一種基于碎片處理的公平路由與頻譜分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于彈性光網(wǎng)絡(luò)路由與頻譜分配技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種基于碎片處理的公平 路由與頻譜分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著高清視頻、云計(jì)算等帶寬密集型業(yè)務(wù)的大量涌現(xiàn)，W光網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的信息傳 輸設(shè)施在高帶寬方面承受著越來越大的壓力。由于現(xiàn)有的波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)(Wavelength Division Multiplexing,WDM)采用固定通道間隔，即將光層的帶寬資源粗糖、均勻、剛性地 限制在一個(gè)波長(zhǎng)量級(jí)上(一般為50GHz)，導(dǎo)致WDM光網(wǎng)絡(luò)靈活性低、帶寬浪費(fèi)嚴(yán)重，難W支持 超100G業(yè)務(wù)的應(yīng)用，已不能適應(yīng)未來大容量、高帶寬、可擴(kuò)展的靈活傳輸需要。為此，基于正 交頻分復(fù)用技術(shù)（〇：rthogonal Frequenc^y Division Multiplexing,OFDM)的彈性光網(wǎng)絡(luò) 化lastic Optical化tworks，EONs)于2009年被提出。EON使用OFDM技術(shù)將光層的帶寬分配 粒度降低到副載波信道的亞波長(zhǎng)量級(jí)(6.25G化或12.5G化），即光層信號(hào)傳輸?shù)幕締卧?再是粗粒度的波長(zhǎng)，而是更精細(xì)粒度的"頻隙"（Frequency Slot,FS)。當(dāng)帶寬需求不同的混 合粒度業(yè)務(wù)出現(xiàn)時(shí)，只要為其分配所需數(shù)目的FS。從而有效實(shí)現(xiàn)了光層資源的虛擬化和按 需配置，大大提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率和靈活率，W致其能夠支持ITb/s的業(yè)務(wù)傳輸。
[0003] 路由與頻譜分配(Routing and Spectrum Assi即ment,RSA)是實(shí)現(xiàn)彈性光網(wǎng)絡(luò)高 帶寬傳輸?shù)淖罨締栴}。彈性光網(wǎng)絡(luò)特有的資源細(xì)粒度化為帶寬分配帶來了新的挑戰(zhàn)，包 括如何滿足頻譜鄰接性和頻譜連續(xù)性的雙重約束，如何降低頻譜碎片對(duì)資源利用率的影響 及如何保證公平性等。文獻(xiàn)[Jinno M,Kozicki B,Takara H,et al.Distance-adaptive spectrum resource allocation in spectrum-sliced elastic optical path network [J]. I邸E Communications Magazine，2010,48(8): 138-145.]從滿足RSA雙重約束的角度 出發(fā)，提出了一種距離自適應(yīng)頻譜資源分配方法W確保使用的頻譜數(shù)目最少，頻譜效率較 高，但也帶來復(fù)雜度過高的問題。文獻(xiàn)[化ristodoulopoulos K,Tomkos LVarvarigos E A.Elastic bandwidth allocation in flexible OFDM-based optical networks[J] .Journal of Li 曲 twave Technology,2011,29(9) :1354-1366.]將路由與頻譜分配方法分 解為路由、調(diào)制和頻譜分配兩階段分別處理，并采用模擬退火方法對(duì)業(yè)務(wù)排序優(yōu)化，達(dá)到降 低計(jì)算復(fù)雜度、提高頻譜利用率的目的，但并沒有考慮頻譜碎片的影響。為此，文獻(xiàn)[Castro A,Velasco L,Ruiz M,et al.Dynamic routing and spectrum(re)allocation in future flexgrid optical networks[J].Computer 化 tworks,2012,56(12) :2869-2883.]提出頻 譜重構(gòu)方法為業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)地提供所需的頻隙，從而減少頻譜碎片的產(chǎn)生、降低網(wǎng)絡(luò)的阻塞率。 雖然W上文獻(xiàn)針對(duì)彈性光網(wǎng)絡(luò)路由與頻譜分配問題上提出了不同的解決方案，但是都未考 慮不同粒度業(yè)務(wù)RSA的公平性問題。彈性光網(wǎng)絡(luò)資源的充分利用和靈活調(diào)度是W犧牲公平 性為代價(jià)的，頻譜粒度的細(xì)化使得業(yè)務(wù)的粒度稍大就可能不滿足頻譜鄰接性和連續(xù)性的約 束，從而發(fā)生阻塞。而運(yùn)種情況在W波長(zhǎng)為基本分配單元的WDM光網(wǎng)絡(luò)就沒那么突出。可見， 帶寬單位的細(xì)化導(dǎo)致混合粒度業(yè)務(wù)的阻塞率存在較大差異，運(yùn)對(duì)彈性光網(wǎng)絡(luò)中大粒度業(yè)務(wù) 帶來嚴(yán)重影響，造成了網(wǎng)絡(luò)總體性能的惡化。
[0004] 為此，文獻(xiàn)[Fujii S,Hi;rotaY,Murakami K,et al .Path division method for fairness in dynamic elastic optical path networks[C]//2012International Conference on Photonics in Switching(PS2012),Ajaccio.France: IEEE press,2012: 1-3.]利用路徑距離與調(diào)制的關(guān)系，將長(zhǎng)跳業(yè)務(wù)分為幾個(gè)短跳，并逐跳尋路的方法來避免單 個(gè)業(yè)務(wù)阻塞，達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)阻塞率的效果。然而運(yùn)種設(shè)計(jì)僅針對(duì)單個(gè)業(yè)務(wù)，缺少對(duì)混合粒度 業(yè)務(wù)間差距的處理。文獻(xiàn)[Ma S,Wang Y,Guo B,et al.A fairness-aware dynamic spectrum allocation scheme in elastic optical networks[C]//0ptoElectronics and Communications Conference and Photonics in Switching(0ECC/PS2013),Kyoto 化pan: IE邸press ,2013:1-2.]首先將網(wǎng)絡(luò)中頻譜均勻分為幾個(gè)區(qū)域，隨后將阻塞率相差 最大的區(qū)域進(jìn)行處理，從而提高公平性。但并未考慮頻譜利用率。文獻(xiàn)[馬松威，郭秉禮，陳 新，等.彈性光網(wǎng)絡(luò)中基于效用的公平性感知?jiǎng)討B(tài)頻譜分配方案（英文）[J].光子學(xué)報(bào)， 2014,43(7) :1-5.]利用效用函數(shù)來縮小不同粒度業(yè)務(wù)之間阻塞率差距，從而平衡公平性和 阻塞率之間的矛盾。但缺少對(duì)頻譜碎片的處理，影響網(wǎng)絡(luò)性能。文獻(xiàn)[Bonani LH，dos Santos Tozetti A,Callegati F,et al.Routing issues on spectrum sharing and partitioning for flexible optical networks[C]//201416th International Conference on Transparent Optical Networks (ICT0N2014),Graz , Austria : IEEE press, 2014:1-4.]將網(wǎng)絡(luò)平均分配為n個(gè)大小相同的區(qū)域，并在每個(gè)頻譜區(qū)域傳輸相同粒 度的業(yè)務(wù)，從而降低頻譜碎片形成的概率，但由于不同粒度業(yè)務(wù)需要的頻隙數(shù)目不同，為不 同粒度業(yè)務(wù)分配大小相同資源可能會(huì)帶來不公平的問題。文獻(xiàn)[Callegati F，Bonani L， Lezama F,et al.Trunk Reservation for Fair Utilization in Flexible Optical 化tworks[J]. IE邸 Communication Letters,2014,18(5): 1-4.]將干線預(yù)留機(jī)制（Trunk Reservation，TR)引入到彈性光網(wǎng)絡(luò)來處理公平性問題，即如果業(yè)務(wù)粒度超出口限，則阻塞 該業(yè)務(wù)。通過設(shè)定口限能夠很好地實(shí)現(xiàn)不同粒度業(yè)務(wù)間的公平性，但公平性與阻塞率相惇， 因而方法保證公平性使得阻塞率較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于碎片處理的公平路由與頻譜分配方 法，該方法通過考慮業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)間，能夠W當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)整體情形為依據(jù)，統(tǒng)籌考慮業(yè)務(wù)達(dá)到時(shí) 與業(yè)務(wù)離開后網(wǎng)絡(luò)中資源的使用情況。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種基于碎片處理的公平路由與頻譜分配方法，在該方法中，將路由和頻譜等網(wǎng) 絡(luò)資源虛擬為"資源池"，通過利用二維矩形化eking模型求解滿足頻譜雙重約束條件的"小 矩形塊"；通過感知業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)間，計(jì)算業(yè)務(wù)的離開時(shí)間，為離開時(shí)間相近的業(yè)務(wù)分配鄰近 的頻譜資源，降低頻譜碎片的產(chǎn)生;構(gòu)建混合粒度業(yè)務(wù)的公平性模型，將相同粒度業(yè)務(wù)打包 成"小矩形塊"來進(jìn)行路由與頻譜分配。
[000引進(jìn)一步，在本方法中，所述由業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)間計(jì)算出業(yè)務(wù)離開時(shí)間為：tleaving = tarrivalWholding，其中tleaving、tarrival和tholding分別為業(yè)務(wù)的離開時(shí)間、達(dá)到時(shí)間和持續(xù)時(shí)間；
[0009]網(wǎng)絡(luò)中可能存在多個(gè)離開時(shí)間相同的已分配業(yè)務(wù)，為確定優(yōu)化路徑，進(jìn)行優(yōu)化路 徑選擇法(Optimal Path SelectedPolicy,OPSP)，具體包括W下步驟：
[0010] 步驟1:在離開時(shí)間最接近的已分配業(yè)務(wù)附近尋找可用頻隙，如果存在，則確定為 優(yōu)化路徑；
[0011] 步驟2:若步驟1得到的路徑不唯一，則選擇業(yè)務(wù)離去后釋放連續(xù)頻隙最大的；
[0012] 步驟3:優(yōu)化路徑若仍不唯一，選擇頻譜連續(xù)程度高的進(jìn)行分配;頻譜連續(xù)程度定 義為:Maxmize(2*x+y)，t含tieave，其中，x、y依次為業(yè)務(wù)離開產(chǎn)生在橫軸和縱