用于路由和频谱指配的方法

用于路由和频谱指配的方法
【专利摘要】本发明公开了用于在光WDM网络中执行频谱指配和路由选择算法的方法和装置。光WDM被指配频率光带。依照本发明，在光带中的新的频谱指配总是邻接之前分配的频谱指配。可以使得最初的频谱指配以光带中的一个末端频率开始。给定频谱需求，识别一个或多个频谱指配，以及确定一个或多个可行的路由。在一个或多个可行的路由中，可以基于一组预定义准则来选择最优路由。本文中公开的频谱指配和路由选择算法降低了计算复杂度以及提高了频谱效率。
【专利说明】用于路由和频谱指配的方法
[0001] 优先权要求 本申请要求2012年4月9日提交的美国临时专利申请N〇.61/621，879的优先权。

【技术领域】
[0002] 本发明一般涉及光波分复用（WDM)网络中的路由和频谱指配（RSA)，以及更具体 地涉及获得高频谱和计算效率的频谱分配和路由选择算法。

【背景技术】
[0003] 与铜电缆相比，光纤提供更高的带宽和更快的数据速率。在传统上，在互联网的长 途骨干网中已经使用了光纤。对于城域网，也广泛地部署了城域光网络。最近，光纤网络现 在正到达将个体家庭连接到网络运营商的中央局的住宅接入网。
[0004] 在光网络中使用不同的复用技术，例如TDM或WDM，以增加底层光纤的容量。WDM光 网络采用多个波长或波长的段，以用于同时的数据传输。WDM光网络一般包括：多个波长交 叉连接（WXC)(还被称为节点）。每个节点经由光链路连接到一个或多个其它节点。每个节 点执行关键功能，诸如波长复用/解复用，以及交换。每个节点可以可选地执行波长转换或 光/电/光（0E0)转换。如果连接两个邻接的光链路的节点不执行波长转换或/光/电/ 光转换，则所谓的波长连续性限制应用于被分配以通过这两个邻接的光链路来承载数据的 频谱资源。要求该频谱资源具有相同的波长并且在两个链路上可用。
[0005] 在没有波长转换或0E0转换的WDM光网络中，为了从源节点向由多个光链路互连 的目的地节点传送数据，网络需要配置这两个节点之间的路由，以及指配频谱资源以适应 数据传输的频谱需求。该路由将包含具有资源以支持频谱需求的各种链路。由网络使用以 选择路由和指配频谱的算法一般被称为路由和频谱指配（RSA)算法。
[0006] 在光网络中，RSA的一个目标是确定源节点和目的地节点之间的最优路径。最优 路径可以是长度最短、传输时延最小或成本最低等等的路径。RSA的另一个目标是高效使 用频谱资源。理想的RSA方案防止频谱分裂，在频谱分裂中，交替使用的频谱和未使用的频 谱。频谱分裂导致被阻塞以及不能被指配的浪费的频谱资源。理想的RSA方案能够实现零 或低阻塞率(在频带中阻塞的频谱的百分比)。
[0007] 然而，提供高效使用频谱资源的RSA算法通常在计算上成本高。此外，随着在光纤 上的频谱资源变得稀缺，至关重要的是通过高效的供应策略或分配算法来最大化频谱资源 的使用。存在对于能够实现具有低计算复杂度的高频谱效率的高级RSA算法的需求。


【发明内容】

[0008] 本发明提供了用于为光网络内的源节点和目的地节点之间的连接指配频谱以及 选择路由的方法和装置。向光网络分配波长或频率光段。该连接用于在这两个节点之间传 送数据信号。在本申请中，波长和频率可互换地使用并且指用于光网络中的数据传输的频 谱资源。
[0009] 在本申请中公开的RSA方法避免了连续的频率扫描，并且要求考虑仅有限数量的 频谱指配的可能性。因为仅要考虑很少的可能性，因此本文中公开的RSA方法确保最佳频 谱指配的完全搜索，并且从而改进了计算效率。此外，根据RSA方法做出的频谱指配总是邻 接之前的频谱指配，因此，基本上防止了频谱分裂。
[0010] 在一些实施例中，频谱指配和路由选择方法包括：确定对于源节点和目的地节点 之间的连接的频谱需求。通过多个光链路来连接源节点和目的地节点。该方法还包括：识 别满足对于该连接的频谱需求的一个或多个潜在的频谱分配。一个或多个潜在的频谱分配 在被分配给网络的光带的开始频率处或在之前分配的频谱的末端处开始。开始频率能够是 光带中的最低频率或最高频率。在已经识别了频谱分配之后，能够确定对应于频谱分配中 的每个频谱分配的路由。在确定的多个路由中，能够选择最优路由。
[0011] 在一些实施例中，能够由路径计算元件来执行频谱指配和路由选择方法。路径计 算元件可以包括：用于与光网络对接的光模块；以及一个或多个处理电路，该一个或多个 处理电路被配置为依照本公开来执行频谱指配和路由选择。
[0012] 当然，本公开不限制于以上概述的特征、优点和上下文，并且在阅读以下详细描述 以及在查看附图后，熟悉预失真电路和技术的技术人员将认识到另外的特征和优点。

【专利附图】

【附图说明】
[0013] 图1图示了使用频谱网格的RSA算法。
[0014] 图2图示了不使用频谱网格的RSA算法。
[0015] 图3A和图3B图示了根据本发明的RSA算法的示例性实施例。
[0016] 图4图示了包括由光链路互连的多个节点的示例性光网络。
[0017] 图5图示了用于路由选择算法的辅助图。
[0018] 图6图示了示例性RSA算法的流程图。
[0019] 图7图示了示例性路由选择过程的流程图。
[0020] 图8图示了被配置为执行如本公开中描述的路由选择算法的示例性路径计算元 件。

【具体实施方式】
[0021] 现在参照附图，图1图示了使用频谱网格的RSA方法。图1描绘了光网络108和 频谱网格110。光网络08包括：源节点112、目的地节点118以及两个中间节点114和116。 三条光链路，链路1 (102)、链路2 (104)和链路3 (106)，互连4个节点。频谱网格110表 示指配给光网络108的频率带。频谱网格被分成10个频谱槽，标记为1，2,3··· 10。频谱的 每个槽表示能够被指配的频谱资源的最小单元。已经被指配的频谱槽被示出为黑色。在图 1中，在链路1 (102)上已经指配了频谱槽1和频谱槽2。在链路2 (104)上已经指配了频 谱槽4、8和9。在链路3 (106)上，已经指配了频谱槽2、7和8。
[0022] 在图1中，通用的RSA方法用于分配频谱资源，以及用于为要求在源节点112和目 的地节点118之间建立连接的数据传输来选择路由。对于该连接的频谱需求是2个频谱单 元。在图1中，RSA算法依赖于固定的频谱网格110。RSA方法通过检查每两个相邻的频谱 槽以及识别在所有的三个链路上可用的那些频谱槽而开始。例如，在图1中，仅有一个可能 的频谱分配120。频谱分配120包括在链路1-3上可用的频谱槽5和频谱槽6。
[0023] 使用RSA方法中的频谱网格改进了计算效率，因为仅有有限数量的可能性要进行 检查和从中进行选择。如在图1中示出的，仅有10种可能性要进行检查，即频谱槽（1，2)、 (2, 3)、（3,4)…（9,10)。然而，由于频谱指配是在多个最小单元中做出的，因此对于使用 频谱网格的RSA方法而言，频谱效率常常是低的。
[0024] 图2图示了用于改进的频谱效率的无网格的RSA方法。在图2中，光网络108与 图1中相同。对于每个光链路而言，在频谱图210中示出频谱使用。例如，在链路1 (102) 上，两个黑色段指示两个被指配的频谱范围。对于链路2 (104)而言，仅有一个被指配的频 谱范围，以及对于链路3 (106)，有两个被指配的频谱范围。
[0025] 无网格的RSA方法连续地扫描频率带以识别对于连接可用的频谱资源，而不是检 查频谱资源的离散单元。该连接要求图2中示出的频率的某一带宽，作为频谱需求202。当 扫描频谱时，对足够宽以适应频谱需求202以及在所有三个链路上可用的每个频谱槽进行 记录。在图2中示出的示例中，频谱槽214和频谱槽212被示出作为两个可能的频谱分配。 这两个频谱分配满足频谱需求以及在所有三个链路上是可用的。然而，将频谱槽214向右 滑动4/将产生另一个可能的分配。Δ/是频率中的任何大小的增量。随着Δ/减少，频谱分 配的可能性增加，导致计算复杂性增加。虽然在没有网格的情况下频谱效率增加，但是计算 效率受到损害，这是由于必须检查许多可能性。
[0026] 当前，ITU-T G694. 1标准定义了具有50Ghz或lOOGhz粒度的密集波分复用（DWDM) 网格。对于更高效的频谱指配，还可以将该粒度降低到25GHz，12. 5GHz或者甚至6. 25GHz。 更细粒度导致频谱分配的更多可能性和增加的计算复杂性。
[0027] 图3A描绘了类似于图2中的图210的无网格频谱图300。频谱图300示出了被 分配给6个链路(链路1、链路2···链路6)中的每个链路的从7_到7_的范围的频谱资 源。对于每个链路，描绘了频谱使用的当前状态。在每个线（302,304…，或312)上的黑色 条对应于被指配的频谱资源。
[0028] 频谱图300对应于如图4中示出的网络400。在图4中，网络400包括：5个节点， 节点A 420、节点B 422、节点C 424、节点D 426和节点E 428。网络400还包含6个链路， 链路 1 (401)、链路 2 (402)、链路 3 (403)、链路 4 (404)、链路 5 (405)和链路 6 (406)。 在网络400中，节点A是源节点以及节点D是目的地节点。
[0029] 根据本公开的RSA方法用于为通过网络400的连接分配频谱资源。基本思想是使 用新的搜索方法来替代在无网格RSA方法中使用的连续的扫描方法，该新的搜索方法识别 有限数量的离散频率，在所述离散频率处能够做出最高效的指配。一旦确定了连接的频谱 需求，则RSA算法通过识别对于每个链路的每个分配的频谱的右端来继续进行，它们由频 谱图300中的向下黑箭头来标记。
[0030] 然后对于每个端点（由黑箭头标记)，确定与所分配的频谱邻近的可用的频谱范围 是否足够大以满足频谱需求。如果是，则在之前分配的频谱的末端处开始的以及具有频谱 需求330的宽度的频谱资源被标记为潜在的频谱分配。端点所位于的链路还被标记为具有 足够的容量以支持潜在的频谱分配。例如，端点336标记链路4 (308)上的分配的频谱380 的末端。在端点336后的开放范围足够宽以适应频谱需求330。因此，频谱范围384是潜在 频谱分配，以及链路4还被标记为具有足够的容量以支持潜在的频谱分配。
[0031] 当识别潜在的频谱分配时，识别也具有容量以支持潜在的频谱分配的所有链路。 例如，对于潜在的频谱分配384,链路2也具有要求的容量。一旦识别了能够支持潜在的频 谱分配的链路，则创建剩余图。例如，对于潜在的频谱分配384,能够形成剩余图（RG2)。图 3B示出了能够从图3A的频谱图形成的所有的4个可能的剩余图。
[0032] 剩余图RG1对应于潜在的频谱分配382,以及包含4个链路，链路2、链路3、链路5 和链路6。剩余图RG3对应于潜在的频谱分配386,以及包含链路1和链路5。剩余图RG4 对应于潜在的频谱分配388,以及包含3个链路，链路4、链路5和链路6。
[0033] 在定义了剩余图后，下一个步骤是识别对应于可行路由的剩余图，以及选择可行 路由中的一个可行路由。图5图示了被构造用于寻找合适的路径的辅助图510。基于图3 中的剩余图来构建辅助图510。辅助图510包括4个层，其中每个层对应于剩余图。两个假 节点502和504被添加以用于连接到源节点和目的地节点。
[0034] 在图5中，层510表示剩余图RG1。在层510中示出了包含在RG1中的4个链路 (链路2、3、5和链路6 )。层520表示剩余图RG2，RG2包含仅两个链路(链路2和链路4 )。层 530表示剩余图RG3, RG3也包含两个链路(链路1和链路5)。在层540中示出了 RG4, RG4 包含三个链路(链路4、5和链路6)。
[0035] 只有在两个假节点之间连接的路由是可行的。例如，层520不包含可行的路由。在 图5中示出的4个层中，仅有两个可行路由：对应于RG1的层510中示出的路由，以及对应 于RG4的层540中示出的路由。在这两个可行的路由之间，可以基于一组预定义的准则来 选择更好的一个路由。准则可以包含最短或成本最低，等等。
[0036] 假设准则是最短路由。在这种情况下，选择由剩余图RG4表示的选择的路由，因为 它包括仅三个节点，而由剩余图RG1表示的路由包括4个节点。
[0037] 在存在多个最短路径的情况下，第二级的准则能够用于在多个最短路径中选择一 个最短路径。第二级的准则的示例可以是选择具有最低开始频率的路径。选择具有最低开 始频率的路径能够防止某些链路过载。例如，如果一个链路已经若干次被选择作为最短路 径的一部分，则与根本没有被选择或经常被选择的其它链路相比，在该链路上的可用的频 谱资源将处于相对更高的频率。要求选择具有最低开始频率的路径的第二级准则将避免这 个链路比其它链路更经常地被选择。
[0038] 图6是说明依照上述技术的示例性RSA方法的流程图。RSA方法寻求指配频谱资 源以及选择路由以用于在光网络中的两个节点之间建立连接。多个光链路连接两个节点。
[0039] 在图6中，首先确定对于连接的频谱需求(步骤602)。接着，对于每个光链路，识别 满足该频谱需求的一个或多个潜在的频谱分配。一个或多个潜在的频谱分配中的每一个频 谱分配以开始频率或之前分配的频谱的末端开始(步骤604)。对于每个潜在的频谱分配，确 定可用的光链路的对应集合以获得剩余图(步骤606)。在对于一个或多个潜在的频谱分配 获得的剩余图的集合中，例如最短路径的路由被选择作为源节点和目的地节点之间的选择 的路由（步骤608)。
[0040] 在图7中的流程图图示了基于预定义的准则的路由选择过程。在图7中，可以生 成辅助图以促进路由选择过程(步骤702)。步骤702是可选的，因此被示出在虚线框中。除 了辅助图之外的工具或方法可以用于识别可行的路由。
[0041] 在步骤704中，识别连接源节点（112)和目的地节点（118)的一个或多个可行的 路由，例如基于辅助图。从一个或多个可行的路由，基于预定义的选择准则来选择最短路由 (步骤706)。例如，预定义的选择准则可以是最短距离、最少跳数或最低成本等等的路由。 当在步骤706中找到两个或更多个最短路径时，第二准则(诸如最低开始频率）可以用于在 多个最短路由中进行选择(步骤708)。步骤708是可选的步骤，如由虚线框指示的。
[0042] 图8图示了被配置为实现在图6和图7中描述的RSA算法的示例性路径计算元件 802。路径计算元件802包含：处理模块804和光模块810。光模块810提供至光网络的光 接口。光模块810接收和传送来自光网络的数据传输。处理模块804被配置为实现在图6 和图7中描述的RSA方法。处理模块804包含频谱指配单元806和路由选择单元808。频 谱指配单元806被配置为确定对于连接的频谱需求，以及识别一个或多个潜在的频谱分配 和它们相关联的剩余图。路由选择单元808被配置为确定剩余图中的一个或多个可行的路 由，以及选择满足一组预定义准则的路由。
[0043] 上述描述和附图表示本文中教到的方法和装置的非限制性示例。因此，本发明不 由以上描述和附图限制。而是，本发明仅由随附权利要求书和它们的法律等同物来限制。
【权利要求】
1. 一种对于光网络内的源节点和目的地节点之间的连接指配频谱和选择路由的方 法，其中多个光链路将所述源节点与所述目的地节点连接，所述方法包括： 确定对于所述连接的频谱需求； 对于每个光链路，识别满足所述频谱需求的对于所述连接的一个或多个潜在的频谱分 配，其中所述潜在的频谱分配中的每个以开始频率或之前分配的频谱的末端开始； 对于每个潜在的频谱分配，确定可用的光链路的对应集合以获得表示在可用的光链路 的所述集合中的每个光链路上的剩余容量的剩余图；以及 基于所述剩余图选择路由。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述频谱需求包括由所述连接要求的频率带宽。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中识别满足所述频谱需求的对于所述连接的所述 一个或多个潜在的频谱分配包括在每个光链路上： 识别满足所述频谱需求的可用的频谱的一个或多个区间；以及 在可用的频谱的所述一个或多个区间中的每个内，确定以开始频率或之前分配的频谱 的末端开始的潜在的频谱分配。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述开始频率对应于被指配给所述光网络的光 带中的最低频率。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述开始频率对应于被指配给所述光网络的光 带中的最高频率。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中基于所述剩余图来选择路由包括： 在由所述剩余图表示的所有路由中，识别连接所述源节点和所述目的地节点的一个或 多个可行的路由；以及 从所述一个或多个可行的路由，基于预定义准则来选择路由。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中基于所述预定义准则来选择路由包括在所述一 个或多个可行路由中选择最短路由。
8. 根据权利要求6所述的方法，其中基于所述预定义准则来选择路由包括在所述一 个或多个可行路由中选择最低成本的路由。
9. 根据权利要求6所述的方法，还包括当两个或更多路由满足所述预定义准则时，选 择具有所述最低开始频率的路由。
10. 根据权利要求6所述的方法，还包括： 基于所述剩余图来生成辅助图，其中所述辅助图包括一个或多个层，其中每个层对应 于各自的剩余图；以及 基于所述辅助图，在所述一个或多个可行路由中选择连接所述源节点和所述目的地节 点的路由。
11. 一种路径计算元件，其被配置为对于位于光网络内的源节点和目的地节点之间的 连接指配频谱和选择路由，所述光网络包括连接所述源节点和所述目的地节点的多个光链 路，所述路径计算元件包括： 光模块，其用于与所述光网络对接； 一个或多个处理电路，其被配置为： 确定对于所述连接的频谱需求； 对于每个光链路，识别满足所述频谱需求的对于所述连接的一个或多个潜在的频谱分 配，其中所述潜在的频谱分配中的每个以开始频率或之前分配的频谱的末端开始； 对于每个潜在的频谱分配，确定可用的光链路的对应集合以获得表示在可用的光链路 的所述集合中的每个光链路上剩余容量的剩余图；以及 基于所述剩余图选择路由。
12. 根据权利要求11所述的路径计算元件，其中所述频谱需求包括由所述连接要求 的频率带宽。
13. 根据权利要求11所述的路径计算元件，其中识别满足所述频谱需求的对于所述 连接的所述一个或多个潜在的频谱分配包括在每个光链路上： 识别满足所述频谱需求的可用的频谱的一个或多个区间；以及 在可用的频谱的所述一个或多个区间中的每个内，确定以开始频率或之前分配的频谱 的末端开始的潜在的频谱分配。
14. 根据权利要求11所述的路径计算元件，其中所述开始频率对应于被指配给所述 光网络的光带中的最低频率。
15. 根据权利要求11所述的路径计算元件，其中所述开始频率对应于被指配给所述 光网络的光带中的最高频率。
16. 根据权利要求11所述的路径计算元件，其中所述一个或多个处理单元还被配置 为： 在由所述剩余图表示的所有路由中，识别连接所述源节点和所述目的地节点的一个或 多个可行的路由；以及 从所述一个或多个可行的路由，基于预定义准则来选择路由。
17. 根据权利要求16所述的路径计算元件，其中所述一个或多个处理单元还被配置 为基于所述预定义准则通过在所述一个或多个可行路由中选择最短路由来选择路由。
18. 根据权利要求16所述的路径计算元件，其中所述一个或多个处理单元还被配置 为基于所述预定义准则通过在所述一个或多个可行路由中选择最低成本的路由来选择路 由。
19. 根据权利要求16所述的路径计算元件，其中所述一个或多个处理单元还被配置 为当两个或更多路由满足所述预定义准则时，选择具有所述最低开始频率的路由。
20. 根据权利要求16所述的路径计算元件，其中所述一个或多个处理单元还被配置 为： 基于所述剩余图来生成辅助图，其中所述辅助图包括一个或多个层，其中每个层对应 于各自的剩余图；以及 基于所述辅助图，在所述一个或多个可行路由中选择连接所述源节点和所述目的地节 点的路由。
【文档编号】H04J14/02GK104272620SQ201380019114
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年4月3日 优先权日:2012年4月9日
【发明者】夏鸣, S.达尔富特 申请人:瑞典爱立信有限公司