CN112911429B - 一种基于动态弹性光网络的路由频谱分配方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于动态弹性光网络的路由频谱分配方法与装置，基于业务连接请求计算备选路径，确定当前业务在每条备选路径上的调制格式，并计算需占用的频隙数；根据备选路径上各频隙的占用情况计算每条备选路径上的空闲频谱块；计算业务实时阻塞率，如果业务实时阻塞率大于等于预设阈值，则在备选路径中选择业务占用总频隙数最小的路径建立业务连接，并在该路径进行频谱分配；如果业务实时阻塞率小于预设阈值，则对每条备选路径进行频谱预分配，选择数量变化比最小的路径建立业务连接。该方案可根据业务实时阻塞率的大小选择合适的路由频谱分配策略，减少业务的阻塞率，提高资源利用率，满足业务突发性、实时性场景需求。

Description

一种基于动态弹性光网络的路由频谱分配方法与装置

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，更具体地，涉及一种基于动态弹性光网络的路由频谱分配方法与装置。

背景技术

当前，网络应用与实体经济的融合已经逐渐加深，随着物联网的迅猛发展、智能终端的快速普及，人们对网络的需求越来越多，网络业务量正以指数级的速度增长，这对信息通信基础的网络传输系统提出更高的需求。而光纤通信因其频带宽、容量大、抗干扰性能强等多重优点成为解决网络传输的主要方案之一，全光网(All-Optical Networks，简写为AON)也就成为未来网络发展的必然趋势。波分复用(Wavelength DivisionMultiplexing，简写为WDM)技术由于其自身的局限性，不能适应未来网络的动态性、灵活性、突发性、智能性等特点，因此频谱灵活分配的弹性光网络应运而生。

所谓的弹性光网络是相对传统WDM中固定波长通道而言的，传统WDM网络中，频谱资源是均匀划分和分配的，不同光通道之间采用固定的波长间隔。为了突破这种限制，灵活满足业务的承载需求，弹性光网络采用谱域的精细分割，将带宽资源划分为更加细小的颗粒化切片，根据业务的承载需求，分配合适数量的谱域切片进行传输。

由于未来业务的突发性和实时性，增加了网络在管控上的不可预测性，而且业务是动态的，网络运行一段时间后，在业务的动态建立和拆除过程中，系统的频谱资源被不断分配、释放和重利用，资源状态变得杂乱无序，网络中会出现很多断断续续的空闲频谱段。这些频谱段由于不满足连续性的条件，无法再分配给后续的业务，既浪费了系统的频谱资源，又增加了网络的阻塞率，这些对弹性光网络的管控提出了新的挑战。

在弹性光网络中，提高网络资源利用率、减少业务的阻塞率是路由频谱分配的基本需求之一。传统的路由频谱分配多以静态规划为主，即便是动态规划也是路由和频谱分配算法分离的方式，不利于提高频谱资源的利用率；而且在未来网络突发性业务机率增大的情况下，阻塞率肯定会增大，传统的路由频谱分配已经难以满足业务突发性、实时性场景需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于动态弹性光网络的路由频谱分配方法与装置，其目的在于根据实时业务情况选择合适的路由频谱分配策略，减少业务的阻塞率，提高资源利用率，由此解决传统路由频谱分配难以满足业务突发性、实时性场景需求的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于动态弹性光网络的路由频谱分配方法，包括：

基于业务连接请求计算K条备选路径，确定当前业务在每条备选路径上的调制格式，并计算当前业务在每条备选路径上需占用的频隙数；

根据备选路径上各频隙的占用情况计算每条备选路径上的空闲频谱块；其中，每个空闲频谱块由一个或多个连续空闲频隙组成；

根据当前网络中被阻塞的业务连接请求数和到达的业务连接请求数计算业务实时阻塞率，并将所述业务实时阻塞率与预设阈值进行比较；

如果业务实时阻塞率大于等于预设阈值，则在K条备选路径中选择业务占用总频隙数最小的路径建立业务连接，并在该路径进行频谱分配；

如果业务实时阻塞率小于预设阈值，则对每条备选路径进行频谱预分配，计算分配前后每条备选路径上空闲频谱块的数量变化比，并选择数量变化比最小的路径建立业务连接。

优选地，所述基于业务连接请求计算K条备选路径，确定当前业务在每条备选路径上的调制格式，并计算当前业务在每条备选路径上需占用的频隙数，具体包括：

接收到业务连接请求后，基于KSP算法计算当前业务的K条备选路径；其中，所述业务连接请求中携带当前业务的源节点、宿节点和接入速率；

计算每条备选路径的OSNR，并根据OSNR和当前业务的接入速率，从标准映射表中确定当前业务在每条备选路径上的调制格式和频谱宽度；

根据对应的频谱宽度计算当前业务在每条备选路径上需占用的频隙数。

优选地，所述根据备选路径上各频隙的占用情况计算每条备选路径上的空闲频谱块，具体包括：

根据频隙在备选路径的每个链路上的占用情况，计算每条备选路径上每个频隙的综合状态；其中，如果频隙在备选路径的一条或多条链路中被占用，则该备选路径上该频隙的综合状态为占用，否则为空闲；

根据备选路径上各频隙的综合状态，统计每条备选路径上的空闲频谱块，并用<空闲首频隙，空闲末频隙，空闲频隙数>表示各空闲频谱块。

优选地，当业务实时阻塞率大于等于预设阈值时，所述在K条备选路径中选择业务占用总频隙数最小的路径建立业务连接，具体为：

对于每条备选路径，将该备选路径上各空闲频谱块对应空闲频隙数的最大值与当前业务在该备选路径上需占用的频隙数进行比较；

如果空闲频隙数的最大值大于等于当前业务需占用的频隙数，则基于该备选路径上的链路数和当前业务需占用的频隙数，计算该备选路径上的业务占用总频隙数；如果空闲频隙数的最大值小于当前业务需占用的频隙数，则跳过该备选路径，继续进行下一条备选路径的计算；

待每条备选路径上对应的业务占用总频隙数均计算完成后，取业务占用总频隙数最小的一条备选路径作为建立业务连接的路径。

优选地，对于任一备选路径，所述频谱分配的过程具体为：

根据该备选路径上的空闲频谱块和当前业务在该备选路径上需占用的频隙数，生成当前业务在该备选路径上的可用频谱块集合；

对于可用频谱块集合中的每个可用频谱块，计算可用频谱块分配前后该备选路径上空闲频谱块的数量变化比；

待每个可用频谱块分配前后该备选路径上空闲频谱块的数量变化比均计算完成后，选择数量变化比最小的可用频谱块分配给该备选路径。

优选地，如果该备选路径上空闲频谱块的数量变化比最小时对应的可用频谱块有多个，则从中选择对应首频隙在全网占用次数最大的可用频谱块分配给该备选路径；

如果对应首频隙在全网占用次数最大时对应的可用频谱块有多个，则继续从中选择在频谱轴上位置最靠前的可用频谱块分配给该备选路径。

优选地，当业务实时阻塞率小于预设阈值时，所述对每条备选路径进行频谱预分配，计算分配前后每条备选路径上空闲频谱块的数量变化比，并选择数量变化比最小的路径建立业务连接，具体为：

对于每条备选路径，调用频谱分配功能完成当前业务的频谱预分配，并根据返回结果得到该备选路径上预分配的可用频谱块以及频谱分配前后空闲频谱块的数量变化比；

待每条备选路径均完成频谱预分配后，选择频谱分配前后空闲频谱块的数量变化比最小的一条路径作为建立业务连接的路径，并将对应预分配的可用频谱块作为业务连接建立时所占用的频谱块。

优选地，对于任一备选路径，如果当前业务在该备选路径上频谱分配失败，则所述方法还包括：

对于该备选路径上的每个空闲频谱块，统计该空闲频谱块周围最靠近的m个频隙对应的一个或多个其他业务；其中，m＝当前业务在该备选路径上需占用的频隙数-该空闲频谱块对应的空闲频隙数；

判断该空闲频谱块对应统计的每个其他业务是否可移动，如果每个其他业务均可移动，则记录该空闲频谱块以及对应需要移动的业务数量；

待每个空闲频谱块均完成处理后，比较每个空闲频谱块需要移动的业务数量，并选择需要移动业务数量最小的空闲频谱块进行频谱重构，进而根据频谱重构结果在该备选路径进行频谱分配。

优选地，如果需要移动业务数量最小时对应的空闲频谱块有多个，则从中选择在频谱轴上位置最靠前的空闲频谱块进行频谱重构。

按照本发明的另一方面，提供了一种基于动态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，用于完成第一方面所述的基于动态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：本发明提供的路由频谱分配方案中，可根据OSNR选择合适的调制格式来提升网络的频谱资源利用效率，针对当前业务连接请求，可根据业务实时阻塞率的大小选择合适的路由频谱分配策略，尽可能减少路由计算及频谱分配时间，快速建立业务连接，减少业务的阻塞率，提高资源利用率，满足业务突发性、实时性场景需求。另外，在频谱分配失败时，可进行适当的频谱重构来满足当前业务建立的需求，减少网络阻塞率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于动态弹性光网络的路由频谱分配方法流程图；

图2是本发明实施例提供的一种链路频隙状态及路径综合状态示例图；

图3是本发明实施例提供的一种基于动态弹性光网络的路由频谱分配的实现逻辑图；

图4是本发明实施例提供的一种备选路径及调制格式的选择流程图；

图5是本发明实施例提供的一种业务路径和频谱分配处理的流程图；

图6是本发明实施例提供的一种针对备选路径进行频谱分配的流程图；

图7是本发明实施例提供的一种针对备选路径进行频谱重构的流程图；

图8是本发明实施例提供的一种网络拓扑示意图；

图9是本发明实施例提供的路径ABF、AEF、ADBF对应的链路频隙状态及路径综合状态的一种示例图；

图10是本发明实施例提供的路径ABF、AEF、ADBF对应的链路频隙状态及路径综合状态的另一种示例图；

图11是本发明实施例提供的一种基于动态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

为解决弹性光网络中传统路由频谱分配难以满足业务突发性、实时性场景需求的技术问题，减少业务的阻塞率，提高资源利用率，本发明实施例提供了一种基于动态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10，基于业务连接请求计算K条备选路径，确定当前业务在每条备选路径上的调制格式，并计算当前业务在每条备选路径上需占用的频隙数。

该步骤主要是备选路径及调制格式的选择，具体过程如下：

首先，接收到业务连接请求(源节点，宿节点，接入速率)后，基于KSP算法计算当前业务的K条备选路径。由此可见，所述业务连接请求中携带了当前业务的源节点、宿节点和接入速率信息。

其次，根据标准公式计算每条备选路径的OSNR，标准公式具体如下：

其中，OSNR的单位为dB，P_inj表示该备选路径中第j个光放大器的输入光功率，单位为dBm；NF_j表示该备选路径中第j个光放大器的噪声指数，单位为dB，当光放大器型号确定时NF_j为一个常数值；h为普朗克常数，v为光频率，v_g为光参考带宽。

然后，根据计算的OSNR和当前业务的接入速率，从标准映射表中确定当前业务在每条备选路径上的调制格式和频谱宽度。其中，标准映射表中保存有业务的接入速率、调制格式、频谱宽度和OSNR阈值的对应关系，因此根据OSNR和接入速率，即可选择出备选路径上承载当前业务的调整格式和频谱宽度。

最后，根据对应的频谱宽度计算当前业务在每条备选路径上需占用的频隙数nfs，具体计算公式为：

其中，最小频谱宽度为12.5。

步骤20，根据备选路径上各频隙的占用情况计算每条备选路径上的空闲频谱块；其中，每个空闲频谱块由一个或多个连续空闲频隙组成。

该步骤主要是为后续进行路由频谱分配做准备，具体过程如下：

首先，根据频隙在备选路径的每个链路上的占用情况，计算每条备选路径上每个频隙的综合状态。其中，每条备选路径均由一条或多条链路组成，每条链路又包括多个频隙，有的频隙被占用，有的频隙未被占用，即为空闲。对于任一备选路径，如果某个频隙在该备选路径的其中一条或多条链路中被占用，则该备选路径上该频隙的综合状态为占用，否则为空闲；也就是说，只要有一条链路上该频隙被占用，对应的综合状态就是占用，只有所有链路上该频隙均位被占用，对应的综合状态才是空闲。

然后，根据备选路径上各频隙的综合状态，统计每条备选路径上的空闲频谱块，并用<空闲首频隙，空闲末频隙，空闲频隙数>表示各空闲频谱块b_空闲。假设某备选路径由四条链路组成，各链路上的频隙占用情况以及该备选路径上各频隙的综合状态如图2所示；其中，图中各小方块表示频隙，且灰色方块表示状态为占用，白色方块表示状态为空闲；每条链路上有22个频隙，且各频隙按照频谱轴从前到后的顺序依次标记为1-22。由图2中各频隙的综合状态可知，该备选路径上共有三个空闲频谱块，对应形成的空闲频谱块集合B_空闲＝{(5，8，4)，(12，15，4)，(20，22，3)}。

步骤30，根据当前网络中被阻塞的业务连接请求数和到达的业务连接请求数计算业务实时阻塞率，并将所述业务实时阻塞率与预设阈值进行比较。

本发明实施例为了满足网络业务突发性场景业务实时建立的要求，在选择业务路径时根据ΔT周期内的业务实时阻塞率来选择不同的策略；其中，所述业务实时阻塞率的计算公式具体如下：

然后将计算得到的业务实时阻塞率与预设阈值进行比较，如果业务实时阻塞率大于等于预设阈值，则按照步骤40进行路由频谱分配，否则按照步骤50进行路由频谱分配。其中，所述预设阈值可根据实际业务连接建立需求进行灵活设置，在此不做具体限定。

步骤40，如果业务实时阻塞率大于等于预设阈值，则在K条备选路径中选择业务占用总频隙数最小的路径建立业务连接，并在该路径进行频谱分配。

该步骤主要分为两步：先在K条备选路径中选择一条合适的备选路径，再针对该备选路径进行频谱分配。其中，第一步的路径选择过程具体如下：

首先，对于每条备选路径，将该备选路径上各空闲频谱块对应空闲频隙数的最大值与当前业务在该备选路径上需占用的频隙数进行比较。

然后，如果空闲频隙数的最大值大于等于当前业务需占用的频隙数nfs，则基于该备选路径上的链路数(即跳数hop)和当前业务需占用的频隙数nfs，计算该备选路径上的业务占用总频隙数；其中，业务占用总频隙数＝hop*nfs。如果空闲频隙数的最大值小于当前业务需占用的频隙数nfs，证明该备选路径无法满足当前业务的连接建立请求，则跳过该备选路径，继续进行下一条备选路径的计算。

最后，待每条备选路径上对应的业务占用总频隙数均计算完成后，取业务占用总频隙数最小的一条备选路径作为建立业务连接的路径。如此一来，可有效提高频谱资源利用率。

进一步地，对于任一备选路径，第二步的频谱分配过程具体如下：

首先，根据该备选路径上的空闲频谱块和当前业务在该备选路径上需占用的频隙数nfs，生成当前业务在该备选路径上的可用频谱块集合。其中，可用频谱块的首频隙+nfs≤对应空闲频谱块的末频隙，在所述可用频谱块集合B_可用中，每个可用频谱块b_可用可通过对应的首频隙表示。例如，基于图2所示的备选路径上的三个空闲频谱块，假设nfs＝2，则生成的可用频谱块集合B_可用＝{5,6,7,12,13,14,20,21}。

然后，对于可用频谱块集合中的每个可用频谱块b_可用，计算该可用频谱块分配前后该备选路径上空闲频谱块的数量变化比。具体计算公式如下：

因此对于每个可用频谱块，需要统计当前该备选路径的所有链路上空闲频谱块的数量并累加，得到分配前的空闲频谱块总数；然后再将该可用频谱块对应的各频隙在该备选路径所有链路上预置为占用，统计此时所有链路上空闲频谱块的数量并累加，得到分配后的空闲频谱块总数，如此便可计算得到空闲频谱块的数量变化比。

最后，待每个可用频谱块分配前后该备选路径上空闲频谱块的数量变化比均计算完成后，选择数量变化比最小的可用频谱块分配给该备选路径，完成频谱分配，保证频谱分配之后对全网的影响最小。进一步地，如果该备选路径上空闲频谱块的数量变化比最小时对应的可用频谱块有多个，则从中选择对应首频隙在全网占用次数最大的可用频谱块分配给该备选路径，以减少后续路径计算和频谱分配出现失败的可能性；如果对应首频隙在全网占用次数最大时对应的可用频谱块仍有多个，则继续从中选择在频谱轴上位置最靠前(即首频隙最小)的可用频谱块分配给该备选路径，如此可有效减少频谱碎片的可能性，也能保证每个碎片块或空闲频谱块包含的频隙数尽可能大。也就是说，可按照空闲频谱块数量变化比最小->首频隙在全网占用次数最大->频谱轴上位置最靠前的优先级进行选择。

步骤50，如果业务实时阻塞率小于预设阈值，则对每条备选路径进行频谱预分配，计算分配前后每条备选路径上空闲频谱块的数量变化比，并选择数量变化比最小的路径建立业务连接。具体过程如下：

首先，对于每条备选路径，调用步骤40中所述的频谱分配功能完成当前业务的频谱预分配，并根据返回结果得到该备选路径上预分配的可用频谱块以及频谱分配前后该备选路径上空闲频谱块的数量变化比。

然后，待每条备选路径均完成频谱预分配后，选择频谱分配前后空闲频谱块的数量变化比最小的一条路径作为建立业务连接的路径，并将对应预分配的可用频谱块作为业务连接建立时所占用的频谱块，完成路由频谱分配。

在未来应用中有突发性大业务量情形，要满足业务快速建立/重建的要求，尽可能减少路由计算及频谱分配时间。由上述步骤40和步骤50可知，业务实时阻塞率较高时，采用的路由频谱分配方法是先选择一条确定路径，再在这条选择好的路径上分配频谱；而业务实时阻塞率较小时，则在每条备选路径中预分配频谱，反复比较来确定路径和频谱分配的位置。前者计算时间相对较少，能减少阻塞率来提高频谱利用率，虽然可能在每次频谱分配时减少碎片的效果不如后者；后者能保证每次频谱分配后出现的碎片尽可能达到最少，但整个计算时间比前者多。因此，业务实时阻塞率较高时采用前者进行分配，业务实时阻塞率较小时可采用后者进行分配。

进一步地，对于任一备选路径，如果当前业务在该备选路径上频谱分配失败，也就是该备选路径上每个空闲频谱块都不满足当前业务的建立，或者说当前业务在该备选路径上无可用频谱块(可用频谱块集合为空)，则可通过频谱重构使该备选路径满足当前业务建立的需求。其中，所述频谱重构的过程具体如下：

首先，对于该备选路径上的每个空闲频谱块，统计该空闲频谱块周围最靠近的m个频隙对应的一个或多个其他业务；其中，m＝当前业务在该备选路径上需占用的频隙数nfs-该空闲频谱块对应的空闲频隙数。

然后，判断该空闲频谱块对应统计的每个其他业务是否可移动，即各其他业务的原始路径上是否有其他空闲频隙来承载该业务；如果每个其他业务均可移动，则记录该空闲频谱块及对应需要移动的业务数量。

最后，待每个空闲频谱块均完成处理后，比较每个空闲频谱块需要移动的业务数量，并选择需要移动业务数量最小的空闲频谱块进行频谱重构，进而根据频谱重构结果在该备选路径进行频谱分配。在不改变每个其他业务的路由的情况下，将各其他业务移动到符合约束条件的其他空闲频隙上，使得选择的该空闲频谱块能够满足当前业务的建立。进一步地，如果比较后发现需要移动业务数量最小时对应的空闲频谱块有多个，则继续从中选择在频谱轴上位置最靠前(即首频隙最小)的空闲频谱块进行频谱重构，从而可有效减少频谱碎片的可能性。

其中，整个路由频谱分配的实现逻辑原理图可参考图3。本发明实施例提供的上述路由频谱分配方案中，可根据OSNR选择合适的调制格式来提升网络的频谱资源利用效率，针对当前业务连接请求，可根据业务实时阻塞率的大小选择合适的路由频谱分配策略，尽可能减少路由计算及频谱分配时间，快速建立业务连接，减少业务的阻塞率，提高资源利用率，满足业务突发性、实时性场景需求。另外，在频谱分配失败时，可进行适当的频谱重构来满足当前业务建立的需求，减少网络阻塞率。

实施例2

在上述实施例1的基础上，本发明进一步针对步骤10对应的“备选路径及调制格式的选择”过程提供了一种具体实施方式，如图4所示，主要包括以下步骤：

步骤101：接收到业务连接请求(源节点，宿节点，接入速率)。

步骤102：判断是否为新ΔT周期。如果是，则执行步骤103；如果否，则直接跳转至步骤104。

步骤103：到达的业务连接请求数清零，被阻塞的业务连接请求数清零。

步骤104：到达的业务连接请求数+1。

步骤105：启用KSP算法计算当前业务的K条备选路径。

步骤106：判断K条备选路径是否计算成功。如果计算失败，则执行步骤107；如果计算成功，则跳转至步骤108。

步骤107：被阻塞的业务连接请求数+1，结束计算过程。

步骤108：针对每条备选路径，计算该备选路径的OSNR；计算公式可参考实施例1。

步骤109：根据计算的OSNR和当前业务的接入速率查询标准映射表，确定当前业务在该备选路径上的调制格式和频谱宽度。

步骤110：基于频谱宽度计算当前业务在该备选路径上需占用的频隙数nfs；按照步骤108-110完成每条备选路径的处理，待得到每条备选路径的调制格式和当前业务需占用的频隙数nfs后，结束计算过程。

实施例3

在上述实施例1的基础上，本发明进一步针对步骤20-步骤50对应的业务路径和频谱分配过程提供了一种具体实施方式，如图5所示，主要包括以下步骤：

步骤201：计算每条备选路径上每个频隙的综合状态。

步骤202：根据每个频隙的综合状态，统计每条备选路径上的空闲频谱块，并用<空闲首频隙，空闲末频隙，空闲频隙数>表示。

步骤203：根据当前网络中被阻塞的业务连接请求数和到达的业务连接请求数计算业务实时阻塞率。

步骤204：判断业务实时阻塞率是否大于等于预设阈值。如果是，则继续向下执行步骤205；如果否，则跳转至步骤213。

步骤205：取一条待处理的备选路径，获取该备选路径上的各空闲频谱块和当前业务在该备选路径上需占用的频隙数nfs，并统计得到空闲频谱块对应空闲频隙数的最大值。

步骤206：判断空闲频谱块对应空闲频隙数的最大值是否大于等于当前业务在该备选路径上需占用的频隙数nfs。如果是，则继续向下执行步骤207；如果否，则跳过步骤207向下执行。

步骤207：基于该备选路径上的链路数和当前业务需占用的频隙数nfs，计算该备选路径上的业务占用总频隙数。

对每个备选路径均重复步骤205-208，直至所有备选路径均处理完成，得到每个备选路径对应的业务占用总频隙数。

步骤208：待所有备选路径均处理完成后，取业务占用总频隙数最小的一条备选路径作为建立业务连接的路径。如果选择的备选路径为空，则跳转至步骤212；如果选择的备选路径不为空，则继续向下执行步骤209。

步骤209：调用频谱分配功能在选出的备选路径上对当前业务进行频谱分配。如果分配成功，则跳转至步骤211；如果分配失败，则继续向下执行步骤210。

步骤210：调用频谱重构功能在选出的备选路径上进行频谱重构。如果重构成功，则执行步骤211；如果重构失败，则跳转至步骤212。

步骤211：获取频谱分配功能或频谱重构功能执行完成后返回的可用频谱块，该可用频谱块即为业务连接请求建立时所占用的频谱。结束路由频谱分配过程。

步骤212：被阻塞的业务连接请求数+1，结束路由频谱分配过程。

步骤213：取一条待处理的备选路径，调用频谱分配功能完成当前业务在该备选路径上的频谱预分配。如果预分配成功，则继续向下执行步骤214；如果预分配失败，则跳过步骤214向下执行。

步骤214：根据返回结果得到该备选路径上空闲频谱块的数量变化比和预分配的可用频谱块。

对每个备选路径均重复步骤213-214，直至所有备选路径均完成频谱预分配，得到每个备选路径上空闲频谱块的数量变化比和预分配的可用频谱块。待所有备选路径均处理完成后，如果存在空闲频谱块数量变化比最小对应的备选路径，则执行步骤215；如果不存在，则跳转至步骤216。

步骤215：选择空闲频谱块数量变化比最小的一条路径作为建立业务连接的路径，并将对应预分配的可用频谱块作为业务连接建立时所占用的频谱块。结束路由频谱分配过程。

步骤216：取一条待处理的备选路径，调用频谱重构功能在该备选路径上进行频谱重构。如果重构成功，则继续向下执行步骤217；如果重构失败，则跳过步骤217向下执行。

步骤217：根据返回结果得到选择的可用频谱块以及对应需要移动的业务数量。

对每个备选路径均重复步骤216-217，直至所有备选路径均完成频谱重构，确定每个备选路径是否可进行频谱重构，并得到每个可进行重构的备选路径上选择的可用频谱块以及对应需要移动的业务数量。待所有备选路径均完成频谱重构后，如果存在返回的可用频谱块，证明重构成功，则继续执行步骤218；如果不存在返回的可用频谱块，证明重构失败，则执行步骤219。

步骤218：选择需要移动业务数量最小的空闲频谱块进行频谱重构，进而根据频谱重构结果在对应备选路径进行频谱分配。结束路由频谱分配过程。

步骤219：被阻塞的业务连接请求数+1，结束路由频谱分配过程。

实施例4

在上述实施例1和实施例3的基础上，本发明进一步针对频谱分配过程提供了一种具体实施方式，如图6所示，主要包括以下步骤：

步骤301：对于给定的备选路径，获取当前业务在该备选路径上需占用的频隙数nfs。

步骤302：统计该备选路径中所有链路空闲频谱块的数量，并累加得到频谱分配前该备选路径上的空闲频谱块总数。

步骤303：获取该备选路径上的一个空闲频谱块<空闲首频隙，空闲末频隙，空闲频隙数>。对于每个空闲频谱块，如果对应的空闲频隙数≥当前业务在该备选路径上需占用的频隙数nfs，则继续向下执行步骤304；否则，跳过步骤304继续向下执行。

步骤304：统计该空闲频谱块中能够满足当前业务连接建立的所有可用频谱块的首频隙，生成可用频谱块集合。

对该备选路径上的每个空闲频谱块均重复步骤303-304，直至所有空闲频谱块均处理完成，得到当前业务在该备选路径上的可用频谱块集合。

步骤305：获取可用频谱块集合中的一个可用频谱块，将该可用频谱块对应的各频隙在该备选路径所有链路上预置为占用。

步骤306：统计此时所有链路空闲频谱块的数量，并累加得到频谱分配后该备选路径上的空闲频谱块总数。

步骤307：根据统计的频谱分配前后该备选路径上的空闲频谱块总数，计算得到对应的空闲频谱块数量变化比。

对可用频谱块集合中的每个可用频谱块均重复步骤305-307，直至所有可用频谱块均处理完成，得到每个可用频谱块分配前后该备选路径上的空闲频谱块数量变化比。如果可用频谱块为空，则返回失败，结束频谱分配过程，证明频谱分配失败；如果可用频谱块不为空，则执行步骤308。

步骤308：从可用频谱块集合中选择分配前后空闲频谱块数量变化比最小的可用频谱块。

步骤309：返回选择的可用频谱块以及对应分配前后的空闲频谱块数量变化比。结束频谱分配过程。

进一步地，如果步骤308中比较后发现分配前后空闲频谱块数量变化比最小的可用频谱块有多个，则继续从中选择对应首频隙在全网占用次数最大的可用频谱块，并在步骤309中返回。

如果对应首频隙在全网占用次数最大时对应的可用频谱块仍有多个，则继续从中选择在频谱轴上位置最靠前(即首频隙最小)的可用频谱块，并在步骤309中返回。

也就是说，可按照空闲频谱块数量变化比最小->首频隙在全网占用次数最大->频谱轴上位置最靠前的优先级进行可用频谱块的选择。

实施例5

在上述实施例1和实施例3的基础上，本发明进一步针对频谱重构过程提供了一种具体实施方式，如图7所示，主要包括以下步骤：

步骤401：对于给定的备选路径，获取当前业务在该备选路径上需占用的频隙数nfs和该备选路径上的空闲频谱块集合。

步骤402：取空闲频谱块集合中的一个空闲频谱块<空闲首频隙，空闲末频隙，空闲频隙数>，统计该空闲频谱块周围最靠近的m个频隙对应的一个或多个其他业务{P1、P2、...}。其中，m＝当前业务在该备选路径上需占用的频隙数nfs-该空闲频谱块对应的空闲频隙数

步骤403：取其中一个其他业务P_i，获取其原始路径并判断原始路径上是否有空闲频隙来承载业务P_i，如果有则置业务可移动标识为1。

对{P1、P2、...}中的每个业务P_i均执行步骤40，直至所有业务均处理完成，确定每个业务P_i的可移动标识是否为1。

步骤404：待所有业务均处理完成后，判断是否所有业务{P1、P2、...}的可移动标识为都1。如果是，则继续向下执行步骤405；如果否，则跳过步骤405继续向下执行。

步骤405：记录当前的空闲频谱块及对应需要移动的业务数量。

对空闲频谱块集合中的每个空闲频谱块均重复步骤402-405，直至所有空闲频谱块均处理完成，得到每个空闲频谱块进行频谱重构时对应需要移动的业务数量。此时如果记录的空闲频谱块为空，则返回失败，结束频谱重构过程，证明频谱重构失败；如果记录的空闲频谱块不为空，则执行步骤406。

步骤406：比较所有空闲频谱块对应需要移动的业务数量，并选择需要移动业务数量最小的空闲频谱块。

步骤407：返回选择的空闲频谱块以及对应需要移动的业务数量，结束频谱重构过程。

进一步地，如果步骤406中比较后发现需要移动业务数量最小的空闲频谱块有多个，则继续从中选择在频谱轴上位置最靠前(即首频隙最小)的空闲频谱块，并在步骤407中返回。

也就是说，可按照需要移动的业务数量->频谱轴上位置最靠前的优先级进行空闲频谱块的选择。

实施例6

在上述实施例1-实施例5的基础上，本发明进一步针对整个路由频谱分配过程提供了一种完整的具体实施方式。假设网络拓扑如图8所示，共有ABCDEF六个节点，当接收到业务连接请求(A，F，接入速率200G)后，路由频谱分配过程具体如下：

(一)备选路径及调制格式的选择

假设通过KSP算法计算出三条备选路径：ABF，AEF，ADBF；按照标准公式计算后，三条备选的路径OSNR分别为：23.2dB，22.6dB，20.7dB；

假设接入速率、调制格式、频谱宽度和OSNR阈值的标准映射表如下：

表1：

接入线路速率	调制格式	频谱宽度	OSNR阈值
				100G	QPSK	50	15
200G	QPSK	75	19
				200G	16QAM	50	23
200G	32QAM	50	24
				400G	16QAM	75	26
400G	32QAM	62.5	29
				400G	64QAM	50	32

则通过查表匹配可确定：

ABF选择的调制格式为16QAM，计算得到其nfs为4；

AEF选择的调制格式为16QAM，计算得到其nfs为4；

ADBF选择的调制格式为QPSK，计算得到其nfs为6。

(二)业务路径的选择和频谱分配

假设路径ABF、AEF、ADBF上各链路的频隙状态以及路径上综合状态如图9所示，则可得到各路径上对应的空闲频谱块集合：

路径ABF：B_空闲＝{<5,8,4>，<12,18,7>，<21,24,4>}；

路径AEF：B_空闲＝{<1,1,1>，<6,8,3>，<12,18,7>，<22,24,3>}；

路径ADBF：B_空闲＝{<4,9,6>，<13,17,5>，<21,24,3>}。

1.如果业务实时阻塞率大于等于预设阈值，则：

(1)根据hop*nfs计算各备选路径需占用频谱资源总数为：

ABF：4*2＝8；AEF：4*2＝8；ADBF：6*3＝18；

因此可选择ABF作为连接路径。

(2)在路径ABF上进行频谱分配：

(a)路径ABF上的可用频谱块集合B_可用＝{5,12,13,14,15,21}

(b)选用各可用频谱块进行频谱分配时，对应的空闲频谱块数量变化比为{2/3,1,4/3,4/3,4/3,2/3}，因此可将首频隙5和21对应的可用频谱块作为备选。

(c)分别统计频隙5和21在全网所有链路的占用次数，选择占用次数小的可用频谱块作为频谱分配结果；如果两者占用次数相等，则选择首频隙5对应的可用频谱块作为频谱分配结果。

2.如果业务实时阻塞率小于预设阈值，则：

(1)在路径ABF上进行频谱预分配，返回结果为：可用频谱块5，空闲频谱块数量变化比2/3。

(2)在路径AEF上进行频谱预分配，可用频谱块B_可用＝{12,13,14,15}，对应的空闲频谱块数量变化比为{1,5/4,5/4,1}，则可将首频隙12和15对应的可用频谱块作为备选，分别统计频隙12和15在全网所有链路的占用次数，假设频隙12占用次数更小，则选择频隙12对应的可用频谱块作为频谱分配结果，返回结果为：可用频谱块12，空闲频谱块数量变化比1。

(3)在路径ADBF上进行频谱预分配，可用频谱块集合B_可用＝{4}，其空闲频谱块数量变化比为{2/3}，则返回结果为：可用频谱块4，空闲频谱块数量变化比2/3。

(4)从三条备选路径中选择空闲频谱块数量变化比较小的路径ABF和路径ADBF作为备选，分别统计频隙4和5在全网所有链路的占用次数，选择占用次数较小的可用频谱块作为频谱分配结果；如果二者占用次数相等，则选择频隙4对应的可用频谱块作为频谱分配结果。

3.频谱重构

假设某个时刻路径ABF、AEF、ADBF上各链路的频隙状态以及路径上综合状态如图10所示，可知各路径都无法满足当前业务连接请求(A，F，接入速率200G)的建立需要，需要进行频谱重构操作。此时各路径上对应的空闲频谱块集合如下：

路径ABF：B_空闲＝{<7,8,2>，<13,15,3>，<22,24,3>}；

路径AEF：B_空闲＝{<1,1,1>，<6,8,3>，<15,17,3>，<22,24,3>}；

路径ADBF：B_空闲＝{<5,8,4>，<13,17,5>，<21,24,4>}。

(1)路径ABF上各空闲频谱块需要移动的业务数量分别为{2，1，1}，假设各业务都可在原路径上移动(如果某业务不能移动，则对应空闲频谱块不能被重构)，则返回首频隙13对应的空闲频谱块进行重构，需要移动的业务数量为1；

(2)路径AEF上各空闲频谱块需要移动的业务数量分别为{5，1，1，1}，假设各业务都可在原路径上移动(如果某业务不能移动，则对应空闲频谱块不能被重构)，则返回首频隙6对应的空闲频谱块进行重构，需要移动的业务数量为1；

(3)路径ADBF上各空闲频谱块需要移动的业务数量分别为{2，1，3}，假设各业务都可在原路径上移动(如果某业务不能移动，则对应空闲频谱块不能被重构)，则返回首频隙13对应的空闲频谱块进行重构，需要移动的业务数量为1；

(4)通过比较，三者对应需要移动的业务数量相同，但首频隙6最小，因此选择路径AEF作为连接路径，并对首频隙6对应的空闲频谱块进行重构后完成频谱分配。

实施例7

在上述实施例1-实施例6提供的基于动态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基于动态弹性光网络的路由频谱分配装置，如图11所示，是本发明实施例的装置架构示意图。本实施例的基于动态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11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11中以通过总线连接为例。

所述存储器22作为一种基于动态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中的基于动态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，从而执行基于动态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-实施例6的基于动态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中的基于动态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-图7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(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、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 (10)

1.一种基于动态弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，包括：

基于业务连接请求计算K条备选路径，确定当前业务在每条备选路径上的调制格式，并计算当前业务在每条备选路径上需占用的频隙数；

根据备选路径上各频隙的占用情况计算每条备选路径上的空闲频谱块；其中，每个空闲频谱块由一个或多个连续空闲频隙组成；

根据当前网络中被阻塞的业务连接请求数和到达的业务连接请求数计算业务实时阻塞率，并将所述业务实时阻塞率与预设阈值进行比较；

如果业务实时阻塞率大于等于预设阈值，则在K条备选路径中选择业务占用总频隙数最小的路径建立业务连接，并在该路径进行频谱分配；

如果业务实时阻塞率小于预设阈值，则对每条备选路径进行频谱预分配，计算分配前后每条备选路径上空闲频谱块的数量变化比，并选择数量变化比最小的路径建立业务连接。

2.如权利要求1所述的基于动态弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，所述基于业务连接请求计算K条备选路径，确定当前业务在每条备选路径上的调制格式，并计算当前业务在每条备选路径上需占用的频隙数，具体包括：

接收到业务连接请求后，基于KSP算法计算当前业务的K条备选路径；其中，所述业务连接请求中携带当前业务的源节点、宿节点和接入速率；

计算每条备选路径的OSNR，并根据OSNR和当前业务的接入速率，从标准映射表中确定当前业务在每条备选路径上的调制格式和频谱宽度；

根据对应的频谱宽度计算当前业务在每条备选路径上需占用的频隙数。

3.如权利要求1所述的基于动态弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，所述根据备选路径上各频隙的占用情况计算每条备选路径上的空闲频谱块，具体包括：

根据频隙在备选路径的每个链路上的占用情况，计算每条备选路径上每个频隙的综合状态；其中，如果频隙在备选路径的一条或多条链路中被占用，则该备选路径上该频隙的综合状态为占用，否则为空闲；

根据备选路径上各频隙的综合状态，统计每条备选路径上的空闲频谱块，并用<空闲首频隙，空闲末频隙，空闲频隙数>表示各空闲频谱块。

4.如权利要求1所述的基于动态弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，当业务实时阻塞率大于等于预设阈值时，所述在K条备选路径中选择业务占用总频隙数最小的路径建立业务连接，具体为：

对于每条备选路径，将该备选路径上各空闲频谱块对应空闲频隙数的最大值与当前业务在该备选路径上需占用的频隙数进行比较；

如果空闲频隙数的最大值大于等于当前业务需占用的频隙数，则基于该备选路径上的链路数和当前业务需占用的频隙数，计算该备选路径上的业务占用总频隙数；如果空闲频隙数的最大值小于当前业务需占用的频隙数，则跳过该备选路径，继续进行下一条备选路径的计算；

待每条备选路径上对应的业务占用总频隙数均计算完成后，取业务占用总频隙数最小的一条备选路径作为建立业务连接的路径。

5.如权利要求4所述的基于动态弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，对于任一备选路径，所述频谱分配的过程具体为：

根据该备选路径上的空闲频谱块和当前业务在该备选路径上需占用的频隙数，生成当前业务在该备选路径上的可用频谱块集合；

对于可用频谱块集合中的每个可用频谱块，计算可用频谱块分配前后该备选路径上空闲频谱块的数量变化比；

待每个可用频谱块分配前后该备选路径上空闲频谱块的数量变化比均计算完成后，选择数量变化比最小的可用频谱块分配给该备选路径。

6.如权利要求5所述的基于动态弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，如果该备选路径上空闲频谱块的数量变化比最小时对应的可用频谱块有多个，则从中选择对应首频隙在全网占用次数最大的可用频谱块分配给该备选路径；

如果对应首频隙在全网占用次数最大时对应的可用频谱块有多个，则继续从中选择在频谱轴上位置最靠前的可用频谱块分配给该备选路径。

7.如权利要求5所述的基于动态弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，当业务实时阻塞率小于预设阈值时，所述对每条备选路径进行频谱预分配，计算分配前后每条备选路径上空闲频谱块的数量变化比，并选择数量变化比最小的路径建立业务连接，具体为：

对于每条备选路径，调用频谱分配功能完成当前业务的频谱预分配，并根据返回结果得到该备选路径上预分配的可用频谱块以及频谱分配前后空闲频谱块的数量变化比；

待每条备选路径均完成频谱预分配后，选择频谱分配前后空闲频谱块的数量变化比最小的一条路径作为建立业务连接的路径，并将对应预分配的可用频谱块作为业务连接建立时所占用的频谱块。

8.如权利要求1-7任一所述的基于动态弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，对于任一备选路径，如果当前业务在该备选路径上频谱分配失败，则所述方法还包括：

对于该备选路径上的每个空闲频谱块，统计该空闲频谱块周围最靠近的m个频隙对应的一个或多个其他业务；其中，m＝当前业务在该备选路径上需占用的频隙数-该空闲频谱块对应的空闲频隙数；

判断该空闲频谱块对应统计的每个其他业务是否可移动，如果每个其他业务均可移动，则记录该空闲频谱块以及对应需要移动的业务数量；

待每个空闲频谱块均完成处理后，比较每个空闲频谱块需要移动的业务数量，并选择需要移动业务数量最小的空闲频谱块进行频谱重构，进而根据频谱重构结果在该备选路径进行频谱分配。

9.如权利要求8所述的基于动态弹性光网络的路由频谱分配方法，其特征在于，如果需要移动业务数量最小时对应的空闲频谱块有多个，则从中选择在频谱轴上位置最靠前的空闲频谱块进行频谱重构。

10.一种基于动态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1-9任一所述的基于动态弹性光网络的路由频谱分配方法。

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