路的交叉串扰值。如图4所示，为计算每条光纤链路的交叉串扰值，需要遍历各个频谱块所在纤芯的相邻纤芯之间频谱间隙的使用状态。

第一，分别计算在光纤链路E_2，5上三个频谱块和的交叉串扰值。对第一个频谱块在光纤链路E_2，5中纤芯0所对应的空闲频谱块利用公式(1)计算出再由公式(2)得第一个频谱块的交叉串扰值为则该频谱块的交叉串扰值超过了预先设定的每条光纤链路最大交叉串扰阈值，故不满足交叉串扰这一约束条件，由于频谱分配的连续性与一致性约束限制，将不需要计算工作路径2-5-12-11中其它的光纤链路这一频谱块的交叉串扰值，频谱块不能为该业务请求分配资源。

对第二个频谱块在光纤链路E_2，5中纤芯0所对应的空闲频谱块由公式(1)计算出再由公式(2)得第二个频谱块的交叉串扰值为即该频谱块在光纤链路E_2，5上满足交叉串扰约束条件。

对第三个频谱块在光纤链路E_2，5中纤芯0所对应的空闲频谱块由公式(1)计算出再由公式(2)得第三个频谱块的交叉串扰值即该频谱块在光纤链路E_2，5上满足交叉串扰约束条件。通过对第一条光纤链路E_2，5的计算，在纤芯0中还有两个可用的频谱块和

第二，分别计算在光纤链路E_5，12上两个频谱块和交叉串扰值。对频谱块在光纤链路E_5，12中纤芯0所对应的空闲频谱块由公式(1)计算出再由公式(2)得频谱块的交叉串扰值为即该频谱块在光纤链路E_5，12上满足交叉串扰约束条件。对频谱块在光纤链路E_5，12中纤芯0所对应的空闲频谱块由公式(1)计算出再由公式(2)得频谱块的交叉串扰值为即该频谱块在光纤链路E_5，12上满足交叉串扰约束条件，则频谱块和在光纤链路E_5，12上均满足交叉串扰条件。

第三，分别计算在光纤链路E_12，11上两个频谱块和交叉串扰值。对频谱块在光纤链路E_12，11中纤芯0所对应的空闲频谱块由公式(1)计算出再由公式(2)得频谱块的交叉串扰值为即该频谱块在光纤链路E_12，11上满足交叉串扰约束条件；对频谱块在光纤链路E_12，11中纤芯0所对应的空闲频谱块由公式(1)计算出再由公式(2)得频谱块的交叉串扰值为即该频谱块在光纤链路E_12，11上满足交叉串扰约束条件。

综上可以得出，在工作路径2-5-12-11上纤芯0中有两个满足条件的频谱块和可作为侯选频谱块，用集合表示。根据集合中两个侯选频谱块和计算在工作路径2-5-12-11上的平均交叉串扰值分别为和利用公式(3)计算得和则这样从纤芯0的所有频谱资源中找出最小交叉串扰的频谱资源分配给该业务请求CR(2,11,5)，即选取交叉串扰最小的候选频谱块为该业务请求分配相应资源。

这样通过对空分复用频谱灵活光网络中的每个业务请求所选纤芯及其相邻纤芯所对应的频谱占用状态，计算业务请求在每条光纤链路的交叉串扰值，并与交叉串扰阈值相比较，满足交叉串扰约束条件，从查找出的可用频谱块中，选择工作路径的最小交叉串扰的频谱资源作为业务请求的预留频谱资源，使业务请求在空分复用频谱灵活光网络中交叉串扰的最小化，提高业务请求在空分复用频谱灵活光网络中的传输性能和服务质量。

本发明主要解决空分复用频谱灵活光网络中因相邻纤芯间存在的交叉串扰而导致网络中业务请求传输质量下降的问题，通过在空分复用频谱灵活光网络中为每个业务请求计算路由、选择纤芯、分配频谱资源，实现基于最小交叉串扰感知的空分复用频谱灵活光网络资源分配方法。在本发明中，当每个业务请求到达时，首先采用K条最短路径算法为每个到达业务请求建立K条最短路径，然后选取其中跳数最小的一条路径作为该业务请求的工作路径，然后遍历工作路径中所有光纤链路上全部纤芯的频谱资源，先找出满足频谱连续性与一致性约束条件下的所有可用的频谱块，然后为每个频谱块计算其交叉串扰值。在计算交叉串扰值时，基于每个频谱块所选纤芯的相邻纤芯中与该频谱块相同的频谱间隙的占用状态，建立了交叉串扰评估机制，即运用公式(1)和(2)为每个业务请求在光纤链路上计算交叉串扰值。当频谱块的交叉串扰值满足预先设定的每条光纤链路的最大交叉串扰阈值条件时，可把这些频谱块放入候选频谱块的集合中。当候选频谱块全部寻找完毕，用公式(3)计算所有候选频谱块的工作路径的平均交叉串扰值，再根据每个候选频谱块的工作路径的平均交叉串扰值大小将所有候选频谱块从小到大排序，最后为业务请求分配工作路径的平均交叉串扰值最小的候选频谱块所对应的纤芯和频谱资源。一旦找到候选频谱块，则满足该业务请求的频谱资源要求，则该业务请求成功建立；否则，选择K条路径中下一个跳数最短的路径重复上述步骤，若在K条路径中均找不到该业务的候选频谱块，则该业务请求发生阻塞。

在空分复用频谱灵活光网络中，通过查找所有工作路径上的所有候选频谱块的交叉串扰值最小，实现基于最小交叉串扰感知的空分复用频谱灵活光网络资源分配方法，解决了多芯光纤网络中的交叉串扰问题，从而保证了多芯光纤网络的服务质量，提高了网络中业务请求的传输性能。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于最小交叉串扰感知的频谱灵活光网络资源分配方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：空分复用频谱灵活光网络进行初始化；

步骤二：产生一组业务请求集合；

步骤三：计算每个业务请求的最短工作路径；

步骤四：在不同纤芯中查找可用候选频谱块；

步骤五：计算光纤链路上候选频谱块的交叉串扰值；

步骤六：计算工作路径上所有候选频谱块的平均交叉串扰值；

其中，所述步骤三具体为对于每个业务请求CR(s,d,f)，采用K条最短路径算法找出从源节点s到目的节点d间的K条候选最短路径，首先选取一条最小跳数的路径作为该业务请求的工作路径。

2.按照权利要求1所述的基于最小交叉串扰感知的频谱灵活光网络资源分配方法，其特征在于：所述步骤一具体为在空分复用频谱灵活光网络U(V,E,C,FS)中，V＝{V₀,V₁,V₂,…,V_|V|-1}代表网络中所有节点的集合，E＝{E₀,E₁,E₂,…,E_|E|-1}代表网络中所有光纤链路的集合，这里所有光纤链路均为双向链路，其中E_M,L∈E代表相邻节点V_M和V_L之间的光纤链路，V_M，V_L∈V；C＝{C₀,C₁,…,C_i,…,C_|C|-1}，0≤i≤|C|-1，代表光网络中每条光纤链路的所有纤芯的集合；FS＝{FS₀,FS₁,FS₂,…,FS_k,…,FS_|FS|-1}，0≤k≤|FS|-1，代表任一光纤链路中某一纤芯所有频谱间隙编号的集合，当FS_k＝0时，代表该频谱间隙空闲；当FS_k＝1时，代表该频谱间隙被占用；根据空分复用频谱灵活光网络参数设置网络交叉串扰的阈值XT_TH。

3.按照权利要求1所述的基于最小交叉串扰感知的频谱灵活光网络资源分配方法，其特征在于：所述步骤二具体为CR＝{CR₀(s,d,f),CR₁(s,d,f),…,CR_j(s,d,f),…,CR_|CR|-1(s,d,f)}代表产生的所有业务请求的集合，若|CR|为业务请求的个数，则0≤j≤|CR|-1,对于第j个业务请求CR_j(s,d,f)，其中，s,d∈V分别代表每个业务请求的源节点和目的节点，f为每个业务请求所需要的频谱间隙数。

4.按照权利要求1所述的基于最小交叉串扰感知的频谱灵活光网络资源分配方法，其特征在于：所述步骤四具体为当为每个业务请求选择纤芯时，按照纤芯标号的大小，依次选择纤芯；

首先选择纤芯标号数最小的纤芯，再从最低频谱间隙编号到最高频谱间隙编号遍历该纤芯上的频谱资源，然后在某条光纤链路E的纤芯C上找出满足频谱连续性与一致性约束条件的空闲的频谱间隙，即找到可用的频谱块，频谱块的大小是根据业务请求的带宽需求来确定的，然后执行步骤五；

若满足其交叉串扰约束条件，则找到第一个候选频谱块记为FS₀代表第一个候选频谱块的首个频谱间隙编号，f代表每个业务请求所需要的频谱间隙数；

最后，按上述步骤重复遍历该光纤链路上全部纤芯中所有未被遍历的频谱资源，找出所有的候选频谱块，用表示光纤链路E上的所有候选频谱块的集合，其中第j个候选频谱块

若F^EC不为空集，则该业务请求可成功建立；否则，在光纤链路E中无可用的频谱块或其找到的频谱块不满足步骤五的交叉串扰约束条件，即该业务请求被阻塞。

5.按照权利要求1所述的基于最小交叉串扰感知的频谱灵活光网络资源分配方法，其特征在于：所述步骤五具体为对步骤四在光纤链路E的纤芯C上所选的每个频谱块进行交叉串扰值的计算，用NC表示光纤链路E的纤芯C相邻纤芯的集合，nc_i∈NC，0≤i≤|C|-1，代表光纤链路E的纤芯C的任意一个相邻纤芯；

计算每个频谱块的交叉串扰值，先遍历其所有相邻纤芯所对应的频谱间隙，用表示光纤链路E的纤芯C上频谱间隙编号为k的占用状态，若表示该频谱间隙被占用；若表示该频谱间隙空闲；用表示光纤链路E中纤芯C的相邻纤芯nc_i中与纤芯C编号为k的所选频谱间隙处于被占用状态的数量，则光纤链路E中纤芯C的相邻纤芯NC与纤芯C的编号为k的所选频谱间处于被占用状态的总数为 和nc_i∈NC；引入一个度量系数μ，它表示光纤链路E中纤芯C的频谱占用状态与其相邻纤芯频谱占用状态的总数，用公式(1)表示：

其中，n表示纤芯C的相邻纤芯个数，f表示每个业务请求所需的频谱间隙数，ε和为衡量频谱资源状态的调节因子，具体可根据实际网络进行调节，ε,

用公式(2)来评估在某条光纤链路E中纤芯C的频谱间隙的交叉串扰值，

其中，h表示每个单位长度交叉串扰的平均增长量，l为相邻节点之间的光纤链路的长度，k、r、β、w是光纤物理参数，分别代表耦合系数、弯曲半径、传播常数和相邻纤芯核间距离，A为交叉串扰调节系数，A>1，μ主要度量相邻纤芯的频谱间隙占用状态会对所选择纤芯的频谱造成交叉串扰影响，从而判断所有候选频谱块受到相邻纤芯的交叉串扰影响的大小；由公式(2)可见μ与XT^EC成正比，若μ的值越大，则表明在光纤链路E中纤芯C所对应的频谱块的交叉串扰值XT^EC也越大；

根据上述公式计算每个频谱块的交叉串扰值后，再与交叉串扰阈值XT_TH进行比较，若该频谱块的交叉串扰值不高于XT_TH，则可把该频谱块列入候选频谱块集合F^EC中；否则，说明该频谱块不能满足交叉串扰阈值的约束条件，即该频谱块不可用，不能被放入候选频谱块的集合F^EC中，这时执行步骤四进行下一频谱块的查找。

6.按照权利要求1所述的基于最小交叉串扰感知的频谱灵活光网络资源分配方法，其特征在于：所述步骤六具体为通过步骤四、五可得到业务请求的所有候选频谱块 表示业务请求的第j个候选频谱块；对业务请求的工作路径中按顺序排列的光纤链路为，E＝{e₀,e₁,…,e_m,…,e_v-1}，其中，v代表业务请求工作路径的总跳数；

对于业务请求，这条工作路径上第m条光纤链路e_m的第j个候选频谱块的交叉串扰值用表示，用公式(2)计算得出，业务请求在工作路径中的第j个候选频谱块的总交叉串扰值为然后，利用公式(3)计算出业务请求在工作路径中的第j个候选频谱块的平均交叉串扰值

再计算出业务请求工作路径中的所有候选频谱块的平均交叉串扰值，并按由小到大的顺序排列，用集合表示，然后选取平均交叉串扰值最小的候选频谱块，作为预留的频谱资源；

最后，建立业务请求的工作路由、选择纤芯、分配频谱资源；若xt^EC不为空集合，则可以找到满足该业务请求需求的频谱资源，成功建立业务请求。