CN113055767B - 一种基于灵活栅格的路由频谱分配方法与装置 - Google Patents

一种基于灵活栅格的路由频谱分配方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于灵活栅格的路由频谱分配方法与装置，以预设的基本波长为单位，将灵活栅格光网络中的全网可用波段资源平均划分为多个小波段；对于待分配资源的多个业务，根据源节点和宿节点计算出N个备选路径；根据每个节点是否具备中继能力，对计算出的所述N个备选路径进行路径分割，得到多个子路径；利用子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽制定整型规划，并根据所述整型规划计算出的最优解对所述多个业务进行路由频谱分配。本发明综合考虑路由和频谱对于网络资源的影响，使尽量多的业务成功分配资源，且分配后剩余可用栅格可组成尽量多的不同带宽可用剩余资源，优化网络频谱资源碎片。

Description

一种基于灵活栅格的路由频谱分配方法与装置
技术领域
本发明属于控制平面和灵活栅格光网络技术领域，更具体地，涉及一种基于灵活栅格的路由频谱分配方法与装置。
背景技术
随着物联网的普及与发展，各种带宽业务需求的数据流量快速增长，对现有的光传输网提出了较大的挑战。传统的波分复用(Wavelength Division Multiplexing，简写为WDM)网络采用的是固定栅格，导致带宽颗粒度固定、波长分配方式僵化，整个网络的带宽资源利用率低、网络灵活性差。近年来不断发展的灵活栅格，提供了更细粒度的频谱划分方法，有效地提高了带宽分配的灵活性，但同时也带来资源分配管理困难的问题。
灵活栅格光网络获得了更高的灵活性，可以支持多种不同带宽的频谱分配，同时给上层的管理控制带来了许多新的需求，特别是对于波长交换光网络(WavelengthSwitched Optical Network，简写为WSON)这种实时自动分配网络资源的上层控制来说，如何在完全灵活的栅格下满足业务的路由和频谱分配问题，建立端到端的业务光路径并分配合适的通信参数，成为实现管理控制的核心问题。
在现有WSON的光网络计算中，最大的计算难点就在于：当有多条不同带宽的业务混合同时需要进行资源分配时，如何综合考虑路由分配和频谱分配对于网络资源的影响，使得尽量多的业务成功分配资源，并且分配资源后剩余可用栅格尽量多，从而优化网络频谱资源碎片。但是，现有的计算方法主要是针对每条业务请求分别进行路由的分配优化和频谱的随机分配，即对业务的计算都是单条进行，而无法结合多条业务的资源需求、剩余频谱可用性等对网络资源进行分配，因此很难使业务的路由频谱分配结果达到最优，使网络的资源情况达到最优状态。
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灵活栅格的路由频谱分配方法与装置，其目的在于通过整型规划计算多种不同带宽业务同时进行资源分配的情况，使得尽量多的业务成功分配资源后剩余可用栅格尽量多，由此解决传统技术无法结合多条业务的资源需求、剩余频谱可用性等对网络资源进行分配的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于灵活栅格的路由频谱分配方法，包括：
以预设的基本波长为单位，将灵活栅格光网络中的全网可用波段资源平均划分为多个小波段；
对于待分配资源的多个业务，根据源节点和宿节点计算出N个备选路径；其中，所述多个业务的源节点一致，宿节点也一致；
根据每个节点是否具备中继能力，对计算出的所述N个备选路径进行路径分割，得到多个子路径；
利用子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽制定整型规划，并根据所述整型规划计算出的最优解对所述多个业务进行路由频谱分配。
优选地，所述利用子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽制定整型规划，并根据所述整型规划计算出的最优解对所述多个业务进行路由频谱分配，具体为：
根据子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽确定整型规划的目标函数，使得在算通业务数目最多的前提下剩余频谱碎片最少；
根据子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽确定整型规划的约束条件，使所述目标函数中的每个计算因子均满足实际物理设备的要求；
基于由子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽形成的各种组合进行计算，并将满足约束条件的同时使目标函数最优的结果作为最优解；
根据所述最优解对应的子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽的组合，对所述多个业务进行路由频谱分配。
优选地，所述目标函数具体为：
Figure GDA0003742243290000031
其中，xsd,p,i,w取1或0，表示源节点为s、宿节点为d的业务是否选择子路径p上起始频率为第i个小波段、带宽为w的波段，取值为1时表示选择，取值为0时表示不选择；aw,p表示分配完成后子路径p上剩余资源可以组成的带宽为w的频谱组合个数；W为所述多个业务的请求带宽的集合，I为划分出的所有小波段的集合；
Figure GDA0003742243290000032
表示最终算通的业务数目，
Figure GDA0003742243290000033
表示分配完成后剩余资源可以组成的各种带宽的频谱组合的数目，M为与网络场景相关的常数，maxF表示总体的目标函数值F取最大值。
优选地，aw,p的计算公式具体如下：
Figure GDA0003742243290000034
其中，符号∏表示遍历。
优选地，所述约束条件包括：针对每个请求带宽，计算出的路径数不超过请求的业务数；对应的约束函数具体如下：
Figure GDA0003742243290000035
其中，Rsd,w表示源节点为s、宿节点为d、请求带宽为w的业务数目，
Figure GDA0003742243290000036
表示从源节点s出去的带宽为w的路径数，对应针对请求带宽w计算出的路径数。
优选地，所述约束条件包括：针对每个请求带宽，从源节点出去的路径数与最终到达宿节点的路径数相同；对应的约束函数具体如下：
Figure GDA0003742243290000041
其中，
Figure GDA0003742243290000042
表示从源节点s出去的带宽为w的路径数，
Figure GDA0003742243290000043
表示最终到达宿节点d的带宽为w的路径数。
优选地，所述约束条件包括：针对每个请求带宽，光网络中每个中继节点前后的子路径数目一致；对应的约束函数具体如下：
Figure GDA0003742243290000044
其中，
Figure GDA0003742243290000045
表示以中继节点z为宿的带宽为w的子路径数，
Figure GDA0003742243290000046
表示以中继节点z为源的带宽为w的子路径数，Z为光网络拓扑中的中继节点集合。
优选地，所述约束条件包括：在每条链路上，每个小波段的被选择次数不超过一次；对应的约束函数具体如下：
Figure GDA0003742243290000047
优选地，所述基于由子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽形成的各种组合进行计算，并将满足约束条件的同时使目标函数最优的结果作为最优解，具体为：
基于每个子路径、每个子路径上可用小波段的起始频率和每个业务的请求带宽，罗列出与xsd,p,i,w下标相对应的各种(sd,p,i,w)组合；
按照每种组合对应的xsd,p,i,w取0或1，利用整型规划计算出所有满足约束条件的组合，并计算每个满足约束条件的组合下对应的aw,p；
根据得到的xsd,p,i,w和aw,p计算每个满足约束条件的组合下对应的目标函数值F，并将最大目标函数值maxF对应的组合作为最优解。
按照本发明的另一方面，提供了一种基于灵活栅格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，用于完成第一方面提供的基于灵活栅格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：本发明提供了一种基于灵活栅格的路由频谱分配方法中，利用整型规划构造模型，对多种不同带宽业务同时计算进行资源分配，获得当前网络下的最优解，综合考虑路由分配和频谱分配对于网络资源的影响，使得尽量多的业务成功分配资源，且分配资源后剩余可用栅格可以组成尽量多的不同带宽可用剩余资源，优化网络频谱资源碎片，可用于实际灵活栅格的工程组网。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于灵活栅格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全网可用波段资源的划分示意图；
图3是本发明实施例提供的一种灵活栅格光网络的拓扑示意图；
图4是本发明实施例提供的一种利用整型规划计算路由频谱的方法流程图；
图5是本发明实施例提供的一种基于灵活栅格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
为解决传统技术无法结合多条业务的资源需求、剩余频谱可用性等对网络资源进行分配的技术问题，本发明实施例提供了一种基于灵活栅格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，以预设的基本波长为单位，将灵活栅格光网络中的全网可用波段资源平均划分为多个小波段。
其中，所述预设的基本波长通常取6.25GHz，则划分完成后每个小波段的波长即为6.25GHz。结合图2，目前在业界光传输设备的主要光波段的可用波长范围在196.075THz-191.275THz，而目前常用的业务带宽有37.5GHz、50GHz、75GHz几种，对可用波长范围按照每6.25GHz进行波段划分，可以划分为768个小波段(为方便说明可分别编号为1～768小波段)。对于带宽为50GHz的业务，相当于需要占用8个连续的小波段；对于带宽为37.5GHz的业务，相当于需要占用6个连续的小波段；以此类推，可将所有业务的请求带宽变成请求若干个连续6.25GHz小波段。后续计算中，为了达到资源的优化，减少频谱碎片，就需要尽量使剩余的可用资源还能继续连续分配，减少少于6个连续6.25GHz小波段的资源碎片。
步骤20，对于待分配资源的多个业务，根据源节点和宿节点计算出N个备选路径；其中，所述多个业务的源节点一致，宿节点也一致。
对于待分配资源的多个业务(例如需要为从节点A到节点B的三条业务分配资源)，利用KSP算法和负载均衡算法计算出N个备选路径，同时排除已经占用资源较多的链路；具体过程如下：
首先，利用KSP算法计算出从源节点到宿节点的K条可达路径。其中，这里采用任意KSP算法皆可，K值可根据光网络拓扑确定，也可以对某一光网络拓扑取若干K值并比较后再取其中比较合理的K值。
然后，利用负载均衡公式计算每条可达路径的负载均衡值，并根据计算结果对所述K条可达路径的负载均衡值进行排序，取负载均衡值最大的前N个路径作为后续使用的备选路径。其中，计算公式如下：
负载均衡值＝整条路径的最小链路带宽/整条路径节点跳数的平方；
在上述公式中，所述整条路径的最小链路带宽＝该路径上每条链路的可用6.25GHz小波段个数的最小值，可体现出该路径上空闲资源的多少；所述整条路径节点跳数＝该路径经过的节点个数-1，即该路径上的链路数量。由此可知，对于任一路径，最小链路带宽越大、节点跳数越少，负载均衡值就越大。利用上述公式计算并排序后，得到负载均衡值最大的N个备选路径，这样可以尽量选取路径较短且空闲资源较多的路径。其中，N的取值与拓扑大小相关，通常可以取K值的60％～80％，在此不做具体限定。
步骤30，根据每个节点是否具备中继能力，对计算出的所述N个备选路径进行路径分割，得到多个子路径。
对于每个节点，按照设备的物理配置可以分为具备中继能力的节点(可简称为中继节点)和不具备中继能力的节点；如果节点不具备中继能力，则一条业务通过该节点前后的波长必须一致。为此，对于上面计算出的每个备选路径，可根据各节点是否可以中继分割为若干条子路径，这样分割出来的每条子路径用于后续进行计算时，通过该子路径的业务从子路径首节点到子路径末节点的波长一致。
以图3所示的拓扑图为例，如果C节点可以作为中继节点，则对路径A-C-D-B分割时，可得到以下三条子路径：A-C、C-D-B、A-C-D-B。这样分割后，每条子路径具有以下特点：通过该条子路径的业务，从子路径首节点到子路径末节点的波长一致，这与实际设备的物理要求一致。利用这种子路径作为后续整型规划的最小计算单元时，直接以一条子路径的某一个波长作为选择对象，不需要再单独考虑每条链路与下一条经过的链路的波长一致性；需要说明的是，总路径(例如上面的A-C-D-B)也可以从头至尾波长统一，因此也可以作为一个子路径。当不进行路径分割，而是针对每条链路分别分析时，以子路径C-D-B为例，在后续进行考虑时，可能C-D是一个波长，D-B是另一个波长，然后又发现实际上C不能中继变波长，前面的波长选取不可用；而分割为子路径时，已经先把这种约束考虑进去，即C-D-B总体考虑选择一个可用波长。
步骤40，利用子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽制定整型规划，并根据所述整型规划计算出的最优解对所述多个业务进行路由频谱分配。
该步骤为整个方案的重点，主要是利用整型规划，对前面计算出的子路径，加入小波段的起始频率和业务的请求带宽一起作为考虑因素构造整型规划模型，对待分配资源的多个业务同时计算，获得当前网络下的最优解，分配路径和频谱。如图4所示，具体又包括以下步骤：
步骤401，根据子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽确定整型规划的目标函数，使得在算通业务数目最多的前提下剩余频谱碎片最少。
对整个光网络进行管理控制计算，当有多个业务需要计算路由频谱时，首要的计算目标应该是分配成功的业务最多，其次是分配结果造成更少的频谱碎片，即算通业务数目最多的前提下剩余频谱碎片最少。仍以图3所示的拓扑图为例，假如目前节点A的WSON收到从节点A到节点B的三条业务的路由频谱分配的计算请求，那么WSON在计算时，首要目标是使三条业务都计算成功；如果资源不够，那也是尽量多的计算成功；在此基础上，尽量使剩余的频谱碎片最少。基于上述目标，本发明将多条业务的计算请求转化为求解线性规划，配置合理的目标函数进行批量计算。其中，所述目标函数具体如下：
Figure GDA0003742243290000081
其中，p(源)＝s表示子路径p以节点s为源。i的取值可以为1，2，3…，768，表示所取波长的起始频率为第i个小波段；i∈I，I为划分出的所有小波段的集合，此处I＝{1，2，3…，768}。w的取值为自然数，具体与业务的请求带宽相关，带宽为w表示带宽为6.25GHz的w倍；例如，当业务的请求带宽为37.5GHz时，w＝6；当业务的请求带宽为50GHz时，w＝8。w∈W，W为所述多个业务的请求带宽的集合，例如一个网络中有37.5GHz、50GHz两种请求带宽的业务时，那么此处W＝{6，8}。
xsd,p,i,w表示源节点为s、宿节点为d的业务(可简称为请求sd)是否选择子路径p上起始频率为第i个小波段、带宽为w的波段；xsd,p,i,w可以取1或0，取值为1时表示该子路径上的该频段波长被选择，取值为0时则表示没有被选择。aw,p表示分配完成后子路径p上剩余资源(即剩余的空闲小波段)可以组成的带宽为w的频谱组合个数。
在上述目标函数中，第一项
Figure GDA0003742243290000091
为当子路径p的源与请求sd的源s相同时所有x的和，表示最终算通的业务数目；第二项
Figure GDA0003742243290000092
表示分配完成后剩余资源可以组成的各种带宽的频谱组合的数目。F表示需要取式(1)右侧的两项和作为目标，maxF则表示总体的目标函数值F取最大值。其中，M为一个比较大的常数，与网络场景相关，例如通常可以取768与光网络中链路总数目的乘积，M设置较大的目的是为了使上述目标函数中的第一项
Figure GDA0003742243290000093
作为总体的目标的主要优化目标。因此该目标函数总体表示，在算通业务数目最多的前提下，保证剩余资源可以组成的不同带宽的频谱组合数目最多，即剩余频谱碎片最少。
其中，第二项中aw,p的计算公式具体如下：
Figure GDA0003742243290000094
上述式(2)描述了子路径p上剩余资源可以组成的带宽为w的频谱组合数目与之前所有选择的x之间的关系。对于任一子路径p，当从第i个到第i+w个小波段都没有被选择时，剩余资源可以组成一个带宽为w的频谱组合；遍历所有这样的i，即可得到可以组成的带宽为w的频谱组合个数。其中，符号∏表示遍历所有这样的i。
步骤402，根据子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽确定整型规划的约束条件，使所述目标函数中的每个计算因子均满足实际物理设备的要求。
所述约束条件通常包括选用的路径数不超过业务数、中继前后的业务数目一致、每条链路的每个频段的使用次数不超过一次等等。在一个具体的实施例中，所述约束条件主要包括以下四条：
1)针对每个请求带宽，计算出的路径数不超过请求的业务数；对应的约束函数具体如下：
Figure GDA0003742243290000101
其中，Rsd,w表示源节点为s、宿节点为d、请求带宽为w的业务数目，即请求sd中请求带宽为w的业务数目；
Figure GDA0003742243290000102
表示从源节点s出去的带宽为w的路径数，等于针对请求带宽w计算出的路径数，即针对请求带宽w实际建立的通道数。因此，式(3a)表示针对每个请求sd中每个请求带宽w，计算出的条目数不超过请求的条目数。
2)针对每个请求带宽，从源节点出去的路径数与最终到达宿节点的路径数相同；对应的约束函数具体如下：
Figure GDA0003742243290000103
其中，
Figure GDA0003742243290000104
表示从源节点s出去的带宽为w的路径数，
Figure GDA0003742243290000105
表示最终到达宿节点d的带宽为w的路径数。因此，式(3b)表示针对每个请求sd中每个请求带宽w，从源节点出去的选择个数要和最终到达宿节点的选择个数相同。
3)针对每个请求带宽，光网络中每个中继节点前后的子路径数目一致；对应的约束函数具体如下：
Figure GDA0003742243290000111
其中，
Figure GDA0003742243290000112
表示以中继节点z为宿的带宽为w的子路径数，
Figure GDA0003742243290000113
表示以中继节点z为源的带宽为w的子路径数，Z为光网络拓扑中的中继节点集合。因此，式(3c)为中继限制，表示所有以中继节点z为宿的子路径数等于所有以中继节点z为源的子路径数。
4)在每条链路上，每个小波段的被选择次数不超过一次；对应的约束函数具体如下：
Figure GDA0003742243290000114
其中，in为[i,i+w]内的任一小波段，式(3d)为波段冲突限制，表示在所有子路径的所有链路中，每个小波段的被选择次数不能超过一次。
步骤403，基于由子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽形成的各种组合进行计算，并将满足约束条件的同时使目标函数最优的结果作为最优解。
根据前面构造的目标函数(1)以及约束函数(3a)-(3d)，即可实现对多个业务的同时计算，具体过程如下：
首先，基于每个子路径p、每个子路径上可用小波段的起始频率i和每个业务的请求带宽w，罗列出与xsd,p,i,w下标相对应的各种(sd,p,i,w)组合。然后，按照每种组合对应的xsd,p,i,w取0或1，利用整型规划计算出所有满足约束条件的组合，具体是将每种组合对应的xsd,p,i,w分别代入约束函数(3a)-(3d)判断是否满足，并根据公式(2)计算每个满足约束条件的组合下对应的aw,p。最后，利用目标函数(1)，根据得到的xsd,p,i,w和aw,p计算每个满足约束条件的组合下对应的目标函数值F，并将最大目标函数值maxF对应的组合作为最优解。
步骤404，根据所述最优解对应的子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽的组合，对所述多个业务进行路由频谱分配。
所述最优解对应的组合中描述了任一请求带宽为w的业务所选用的子路径、每个子路径上所选用的小波段，因此根据最优解即可完成对所述多个业务的路由频谱分配。
本发明实施例提供的上述路由频谱分配方法可用于实际灵活栅格的工程组网，基于算通业务数目最多的前提下剩余频谱碎片最少的目标制定整型规划，利用整型规划构造模型，对多种不同带宽业务同时计算进行资源分配，获得当前网络下的最优解，综合考虑了路由分配和频谱分配对于网络资源的影响，使得尽量多的业务成功分配资源，且分配资源后剩余可用栅格可以组成尽量多的不同带宽可用剩余资源，优化网络频谱资源碎片。
实施例2
在上述实施例1的基础上，为了对本发明的技术方案进行更为直观深入的分析，本发明实施例进一步结合图3中的拓扑图，对多个业务同时进行路由频谱分配的过程进行详细介绍。
在图3所示的拓扑图中，假如目前节点A的WSON收到从节点A到节点B的三条业务的路由频谱分配的计算请求，其中两条业务的请求带宽为37.5GHz(对应w＝6)，分别记为业务1和业务2；一条业务的请求带宽为50GHz(对应w＝8)，记为业务3，因此W＝{6，8}。假设当前可达路径即可用频谱资源包括链路A-B上的1～8小波段，链路A-C上的11～16小波段、21～28小波段、41～46小波段，链路C-B上的11～16小波段、31～36小波段，每个小波段的波长为6.25GHz，其中C节点可以做中继。
如果使用传统的WSON计算方法，是对单条业务分别进行计算，则可能存在以下情况：情况一，假如先收到业务1或业务2的某个请求，直接进行计算，很可能直接选取了路径A-B的1～6小波段，那么后续业务3就没有可达结果了；情况二，假如先收到业务3的请求，选取了A-B的1～8小波段，再收到业务1的请求，选取了A-C-B的11～16小波段，最后收到业务2的请求，需要走A-C-B，C做中继，而在A-C中很可能会选取21～26波段，这样就导致A-C中不会再有连续8个可用小波段，后续再有带宽50GHz的业务请求时，A-C也不再可提供资源，这样计算出的结果都不是最优结果。
如果采用实施例1中所述的方法，则可对业务1、2、3同时进行路由频谱资源计算，具体过程如下：
1)基于步骤20中描述的方法，计算出从节点A到节点B的三条备选路径，分别为A-B、A-C-B、A-C-D-B。
2)基于步骤30中描述的方法，根据中继节点进行路径分割。由于C节点可以做中继，因此分割得到以下子路径：A-B、A-C、C-B、A-C-B、C-D-B、A-C-D-B；又由于D-B上没有可用波段，因此可以去掉C-D-B和A-C-D-B两条子路径。对于保留下来的四条子路径，为后续便于说明，将A-B记为子路径1，A-C记为子路径2，C-B记为子路径3，A-C-B记为子路径4。
3)基于步骤40中描述的方法，利用整型规划中的各公式同时计算业务1、2、3这三条请求。
首先，罗列出各种(sd,p,i,w)组合，也就是将所述目标函数中的x罗列成为整型规划的列项。例如，x(sd＝1，p＝1，i＝1，w＝6)表示业务1是否使用子路径1上的起始频率为第1小波段、带宽为6*6.25GHz(即37.5GHz)的波段，即业务1是否选择A-B上的第1～6个小波段。
按照上述规则，对于请求带宽w＝6(主要是针对业务1和业务2)，子路径1、2、3、4上均存在满足使用条件的可用波段，则可罗列出以下x列项(其中，组合中的符号“/”表示分别取这些值的意思)：
x(sd＝1/2，p＝1，i＝1/2/3，w＝6)；
x(sd＝1/2，p＝2，i＝11/21/22/23/41，w＝6)；
x(sd＝1/2，p＝3，i＝11/31，w＝6)；
x(sd＝1/2，p＝4，i＝11，w＝6)；
当请求带宽w＝8时(主要是针对业务3)，只有子路径1、2上存在满足使用条件的可用波段，则可罗列出以下x列项：
x(sd＝3，p＝1，i＝1，w＝8)；
x(sd＝3，p＝2，i＝21，w＝8)；
然后，计算出所有满足约束条件的x组合。其中：
对于约束条件1)对应的式(3a)，当请求带宽w＝6时，Rsd,w＝RAB,w＝6＝2，
Figure GDA0003742243290000141
Figure GDA0003742243290000142
当请求带宽w＝8时，Rsd,w＝RAB,w＝8＝1，
Figure GDA0003742243290000143
Figure GDA0003742243290000144
对于约束条件2)对应的式(3b)，当请求带宽w＝6时，
Figure GDA0003742243290000145
Figure GDA0003742243290000146
Figure GDA0003742243290000147
Figure GDA0003742243290000148
当请求带宽w＝8时，
Figure GDA0003742243290000149
Figure GDA00037422432900001410
＝x(sd＝3，p＝1，i＝1，w＝8)。
对于约束条件3)对应的式(3c)，已知中继节点为节点C，当请求带宽w＝6时，
Figure GDA00037422432900001411
Figure GDA0003742243290000151
当请求带宽w＝8时，
Figure GDA0003742243290000152
Figure GDA0003742243290000153
对于约束条件4)对应的式(3d)，每条链路上的每个小波段的被选择次数不超过一次；例如，对于链路A-B上的第1小波段，包含链路A-B的子路径只有子路径1，那么，
Figure GDA0003742243290000154
Figure GDA0003742243290000155
同理可计算其他链路上的其他小波段。
按照上述公式，将每种组合对应的x取0或1分别带入各约束函数进行计算，即可得到所有满足约束条件的组合；然后根据公式(2)计算每个满足约束条件的组合下对应的aw,p，再利用目标函数(1)计算每个满足约束条件的组合下对应的目标函数值F，并取最大目标函数值maxF时对应的组合，仅保留x值为1的组合即可。
例如，代入约束函数计算后发现，当x(sd＝1，p＝4，i＝11，w＝6)＝1、x(sd＝2，p＝2，i＝41，w＝6)＝1、x(sd＝2，p＝3，i＝31，w＝6)＝1、x(sd＝3，p＝1，i＝1，w＝8)＝1时，所有的约束条件均能满足；此时，还有子路径2上的21-28波段均没有被选择，根据公式(2)可计算得到子路径2上剩余资源可以组成的带宽为w的频谱组合数目aw,p：
当请求带宽w＝6时，
Figure GDA0003742243290000156
Figure GDA0003742243290000157
Figure GDA0003742243290000158
即a(w＝6，p＝2)＝3，其他a为0；
当请求带宽w＝8时，
Figure GDA0003742243290000159
Figure GDA00037422432900001510
即a(w＝8，p＝2)＝1，其他a为0。
由此可知，所述目标函数中的第一项
Figure GDA0003742243290000161
Figure GDA0003742243290000162
即算通了三条业务；第二项
Figure GDA0003742243290000163
即剩余资源可以组成4种频谱组合。假设所述目标函数中的M＝768*链路总数目＝768*5＝3840，则此时F＝3840*3+4。
对于传统方法中的情况一，由于只能算通两条业务，则F＝3840*2+a，显然小于3840*3+4；对于传统方法中的情况三，可算通三条业务，最后是子路径2上的41-46波段没有被选择，剩余资源仅能组成1种频谱组合，则F＝3840*3+1，显然小于3840*3+4。因此，与传统方法的两种情况相比，F＝3840*3+4为其中的最大值。
假设maxF＝3840*3+4，即所有情况组合下的最大值，则根据x(sd＝1，p＝4，i＝11，w＝6)＝1、x(sd＝2，p＝2，i＝41，w＝6)＝1、x(sd＝2，p＝3，i＝31，w＝6)＝1、x(sd＝3，p＝1，i＝1，w＝8)＝1可知，应选择业务3走A-B的1～8小波段，业务1走A-C-B的11～16小波段，业务2走A-C的41～46小波段和C-B的31～36小波段，这样就保证了三条业务均有可达路由资源的同时，使剩余资源可以组成最优的不同带宽组合，尽量减少了频谱的碎片。
上述实施例仅以图3所示的拓扑图为例进行描述，但同样可适用于其他灵活栅格光网络的拓扑，具体计算过程可参考上述介绍，在此不做赘述。
实施例3
在上述实施例1和实施例2提供的基于灵活栅格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灵活栅格的路由频谱分配装置，如图5所示，是本发明实施例的装置架构示意图。本实施例的基于灵活栅格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5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5中以通过总线连接为例。
所述存储器22作为一种基于灵活栅格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中的基于灵活栅格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，从而执行基于灵活栅格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和实施例2的基于灵活栅格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中的基于灵活栅格的路由频谱分配方法，例如，执行以上描述的图1和图4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 (9)

1.一种基于灵活栅格的路由频谱分配方法，其特征在于，包括：
以预设的基本波长为单位，将灵活栅格光网络中的全网可用波段资源平均划分为多个小波段；
对于待分配资源的多个业务，根据源节点和宿节点计算出N个备选路径；其中，所述多个业务的源节点一致，宿节点也一致；
根据每个节点是否具备中继能力，对计算出的所述N个备选路径进行路径分割，得到多个子路径；
利用子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽制定整型规划，并根据所述整型规划计算出的最优解对所述多个业务进行路由频谱分配，其中，制定整型规划具体为：根据子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽确定整型规划的目标函数，使得在算通业务数目最多的前提下剩余频谱碎片最少，根据子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽确定整型规划的约束条件，使所述目标函数中的每个计算因子均满足实际物理设备的要求，基于由子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽形成的各种组合进行计算，并将满足约束条件的同时使目标函数最优的结果作为最优解，根据所述最优解对应的子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽的组合，对所述多个业务进行路由频谱分配。
2.如权利要求1所述的基于灵活栅格的路由频谱分配方法，其特征在于，所述目标函数具体为：
Figure FDA0003720339150000011
其中，xsd,p,i,w取1或0，表示源节点为s、宿节点为d的业务是否选择子路径p上起始频率为第i个小波段、带宽为w的波段，取值为1时表示选择，取值为0时表示不选择；aw,p表示分配完成后子路径p上剩余资源可以组成的带宽为w的频谱组合个数；W为所述多个业务的请求带宽的集合，I为划分出的所有小波段的集合；
Figure FDA0003720339150000021
表示最终算通的业务数目，
Figure FDA0003720339150000022
表示分配完成后剩余资源可以组成的各种带宽的频谱组合的数目，M为与网络场景相关的常数，maxF表示总体的目标函数值F取最大值。
3.如权利要求2所述的基于灵活栅格的路由频谱分配方法，其特征在于，aw,p的计算公式具体如下：
Figure FDA0003720339150000023
其中，符号Π表示遍历。
4.如权利要求2所述的基于灵活栅格的路由频谱分配方法，其特征在于，所述约束条件包括：针对每个请求带宽，计算出的路径数不超过请求的业务数；对应的约束函数具体如下：
Figure FDA0003720339150000024
其中，Rsd,w表示源节点为s、宿节点为d、请求带宽为w的业务数目，
Figure FDA0003720339150000025
表示从源节点s出去的带宽为w的路径数，对应针对请求带宽w计算出的路径数。
5.如权利要求2所述的基于灵活栅格的路由频谱分配方法，其特征在于，所述约束条件包括：针对每个请求带宽，从源节点出去的路径数与最终到达宿节点的路径数相同；对应的约束函数具体如下：
Figure FDA0003720339150000031
其中，
Figure FDA0003720339150000032
表示从源节点s出去的带宽为w的路径数，
Figure FDA0003720339150000033
表示最终到达宿节点d的带宽为w的路径数。
6.如权利要求2所述的基于灵活栅格的路由频谱分配方法，其特征在于，所述约束条件包括：针对每个请求带宽，光网络中每个中继节点前后的子路径数目一致；对应的约束函数具体如下：
Figure FDA0003720339150000034
其中，
Figure FDA0003720339150000035
表示以中继节点z为宿的带宽为w的子路径数，
Figure FDA0003720339150000036
表示以中继节点z为源的带宽为w的子路径数，Z为光网络拓扑中的中继节点集合。
7.如权利要求2所述的基于灵活栅格的路由频谱分配方法，其特征在于，所述约束条件包括：在每条链路上，每个小波段的被选择次数不超过一次；对应的约束函数具体如下：
Figure FDA0003720339150000037
其中，I为划分出的所有小波段的集合。
8.如权利要求2-7任一所述的基于灵活栅格的路由频谱分配方法，其特征在于，所述基于由子路径、小波段的起始频率和业务的请求带宽形成的各种组合进行计算，并将满足约束条件的同时使目标函数最优的结果作为最优解，具体为：
基于每个子路径、每个子路径上可用小波段的起始频率和每个业务的请求带宽，罗列出与xsd,p,i,w下标相对应的各种(sd,p,i,w)组合；
按照每种组合对应的xsd,p,i,w取0或1，利用整型规划计算出所有满足约束条件的组合，并计算每个满足约束条件的组合下对应的aw,p；
根据得到的xsd,p,i,w和aw,p计算每个满足约束条件的组合下对应的目标函数值F，并将最大目标函数值maxF对应的组合作为最优解。
9.一种基于灵活栅格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任一所述的基于灵活栅格的路由频谱分配方法。
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