一種靈活頻譜光網(wǎng)絡(luò)中的路由和頻譜分配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種靈活頻譜光網(wǎng)絡(luò)中的路由和頻譜分配方法，包括如下步驟：將到達網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)請求根據(jù)該業(yè)務(wù)對誤碼率的需求映射到高等級業(yè)務(wù)或低等級業(yè)務(wù)中；分別為不同等級業(yè)務(wù)請求采用不同鏈路權(quán)重計算k條路由；利用首次命中頻譜分配方法為k條路徑分配頻譜資源，得到k條光路；計算這k條光路的誤碼率及在每一條光路中建立光路后網(wǎng)絡(luò)消耗的能量；根據(jù)業(yè)務(wù)對誤碼率需求和網(wǎng)絡(luò)能源的需求選擇光路資源，建立連接；本發(fā)明的方法為高等級業(yè)務(wù)優(yōu)先選擇滿足服務(wù)質(zhì)量需求的光路，為低等級業(yè)務(wù)選擇能源消耗最少且服務(wù)質(zhì)量滿足需求的光路建立連接，以保證服務(wù)質(zhì)量，實現(xiàn)能源消耗與服務(wù)質(zhì)量的權(quán)衡，有效降低了由于服務(wù)質(zhì)量造成的阻塞率；本方法適用于未來靈活頻譜光網(wǎng)絡(luò)中多等級業(yè)務(wù)的傳輸需求以及對網(wǎng)絡(luò)能源消耗的需求。
【專利說明】一種靈活頻譜光網(wǎng)絡(luò)中的路由和頻譜分配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種靈活頻譜光網(wǎng)絡(luò)中的路由和頻譜分配方法，QoS (Quality ofService，服務(wù)質(zhì)量)與能源消耗之間的權(quán)衡問題、針對多等級業(yè)務(wù)的不同需求進行不同光路資源分配過程的路由和頻譜分配方法，屬于光通信【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的固定頻隙寬度波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)通常以50GHz、100GHz的寬度劃分頻譜資源，每個頻隙對應(yīng)一個波長。然而，一些請求不能完全占用一個波長的全部頻譜資源，導(dǎo)致了頻譜資源的低效利用。靈活頻譜光網(wǎng)絡(luò)采用靈活頻譜技術(shù)，以更細粒度的頻率劃分頻譜資源(如25GHz、12.5GHz、6.25GHz)。一個連接請求可以根據(jù)本身需求的帶寬占用合適數(shù)量的頻隙，從而提高了資源的利用率，適應(yīng)不斷增長的業(yè)務(wù)量對帶寬的需求。
[0003]伴隨著業(yè)務(wù)量的增長，網(wǎng)絡(luò)中能源消耗器件的需求量也不斷增加。這些器件會消耗大量的能源并最終取代物理器件的帶寬限制成為網(wǎng)絡(luò)容量發(fā)展的瓶頸。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)忽略了能源消耗對網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的限制，網(wǎng)絡(luò)中所有的器件全部處于活躍狀態(tài)。這種方式在忙期可以更好的支持信號的傳輸，但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負載較低時，網(wǎng)絡(luò)中很多節(jié)點和鏈路是處于空閑狀態(tài)的，這些節(jié)點沒有傳輸、處理信號卻仍消耗能量。而在睡眠狀態(tài)下，器件消耗的能量非常小，可以被忽略。因此，將網(wǎng)絡(luò)中空閑節(jié)點和鏈路置于睡眠狀態(tài)可以達到節(jié)能的目的。
[0004]在靈活頻譜光網(wǎng)絡(luò)中，資源分配可通過路由和頻譜分配方法實現(xiàn)。為實現(xiàn)節(jié)能，可設(shè)計路由方法將更多的請求連接建立在已經(jīng)存在的光路徑節(jié)點和鏈路中，使更多的節(jié)點和鏈路處于空閑狀態(tài)，進而將其置于睡眠狀態(tài)。但是這種節(jié)能方法會對QoS性能，如BER(BitError Rat1，誤碼率)，產(chǎn)生劣化。處于睡眠狀態(tài)的節(jié)點和鏈路不能用于傳輸信號，這可能導(dǎo)致不滿足QoS需求的路徑被選中，雖然在不考慮QoS需求時，這些路徑可以實現(xiàn)節(jié)能傳輸，但是不能保證用戶對QoS的需求，從而造成質(zhì)量阻塞。為解決能源消耗與QoS之間的權(quán)衡問題，目前的研究大多采用將用戶對QoS的需求作為節(jié)能光路的約束條件，但一些滿足QoS需求的路徑由于節(jié)點和鏈路處于睡眠狀態(tài)而無法使用，導(dǎo)致了連接的阻塞。另外，考慮到高等級業(yè)務(wù)對阻塞率和QoS需求較嚴格，而低等級業(yè)務(wù)的需求相對較低，在為高等級業(yè)務(wù)選擇光路資源時可以更多地關(guān)注保證QoS的過程，為低等級業(yè)務(wù)選擇光路資源時更多關(guān)注節(jié)能過程，保證QoS的同時實現(xiàn)節(jié)能。
[0005]目前考慮能源消耗、QoS的頻譜分配方法不能有效實現(xiàn)能源消耗和QoS之間的權(quán)衡。這種方法的主要缺點為:1)選擇能源有效的光路建立連接，將QoS作為約束參數(shù)，導(dǎo)致連接的阻塞；2)進行能源消耗和QoS權(quán)衡時，對高、低等級的區(qū)分需求考慮不全面。因此，如何在路由和頻譜分配過程中，針對能源消耗與QoS的權(quán)衡問題進行路由和頻譜分配方法的設(shè)計已成為研究的重點。
[0006]本發(fā)明主要目的是提供一種適用于靈活頻譜光網(wǎng)絡(luò)中能源和QoS感知的路由和頻譜分配方法。該方法考慮BER性能與能源消耗之間的權(quán)衡問題，為不同等級業(yè)務(wù)設(shè)計不同的路由方法，保證QoS，同時降低網(wǎng)絡(luò)的能源消耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案:
一種靈活光網(wǎng)絡(luò)中能源和QoS感知路由和頻譜分配方法，該方法包括如下步驟:
1)將到達網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)請求根據(jù)該業(yè)務(wù)對BER的需求映射到高等級業(yè)務(wù)或低等級業(yè)務(wù)中；
2)為該請求計算k條路由；
3)利用首次命中頻譜分配方法為k條路徑分配頻譜資源，得到k條光路；
4)計算這k條光路的BER及在每一條光路中建立光路后網(wǎng)絡(luò)消耗的能量；
5)選擇滿足業(yè)務(wù)BER需求和網(wǎng)絡(luò)能源需求的光路資源，建立連接；
所述計算k條路由具體為:分別為高低等級業(yè)務(wù)采用不同的值作為鏈路權(quán)重，計算k條路由；如果該請求屬于高等級業(yè)務(wù)，以長度為鏈路權(quán)重，利用k條最短路徑算法選擇k條長度最短路徑，將k條光路按照路徑距離從小到大編號，編號依次為1，2，…k;如果該請求屬于低等級業(yè)務(wù)，則將能源消耗作為鏈路權(quán)重，選擇k條當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下能源消耗最多的路徑，即已經(jīng)建立光路最多的路徑，這樣可以使盡可能多的網(wǎng)絡(luò)器件處于空閑狀態(tài)，將k條路徑按照消耗能量從小到大編號，編號依次為1，2，-k；
如果該請求屬于高等級業(yè)務(wù)，按照光路編號從小到大依次遍歷，當(dāng)?shù)趇條光路的BER滿足該等級業(yè)務(wù)需求時，將該條光路記為候選光路；如果有kl條候選光路，則從中選擇使網(wǎng)絡(luò)能源消耗最小的光路建立連接；如果k條光路均不滿足BER需求則阻塞連接；
如果該請求屬于低等級的業(yè)務(wù)，按照光路編號從小到大依次遍歷，當(dāng)?shù)趇條光路的BER滿足該等級業(yè)務(wù)需求時，建立連接，如果不存在滿足BER需求的光路資源則阻塞連接；本發(fā)明具有如下作用:為高等級業(yè)務(wù)優(yōu)先分配滿足其BER需求的光路資源，避免由于節(jié)能而導(dǎo)致的QoS阻塞；為低等級業(yè)務(wù)優(yōu)先選擇能源消耗較小的光路，并將BER作為光路的約束條件，保證光路中傳輸光信號的BER滿足業(yè)務(wù)的需求；實現(xiàn)QoS與能源消耗的權(quán)衡；適用于未來多速率、多調(diào)制格式共存的靈活光網(wǎng)絡(luò)中多等級業(yè)務(wù)對QoS和能源消耗的需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明提出的路由和頻譜分配方法的功能模塊圖；以及圖2為采用不同資源分配方法的路由和頻譜分配示意圖。

【具體實施方式】
[0009]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0010]下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。
[0011]本發(fā)明提出的路由和頻譜分配方法主要包括光路資源分配模塊和性能評估兩個模塊。業(yè)務(wù)到達網(wǎng)絡(luò)時，光路資源分配模塊首先為請求選擇路由，并為高等級業(yè)務(wù)選擇長度最短路徑，為低等級業(yè)務(wù)選擇能源消耗最小的路徑；然后利用首次命中方法為選擇好的路徑分配頻譜資源，如果沒有空閑的頻譜資源，阻塞連接。當(dāng)選擇好光路資源后，運行性能評估模塊，判斷光路的BER性能是否滿足特定等級業(yè)務(wù)的需求，如果有多條光路滿足BER需求，則從中選擇能源消耗最小的光路作為傳輸路徑。如果不存在滿足光路BER需求的光路資源，阻塞連接。
[0012]以高等級40Gb/s的連接請求和低等級10Gb/s的連接請求為例說明連接建立過程。具體實施過程中，所述的不同等級業(yè)務(wù)的路由和頻譜分配過程采用本發(fā)明所述方法，具體步驟如下:
1、兩個連接請求到達網(wǎng)絡(luò)，其中一個請求的速率為40Gb/s，BER需求為10_9，該業(yè)務(wù)被映射到高等級業(yè)務(wù)中；另一個請求的速率為lOGb/s，BER需求為10_6，該業(yè)務(wù)被映射到低等級業(yè)務(wù)中；
2、對40Gb/s高等級業(yè)務(wù)請求，利用k條最短路徑算法為其選擇k條長度最短路徑，并將路徑按長度由小到大編號為1，2，-k ;對lOGb/s低等級業(yè)務(wù)請求，利用k條最短路徑算法為其選擇k條能源消耗最小的路徑，并將路徑按能源消耗由小到大編號為1，2，-k；
3、利用FF(FirstFit,首次適應(yīng))方法為每一條路徑尋找頻譜資源，這樣每一個請求都被分配了 k條光路；
4、計算每一條光路的BER和對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)能源消耗，從中選擇滿足BER需求的光路作為候選光路，假設(shè)對40Gb/s高等級業(yè)務(wù)請求,有kl條候選光路,對10Gb/s低等級業(yè)務(wù)請求，有k2條候選光路；
5、對40Gb/s高等級業(yè)務(wù)請求，從對應(yīng)的kl條候選光路中選擇滿足BER需求且能源消耗最小的光路建立連接；對lOGb/s低等級業(yè)務(wù)請求，從對應(yīng)的k2條候選光路中選擇滿足BER需求且編號最小的光路建立連接；當(dāng)沒有滿足用戶BER需求或k條路徑均無可用頻譜資源時阻塞連接。
[0013]本發(fā)明通過一種靈活光網(wǎng)絡(luò)中能源和QoS感知路由和頻譜分配過程進行網(wǎng)絡(luò)中路由和頻譜資源的分配，在網(wǎng)絡(luò)性能上具有以下優(yōu)點:為高等級業(yè)務(wù)優(yōu)先選擇滿足BER需求的光路，降低由于QoS不滿足需求導(dǎo)致的阻塞率；為低等級業(yè)務(wù)在能源有效的光路中選擇滿足BER需求的光路，保證了 QoS，同時降低了網(wǎng)絡(luò)的能源消耗，實現(xiàn)了 QoS與能源消耗的權(quán)衡。
[0014]圖2采用6節(jié)點拓撲來說明本發(fā)明在權(quán)衡能源消耗與QoS后阻塞率方面的優(yōu)勢。節(jié)點集合用V表示，鏈路集合用E表示。其中，V=IV1, V2,…，V6} ；E={eiJ}, i=l,2,…，6;j=l，2，…，6。在圖2 (a)中，當(dāng)一個40Gb/s高等級業(yè)務(wù)請求(V1, V4),即源節(jié)點為V1、目的節(jié)點為V4的請求到達網(wǎng)絡(luò)時，發(fā)現(xiàn)路徑e12 - e25 - e54能夠滿足連接請求的需求。以能源消耗作為鏈路權(quán)重的路徑選擇方法得到的路徑為e13 - e34和e12 - e23 - e34，這兩條路徑的BER都不滿足要求，從而導(dǎo)致了連接阻塞，如圖2 (a)所示。采用本發(fā)明的方法則以最短路徑算法選擇路徑，最短路徑通常具有較好的BER性能，得到路徑為e12 - e25 - e54和e13 -e34,滿足請求BER需求的路徑e12 - e25 - e54被選中建立連接,如圖2 (b)所示。因此,本發(fā)明的路由和頻譜分配方法就降低了由于節(jié)能劣化QoS而導(dǎo)致的阻塞。低等級業(yè)務(wù)對阻塞率和QoS性能要求較低，因此仍采用以能源消耗作為鏈路權(quán)重，以QoS需求作為約束參數(shù)的光路分配方法，保證QoS的同時實現(xiàn)節(jié)能。
[0015]本發(fā)明考慮能源消耗和QoS權(quán)衡問題導(dǎo)致的路徑QoS不滿足需求造成的連接阻塞，以及高等級業(yè)務(wù)和低等級業(yè)務(wù)的區(qū)分需求，為高等級業(yè)務(wù)優(yōu)先選擇滿足QoS需求的光路，為低等級業(yè)務(wù)選擇能源消耗最少且QoS滿足需求的光路建立連接，保證QoS，實現(xiàn)能源消耗與QoS的權(quán)衡，有效降低了由于QoS造成的阻塞率。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)方案適用于任何網(wǎng)絡(luò)拓撲，本發(fā)明的路由方法可結(jié)合不同的頻譜分配方法進行資源的分配。
[0017]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種靈活頻譜光網(wǎng)絡(luò)中的路由和頻譜分配方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 1)將到達網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)請求根據(jù)該業(yè)務(wù)對BER(Bit Error Rat1，誤碼率)的需求映射到高等級業(yè)務(wù)或低等級業(yè)務(wù)中； 2)為該請求計算k條路由； 3)利用首次命中頻譜分配方法為k條路徑分配頻譜資源，得到k條光路； 4)計算這k條光路的BER及在每一條光路中建立光路后網(wǎng)絡(luò)消耗的能量； 5)根據(jù)業(yè)務(wù)對BER需求和網(wǎng)絡(luò)能源的需求選擇光路資源，建立連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所述步驟2)中計算k條光路具體方法為: 分別為高低等級業(yè)務(wù)采用不同的值作為鏈路權(quán)重，計算k條路由；如果該請求屬于高等級業(yè)務(wù)，以長度為鏈路權(quán)重，利用k條最短路徑算法選擇k條長度最短路徑，將k條光路按照路徑距離從小到大編號，編號依次為1，2，…k;如果該請求屬于低等級業(yè)務(wù)，則將能源消耗作為鏈路權(quán)重，選擇k條當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下能源消耗最多的路徑，即已經(jīng)建立光路最多的路徑，這樣可以使盡可能多的網(wǎng)絡(luò)器件處于空閑狀態(tài)，將k條路徑按照消耗能量從小到大編號，編號依次為1，2，…k。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所述步驟5)中選擇光路資源，建立連接具體為: 如果該請求屬于高等級業(yè)務(wù)，按照光路編號從小到大依次遍歷，當(dāng)?shù)趇條光路的BER滿足該等級業(yè)務(wù)需求時，將該條光路記為候選光路；如果有kl條候選光路，則從中選擇使網(wǎng)絡(luò)能源消耗最小的光路建立連接；如果k條光路均不滿足BER需求則阻塞連接；如果該請求屬于低等級的業(yè)務(wù)，按照光路編號從小到大依次遍歷，當(dāng)?shù)趇條光路的BER滿足該等級業(yè)務(wù)需求時，建立連接，如果不存在滿足BER需求的光路資源則阻塞連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，當(dāng)采用其它頻譜分配方法時，可結(jié)合本發(fā)明采用的路由計算方法計算光路資源。
【文檔編號】H04Q11/00GK104320337SQ201410494643
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】趙繼軍, 李偉, 姚秋彥, 任丹萍 申請人:河北工程大學(xué)