CN108834004A - 基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法和系统，为了解决多纤芯光网络的相邻纤芯的交叉串扰问题而设计。本发明基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法包括：为每一个连接请求计算工作路径，并根据连接请求分类原则，进行纤芯选择；根据频谱连续性和频谱一致性约束条件，以及交叉串扰阈值约束条件，在连接请求的工作路径上查找并分配频谱资源，在频谱灵活光网络中建立连接请求；根据每条光纤链路占用的频谱资源状态，计算网络的频谱利用率和连接请求阻塞率。本发明有效减少了连接请求交叉串扰值，使网络频谱资源更规整，从而提高网络频谱资源效率。

Description

基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法和 系统

技术领域

本发明属于通信网络技术领域，具体涉及一种基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法和系统。

背景技术

随着大数据、云服务、虚拟现实等技术的迅速发展，网络带宽流量呈现出爆炸式的增长，以及网络业务服务质量需求大幅提高。由于传统光网络都是单纤芯光纤铺设的，传统单纤芯光网络已经不能满足的连接请求对带宽需求，使光网络运营受到极大的挑战。急需要对光网络的容量进行提升。

多纤芯光纤是解决该问题的有效手段之一。与单纤芯光网络相比，多纤芯光网络能够极大地提高网络的通信容量。然而，在多纤芯光网络中，存在着更多的问题和挑战。例如：在纤芯选择过程中，由于纤芯之间存在着交叉串扰的影响，如何减少连接请求在选择纤芯时的交叉串扰值，是关系到连接请求在多纤芯频谱灵活光网络的服务质量。若纤芯间的交叉串扰问题处理不当，将严重影响到连接请求在多纤芯频谱灵活光网络的传输性能。可见，在多纤芯频谱灵活光网络中，如何为连接请求选择合适的纤芯，解决相邻纤芯的交叉串扰问题，以及如何分配连接请求的频谱资源，这是关系到多纤芯光纤资源利用率关键问题所在。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种降低多纤芯光网络中相邻纤芯上相同频谱间隙间交叉串扰、提高频谱资源利用率、降低业务阻塞率的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法和系统。

为达到上述目的，本发明基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法，包括：

S1预设光纤链路的最大交叉串扰阈值A_max，根据连接请求所需的频谱间隙数进行纤芯分类，预设各个纤芯优先级；

S2一组连接请求集合中选定了工作路径的各个连接请求CR(s,d,FS)的分别选择信息传输光纤链路l；

S3计算光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值

S3.1若对第i个候选频谱块的每一个频谱隙f_i所计算出的光纤链路交叉串扰值均低于阈值A_max，则跳转S4；

S3.2若对第i个候选频谱块的每一个频谱隙f_i所计算出的光纤链路交叉串扰值高于阈值A_max，则跳转S2，根据纤芯优先级选择其他光纤链路l；

S4建立连接请求，实现信息的传输。

进一步地，所述的建立连接请求的方法具体包括：

将所有低于阈值A_max的交叉串扰值由小到大排序得：并依次对应各候选频谱块其中g代表排序后的序号，g＝0,1,2......；选择最小交叉串扰值对应的频谱块同时在第k条工作路径上的所有光纤链路都选择相同编号的纤芯和相同编号的频谱块，第k条工作路径包含的光纤链路为：{l₀,l₁,...,l_t-1}，其中t为第k条工作路径上的总跳数；

分别计算出每一条光纤链路的交叉串扰值获频谱块在纤芯c上第k条工作路径的路由平均交叉串扰值计算剩余频谱块所对应的路由平均交叉串扰值从中取出最小值路由平均交叉串扰值所对应的路由、纤芯、频谱块，其中m∈{i₀,i₁,i₂，...，i_g，...}，以建立连接请求。

进一步地，光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块对应的光纤链路交叉串扰值的计算公式如下：

其中，h为每单位长度交叉串扰的平均增长，n为相邻纤芯的个数，L为光纤长度，κ、r、β、ω_th均为光纤物理参数，分别代表耦合系数、弯曲半径、传播常数和中心距；为光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值；指光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块受相邻纤芯串扰影响值；α为阈值相对可调因子，可根据实际网络情况调节；

光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值的计算公式如下：

其中，τ₀、τ₁为交叉串扰权值调节因子；

获频谱块在纤芯c上第k条工作路径的路由平均交叉串扰值的计算公式如下：

同样，计算剩余频谱块所对应的路由平均交叉串扰值 从中取出最小值路由平均交叉串扰值所对应的路由、纤芯、频谱块，其中m∈{i₀,i₁,i₂,...,i_g,...}，以建立连接请求。

进一步地，步骤S1之前要选择信息传输路径，具体选择方法包括：

S3.1产生一组连接请求集合，每一个连接请求CR(s,d,FS)，s和d分别表示连接请求的源节点和目的节点，FS表示连接请求所需频谱间隙数；

S3.2对每一个连接请求，采用K条最短路径方法计算从源节点s到目的节点d之间的工作路径，且选择满足频谱连续性和频谱一致性双重约束条件的路径作为信息传输路径；若没有找到满足频谱连续性和频谱一致性双重约束条件的路径，则该连接请求阻塞。

进一步地，还包括建立这一组连接请求，评估整个网络频谱资源使用状态与连接请求阻塞情况。

为达到上述目的，本发明基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配系统，包括：

串扰阈值预设模块，预设光纤链路的最大交叉串扰阈值A_max；纤芯优先级设定模块：预设各个纤芯优先级；纤芯分类模块：根据连接请求所需的频谱间隙数进行纤芯分类；

纤芯选择模块：一组连接请求集合中选定了工作路径的各个连接请求CR(s，d,FS)的分别根据纤芯优先级设定模块、纤芯分类模块的预设定选择信息传输光纤链路l；

交叉串扰评估模块：计算光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值

若对第i个候选频谱块的每一个频谱隙f_i所计算出的光纤链路交叉串扰值均低于阈值A_max，则连接请求建立模块建立连接请求；

若对第i个候选频谱块的每一个频谱隙f_i所计算出的光纤链路交叉串扰值高于阈值A_max，则跳转S2，根据纤芯优先级设定模块的与设定，选择其他光纤链路l。

进一步地，连接请求建立模块包括：

排序单元，将所有低于阈值A_max的交叉串扰值由小到大排序得：并依次对应各候选频谱块其中g代表排序后的序号，g＝0,1,2......；选择最小交叉串扰值对应的频谱块同时在第k条工作路径上的所有光纤链路都选择相同编号的纤芯和相同编号的频谱块，第k条工作路径包含的光纤链路为：{l₀,l₁,...,l_t-1}，其中t为第k条工作路径上的总跳数；

计算、选择单元，分别计算出每一条光纤链路的交叉串扰值获频谱块在纤芯c上第k条工作路径的路由平均交叉串扰值计算剩余频谱块所对应的路由平均交叉串扰值 从中取出最小值路由平均交叉串扰值所对应的路由、纤芯、频谱块，其中m∈{i₀,i₁,i₂,...,i_g,...}，以建立连接请求。

进一步地，交叉串扰评估模块包括：

单个频谱块串扰计算单元，光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块对应的光纤链路交叉串扰值的计算公式如下：

其中，h为每单位长度交叉串扰的平均增长，n为相邻纤芯的个数，L为光纤长度，κ、r、β、ω_th均为光纤物理参数，分别代表耦合系数、弯曲半径、传播常数和中心距；为光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值；指光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块受相邻纤芯串扰影响值；α为阈值相对可调因子，可根据实际网络情况调节；

相邻纤芯串扰影响计算单元，光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值的计算公式如下：

其中，τ₀、τ₁为交叉串扰权值调节因子；

路由平均交叉串扰计算单元，获频谱块在纤芯c上第k条工作路径的路由平均交叉串扰值的计算公式如下：

同样，计算剩余频谱块所对应的路由平均交叉串扰值 从中取出最小值路由平均交叉串扰值所对应的路由、纤芯、频谱块，其中m∈{i₀,i₁,i₂,...,i_g,...}，以建立连接请求。

进一步地，还包括：连接请求产生模块：根据源节点与目的节点均匀分布产生连接请求，设置连接请求数目、不同连接请求的源节点与目的节点、带宽需求等信息；

工作路径计算模块：对每一个连接请求，采用K条最短路径方法计算从源节点s到目的节点d之间的工作路径，选择满足频谱连续性和频谱一致性双重约束条件的路径作为信息传输路径；若没有找到满足频谱连续性和频谱一致性双重约束条件的路径，则该连接请求阻塞。

进一步地，还包括频谱利用率和阻塞率计算模块：当所有连接请求都被处理之后，根据整个网络中使用的频谱资源数量情况，计算此系统的频谱利用率和连接请求阻塞率。

借由上述方案，本发明基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法和系统至少具有以下优点：

本发明在连接请求建立过程中，首先，找出一条合适的工作路径来建立连接请求；其次，为每一段光纤链路选择合适的纤芯作为传输信道，尽可能降低连接请求阻塞的可能性；然后，在所选择的路径与纤芯中分配相应的频谱资源，并对满足频谱连续性和连续性的双重约束条件的分配方式进行交叉串扰的评估；最后，根据连接请求需求的频谱间隙数以及评估出的交叉串扰值，建立连接请求。

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为本发明基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法流程图；

图2为本发明基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配系统框图；

图3为本发明多纤芯频谱灵活光网络(光纤链路距离单位为km)；

图4为本发明七纤芯光纤的纤芯编号示意图；

图5为本发明七纤芯光纤的纤芯分类示意图；

图6为本发明第1条路径1-2-3-4上纤芯0及其相邻纤芯的频谱状态。

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。

本发明基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法和系统，第一，对每一个连接请求，采用K条最短路径算法计算K条候选工作路径，依据多纤芯光纤的交叉串扰评估机制，计算每一条光纤链路的每个频谱隙的交叉串扰值，以及计算K条候选工作路径的平均交叉串扰值。这里在每一条光纤链路上所选择的每一个频谱隙的交叉串扰值必须小于或等于设置的交叉串扰阈值，这样选择的频谱隙才能满足交叉串扰阈值需求。从中选出最小平均交叉串扰值的路径作为工作路径。第二，根据连接请求的带宽需求，进行连接请求的分类，指定每一类连接请求优先选择指定的纤芯，即确定每个纤芯对应连接请求的优先级，同时在所指定选择的纤芯中查找并分配连接请求的频谱资源。通过采用纤芯分类方法，有利于使纤芯的频谱隙占用规整度，减少频谱碎片产生，降低多纤芯频谱灵活光网络的纤芯选择复杂性。从而解决连接请求的交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱资源分配三个核心问题，提高多纤芯频谱灵活光网络的频谱资源效率，减小每条光纤链路的交叉串扰值，使每一个连接请求建立的工作路径和分配的频谱资源达到最优化。

实施例1

本实施例基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法，包括：

S1多纤芯频谱灵活光网络初始化。在频谱灵活光网络G_s＝(L,N,C,F)中，其中L表示一组光纤链路，N表示一组光交接节点，C表示一组光纤链路的纤芯，F＝{F₀,F₁,F₂,...,F_j,...,F_|F|-1}表示可用频谱间隙的状态集合。当编号为F_j的频谱间隙被占用时，F_j＝1；当编号为F_j的频谱间隙空闲时，F_j＝0。FM＝{0,1,2,...,j,...,|F|-1}表示可用频谱间隙的编号集合。(P,Q)∈L表示从光交换节点P到光交换节点Q的光纤链路，其中P，Q∈N。设置光纤链路的最大交叉串扰阈值A_max。

S2设定各个纤芯优先级，将所有纤芯分类。

S3产生连接请求。产生一组连接请求集合，每一个连接请求CR(s,d,FS)，s和d分别表示连接请求的源节点和目的节点，FS表示连接请求所需频谱间隙数。

S4路由计算。对于每一个连接请求，CR(s,d,FS)，采用K条最短路径方法计算从源节点s到目的节点d之间的工作路径。

S5选择合适的纤芯c作为光纤链路l的信息传输光通道。当连接请求到达时，首先选择优先级最高且事先指定的纤芯。若S6成功，则连接请求建立成功；否则重新选择优先级较低且事先分配给需求相同带宽的请求的纤芯，重复S6。若最终均未成功分配，则该连接请求被阻塞。

S6计算光纤链路交叉串扰值在所选择的第k条工作路径中，从最低频谱间隙编号查找到最高频谱间隙编号，在光纤链路l的纤芯c上找出所有满足频谱连续性和频谱一致性双重约束条件的频谱块，用候选频谱块集合 表示，其中表示光纤链路l的纤芯c上第i个候选频谱块上的频谱间隙集合，f_i为第i个候选频谱块首个频谱间隙编号，并且f_i+FS-1<|F|-1,j∈FM_i。FM_i＝{f_i,f_i+1,f_i+2,...,f_i+FS-1}为第i个候选频谱块上的频谱间隙编号集合。表示光纤链路l的纤芯c上的编号为j的频谱间隙占用状态，若表示该频谱间隙被占用，若则表示该频谱间隙空闲。在光纤链路l上与纤芯c相邻的纤芯r上，列出所有与纤芯c上可用候选频谱块集合，用相邻纤芯对等频谱块集合 表示，其中r∈n，n为与纤芯c相邻的纤芯序号集合。表示光纤链路l的纤芯r上的编号为j的频谱间隙占用状态，若表示该频谱间隙被占用，若则表示该频谱间隙空闲。若对第i个候选频谱块的每一个频谱隙f_i所计算出的光纤链路交叉串扰值均低于阈值A_max，则继续按照S7的方式建立连接；若这个光纤链路交叉串扰值高于阈值A_max，则该连接请求被阻塞。

S7计算路由平均串扰将所有低于阈值A_max的交叉串扰值由小到大排序得：并依次对应频谱块其中g代表排序后的序号，g＝0,1,2......。首先考虑选择最小交叉串扰值对应的频谱块同时在第k条工作路径上的所有光纤链路都选择相同编号的纤芯和相同编号的频谱块。这里，第k条工作路径包含的光纤链路为：{l₀,l₁,...,l_t-1}，其中t为第k条工作路径上的总跳数。利用公式(2)分别计算出每一条光纤链路的交叉串扰值

本实施例中，预先设定各个纤芯的优先级，目的是减小交叉串扰影响，以及简化连接请求的纤芯选择。根据连接请求的带宽需求进行纤芯分类，以提高频谱资源利用规整度。当连接请求到达时，根据请求所需的不同频谱间隙数，将连接请求优先分配到已分类的纤芯上。

本实施例中，根据连接请求的带宽需要进行分类，采用纤芯分类方法优先承载不同带宽需求的连接请求，并设定各个纤芯的优先级，使连接请求在分配频谱资源时更加规整，以减少频谱碎片的产生，从而提高基于多纤芯光纤的频谱效率。根据多纤芯频谱灵活光网络的已有频谱占用状态，以及考虑连接请求的带宽需求，提出光纤链路的不同纤芯间频谱交叉串扰评估方法，以及计算连接请求所选择工作路径的路由平均交叉串扰值计算方法，进而从中选出最小路由平均交叉串扰值对应该的路径作为连接请求的工作路径，从而减少每一个连接请求的交叉串扰。

本实施例中，使用公式(1)计算光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值

其中，τ₀、τ₁为交叉串扰权值调节因子，τ₀∈[0,1]，τ₁∈[2,3]。

使用公式(2)可以计算光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块对应的光纤链路交叉串扰值

其中，h为每单位长度交叉串扰的平均增长，n为相邻纤芯的个数，L为光纤长度，κ、r、β、ω_th均为光纤物理参数，分别代表耦合系数、弯曲半径、传播常数和中心距。为光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值。指光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块受相邻纤芯串扰影响值。α为阈值相对可调因子，可根据实际网络情况调节，α∈[0.1,1]。的值越大，表明光纤链路l纤芯c上被计算的频谱块可能受到串扰影响越大。

使用公式(3)可获频谱块在纤芯c上第k条工作路径的路由平均交叉串扰值

同样，计算剩余频谱块所对应的路由平均交叉串扰值 从中取出最小值路由平均交叉串扰值所对应的路由、纤芯、频谱块，其中m∈{i₀,i₁,i₂,...,i_g,...}，以建立连接请求。

实施例2

本实施例基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法，在实施例1的基础上，还包括建立这一组连接请求，评估整个网络频谱资源使用状态与连接请求阻塞情况。

实施例3

本实施例基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配系统，为了实现上述实施例1、2所述的方法而设计，包括：

初始化模块：在多纤芯频谱灵活光网络G_s＝(L,N,C,F)中，设置多纤芯频谱灵活光网络的拓扑信息、光纤连接状态、网络交换节点数、光纤链路数、每条光纤的纤芯数、每条光纤链路的频谱间隙数、每个频谱间隙的带宽大小、光纤链路的最大串扰阈值A_max。

纤芯优先级设定模块：将多纤芯光纤设定每个纤芯的优先级，尽可能减少在同带宽相邻纤芯内建立连接请求，有利于降低交叉串扰产生的影响。

纤芯分类模块：当连接请求到达时，根据连接请求所需的频谱间隙数目，把连接请求分类，根据每一类连接请求优先指定到某些纤芯上，有利于在频谱分配过程中保证频谱资源的规整度。

连接请求产生模块：根据源节点与目的节点均匀分布产生连接请求，设置连接请求数目、不同连接请求的源节点与目的节点、带宽需求等信息。

工作路径计算模块：根据连接请求CR(s,d,FS)的源节点和目的节点，运用K条最短路径算法，计算出从源节点到目的节点的K条候选路径，以便查找出最优的路径作为工作路径。

纤芯选择模块：当连接请求到达时，根据连接请求的带宽需求，首先考虑选择分配给相应带宽需求的优先级最高的纤芯作为优先查找频谱资源的纤芯。若连接请求在优先级高的纤芯中找不到可用的频谱资源，连接请求建立失败，则重新选择相应带宽需求的剩余纤芯中优先级较高的纤芯，重新查找可用的频谱资源。若所有纤芯找不到可用的频谱资源，连接请求建立失败。

交叉串扰评估模块：在所选择工作路径中，首先，根据连接请求的带宽需求，在指定的纤芯中，从最低频谱间隙编号查找到最高频谱间隙编号，查找所有满足频谱连续性和频谱一致性双重约束条件的可用频谱块，用候选频谱块集合 表示，其中

f_i为第i个频谱块首个频谱间隙编号，并且f_i+FS-1<f_|F|-1。其次，使用公式(2)计算每种分配方式中每个频谱间隙对应的交叉串扰值的值越大，表明光纤链路l纤芯c上被计算的频谱块可能受到串扰影响越大。计算出每一个候选频谱块的交叉串扰值，并进行由小到大进行升序排列。最后，应用公式(3)计算所有路由的平均交叉串扰值取其中小最值所对应的路由、纤芯、频谱分配方式，以建立该连接请求，这里m∈{i₁,i₂,...,i_g,...}。

频谱利用率和阻塞率计算模块：当所有连接请求都被处理之后，根据整个网络中使用的频谱资源数量情况，计算此系统的频谱利用率和连接请求阻塞率。

本发明基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法和系统的具体应用实例。

图3表示6个节点与8条光纤链路的频谱灵活光网络，每条光纤链路是双向的，光纤链路上的数值表示传输距离(单位：公里(km))。每条光纤链路包括7个纤芯，如图4所示，每个纤芯的频谱间隙数为22，每个频谱间隙为12.5GHz。设置每段光纤链路的最大交叉串扰阈值为A_max(dB)＝-32dB。

根据连接请求的不同带宽需求，将七纤芯光纤的纤芯分类，分类结果如下：纤芯2和5优先分配给需要3个频谱间隙数的连接请求，优先级分别用P2和P5表示；纤芯0和3优先分配给需要4个频谱间隙数的连接请求，优先级分别用P1和P4表示；纤芯1和4优先分配给需要2个频谱间隙数的连接请求，优先级分别用P6和P3表示；纤芯6为普通纤芯，优先级用P7表示。P1、P2、......、P7相对应的优先程度依次降低，其中P1优先程度最高。纤芯的优先程度越高，越优先选择。七纤芯光纤的纤芯编号如图4所示，七纤芯光纤的纤芯分类如图5所示。其次，设定纤芯参数，光纤结构参数κ、r、β、ω_th分别为3.16×10^-5、55mm、4×10⁶、45μm，则计算得每单位长度交叉串扰的平均增长h＝6.1×10^-13，一条光纤中纤芯总数N＝7。在公式(1)中，设置α＝1、τ₀＝0.5、τ₁＝2.5。

生成三个连接请求CR1(1,4,4)、CR2(1,4,3)、CR3(1,4,2)，它们都是从源节点1到目的节点4，带宽需求分别为4、3、2个频谱间隙。

对于第一个连接请求CR1(1,4,4)，设置计算的路径为K＝2，从源节点1到目的节点4计算2条路径。第一条路径为1-2-3-4(1600km)，第二条路径为为1-6-5-4(2000km)。此连接请求的带宽需求为4个频谱间隙，即FS＝4，根据纤芯分类原则，优先分配在纤芯优先级为P1的纤芯纤芯0上，即c＝0。

在选择的第一条路径1-2-3-4(1600km)上，首先在纤芯c＝0光纤链路l₀＝(1,2)上从最低频谱间隙编号查找到最高频谱间隙编号，找出所有满足频谱连续性与频谱一致性约束条件的频谱块。如图6所示，列出候选频谱块集合 其中，空白频谱间隙表示没有连接请求占用，黑灰色频谱间隙表示已经被连接请求占用。计算纤芯c＝0链路l₀＝(1,2)上首个候选频谱块的交叉串扰值的过程如下：

与纤芯0相邻的纤芯有3个：1、5、6，故n＝3。在图6中,n＝{1,5,6}，可得首个候选频谱块f₀＝0，FM₀＝{0,1,2,3}，FS＝4，

根据公式(1)分别计算出该频谱块上各频谱间隙受相邻纤芯交叉串扰影响值 则得

且节点1-2之间的光纤长度L＝500km，h＝6.1×10^-13，可根据公式(2)求得交叉串扰值 频谱块交叉串扰值小于交叉串扰阈值A_max，则考虑分配该频谱块给请求CR1(1,4,4)。重复上述步骤计算剩余候选频谱块的交叉串扰值，计算结果为：

将交叉串扰值大于交叉串扰阈值的频谱块舍弃，满足交叉串扰约束条件的频谱块，构成更新后的候选频谱块集合

在链路l₁＝(2,3)上对应的候选频谱块集合为对其中的所有频谱块，在光纤链路l₁＝(2,3)上分别计算交叉串扰值。对于光纤链路l₁＝(2,3)，节点2-3之间光纤长度L＝600km，h＝6.1×10^-13，相邻纤芯集合n＝{1,5,6}，根据图6的频谱状态，链路l₀＝(1,2)上计算交叉串扰值的步骤相同，计算结果为：

将交叉串扰值大于交叉串扰阈值的频谱块舍弃，满足交叉串扰约束条件的候选频谱块集合为

在链路l₂＝(3,4)上对应的候选频谱块集合为分别计算交叉串扰值。对于光纤链路l₂＝(3,4)，节点3-4之间光纤长度L＝500km。根据图6的频谱状态，同链路l₀＝(1,2)上计算交叉串扰值的步骤相同。

可计算得 因此，候选频谱块和满足光纤链路交叉串扰阈值约束。

通过公式(3)计算第1条工作路径(1-2-3-4)上在纤芯c＝0上频谱块 和对应的路由平均交叉串扰值。对于频谱块 故频谱块对应的路由平均交叉串扰值-123.6537dB。同理

按照计算请求CR1(1,4,4)在第1条工作路径(1-2-3-4)上路由平均交叉串扰值的步骤，计算请求CR1(1,4，4)在第2条工作路径(1-6-5-4)上在纤芯c＝0上的路由平均交叉串扰值。可求得在第2条工作路径(1-6-5-4)上频谱块 对应的路由平均交叉串扰值和对应的路由平均交叉串扰值比较工作路径1和工作路径2上求得的所有路由平均交叉串扰值，最终选择最小路由平均交叉串扰值所对应的路由、纤芯、频谱分配，从而建立连接请求CR1(1,4,4)。

对于连接请求CR2(1,4,3)、CR3(1,4,2)，按照为连接请求CR1(1,4,4)建立连接的步骤路由计算、选择纤芯、分配频谱资源。在选择纤芯时，根据纤芯分类原则进行选择；在分配频谱时，所选择的频谱需要同时满足频谱连续性、频谱一致性和交叉串扰约束，最终选择最小路由平均交叉串扰值对应的路由、纤芯和频谱资源，从而建立连接请求。

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 (10)

1.一种基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法，其特征在于，包括：

S1预设光纤链路的最大交叉串扰阈值A_max，根据连接请求所需的频谱间隙数进行纤芯分类，预设各个纤芯优先级；

S2一组连接请求集合中选定了工作路径的各个连接请求CR(s,d,FS)的分别选择信息传输光纤链路l；

S3计算光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值

S3.1若对第i个候选频谱块的每一个频谱隙f_i所计算出的光纤链路交叉串扰值均低于阈值A_max，则跳转S4；

S3.2若对第i个候选频谱块的每一个频谱隙f_i所计算出的光纤链路交叉串扰值高于阈值A_max，则跳转S2，根据纤芯优先级选择其他光纤链路l；

S4建立连接请求，实现信息的传输。

2.根据权利要求1所述的基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法，其特征在于，所述的建立连接请求的方法具体包括：

将所有低于阈值A_max的交叉串扰值由小到大排序得：并依次对应各候选频谱块其中g代表排序后的序号，g＝0,1,2......；选择最小交叉串扰值对应的频谱块同时在第k条工作路径上的所有光纤链路都选择相同编号的纤芯和相同编号的频谱块，第k条工作路径包含的光纤链路为：{l₀,l₁,...,l_t-1}，其中t为第k条工作路径上的总跳数；

分别计算出每一条光纤链路的交叉串扰值获频谱块在纤芯c上第k条工作路径的路由平均交叉串扰值计算剩余频谱块所对应的路由平均交叉串扰值g＝1,2,3......，从中取出最小值路由平均交叉串扰值所对应的路由、纤芯、频谱块，其中m∈{i₀,i₁,i₂,...,i_g,...}，以建立连接请求。

3.根据权利要求1所述的基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法，其特征在于，光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块对应的光纤链路交叉串扰值的计算公式如下：

其中，h为每单位长度交叉串扰的平均增长，n为相邻纤芯的个数，L为光纤长度，κ、r、β、ω_th均为光纤物理参数，分别代表耦合系数、弯曲半径、传播常数和中心距；为光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值；指光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块受相邻纤芯串扰影响值；α为阈值相对可调因子，可根据实际网络情况调节；

光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值的计算公式如下：

其中，τ₀、τ₁为交叉串扰权值调节因子；

获频谱块在纤芯c上第k条工作路径的路由平均交叉串扰值的计算公式如下：

同样，计算剩余频谱块所对应的路由平均交叉串扰值g＝1,2,3......，从中取出最小值路由平均交叉串扰值所对应的路由、纤芯、频谱块，其中m∈{i₀,i₁,i₂,...,i_g，...}，以建立连接请求。

4.根据权利要求1所述的基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法，其特征在于，步骤S1之前要选择信息传输路径，具体选择方法包括：

S3.1产生一组连接请求集合，每一个连接请求CR(s,d,FS)，s和d分别表示连接请求的源节点和目的节点，FS表示连接请求所需频谱间隙数；

S3.2对每一个连接请求，采用K条最短路径方法计算从源节点s到目的节点d之间的工作路径，且选择满足频谱连续性和频谱一致性双重约束条件的路径作为信息传输路径；若没有找到满足频谱连续性和频谱一致性双重约束条件的路径，则该连接请求阻塞。

5.根据权利要求1所述的基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配方法，其特征在于，还包括建立这一组连接请求，评估整个网络频谱资源使用状态与连接请求阻塞情况。

6.一种基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配系统，其特征在于，包括：

串扰阈值预设模块，预设光纤链路的最大交叉串扰阈值A_max；纤芯优先级设定模块：预设各个纤芯优先级；纤芯分类模块：根据连接请求所需的频谱间隙数进行纤芯分类；

纤芯选择模块：一组连接请求集合中选定了工作路径的各个连接请求CR(s,d,FS)的分别根据纤芯优先级设定模块、纤芯分类模块的预设定选择信息传输光纤链路l；

交叉串扰评估模块：计算光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值

若对第i个候选频谱块的每一个频谱隙f_i所计算出的光纤链路交叉串扰值均低于阈值A_max，则连接请求建立模块建立连接请求；

若对第i个候选频谱块的每一个频谱隙f_i所计算出的光纤链路交叉串扰值高于阈值A_max，则跳转S2，根据纤芯优先级设定模块的与设定，选择其他光纤链路l。

7.根据权利要求6所述的基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配系统，其特征在于，连接请求建立模块包括：

排序单元，将所有低于阈值A_max的交叉串扰值由小到大排序得：并依次对应各候选频谱块其中g代表排序后的序号，g＝0,1,2......；选择最小交叉串扰值对应的频谱块同时在第k条工作路径上的所有光纤链路都选择相同编号的纤芯和相同编号的频谱块，第k条工作路径包含的光纤链路为：{l₀,l₁,...,l_t-1}，其中t为第k条工作路径上的总跳数；

计算、选择单元，分别计算出每一条光纤链路的交叉串扰值获频谱块在纤芯c上第k条工作路径的路由平均交叉串扰值计算剩余频谱块所对应的路由平均交叉串扰值g＝1,2,3......，从中取出最小值路由平均交叉串扰值所对应的路由、纤芯、频谱块，其中m∈{i₀,i₁,i₂,...,i_g,...}，以建立连接请求。

8.根据权利要求6所述的基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配系统，其特征在于，交叉串扰评估模块包括：

单个频谱块串扰计算单元，光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块对应的光纤链路交叉串扰值的计算公式如下：

其中，h为每单位长度交叉串扰的平均增长，n为相邻纤芯的个数，L为光纤长度，κ、r、β、ω_th均为光纤物理参数，分别代表耦合系数、弯曲半径、传播常数和中心距；为光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值；指光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块受相邻纤芯串扰影响值；α为阈值相对可调因子，可根据实际网络情况调节；

相邻纤芯串扰影响计算单元，光纤链路l纤芯c上第i个候选频谱块中的编号为j的频谱间隙受相邻纤芯串扰影响值的计算公式如下：

其中，τ₀、τ₁为交叉串扰权值调节因子；

路由平均交叉串扰计算单元，获频谱块在纤芯c上第k条工作路径的路由平均交叉串扰值的计算公式如下：

同样，计算剩余频谱块所对应的路由平均交叉串扰值g＝1,2,3......，从中取出最小值路由平均交叉串扰值所对应的路由、纤芯、频谱块，其中m∈{i₀,i₁,i₂,...,i_g,...}，以建立连接请求。

9.根据权利要求6所述的基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配系统，其特征在于，还包括：连接请求产生模块：根据源节点与目的节点均匀分布产生连接请求，设置连接请求数目、不同连接请求的源节点与目的节点、带宽需求等信息；

工作路径计算模块：对每一个连接请求，采用K条最短路径方法计算从源节点s到目的节点d之间的工作路径，选择满足频谱连续性和频谱一致性双重约束条件的路径作为信息传输路径；若没有找到满足频谱连续性和频谱一致性双重约束条件的路径，则该连接请求阻塞。

10.根据权利要求1所述的基于交叉串扰感知的路由计算、纤芯选择、频谱分配系统，其特征在于，还包括频谱利用率和阻塞率计算模块：当所有连接请求都被处理之后，根据整个网络中使用的频谱资源数量情况，计算此系统的频谱利用率和连接请求阻塞率。