CN111615022A - 空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法，属于光通信技术领域。本发明所述的方法通过在空分复用弹性光网络全光节点中配置共享的有限频谱转换器和光纤延迟线；综合考虑全光节点中纤芯的空闲频谱占比、空闲频谱块占比和不同纤芯频谱利用率，在空域对冲突业务进行纤芯切换解决冲突问题；当空域不能解决该冲突时，综合考虑光纤延迟线中频谱占用的最大频隙索引、光纤延迟线中空闲频谱块的占比、有限频谱转换器的数量以及其转换范围，设计光纤延迟线中空闲频谱块的资源衡量公式，并基于此提出一种最小频谱离散转换度算法，在时‑频域解决冲突业务调度问题，降低业务带宽阻塞率和缓存时延。

Description

空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法

技术领域

本发明属于光通信技术领域，涉及空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法。

背景技术

近年来，随着新的互联网协议应用，如高清晰度电视，互动游戏，物联网、云计算等快速发展，设备规模化逐渐增大，网络负载也逐渐加重，另一方面，不同应用也导致差异化的带宽需求。传统的采用单芯、单模光纤的波分复用网络将频谱划分为波长单位的信道，这种固定栅格的网络会造成带宽浪费，并且难以满足高速、不同粒度带宽需求的业务传输。而基于正交频分复用技术的弹性光网络中，光谱被划分为较小的频隙(12.5GHz or6.25GHz)，频谱分配方式灵活、传输容量大、资源利用率高。因此，弹性光网络被广泛地认为是下一代光传输网络的理想方案。

弹性光网络是一项具有前景的技术，它可以灵活、有效地使用频谱资源。据报道，每条光纤的传输容量将高达1Tbps。尽管如此，光纤传输容量的增长速度却越来越慢，这是因为在高效组网方案的推动下，单芯光纤的传输容量接近现有单芯光纤的物理极限。另一方面，基于空分复用的多芯光纤可在光纤中排布多个独立的纤芯，可分别作为单芯光纤进行数据传输。综上所述，弹性光网络技术与空分复用技术结合应用在数据传输中，可以有效地利用频谱资源和增大传输容量。

高吞吐量、高灵活性的空分复用弹性光网络被认为是最有前途的下一代光网络传输解决方案。大量数据业务在空分复用弹性光网络传输时，由于全光节点中的端口收发器数量受限，所以业务经过全光节点时，会由于争用端口频谱资源而导致冲突问题。如果缺乏有效的全光节点结构和资源竞争冲突解决算法应用在空分复用弹性光网络中，大量业务将会被阻塞，引起网络瘫痪。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法，用于降低全光节点交换中业务的带宽阻塞率和平均延迟。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法，该方法包括以下步骤：

S1：在空分复用弹性光网络全光节点上配置共享的有限频谱转换器和光纤延迟线，在当前调度时隙内，根据请求业务的输入信息，确定业务的输出端口、纤芯模式、交换粒度和占用频谱块，并在该全光节点上进行交换；

S2：若业务在该全光节点的输出端口因争用频谱而导致交换失败，则考虑该时隙内空域其他纤芯中是否有满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，若其他纤芯中存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，将满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块对应纤芯放入集合纤芯选择(Core Select,CS)中，计算CS中各纤芯的频谱利用率值，为冲突业务选择CS中频谱利用率值最小的纤芯进行切换；否则，转S3；

S3：若空域冲突解决失败，则考虑光纤延迟线中的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块。遍历所有缓存时隙，若时隙中存在空闲频谱块满足冲突业务频谱一致性约束，则根据首次命中原则，将业务切换至最小缓存时隙对应的空闲频谱块中进行传输；否则，判断节点可用有限频谱转换器的数量，若节点的可用有限频谱转换器数量等于零，阻塞该业务；否则，将有限频谱转换范围内能够容纳冲突业务的空闲频谱块和时隙放入集合频谱选择(Spectrum Select,SS)和时隙选择(Time-slot Select,TS)中；

S4：若SS不为空，则根据首次命中原则，选择TS中最小的时隙缓存业务，并将SS中不属于该最小时隙的空闲频谱块删除，计算若将冲突业务放在更新后SS中不同空闲频谱块后的频谱离散转换度值，确定频谱离散转换度值最小的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块；否则，阻塞该冲突业务。

进一步，所述S1具体方法为：

S101：根据业务请求的输入信息，确定业务交换的目的端口、交换粒度、纤芯模式和需要占用的频谱块，在配置有限频谱转换器和光纤延迟线的全光节点结构中进行交换；

S102：若目的端口上业务需要占用的纤芯频谱块空闲，则成功交换；否则，判定该业务产生频谱资源竞争冲突，需要冲突解决算法调度该冲突问题。

进一步，所述S2具体方法为：

S201：若业务在全光节点交换时产生频谱资源竞争冲突，则首先考虑在空域解决业务冲突调度问题；

S202：遍历该时隙内所有的纤芯和频谱，若纤芯中存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，则将满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块所在纤芯放入集合纤芯选择(Core Select,CS)中，作为候选切换纤芯；否则，转S3；

S203：若CS中只有一根纤芯，表示只有一根纤芯的空闲频谱块满足冲突业务频谱一致性约束，则将冲突业务切换至该纤芯传输；否则，依次计算CS中各纤芯的频谱利用率值，选择CS中频谱利用率值最小的纤芯作为冲突业务的切换线芯。

在该式中，i是纤芯序号，C是光纤中纤芯的数量，F是纤芯i中业务总频隙，Fⁱ _available是纤芯i中可用的频隙，F_r是业务r占用的频隙数目，

是纤芯i中空闲的频谱块，Fⁱ _all是纤芯i中所有的频谱块，Pⁱ _r是纤芯频谱利用率值。

进一步，所述S3具体方法为：

S301：若其余纤芯中，不存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，即空域冲突解决失败，则使用光纤延迟线来缓存冲突业务；

S302：若光纤延迟线的时隙中存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，则在这些满足冲突业务频谱一致性约束的时隙中，根据首次命中原则，选择最少的缓存时隙缓存冲突业务；否则，转S303；

S303：若光纤延迟线的时隙中不存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，则判断节点中的有限频谱转换器的数量是否大于零，若有限频谱转换器数量大于零，则在有限频谱转换范围内左右滑动，将大于或等于冲突业务的空闲频谱块和空闲频谱块对应的时隙放入集合频谱选择(Spectrum Select,SS)和时隙选择(Time-slot Select,TS)中，转S4；若节点中有限频谱转换器数量等于零，则阻塞该冲突业务。

进一步，所述S4具体方法为：

S401：若空闲频谱块集合SS不为空，根据首次命中原则，选择TS中缓存时隙最小的时隙缓存业务，并将SS中不属于该时隙的空闲频谱块删除，再依次计算若将冲突业务放在更新后SS中各空闲频谱块的频谱离散转换度值，选择频谱离散转换度值最小的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块；否则，阻塞该冲突业务；

频谱离散转换度：

在该式中，BL_r ^be1,free是业务r的起始频隙拟放置在be1时，该根光纤延迟线中空闲的频谱块数，BL_all ^free是该根光纤延迟线中未放置业务r时总共的空闲频谱块数，f_r ^be0是业务r转换前的起始频隙索引，而f_r ^be1是r转换后的起始频隙索引，I_r ^be1,Max和I_r ^be1,Min分别是业务r拟放入空闲频谱块后最大和最小的频隙索引，R_r ^be1为r转换至起始频隙为be1时的最小离散转换度；S402：若SS中多个空闲频谱块对应的频谱离散度值都最小，则随机在这些频谱离散转换度值最小的空闲频谱块中选择一个空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法，该方法包括：

静态模块，共享有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点结构有N个输入/输出端口，每个端口内有空分复用/解复用器对纤芯进行复用/解复用，每个端口内有C根纤芯，每根纤芯中有1种模式传输业务，该全光节点配置频谱选择开关对频谱进行选择，该全光节点结构还配置共享型有限频谱转换器和光纤延迟线处理冲突业务，该全光节点结构中的控制模块控制业务交换和冲突解决，共享有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点结构有3种交换粒度，分别是：整光纤交换、整纤芯交换和频谱交换；

控制模块，当业务到达共享有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点时，根据业务请求的输入信息，确定业务交换的目的端口、交换粒度、纤芯模式和需要占用的频谱块，然后业务在该全光节点结构的交换单元进行交换，若业务因竞争相同频谱资源而导致冲突时，控制模块将业务切换至空域模块或时-频域模块解决冲突问题；

空域模块，若业务产生频谱资源竞争冲突，考虑该时隙内空域其他纤芯中是否有满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，若其他纤芯中存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，将满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块对应纤芯放入集合纤芯选择(Core Select,CS)中，计算CS中各纤芯的频谱利用率值，为冲突业务选择CS中频谱利用率值最小的纤芯进行切换；否则，进入时-频域冲突解决；

时-频域模块，若空域冲突解决失败，则考虑光纤延迟线中的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块。遍历所有缓存时隙，若时隙中存在空闲频谱块满足冲突业务频谱一致性约束，则根据首次命中原则，将业务切换至最小缓存时隙对应的空闲频谱块中进行传输；否则，判断节点中可用有限频谱转换器的数量，若节点中可用有限频谱转换器数量等于零，阻塞该业务；否则，将有限频谱转换范围内能够容纳冲突业务的空闲频谱块和时隙放入集合频谱选择(Spectrum Select,SS)和时隙选择(Time-slot Select,TS)中；若SS不为空，则根据首次命中原则，选择TS中最小的时隙缓存业务，并将SS中不属于该最小时隙的空闲频谱块删除，计算若将冲突业务放在更新后SS中不同空闲频谱块的频谱离散转换度值，确定频谱离散转换度值最小的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块；否则，阻塞该冲突业务。

进一步，所述静态模块，用于确定基于共享有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点的端口数量、模式数量、纤芯数量、交换粒度、配置有限频谱转换器和光纤延迟线的方式、器件连接方式、业务到达该全光分层节点结构时的调度方式。

进一步，所述确定模块，用于根据请求业务的输入信息，确定业务的输出端口、光纤模式和占用频谱，在配置有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点结构中进行交换；若目的端口上业务需要占用的纤芯频谱空闲，则成功交换；否则，判定该业务产生频谱资源竞争冲突，需要冲突解决算法调度该冲突业务。

进一步，所述空域模块，用于若业务在全光节点交换时产生频谱资源竞争冲突，则首先考虑在空域解决业务冲突调度问题；遍历该时隙内所有的纤芯和频谱，若纤芯中存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，则将满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块所在纤芯放入集合纤芯选择(Core Select,CS)中，作为候选切换纤芯；否则，进入时-频域模块进行冲突解决；若CS中只有一根纤芯，表示只有一根纤芯的空闲频谱块满足冲突业务频谱一致性约束，则将冲突业务切换至该纤芯传输；否则，依次计算CS中各纤芯的频谱利用率值，选择CS中频谱利用率值最小的纤芯作为冲突业务的切换线芯。

纤芯频谱利用率：

在该式中，i是纤芯序号，C是光纤中纤芯的数量，F是纤芯i中业务总频隙，Fⁱ _available是纤芯i中可用的频隙，F_r是业务r占用的频隙数目，

是纤芯i中空闲的频谱块，Fⁱ _all是纤芯i中所有的频谱块，Pⁱ _r是纤芯频谱利用率值。

进一步，所述时-频域模块，用于若其余纤芯中，不存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，即空域冲突解决失败，则使用光纤延迟线来缓存冲突业务；若光纤延迟线的时隙中存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，则在这些满足冲突业务频谱一致性约束的时隙中，根据首次命中原则，选择最少的缓存时隙缓存冲突业务；否则，判断节点中有限频谱转换器的数量是否大于零，若节点中有限频谱转换器数量等于零，则阻塞该冲突业务；否则，在有限频谱转换范围内左右滑动，将大于或等于冲突业务的空闲频谱块和空闲频谱块对应的时隙放入集合频谱选择(Spectrum Select,SS)和时隙选择(Time-slot Select,TS)中；若空闲频谱块集合SS不为空，根据首次命中原则，选择TS中缓存时隙最小的时隙缓存业务，并将SS中不属于该时隙的空闲频谱块删除，再依次计算若将冲突业务放在更新后SS中各空闲频谱块的频谱离散转换度值，选择频谱离散转换度值最小的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块；否则，阻塞该冲突业务；

频谱离散转换度：

在该式中，BL_r ^be1,free是业务r的起始频隙拟放置在be1时，该根光纤延迟线中空闲的频谱块数，BL_all ^free是该根光纤延迟线中未放置业务r时总共的空闲频谱块数，f_r ^be0是业务r转换前的起始频隙索引，而f_r ^be1是r转换后的起始频隙索引，I_r ^be1,Max和I_r ^be1,Min分别是业务r拟放入空闲频谱块后最大和最小的频隙索引，R_r ^be1为r转换至起始频隙为be1时的最小离散转换度；若SS中多个空闲频谱块对应的频谱离散度值都最小，则随机在这些频谱离散转换度值最小的空闲频谱块中选择一个空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法。业务在该全光节点中进行全光交换时，因竞争相同目的端口频谱资源而导致冲突问题。在空域综合考虑纤芯的空闲频谱占比、空闲频谱块占比及其不同纤芯的频谱利用率值，对冲突业务进行纤芯切换，降低业务的带宽阻塞率；对于空域无法解决的冲突业务，综合考虑光纤延迟线中频谱占用的最大频隙索引、光纤延迟线中空闲频谱块的占比、有限频谱转换器的数量以及有限频谱转换器的转换范围，设计资源衡量公式计算光纤延迟线中空闲频谱块的资源情况，并在此基础上提出一种基于最小频谱离散转换度的时-频域冲突解决算法，确定冲突业务的转换频谱，进一步优化业务的带宽阻塞率。本发明提供一种空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法，能够有效降低全光节点交换中业务的带宽阻塞率和缓存时延。本发明对支持大量数据业务在空分复用弹性光网络全光节点中高性能传输具有重要意义，同时，基于有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点结构结合冲突解决算法给运营商提供了一种少配置光器件也能实现高网络性能的效益思路。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为共享有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点结构图；

图2为基于纤芯频谱利用率的空域冲突解决过程图；

图3为基于最小频谱离散转换度的时-频域联合冲突解决过程图；

图4为基于空-时-频联合的空分复用弹性光网络全光节点冲突解决流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，为共享有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点结构图。该结构包括1个交换矩阵，N个输入/输出端口，每个端口内有1个空间复用/解复用器对纤芯进行复用/解复用，每个端口有C根纤芯，每根纤芯内有1种模式传输业务，在节点内还配置频谱选择开关对频谱进行选择。业务在该全光节点中交换有3中粒度，分别是整光纤交换、整纤芯交换和频谱交换。整光纤交换不经过空间复用/解复用器，直接对业务进行交换，交换的粒度是光纤(如图1中的红线)；整纤芯交换需要经过空间复用/解复用器，交换的粒度是纤芯(如图1中的黄线)；而频谱交换在输入/输出端均配置频谱选择开关对频谱进行选择(如图1中的蓝线)。另一方面，本结构还配置全光节点共享的有限频谱转换器和光纤延迟线模块对冲突业务进行解决。有限频谱转换器将冲突业务转换至其他空闲频谱块，有限频谱转换器的数量为NL，而光纤延迟线则将冲突业务缓存至后续时隙再进行调度，光纤延迟线缓存粒度从D依次递增至BD。共享有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点结构中的控制器模块控制业务交换和冲突解决。

如图2所示，为基于纤芯频谱利用率的空域冲突解决过程图。业务冲突的主要原因是业务争用相同输出端口的频谱资源。而多芯光纤的引入可以缓解这种因频谱一致性约束而导致的冲突问题，如图2所示，每个业务有三个参数，业务A的第一个参数1表示业务A需要在纤芯1上传输，第二个参数2和第三个参数2表示业务A的首尾频隙索引值均为2，由于纤芯1中频隙2已被占用，产生频谱竞争冲突问题，但是纤芯2和纤芯3的2频隙空闲，所以将业务A切换到纤芯2或纤芯3中。

纤芯传输数据时需要经过多个全光节点，若只是频繁在某些光纤中传输业务，整个网络中某些全光节点容易造成瘫痪；另一方面，考虑纤芯中频谱的集中度，设计了公式(1)。其中i是纤芯序号，C是光纤中纤芯的数量，F是纤芯i中业务总频隙，Fⁱ _available是纤芯i中可用的频隙，F_r是业务r占用的频隙数目，

是纤芯i中空闲的频谱块，Fⁱ _all是纤芯i中所有的频谱块，Pⁱ _r是纤芯频谱利用率值。计算满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块所在纤芯Pⁱ _r值，并根据公式(2)选择纤芯进行切换，其中P_Δ是最小的Pⁱ _r。该冲突解决方法首先确定满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱所在纤芯，如果只有一根纤芯满足切换要求，就直接切换至该纤芯；如果多根纤芯满足切换要求，则需用到公式(1)和公式(2)确定切换的纤芯。

由计算结果

可知，P_Δ的最小值在纤芯2中，所以该业务A切换至纤芯2。如果多根纤芯的Pⁱ _r相同，表明多根纤芯频谱使用量与空闲频谱块的数量是相似的，则随机选择一根纤芯。

如图3所示，为基于最小频谱离散转换度的时-频域联合冲突解决过程图。对于空域未能解决的冲突业务，本文提出基于最小频谱离散度转换的时-频冲突解决算法。在时域阶段，如图3中的业务B，2D时隙中[3,4]频隙空闲，可以将该业务缓存在2D时隙中的[3,4]频隙。对于业务C，所有时隙中的[6,7]频隙均被部分占用或全部占用，业务不能直接被缓存。所以本文设计基于频谱离散转换度的时-频域冲突解决算法，该算法采用首次命中原则选择时隙D对业务C进行缓存，再利用有限频谱转换器将冲突业务转换至空闲频隙位置。如图3所示，D时隙有多个空闲的连续频隙可承载业务C，如何选择合适的空闲频隙放置业务C却成为一个新的问题。

由于有限频谱转换器的转换度和数量都是有限的，冲突业务转换的范围需确定在有限频谱转换器的转换范围内，如公式(3)所示，其中RL是有限频谱转换器的转换范围，f_r ^be0是业务r的转换前的起始频隙索引，而f_r ^be1是r转换后的起始频隙索引，与之相似的是f_r ^en0、f_r ^en1分别是业务r的转换前和转换后的尾频隙索引。另一方面，由于有限频谱转换器数量有限，若使用有限频谱转换器对冲突业务进行频谱转换，必须确定有限频谱转换器的数量大于零，如公式(4)所示，其中NL是有限频谱转换器的数量，每使用一次有限频谱转换器，NL的值就会自动减一。

NL＞0 (4)

将式(3)和式(4)简化成式(5)，其中X_r ^RL,NL是一个布尔变量，式(5)表示只有在转换度数内和有足够的有限频谱转换器时，才能使用有限频谱转换器进行冲突解决，即当X_r ^RL,NL＝1时可进行后续的算法；否则，直接阻塞该业务。

本文在此基础上提出一个最小频谱离散转换度的冲突解决算法。该算法在考虑时隙中频谱离散程度和转换度数，设计了公式(6)。其中，BL_r ^be1,free是业务r的起始频隙拟放置在be1时，该根光纤延迟线中空闲的频谱块数，BL_all ^free是该根光纤延迟线中未放置业务r时总共的空闲频谱块数，I_r ^be1,Max和I_r ^be1,Min分别是业务r拟放入空闲频谱块后最大和最小的频隙索引，R_r ^be1为r转换到起始频隙为be1时的最小离散转换度。该公式分为前后两个部分，前面部分考虑整个频谱的离散度最小，后面部分考虑最小化频谱转换度数。两者结合，可以最小化频谱离散度和减少频谱转换的度数。当多个空闲频谱块都可以作为冲突业务的转换频谱块时，选择最小频谱离散转换度值对应的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块，如公式(7)，其中ΔR_r ^be1为最小频谱离散度与有限频谱转换器转换度数，SFB为合适(大于或等于冲突业务的空闲频谱块)的空闲频谱块(Suitable Free Block)。对于空域未解决的冲突业务，本算法首先遍历所有的缓存时隙，找到第一个满足该冲突业务频谱一致性约束的时隙，并将冲突业务放置在该时隙相应频隙上；其次，若未找到这样的时隙，则根据首次命中原则在光纤延迟线缓存粒度中寻找可以放置冲突业务的空闲频隙，最后根据式(4-7)确定冲突业务的转换频谱块。

在图3中，共享光纤延迟线的最大缓存时隙是3D，每根FDL中有9个频隙，假设此时RL＝3，NL＝2。对于业务B，2D时隙中[3,4]频隙空闲，可以将该业务缓存在2D时隙中的[3,4]频隙。对于业务C，所有时隙中的[6,7]频隙均被部分占用或全部占用，根据首命中原则选择第一个缓存时隙D，根据转换度数要求，此时有R_C ⁴、R_C ⁷、R_C ⁸三种情况(R_C ¹>RL，不满足转换条件)。当业务C转换到频隙[4,5]的空闲频谱块后，BL_C ^4,free＝2，BL_C ^free＝3，I_C ^4,Max＝6，I_C ^4,Min＝2，f_C ^be0＝6，f_C ^be1＝4，根据式(6)计算可得：

同理，当业务C转换到初始频隙为7和8时的计算结果分别为：

由计算可知R_C ⁴<R_C ⁷<R_C ⁸，所以业务C将转换至D时隙的[4,5]频隙上，基于频谱离散转换度的时-频冲突解决算法，可以有效降低光纤延迟线中已占用频谱的离散度，为后续业务提供更多连续空闲频谱。

下面将结合图4详细说明本方法的执行过程：

步骤1：初始化到达业务，确定交换业务的交换粒度、交换纤芯、占用频谱、输入端口以及去往的输出端口，确定节点中有限频谱转换器的频谱转换范围和剩余数量等，转步骤2；

步骤2：若业务在该全光节点的输出端口因争用频谱而导致交换失败，则业务存在频谱竞争冲突问题，转步骤3；否则，业务成功交换；

步骤3：判断其他纤芯上是否有频谱满足冲突业务频谱一致性约束的纤芯，若只有一根纤芯满足，直接将冲突业务切换至该纤芯；若多根纤芯中空闲频谱块均满足冲突业务频谱一致性约束，将满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块对应纤芯放入集合CS中，计算CS中各纤芯的频谱利用率值，为冲突业务选择CS中频谱利用率值最小的纤芯进行切换，转步骤6；否则，则转步骤4；

步骤4：若光纤延迟线的时隙存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，将业务切换至最小缓存时隙对应的空闲频谱块中进行传输；否则，判断节点中有限频谱转换数量是否大于零，若节点中有限频谱转换器数量等于零，阻塞该冲突业务，转步骤6；否则，将有限频谱转换范围内能够容纳冲突业务的空闲频谱块和时隙放入集合SS和TS中；

步骤5：若SS不为空，则根据首次命中原则，选择TS中最小的时隙缓存业务，并将SS中不属于该最小时隙的空闲频谱块删除，计算若将冲突业务放在更新后SS中不同空闲频谱块的频谱离散转换度值，确定频谱离散转换度值最小的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块，有限频谱转换器的数量减一，转步骤6；否则，阻塞该冲突业务，转步骤6；

步骤6：算法结束，输出成功传输业务的纤芯、频谱、缓存时隙、有限频谱转换器的剩余数量和失败传输业务的带宽。

一种空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法，其特征在于：该方法包括：

静态模块，共享有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点结构有N个输入/输出端口，每个端口内有空分复用/解复用器对纤芯进行复用/解复用，每个端口内有C根纤芯，每根纤芯中有1种模式传输业务，该全光节点配置频谱选择开关对频谱进行选择，该全光节点结构还配置共享型有限频谱转换器和光纤延迟线处理冲突业务，该全光节点结构中的控制模块控制业务交换和冲突解决，共享有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点结构有3种交换粒度，分别是：整光纤交换、整纤芯交换和频谱交换；

控制模块，当业务到达共享有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点时，根据业务请求的输入信息，确定业务交换的目的端口、交换粒度、纤芯模式和需要占用的频谱块，然后业务在该全光节点结构的交换单元进行交换，若业务因竞争相同频谱资源而导致冲突时，控制模块将业务切换至空域模块或时-频域模块解决冲突问题；

空域模块，若业务产生频谱资源竞争冲突，考虑该时隙内空域其他纤芯中是否有满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，若其他纤芯中存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，将满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块对应纤芯放入集合纤芯选择(Core Select,CS)中，计算CS中各纤芯的频谱利用率值，为冲突业务选择CS中频谱利用率值最小的纤芯进行切换；否则，进入时-频域冲突解决；

时-频域模块，若空域冲突解决失败，则考虑光纤延迟线中的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块。遍历所有缓存时隙，若时隙中存在空闲频谱块满足冲突业务频谱一致性约束，则根据首次命中原则，将业务切换至最小缓存时隙对应的空闲频谱块中进行传输；否则，判断节点中可用有限频谱转换器的数量，若节点中可用有限频谱转换器数量等于零，阻塞该业务；否则，将有限频谱转换范围内能够容纳冲突业务的空闲频谱块和时隙放入集合频谱选择(Spectrum Select,SS)和时隙选择(Time-slot Select,TS)中；若SS不为空，则根据首次命中原则，选择TS中最小的时隙缓存业务，并将SS中不属于该最小时隙的空闲频谱块删除，计算若将冲突业务放在更新后SS中不同空闲频谱块的频谱离散转换度值，确定频谱离散转换度值最小的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块；否则，阻塞该冲突业务。

所述静态模块，用于确定基于共享有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点的端口数量、模式数量、纤芯数量、交换粒度、配置有限频谱转换器和光纤延迟线的方式、器件连接方式、业务到达该全光分层节点结构时的调度方式。

所述确定模块，用于根据请求业务的输入信息，确定业务的输出端口、光纤模式和占用频谱，在配置有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点结构中进行交换；若目的端口上业务需要占用的纤芯频谱空闲，则成功交换；否则，判定该业务产生频谱资源竞争冲突，需要冲突解决算法调度该冲突业务。

所述空域模块，用于若业务在全光节点交换时产生频谱资源竞争冲突，则首先考虑在空域解决业务冲突调度问题；遍历该时隙内所有的纤芯和频谱，若纤芯中存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，则将满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块所在纤芯放入集合纤芯选择(Core Select,CS)中，作为候选切换纤芯；否则，进入时-频域模块进行冲突解决；若CS中只有一根纤芯，表示只有一根纤芯的空闲频谱块满足冲突业务频谱一致性约束，则将冲突业务切换至该纤芯传输；否则，依次计算CS中各纤芯的频谱利用率值，选择CS中频谱利用率值最小的纤芯作为冲突业务的切换线芯。

纤芯频谱利用率：

在该式中，i是纤芯序号，C是光纤中纤芯的数量，F是纤芯i中业务总频隙，Fⁱ _available是纤芯i中可用的频隙，F_r是业务r占用的频隙数目，

是纤芯i中空闲的频谱块，Fⁱ _all是纤芯i中所有的频谱块，Pⁱ _r是纤芯频谱利用率值。

所述时-频域模块，用于若其余纤芯中，不存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，即空域冲突解决失败，则使用光纤延迟线来缓存冲突业务；若光纤延迟线的时隙中存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，则在这些满足冲突业务频谱一致性约束的时隙中，根据首次命中原则，选择最少的缓存时隙缓存冲突业务；否则，判断节点中有限频谱转换器的数量是否大于零，若节点中有限频谱转换器数量等于零，则阻塞该冲突业务；否则，在有限频谱转换范围内左右滑动，将大于或等于冲突业务的空闲频谱块和空闲频谱块对应的时隙放入集合频谱选择(Spectrum Select,SS)和时隙选择(Time-slotSelect,TS)中；若空闲频谱块集合SS不为空，根据首次命中原则，选择TS中缓存时隙最小的时隙缓存业务，并将SS中不属于该时隙的空闲频谱块删除，再依次计算若将冲突业务放在更新后SS中各空闲频谱块的频谱离散转换度值，选择频谱离散转换度值最小的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块；否则，阻塞该冲突业务；

频谱离散转换度：

在该式中，BL_r ^be1,free是业务r的起始频隙拟放置在be1时，该根光纤延迟线中空闲的频谱块数，BL_all ^free是该根光纤延迟线中未放置业务r时总共的空闲频谱块数，f_r ^be0是业务r转换前的起始频隙索引，而f_r ^be1是r转换后的起始频隙索引，I_r ^be1,Max和I_r ^be1,Min分别是业务r拟放入空闲频谱块后最大和最小的频隙索引，R_r ^be1为r转换至起始频隙为be1时的最小离散转换度；若SS中多个空闲频谱块对应的频谱离散度值都最小，则随机在这些频谱离散转换度值最小的空闲频谱块中选择一个空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：在空分复用弹性光网络全光节点上配置共享的有限频谱转换器和光纤延迟线，在当前调度时隙内，根据请求业务的输入信息，确定业务的输出端口、纤芯模式、交换粒度和占用频谱块，并在该全光节点上进行交换；

S2：若业务在该全光节点的输出端口因争用频谱而导致交换失败，则考虑该时隙内空域其他纤芯中是否有满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，若其他纤芯中存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，将满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块对应纤芯放入集合纤芯选择(Core Select,CS)中，计算CS中各纤芯的频谱利用率值，为冲突业务选择CS中频谱利用率值最小的纤芯进行切换；否则，转S3；

S3：若空域冲突解决失败，则考虑光纤延迟线中的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块。遍历所有缓存时隙，若时隙中存在空闲频谱块满足冲突业务频谱一致性约束，则根据首次命中原则，将业务切换至最小缓存时隙对应的空闲频谱块中进行传输；否则，判断节点可用有限频谱转换器的数量，若节点的可用有限频谱转换器数量等于零，阻塞该业务；否则，将有限频谱转换范围内能够容纳冲突业务的空闲频谱块和时隙放入集合频谱选择(Spectrum Select,SS)和时隙选择(Time-slot Select,TS)中；

S4：若SS不为空，则根据首次命中原则，选择TS中最小的时隙缓存业务，并将SS中不属于该最小时隙的空闲频谱块删除，计算若将冲突业务放在更新后SS中不同空闲频谱块的频谱离散转换度值，确定频谱离散转换度值最小的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块；否则，阻塞该冲突业务。

2.如权利要求1所述的一种空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法，其特征在于：所述S1具体方法为：

S101：根据业务请求的输入信息，确定业务交换的目的端口、交换粒度、纤芯模式和需要占用的频谱块，在配置有限频谱转换器和光纤延迟线的全光节点结构中进行交换；

S102：若目的端口上业务需要占用的纤芯频谱块空闲，则成功交换；否则，判定该业务产生频谱资源竞争冲突，需要冲突解决算法调度该冲突问题。

3.如权利要求2所述的一种空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法，其特征在于：所述S2具体方法为：

S201：若业务在全光节点交换时产生频谱资源竞争冲突，则首先考虑在空域解决业务冲突调度问题；

S202：遍历该时隙内所有的纤芯和频谱，若纤芯中存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，则将满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块所在纤芯放入集合纤芯选择(Core Select,CS)中，作为候选切换纤芯；否则，转S3；

S203：若CS中只有一根纤芯，表示只有一根纤芯的空闲频谱块满足冲突业务频谱一致性约束，则将冲突业务切换至该纤芯传输；否则，依次计算CS中各纤芯的频谱利用率值，选择CS中频谱利用率值最小的纤芯作为冲突业务的切换线芯。

纤芯频谱利用率：

在该式中，i是纤芯序号，C是光纤中纤芯的数量，F是纤芯i中业务总频隙，Fⁱ _available是纤芯i中可用的频隙，F_r是业务r占用的频隙数目，Blⁱ _free是纤芯i中空闲的频谱块，Fⁱ _all是纤芯i中所有的频谱块，Pⁱ _r是纤芯频谱利用率值。

4.如权利要求3所述的一种空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法，其特征在于：所述S3具体方法为：

S301：若其余纤芯中，不存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，即空域冲突解决失败，则使用光纤延迟线来缓存冲突业务；

S302：若光纤延迟线的时隙中存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，则在这些满足冲突业务频谱一致性约束的时隙中，根据首次命中原则，选择最少的缓存时隙缓存冲突业务；否则，转S303；

S303：若光纤延迟线的时隙中不存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，则判断节点中有限频谱转换器的数量是否大于零，若有限频谱转换器数量大于零，则在有限频谱转换范围内左右滑动，将大于或等于冲突业务的空闲频谱块和空闲频谱块对应的时隙放入集合频谱选择(Spectrum Select,SS)和时隙选择(Time-slot Select,TS)中，转S4；若节点中有限频谱转换器数量等于零，则阻塞该冲突业务。

5.如权利要求4所述的一种空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法，其特征在于：所述S4具体方法为：

S401：若空闲频谱块集合SS不为空，根据首次命中原则，选择TS中缓存时隙最小的时隙缓存业务，并将SS中不属于该时隙的空闲频谱块删除，再依次计算若将冲突业务放在更新后SS中各空闲频谱块的频谱离散转换度值，选择频谱离散转换度值最小的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块；否则，阻塞该冲突业务；

频谱离散转换度：

在该式中，BL_r ^be1,free是业务r的起始频隙拟放置在be1时，该根光纤延迟线中空闲的频谱块数，BL_all ^free是该根光纤延迟线中未放置业务r时总共的空闲频谱块数，f_r ^be0是业务r转换前的起始频隙索引，而f_r ^be1是r转换后的起始频隙索引，I_r ^be1,Max和I_r ^be1,Min分别是业务r拟放入空闲频谱块后最大和最小的频隙索引，R_r ^be1为r转换至起始频隙为be1时的最小离散转换度；

S402：若SS中多个空闲频谱块对应的频谱离散度值都最小，则随机在这些频谱离散转换度值最小的空闲频谱块中选择一个空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块。

6.一种空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法，其特征在于：该方法包括：

静态模块，共享有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点结构有N个输入/输出端口，每个端口内有空分复用/解复用器对纤芯进行复用/解复用，每个端口内有C根纤芯，每根纤芯中有1种模式传输业务，该全光节点配置频谱选择开关对频谱进行选择，该全光节点结构还配置共享型有限频谱转换器和光纤延迟线处理冲突业务，该全光节点结构中的控制模块控制业务交换和冲突解决，共享有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点结构有3种交换粒度，分别是：整光纤交换、整纤芯交换和频谱交换；

控制模块，当业务到达共享有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点时，根据业务请求的输入信息，确定业务交换的目的端口、交换粒度、纤芯模式和需要占用的频谱块，然后业务在该全光节点结构的交换单元进行交换，若业务因竞争相同频谱资源而导致冲突时，控制模块将业务切换至空域模块或时-频域模块解决冲突问题；

空域模块，若业务产生频谱资源竞争冲突，考虑该时隙内空域其他纤芯中是否有满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，若其他纤芯中存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，将满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块对应纤芯放入集合纤芯选择(Core Select,CS)中，计算CS中各纤芯的频谱利用率值，为冲突业务选择CS中频谱利用率值最小的纤芯进行切换；否则，进入时-频域冲突解决；

时-频域模块，若空域冲突解决失败，则考虑光纤延迟线中的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块。遍历所有缓存时隙，若时隙中存在空闲频谱块满足冲突业务频谱一致性约束，则根据首次命中原则，将业务切换至最小缓存时隙对应的空闲频谱块中进行传输；否则，判断节点中可用有限频谱转换器的数量，若节点中可用有限频谱转换器数量等于零，阻塞该业务；否则，将有限频谱转换范围内能够容纳冲突业务的空闲频谱块和时隙放入集合频谱选择(Spectrum Select,SS)和时隙选择(Time-slot Select,TS)中；若SS不为空，则根据首次命中原则，选择TS中最小的时隙缓存业务，并将SS中不属于该最小时隙的空闲频谱块删除，计算若将冲突业务放在更新后SS中不同空闲频谱块的频谱离散转换度值，确定频谱离散转换度值最小的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块；否则，阻塞该冲突业务。

7.如权利要求1所述的一种空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法，其特征在于：所述静态模块，用于确定基于共享有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点的端口数量、模式数量、纤芯数量、交换粒度、配置有限频谱转换器和光纤延迟线的方式、器件连接方式、业务到达该全光分层节点结构时的调度方式。

8.如权利要求2所述的一种空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法，其特征在于：所述控制模块，用于根据请求业务的输入信息，确定业务的输出端口、光纤模式和占用频谱，在配置有限频谱转换器和光纤延迟线的空分复用弹性光网络全光节点结构中进行交换；若目的端口上业务需要占用的纤芯频谱空闲，则成功交换；否则，判定该业务产生频谱资源竞争冲突，需要冲突解决算法调度该冲突业务。

9.如权利要求3所述的一种空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法，其特征在于：所述空域模块，用于若业务在全光节点交换时产生频谱资源竞争冲突，则首先考虑在空域解决业务冲突调度问题；遍历该时隙内所有的纤芯和频谱，若纤芯中存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，则将满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块所在纤芯放入集合纤芯选择(Core Select,CS)中，作为候选切换纤芯；否则，进入时-频域模块进行冲突解决；若CS中只有一根纤芯，表示只有一根纤芯的空闲频谱块满足冲突业务频谱一致性约束，则将冲突业务切换至该纤芯传输；否则，依次计算CS中各纤芯的频谱利用率值，选择CS中频谱利用率值最小的纤芯作为冲突业务的切换线芯。

纤芯频谱利用率：

在该式中，i是纤芯序号，C是光纤中纤芯的数量，F是纤芯i中业务总频隙，Fⁱ _available是纤芯i中可用的频隙，F_r是业务r占用的频隙数目，Blⁱ _free是纤芯i中空闲的频谱块，Fⁱ _all是纤芯i中所有的频谱块，Pⁱ _r是纤芯频谱利用率值。

10.如权利要求4所述的一种空分复用弹性光网络全光节点的冲突解决方法，其特征在于：所述时-频域模块，用于若其余纤芯中，不存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，即空域冲突解决失败，则使用光纤延迟线来缓存冲突业务；若光纤延迟线的时隙中存在满足冲突业务频谱一致性约束的空闲频谱块，则在这些满足冲突业务频谱一致性约束的时隙中，根据首次命中原则，选择最少的缓存时隙缓存冲突业务；否则，判断节点中有限频谱转换器的数量是否大于零，若节点中有限频谱转换器数量等于零，则阻塞该冲突业务；否则，在有限频谱转换范围内左右滑动，将大于或等于冲突业务的空闲频谱块和空闲频谱块对应的时隙放入集合频谱选择(Spectrum Select,SS)和时隙选择(Time-slot Select,TS)中；若空闲频谱块集合SS不为空，根据首次命中原则，选择TS中缓存时隙最小的时隙缓存业务，并将SS中不属于该时隙的空闲频谱块删除，再依次计算若将冲突业务放在更新后SS中各空闲频谱块的频谱离散转换度值，选择频谱离散转换度值最小的空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块；否则，阻塞该冲突业务；

频谱离散转换度：

在该式中，BL_r ^be1,free是业务r的起始频隙拟放置在be1时，该根光纤延迟线中空闲的频谱块数，BL_all ^free是该根光纤延迟线中未放置业务r时总共的空闲频谱块数，f_r ^be0是业务r转换前的起始频隙索引，而f_r ^be1是r转换后的起始频隙索引，I_r ^be1,Max和I_r ^be1,Min分别是业务r拟放入空闲频谱块后最大和最小的频隙索引，R_r ^be1为r转换至起始频隙为be1时的最小离散转换度；若SS中多个空闲频谱块对应的频谱离散度值都最小，则随机在这些频谱离散转换度值最小的空闲频谱块中选择一个空闲频谱块作为冲突业务的转换频谱块。

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