CN111865800B - 一种适用于弹性光网络的路由频谱分配方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于弹性光网络的路由频谱分配方法与装置，其中方法包括：当接收到业务的路由频谱分配请求后，获取业务参数；根据业务参数，利用光层负载均衡算法计算影响因子最小的n条路径；遍历n条路径，对于第i条路径，基于业务参数利用最大路径频谱孤立度算法为路由分配可用频谱；根据第i条路径的路由频谱分配结果计算该路径对应的全网频谱可用度，并存储与对应路由频谱分配结果的映射关系；从n条路径中选择全网频谱可用度最高的一条路径作为最优路径，并返回对应路由频谱分配结果。本发明综合考虑了路由分配和频谱分配对网络资源的影响，减少频谱碎片、降低阻塞率、提高频谱资源利用率，有效提高资源利用率。

Description

一种适用于弹性光网络的路由频谱分配方法与装置

技术领域

本发明属于灵活频谱光网络技术领域，更具体地，涉及一种适用于弹性光网络的路由频谱分配方法与装置。

背景技术

随着各种带宽业务如云计算、物联网等新兴事物的普及发展，互联网数据流量呈现爆炸式的增长，对现有的光通信网提出了新的挑战。传统的波分复用网络(WavelengthDivision Multiplexing，简写为WDM)因其粗糙的带宽粒度和僵化的固定波长分配模式，导致了带宽资源利用率低和网络灵活性差的问题；因此，大容量、高灵活性和可扩展性已经成为未来通信网的主要发展方向。弹性光网络通过提供细粒度的频谱划分，有效提高了带宽利用率和带宽分配的灵活性，但同时更灵活的资源分配方式也使得频谱资源的分配管理更加困难。

灵活频谱光网络(即弹性光网络)在获得高效的频谱效率和灵活性的同时，给上层的控制管理也带来了许多新的需求，例如自适应频谱分配方案、多业务自适应速率方案等等。其中，路由和频谱分配(Routing and Spectrum Allocation，简写为RSA)问题，即以自适应业务带宽需求方式建立一条端到端的光路径并为其分配合适的通信参数，是网络管理控制的核心问题。

在进行路由和频谱分配时，路由选择和频谱选择对网络资源状态都有很大影响。现有技术主要是利用路由分配算法和频谱分配算法分别对业务的路由和频谱进行优化，而没有综合考虑路由和频谱对网络的影响，很难使业务的路由频谱分配结果达到最优，容易造成弹性光网络中局部链路拥塞、频谱碎片多、频谱资源利用率低等一系列问题。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于弹性光网络的路由频谱分配方法与装置，其目的在于综合考虑路由和频谱对网络进行优化，提高弹性光网络中的资源利用率，使网络能够容纳带宽需求更高的业务，由此解决弹性光网络中局部链路拥塞、频谱碎片多、频谱资源利用率低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，包括：

当接收到业务的路由频谱分配请求后，获取当前业务的业务参数；

根据获取到的业务参数，利用光层负载均衡算法计算出影响因子最小的n条路径；

遍历所述n条路径，对于其中第i条路径，基于获取到的业务参数利用最大路径频谱孤立度算法为路由分配可用频谱；其中，i＝1,2,3,...,n-1,n；

根据第i条路径的路由频谱分配结果计算该路径对应的全网频谱可用度，并存储该全网频谱可用度与对应路由频谱分配结果的映射关系；

从所述n条路径中选择全网频谱可用度最高的一条路径作为最优路径，并根据映射关系返回所述最优路径对应的路由频谱分配结果。

优选地，所述业务参数包括源宿节点、业务速率、频谱宽度以及路由最大计算次数中的一项或多项。

优选地，所述根据获取到的业务参数，利用光层负载均衡算法计算出影响因子最小的n条路径，具体为：

遍历全网各已建业务的路由，计算并存储每条已建路由P_j的瓶颈链路；

根据当前业务的源宿节点，基于KSP算法依次计算出从源节点到宿节点的第k条路径p*，并依次将路径p*作为当前待选路由；

计算当前待选路由p*与每条已建路由P_j的链路交集C_j，并根据瓶颈链路存储结果统计每个链路交集C_j上包含的瓶颈链路总数N_j；

计算每条已建路由P_j上的可用波道数W_j，进而根据每个可用波道数W_j和每个瓶颈链路总数N_j计算当前待选路由p*对全网的影响因子并存储；

根据影响因子存储结果选择出影响因子最小的n条路径作为返回结果。

优选地，当基于KSP算法计算出第k条路径p*之后，如果路径p*不为空，且路由计算次数k小于所述路由最大计算次数，则将路径p*作为当前待选路由，并继续计算当前待选路由p*与每条已建路由P_j的链路交集C_j。

优选地，当前待选路由p*对全网的影响因子I(p*)的计算公式为：

优选地，对于所述n条路径中的任一路径P，所述基于获取到的业务参数利用最大路径频谱孤立度算法为路由分配可用频谱，具体包括：

根据当前业务的频谱宽度，请求为路径P分配m个连续的频谱颗粒；

根据频谱颗粒分配请求，计算路径P上满足条件的空闲频谱块的集合；

遍历路径P上的每个空闲频谱块，计算并存储路径P在每个空闲频谱块上的频谱孤立度；

根据存储结果选择频谱孤立度最大的空闲频谱块作为路径P的频谱。

优选地，对于任一空闲频谱块，路径P在该空闲频谱块上的频谱孤立度等于，路径P经过的每条链路在该空闲频谱块上的频谱孤立度之和；

对于路径P经过的任一链路L，链路L在该空闲频谱块上的频谱孤立度R＝r/|Q|；其中，Q表示链路L的相邻链路的集合，|Q|表示该集合中的链路个数，r表示该空闲频谱块被链路L的相邻链路占用的总次数。

优选地，对于所述n条路径中的任一路径P，全网频谱可用度A为路径P经过的每条链路的频谱可用度G之和；

对于路径P经过的任一链路L，链路L的频谱可用度G等于链路L上以及链路L的每个相邻链路上的可用频谱颗粒之积。

优选地，在所述获取与当前业务对应的各业务参数之后，所述方法还包括：判断业务参数是否正确，如果业务参数正确，则利用光层负载均衡算法计算出影响因子最小的n条路径；如果业务参数不正确，则结束计算。

按照本发明的另一方面，提供了一种适用于弹性光网络的路由频谱分配装置，包括至少一个处理器和存储器，所述至少一个处理器和存储器之间通过数据总线连接，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令在被所述处理器执行后，用于完成权利要求1-9任一所述的适用于弹性光网络的路由频谱分配方法。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：利用负载均衡算法计算对网络资源状态影响最小的多条路径，利用最大路径频谱孤立度算法为路由分配可用频谱，利用频谱可用度来评价网络中频谱优化状态，综合考虑了路由分配和频谱分配对网络资源的影响，从链路拥塞、频谱孤立度、频谱占用率等多个维度对弹性光网络进行优化，选择综合优化因子最佳的路径作为最终优化结果，实现了最优路径的选取，减少频谱碎片、降低阻塞率、提高频谱资源利用率，有效提高了弹性光网络中的资源利用率，使网络能够容纳带宽需求更高的业务。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种适用于弹性光网络的路由频谱分配方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种基于光层负载均衡算法的路由优化流程图；

图3是本发明实施例提供的一种基于最大路径频谱孤立度算法的频谱分配流程图；

图4是本发明实施例提供的一种应用场景下光网络链路的拓扑示意图；

图5是本发明实施例提供的一种应用场景下链路频谱资源占用示意图；

图6是本发明实施例提供的一种适用于弹性光网络的路由频谱分配装置架构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

为了提高弹性光网络中的资源利用率，使网络能够容纳带宽需求更高的业务，本发明实施例提供了一种适用于弹性光网络的路由频谱分配方法，如图1所示，主要包括以下步骤：

步骤101，当接收到业务的路由频谱分配请求后，获取当前业务的业务参数。

对于任一业务，所述业务参数均是预先设置好的，通常包括业务的源宿节点、业务速率、频谱宽度以及路由最大计算次数中的一项或多项；当接收到任一业务的RSA路由频谱分配请求后，对应的处理器或服务器即可获取当前业务对应的业务参数。进一步地，在获取业务参数时，还需判断业务参数是否符合逻辑，或者说业务参数是否正确；如果业务参数正确，则跳转至步骤102继续进行计算，即利用光层负载均衡算法计算出影响因子最小的n条路径；如果业务参数不正确，则直接结束计算，如图1所示。例如，获取业务参数时如果发现业务源宿节点不存在，即找不到对应的端口，就无法继续进行计算，此时直接结束计算。

步骤102，根据获取到的业务参数，利用光层负载均衡算法计算出影响因子最小的n条路径。

利用光层负载均衡算法(也可称为链路频谱资源负载均衡算法)从光网络链路拓扑中计算出影响因子最小的n条路径，也就是计算出对网络资源状态影响最小的n条路径，可以避免局部链路上发生频谱资源占用过多而导致的拥塞问题，使网络光层资源尽可能保持负载均衡的状态。其中，具体的光层负载均衡算法过程将在实施例2中展开介绍，在此不做赘述。

计算完成后，需判断路径计算是否成功，若路径计算成功，则跳转至步骤103继续计算；若路径计算失败，则直接结束计算，如图1所示。其中，当网络业务量比较大时，就会存在算不出路径的可能，即计算后发现没有可用资源，找不到从源节点到宿节点可走的路，则视为路径计算失败；如果可以计算出路径，即计算后发现有可用资源，则视为路径计算成功。

步骤103，遍历所述n条路径，对于其中第i条路径，基于获取到的业务参数利用最大路径频谱孤立度算法为路由分配可用频谱；其中，i＝1,2,3,...,n-1,n。

遍历路径时定义一个变量i，表示所述n条路径中的第i条路径，并将i初始化为1；每遍历完一条路径(即对该路径执行完步骤103和步骤104)后将i加1(即i＝i+1)，直至遍历完所有的n条路径，再继续执行步骤105。具体可参考图1，当i≤n时，跳转至步骤103，即根据设定的需要分配的频谱宽度，对第i条路径利用最大路径频谱孤立度算法为路由分配可用频谱。若频谱分配成功，则跳转至104步骤；若频谱分配不成功，则将i加1并重复步骤103，继续计算下一条最小影响路径的可用频谱。当i＞n时，说明所有的n条路径已经遍历完成，则直接跳转至步骤105。

这里利用最大路径频谱孤立度算法为路由分配可用频谱，考虑了路径上每条链路与相邻链路上频谱的重合度，在优化路径上尽量选择与相邻链路重合度低的频谱，即优先使用孤立度高的频谱资源，从而提高剩余频谱的连续度，有效避免频谱碎片的产生。其中，具体的最大路径频谱孤立度算法过程将在实施例3中展开介绍，在此不做赘述。

步骤104，根据第i条路径的路由频谱分配结果计算该路径对应的全网频谱可用度，并存储该全网频谱可用度与对应路由频谱分配结果的映射关系。

本发明为了评价网络中频谱的可用情况而定义了频谱可用度，包括路径对应的全网频谱可用度A以及链路的频谱可用度G。对于所述n条路径中的任一第i条路径P，其全网频谱可用度A为路径P经过的每条链路的频谱可用度G之和。而对于路径P经过的任一链路L，链路L的频谱可用度G等于链路L上以及链路L的每个相邻链路上的可用频谱颗粒之积。具体如下：

网络中每条链路L_j上的可用频谱颗粒用向量S_j表示，向量S_j中的每一个分量代表一个频谱颗粒的占用情况，若为1表示频谱空闲，若为0则表示频谱被占用。假设网络中链路L₁的相邻链路为L₂、L₃、L₄，则链路L₁的频谱可用度G₁表示为：

G₁＝S₁·S₂·S₃·S₄；

链路的频谱可用度G综合描述了相邻链路之间的频谱连续性和频谱占用率，G的值越大，代表相邻链路的频谱一致性越高、频谱占用率越低。其中，任一链路L的相邻链路可能有一条或多条，并不限定为上述实施例中的三条，具体可根据拓扑图来确定，在此不做赘述。

定义链路的频谱可用度G之后，对于任一路径P，定义其全网频谱可用度A为路径P在网络中经过的所有链路的频谱可用度之和，即：

A＝∑G_j。

计算第i条路径的全网频谱可用度完成后，若n条路径还没有遍历完，则将i加1，跳转至步骤103继续遍历路径进行频谱分配；若n条路径已遍历完成，则跳转至步骤105。

步骤105，从所述n条路径中选择全网频谱可用度最高的一条路径作为最优路径。

步骤106，根据映射关系返回所述最优路径对应的路由频谱分配结果。

根据前面步骤104计算的所述n条路径对应的网络频谱可用度，选择其中频谱可用度最高的路径作为最优路径。此处利用网络频谱可用度A来评价网络中业务频谱占用状态，选择出全网频谱可用度最高的一条路径作为最佳的路由频谱分配结果，可综合考虑频谱一致性、频谱占用率，有利于减少网络频谱碎片，可降低因频谱不一致而导致中继增加的概率，进一步提高了网络资源的利用率。

综上所述，本发明提供的路由频谱分配方法主要有以下有益效果：

利用链路频谱资源负载均衡算法计算对网络资源状态影响最小的多条路径，从而避免局部链路上发生频谱资源拥塞的问题；利用最大路径频谱孤立度算法为路由分配可用频谱，考虑了路径上每条链路与相邻链路上频谱的重合度，在优化路径上尽量选择与相邻链路重合度低的频谱，从而使路径上孤立度高的频谱优先使用，有效避免频谱碎片的产生；通过计算网络频谱可用度来评价网络中频谱优化状态，从而选择最佳的路由频谱分配结果。总体来看，本发明综合考虑路由分配和频谱分配对网络资源的影响，从链路拥塞、频谱孤立度、频谱一致性、频谱占用率等多个维度对网络进行优化，选择综合优化因子最佳的路径作为最终的优化结果，实现了最优路径的选取，减少频谱碎片、降低阻塞率，提高了频谱资源的利用率。

实施例2

在上述实施例1提供的一种适用于弹性光网络的路由频谱分配方法的基础上，本发明实施例进一步对步骤102中所述的光层负载均衡算法展开介绍。如图2所示，所述根据获取到的业务参数，利用光层负载均衡算法计算出影响因子最小的n条路径(即步骤102)，具体包括以下步骤：

步骤201，遍历全网各已建业务的路由，计算并存储每条已建路由P_j的瓶颈链路。

前面已经提到，全网所有已建业务的路由有很多条，为从链路拓扑中选出影响因子最小的n条路径，此处先针对每一条已建路由分别计算对应的瓶颈链路，即频谱占用率最高的链路，并存储所有的瓶颈链路，以备后续使用。其中，P_j可表示任意一条已建路由。

步骤202，根据当前业务的源宿节点，基于KSP算法依次计算出从源节点到宿节点的第k条路径p*，并依次将路径p*作为当前待选路由。

对于任一业务来说，源宿节点之间的路径一般越短越好，因此这里可根据当前业务的源宿节点，采用K条最短路径算法(K-Shortest Pathes，简写为KSP)从全网所有已建路由中计算出K条最短路径。具体将k依次取值为1,2,3,...,K-1,K，从而依次计算出第1条路径(即最短路径)、第2条路径(即次短路径)、...、第K条路径(即第K短路径)。

其中，当基于KSP算法计算出第k条路径p*之后，如果路径p*不为空，且路由计算次数k小于已设置的所述路由最大计算次数max，则将路径p*作为当前待选路由，跳转至步骤203，即计算当前待选路由p*与每条已建路由P_j的链路交集C_j，并根据瓶颈链路存储结果统计每个链路交集C_j上包含的瓶颈链路总数N_j；否则跳转至步骤205，如图2所示。

步骤203，计算当前待选路由p*与每条已建路由P_j的链路交集C_j，并根据瓶颈链路存储结果统计每个链路交集C_j上包含的瓶颈链路总数N_j。计算完成后跳转至步骤204。

步骤204，计算每条已建路由P_j上的可用波道数W_j，计算完成后跳转至步骤205。其中，可用波道数W_j的获取方法如下：找出已建路由P_j经过的每条链路上的可用频谱颗粒(即空闲频谱)，然后将每条链路上的可用频谱颗粒取交集，该交集中包含的频谱数量即为已建路由P_j上的可用波道数W_j。

步骤205，根据每个可用波道数W_j和每个瓶颈链路总数N_j计算当前待选路由p*对全网的影响因子并存储。

其中，任一当前待选路由p*对全网的影响因子I(p*)的计算公式为：

计算完成之后跳转至步骤202，继续基于KSP算法计算下一条路径作为当前待选路由，并重复执行步骤203和步骤204，直至当前待选路由p*为空，或者路由计算次数k大于等于所述路由最大计算次数max，跳转至步骤206。

步骤206，根据影响因子存储结果选择出影响因子最小的n条路径作为返回结果。其中，n≤K。至此已经从所有已建路由中选择出对网络资源状态影响最小的n条路径，结束运算。

本发明实施例利用光层负载均衡路由算法计算出影响因子最小的n条路径，可以尽可能避开网络中的瓶颈链路，优先选择频谱利用率低的路径，有效避免网络中出现局部链路拥塞的问题，从而实现光层资源的负载均衡。

实施例3

在上述实施例1提供的一种适用于弹性光网络的路由频谱分配方法的基础上，本发明实施例进一步对步骤103中所述的最大路径频谱孤立度算法展开介绍。如图3所示，对于所述n条路径中的任一路径P，所述基于获取到的业务参数利用最大路径频谱孤立度算法为路由分配可用频谱(即步骤103)，具体包括以下步骤：

步骤301，根据当前业务的频谱宽度，请求为路径P分配m个连续的频谱颗粒。对应的处理器或服务器获取到相应请求参数(即m个连续频谱颗粒的分配请求)后，跳转至步骤302。

步骤302，根据频谱颗粒分配请求，计算路径P上满足条件的空闲频谱块的集合。对应的处理器或服务器基于获取到的请求参数，找出路径P经过的每个链路上存在的m个连续空闲频谱颗粒，即满足条件的空闲频谱块；计算出所有满足条件的空闲频谱块后，得到对应的集合，然后跳转至步骤303。

步骤303，遍历路径P上的每个空闲频谱块，计算并存储路径P在每个空闲频谱块上的频谱孤立度。计算完成后跳转至步骤304。

本发明为了表征频谱资源的利用情况而定义了频谱孤立度，包括路径的频谱孤立度和链路的频谱孤立度R。对于任一空闲频谱块，路径P在该空闲频谱块上的频谱孤立度等于，路径P经过的每条链路在该空闲频谱块上的频谱孤立度之和。而对于路径P经过的任一链路L，链路L在该空闲频谱块上的频谱孤立度R＝r/|Q|；其中，Q表示链路L的相邻链路的集合，任一链路L的相邻链路可根据拓扑图来确定，在此不做赘述；|Q|表示该集合中的链路个数，r表示该空闲频谱块被链路L的相邻链路占用的总次数。

具体如下：

链路频谱孤立度，是用来度量链路上某段频谱与相邻链路上相同位置频谱之间的关系。若拓扑中链路L₁与链路L₂、L₃、L₄相邻，设链路L₁的邻接链路集合为Q，则Q＝{L₂,L₃,L₄}，|Q|＝3。若需要衡量链路L₁上从第3个slot到第6个slot这段频谱块(即某个空闲频谱块)的孤立度R，则先定义一个变量r，初始化为0，遍历所有与链路L₁相邻的链路上第3个slot到第6个slot的使用状况，当遍历到一个slot被某条邻接链路占用时，则r＝r+1。那么遍历完成后，链路L₁在第3个slot到第6个slot这段频谱块上的频谱孤立度为R＝r/|Q|。在链路频谱孤立度定义的基础上，某一条路径P上的某一频谱块的孤立度可以表示为，这一路径P经过的每条链路的相同位置频谱块的孤立度之和。

步骤304，根据存储结果选择频谱孤立度最大的空闲频谱块作为路径P的频谱。至此完成路径P的频谱分配，结束计算。

本发明实施例利用最大路径频谱孤立度算法，选择出频谱孤立度最大的空闲频谱块作为路径P的频谱，从而优先使用被“孤立”的频谱资源，提高频谱连续度，有效减少网络中的频谱碎片，降低阻塞率，提高频谱利用效率，从而增大全网带宽容量。

实施例4

在上述实施例1-实施例3的基础上，本发明实施例进一步以某个具体的应用场景为例，对本发明提供的路由频谱分配方法进行介绍。

如图4所示，在该应用场景中，网络拓扑中共包含五个节点，分别记为1、2、3、4、5；共包含六条链路，分别记为L1、L2、L3、L4、L5、L6。假设需要建立从节点1到节点4的光层业务，则要为该光层业务分配最优的路径和频谱。每条链路上的频谱占用情况如图5所示，一个小方块表示一个频谱颗粒，灰色代表频谱已占用，白色代表频谱空闲。在该应用场景中，假设需要为业务的路由分配两个连续的频谱资源。

将拓扑中每条链路L_i上的可用频谱颗粒用向量S_i表示，向量S_i中的每一个分量代表一个频谱颗粒的占用情况，若为1表示频谱空闲，若为0则表示频谱被占用。根据图5给出的频谱占用情况，拓扑中每条链路L_i的频谱占用情况可以表示如下：

S₁＝[0 0 1 1 1 1 0 1 1 1]

S₂＝[1 0 1 1 1 1 1 1 1 1]

S₃＝[1 1 1 1 0 0 1 1 1 1]

S₄＝[0 0 1 0 1 1 1 0 1 1]

S₅＝[0 1 1 1 1 1 1 1 1 1]

S₆＝[1 0 0 1 1 1 1 1 1 1]

根据图4中拓扑的链路连接关系，可确定每条链路L_i的相邻链路，例如链路L₁的相邻链路为L₂、L₃、L₄；链路L_i的频谱可用度G_i等于链路L_i上以及链路L_i的每个相邻链路上的可用频谱颗粒之积，进而计算出每条链路L_i的频谱可用度G_i，具体如下：

G₁＝S₁·S₂·S₃·S₄

G₂＝S₂·S₁·S₃·S₆

G₃＝S₃·S₁·S₂·S₄·S₅

G₄＝S₄·S₁·S₃·S₅

G₅＝S₅·S₄·S₃·S₆

G₆＝S₆·S₂·S₅

全网频谱可用度A即为所有链路L_i的频谱可用度G_i之和。在未对业务进行路由频谱分配之前，可根据上述公式计算出G₁＝3，G₂＝4，G₃＝3，G₄＝3，G₅＝3，G₆＝7，则初始网络的频谱可用度A_初＝23。

在该应用场景中，需要建立从节点1到节点4的光层业务，且需要为业务的路由分配两个连续的频谱资源，则整个路由频谱分配过程如下：

首先，由图4所示的拓扑图计算出节点1到节点4影响因子最小的n条路径。

遍历全网各已建业务的路由，计算并存储每条已建路由的瓶颈链路。例如，对于节点1到节点5的已建业务，对应的已建路由可能为L₄+L₅、L₁+L₂+L₆、L₁+L₃+L₅、L₄+L₃+L₂+L₆中的任一条；以此类推，遍历所有已建业务的路由。以节点1到节点5的已建路由L₄+L₅为例，结合图5给出的频谱占用情况可知，链路L₄和L₅的频谱占用率分别为4/10和1/10，链路L₄的频谱占用率更高，则链路L₄为该已建路由的瓶颈链路；以此类推，分别计算出每条已建路由的瓶颈链路。

基于KSP算法计算出从节点1到节点4的K条最短路径。假设K＝4，则计算出从节点1到节点4的四条最短路径，分别为P₁＝L₁+L₂，P₂＝L₄+L₅+L₆，P₃＝L₄+L₃+L₂，P₄＝L₁+L₃+L₅+L₆。

计算四条最短路径中每条路径对全网的影响因子，并从中选择出影响因子最小的三条路径(以n＝3为例)。以路径P₁为例，首先分别计算路径P₁与每条已建路由的链路交集，并统计每个链路交集上包含的瓶颈链路总数；例如，路径P₁与已建路由L₄+L₅的交集为(L₁+L₂)∩(L₄+L₅)＝空，则该交集上瓶颈链路总数为0。然后，计算每条已建路由上的可用波道数；以已建路由L₄+L₅为例，两条链路上可用频谱颗粒取交集为S₄∩S₅＝[0010111011]，则可用波道数为6。最后，根据每个可用波道数和每个瓶颈链路总数计算路径P₁对全网的影响因子1.26。以此类推，按上述方法计算得到路径P₁、P₂、P₃、P₄对全网的影响因子分别为1.26、1.85、2.68、4.4，计算出节点1到节点4影响因子较小的三条路径，分别为P₁＝L₁+L₂，P₂＝L₄+L₅+L₆，P₃＝L₄+L₃+L₂。

事实上，结合图5中各链路的频谱占用情况，也可以大致估计每个路径对全网的影响程度。这主要是通过将路径经过的每个链路进行频谱重合以后，根据各链路上新产生频谱碎片的多少来判断，频谱重合后各链路上新产生的频谱碎片越少，证明对各链路的影响程度就会越小，影响因子也会越小。例如，路径P₁要使用链路L₁+L₂，这实际上对两条链路的影响是很小的：L₁上原本没有频谱碎片，L₂上原本有一个频谱碎片(即第1个空闲频谱)；当两条链路重合以后，L₁和L₂上均不会产生新的碎片，因此影响很小。再例如，路径P₃要使用链路L₄+L₃+L₂，这时产生的影响就会大于P₁：L₂上原本有一个频谱碎片，L₃上原本没有频谱碎片，L₄上原本有一个频谱碎片(即第3个空闲频谱)；当将三条链路重合以后，三个链路上均会产生新的碎片，因此影响大于路径P₁。

其次，对上面计算出的每条路径(P₁、P₂、P₃)分别用最大路径频谱孤立度算法进行频谱分配。

对于路径P₁，将S₁与S₂求交集，得到该路径上的可用频谱资源为S₁∩S₂＝[0011110111]。由此可以看出，满足条件的空闲频谱块有五种，即两个连续可用的频谱资源有5种占用方式：占用第3、4或第4、5或第5、6或第8、9或第9、10个频谱颗粒。

当占用第3、4个频谱颗粒时，可计算出路径频谱孤立度为2/3。具体计算方式如下：路径P₁经过链路L₁和L₂，链路L₁的频谱孤立度R₁＝r₁/|Q₁|＝1/3，链路L₂的频谱孤立度R₂＝r₂/|Q₂|＝1/3，则路径P₁在该空闲频谱块的路径频谱孤立度为R₁+R₂＝2/3。以此类推，得到如下结果：

当占用第4、5个频谱颗粒时，可计算出路径频谱孤立度为1；

当占用第5、6个频谱颗粒时，可计算出路径频谱孤立度为2/3；

当占用第8、9个频谱颗粒时，可计算出路径频谱孤立度为1/3；

当占用第9、10个频谱颗粒时，可计算出路径频谱孤立度为0。

比较上述路径频谱孤立度，可以得出当占用第4、5个频谱颗粒时，路径P₁的路径频谱孤立度最大，因此可将第4、5个频谱颗粒作为路径P₁的频谱，此时可计算出全网频谱可用度A₁＝20。

同理，可以计算出路径P₂在分配第5、6个频谱颗粒时，路径频谱孤立度最大，此时全网频谱可用度A₂＝21；路径P₃在分配第9、10个频谱颗粒时，路径频谱孤立度最大，此时全网频谱可用度A₃＝11。

综合比较三条路径的频谱可用度可知，路径P₂对应的频谱可用度最大，因此这里可选择P₂作为最优路径，并为其分配第5、6个频谱颗粒。至此，完成该应用场景下对节点1到节点4的光层业务的路由频谱分配。通过本发明所述的算法，更有助于提高网络资源的利用率。

实施例5

在上述实施例1提供的适用于弹性光网络的路由频谱分配方法的基础上，本发明还提供了一种可用于实现上述方法的适用于弹性光网络的路由频谱分配装置，如图6所示，是本发明实施例的装置架构示意图。本实施例的适用于弹性光网络的路由频谱分配装置包括一个或多个处理器21以及存储器22。其中，图6中以一个处理器21为例。

所述处理器21和所述存储器22可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

所述存储器22作为一种适用于弹性光网络的路由频谱分配方法非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如实施例1中的适用于弹性光网络的路由频谱分配方法。所述处理器21通过运行存储在所述存储器22中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行适用于弹性光网络的路由频谱分配装置的各种功能应用以及数据处理，即实现实施例1的适用于弹性光网络的路由频谱分配方法。

所述存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，所述存储器22可选包括相对于所述处理器21远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至所述处理器21。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述程序指令/模块存储在所述存储器22中，当被所述一个或者多个处理器21执行时，执行上述实施例1中的适用于弹性光网络的路由频谱分配方法，例如，执行以上描述的图1-图3所示的各个步骤。

本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(Read Only Memory，简写为ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，简写为RAM)、磁盘或光盘等。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，包括：

当接收到业务的路由频谱分配请求后，获取当前业务的业务参数；

根据获取到的业务参数，利用光层负载均衡算法计算出影响因子最小的n条路径；

遍历所述n条路径，对于其中第i条路径，基于获取到的业务参数利用最大路径频谱孤立度算法为路由分配可用频谱；其中，i＝1,2,3,...,n-1,n；

根据第i条路径的路由频谱分配结果计算该路径对应的全网频谱可用度，并存储该全网频谱可用度与对应路由频谱分配结果的映射关系；

从所述n条路径中选择全网频谱可用度最高的一条路径作为最优路径，并根据映射关系返回所述最优路径对应的路由频谱分配结果；

其中，路径频谱孤立度为路径经过的每条链路在相同位置频谱块的链路频谱孤立度之和，所述链路频谱孤立度为用于度量链路上某段频谱与相邻链路上相同位置频谱之间关系的参数；路径的全网频谱可用度为路径经过的每条链路的频谱可用度之和，链路的频谱可用度为该链路上以及该链路的每个相邻链路上的可用频谱颗粒之积。

2.如权利要求1所述的适用于弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，所述业务参数包括源宿节点、业务速率、频谱宽度以及路由最大计算次数中的一项或多项。

3.如权利要求2所述的适用于弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，所述根据获取到的业务参数，利用光层负载均衡算法计算出影响因子最小的n条路径，具体为：

遍历全网各已建业务的路由，计算并存储每条已建路由P_j的瓶颈链路；

根据当前业务的源宿节点，基于KSP算法依次计算出从源节点到宿节点的第k条路径p*，并依次将路径p*作为当前待选路由；

计算当前待选路由p*与每条已建路由P_j的链路交集C_j，并根据瓶颈链路存储结果统计每个链路交集C_j上包含的瓶颈链路总数N_j；

计算每条已建路由P_j上的可用波道数W_j，进而根据每个可用波道数W_j和每个瓶颈链路总数N_j计算当前待选路由p*对全网的影响因子并存储；

根据影响因子存储结果选择出影响因子最小的n条路径作为返回结果。

4.如权利要求3所述的适用于弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，当基于KSP算法计算出第k条路径p*之后，如果路径p*不为空，且路由计算次数k小于所述路由最大计算次数，则将路径p*作为当前待选路由，并继续计算当前待选路由p*与每条已建路由P_j的链路交集C_j。

5.如权利要求3所述的适用于弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，当前待选路由p*对全网的影响因子I(p*)的计算公式为：

6.如权利要求2所述的适用于弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，对于所述n条路径中的任一路径P，所述基于获取到的业务参数利用最大路径频谱孤立度算法为路由分配可用频谱，具体包括：

根据当前业务的频谱宽度，请求为路径P分配m个连续的频谱颗粒；

根据频谱颗粒分配请求，计算路径P上满足条件的空闲频谱块的集合；

遍历路径P上的每个空闲频谱块，计算并存储路径P在每个空闲频谱块上的频谱孤立度；

根据存储结果选择频谱孤立度最大的空闲频谱块作为路径P的频谱。

7.如权利要求6所述的适用于弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，对于任一空闲频谱块，路径P在该空闲频谱块上的频谱孤立度等于，路径P经过的每条链路在该空闲频谱块上的频谱孤立度之和；

对于路径P经过的任一链路L，链路L在该空闲频谱块上的频谱孤立度R＝r/|Q|；其中，Q表示链路L的相邻链路的集合，|Q|表示该集合中的链路个数，r表示该空闲频谱块被链路L的相邻链路占用的总次数。

8.如权利要求1-7任一所述的适用于弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，在所述获取与当前业务对应的各业务参数之后，所述方法还包括：判断业务参数是否正确，如果业务参数正确，则利用光层负载均衡算法计算出影响因子最小的n条路径；如果业务参数不正确，则结束计算。

9.一种适用于弹性光网络的路由频谱分配装置，其特征在于，包括至少一个处理器和存储器，所述至少一个处理器和存储器之间通过数据总线连接，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令在被所述处理器执行后，用于完成权利要求1-8任一所述的适用于弹性光网络的路由频谱分配方法。

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