弹性光网络中基于频谱感知的能效资源分配与路径重配置方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光纤通信技术领域，设及一种弹性光网络中基于频谱感知的能效资源 分配与路径重配置方法。
【背景技术】
[0002] 随着高带宽需求应用，如皿TV(高清电视）、视频会议、多媒体远程教育等的快速 发展，网络的带宽资源日趋紧张。目前骨干网中部署的WDM网络通过波分复用技术，将多个 波长信道复用到一根光纤中传输，W提升单根光纤的传输带宽。但是WDM(波分复用）光网 络遵循ITU-T的固定频率栅格标准，存在网络频谱资源配置不灵活、能耗高等问题，W至于 难W满足未来海量信息的传输需求。基于此M.Jinno等人提出了弹性光网络，弹性光网络 基于OFDM(正交频分复用）技术具有频率栅格粒度更小、支持子载波频谱部分重叠等优势， 避免了建立光路时分配过多频谱而造成的资源浪费，极大地提高了频谱资源的利用率，被 认为是极具潜力的下一代光传送网络。
[0003] 随着网络流量的激增，网络的能耗也在快速地增长。2012年ICT(信息和通信技 术）行业的能耗大致占全球能耗的2%，并且W每年10%的年速率增长。倡导高效、节能、 环保的通信服务，推动ICT产业可持续发展已刻不容缓。相比于传统的WDM网络弹性光网 络的节能路由频谱方法更加的灵活也更加的复杂，不同的路由W及不同的调制格式都可能 使得传送某个请求的能耗不同。现有的节能路由频谱分配算法选用功耗最小的路由和调制 等级组合来传递请求，并采用首选即中的频谱分配方式分配频谱资源。该种节能路由频谱 分配算法比较适用于请求只建立连接不拆除连接的网络规划阶段，并不适用于网络运营阶 段。因为在网络运营阶段，网络中请求连接动态的建立和释放会产生大量的频谱碎片，频谱 碎片可能会导致请求功耗最小的路由路径不可用，甚至可能会导致请求阻塞。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光网络中基于频谱感知的能效资源分配与 路径重配置方法，在为请求分配频隙资源时，该方法根据路由路径邻接光纤线路上的频隙 使用情况，选用频隙使用率高的频谱窗口W使得频谱资源更加整合，从而减少网络中的频 谱碎片，提高后续业务在其功耗最低路径上传输的成功率；针对那些在次优路径上传送的 请求，当有其它请求释放传输资源后，如果有请求的路径可W被重配置，将该些在次优路径 上传输的请求重配置到其功耗最小的最优路径上传输，从时域上减少传送该请求的功耗。 W上两个步骤可W降低网络中的带宽阻塞率，提高网络的能效。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] -种弹性光网络中基于频谱感知的能效资源分配与路径重配置方法，该方法包括 了基于频隙利用率感知的频谱分配方式和基于频谱感知的路径重配置机制：
[0007] 所述基于频隙利用率的频谱分配方式是指在分配频谱资源时考虑路由路径的相 关光纤链路上的频隙使用情况，选取在邻接链路上使用率高的频隙来传递业务请求，使得 频谱资源更加整合从而减少网络中的频谱碎片W提高后续请求在其功耗最低路径上传输 的成功率；
[0008] 所述基于频谱感知的路径重配置机制是指当一个请求的功耗最小的路径上的频 谱资源被其他请求占用需要选择次优路径传输时，若该在次优路径上传输一段时间后发现 占用该请求功耗值最低路径上的其他请求被释放，则将该请求的后续传输重配置到其功耗 最低路径上，尽可能地使请求通过其功耗最低的路径传输W减少整个网络的能耗。
[0009] 进一步，所述基于频隙利用率感知的频谱分配方式具体包括W下几个步骤：
[0010] 1)找出该路由路径上所有可行的候选频谱放置窗口；所述候选频谱放置窗口是 指路径上满足频谱一致性和连续性约束的潜在频谱放置窗口；
[0011] 2)由于每条链路由一对反向的有向光纤构成，先找出该路由路径的所有相关光纤 链路，该里的相关光纤链路是指流入源节点的光纤、从目的节点流出的光纤W及流入、流出 路由路径中间节点的光纤；
[0012] 3)统计业务传输路径的相关光纤链路上的各个频隙使用情况，计算各个候选频谱 放置窗口的频隙使用情况，选择频隙使用率高的候选窗口为该请求的频谱放置窗口；如果 路由路径上存在一个大小刚好等于请求所需频隙大小的空闲频谱块，直接选用该个空闲频 谱块为请求的频谱放置窗口，不用考虑相关光纤线路的频隙使用情况。
[0013] 进一步，所述基于频谱感知的路径重配置机制具体包括W下几个步骤：
[0014] 1)如果请求因其功耗最小的路由路径上的频谱资源被其他请求占用而选择其他 路由路径传输时，将该请求加入到可重配置请求链表，链表记录该请求当前的路由路径、当 前路由路径的功耗、功耗最小路由路径、功耗最小路由路径的功耗和请求到达的时间；
[0015] 2)根据重配置后所能节约功耗的大小对该些请求进行降序排序，当多个请求节约 的功耗相同时，后到达的请求排在前面；
[0016] 3)当网络中有请求被释放时，从头到尾依次检查可重配请求链表中是否有请求可 W被重配置，请求可重配一方面要求其功耗最小路径上能找到频谱放置窗口，另一方面要 求功耗最低的路径中满足频谱一致性的空闲频隙不得于少于光纤总频隙的10%W避免重 配置引起网络负载不均衡；
[0017] 4)如果有请求可W被重配置，将该请求当前的光路拆除，在其功耗最小的路径上 为该请求上构建光路、分配频谱资源，完成重配置；如果一个请求被释放后，链表中有多个 请求都可W被重配置，只重配置第一个请求W避免过度重配置所引起的频谱碎片。
[0018] 进一步，所述的候选频谱窗口的频隙使用率的计算方法，采用W下步骤：
[0019] 1)找出该业务传输路径的相关光纤链路，相关光纤链路是指流入该路径源节点的 光纤，流出该路径目的节点的光纤，流入、流出该路径中间节点的光纤；
[0020] 2)链路1上各个频隙的使用情况可用F(F为每条光纤上的频隙数）位的二进制数 组表示为W=的'，1也...，4]，U;代表其中链路1上第i个频隙的使用情况，=0表示该频隙 空闲，M;=l表示该频隙被使用；
[0021] 3)计算各频隙在相关光纤链路上的使用状况^14表示频隙i在相 lelA 关光纤链路上的使用情况，La为该路径的相关光纤链路集合；对于一个窗口听j(i为窗口 的起始位置，j为窗口的终止位置）的频隙使用率为。 打片i
[0022] 进一步，所述的频谱放置窗口选择的方法为；如果路由路径中存在空闲频谱块其 大小刚好等于请求所需的大小，直接将该空闲频谱块选定为频谱放置窗口；否则，选择频隙 使用率最大的窗口，如果存在多个窗口频隙使用率都为最大，选择频隙位置低的窗口。
[0023] 进一步，可重配请求链表用于存储可被重配置的请求的相关信息，包括该请求目 前的传输路径、目前路径的功耗、功耗最低的路径、功耗最低路径的功耗W及请求的到达时 间；链表中的请求按照重配置后能节约的功耗（当前路径的功耗-功耗最低路径的功耗） 降序排列；如果存在多个请求节约的功耗相同，后到的请求排在前面。
[0024] 进一步，判断可重配置请求链表中请求是否可W执行重配置的方法，包括W下步 骤：
[0025] 1)根据基于频隙利用率感知的频谱分配算法，检查请求在其功耗最小的路径上是 否有频谱放置窗口；
[002引。如果找不到频谱放置窗口，该请求不能执行重配置；如果找到频谱放置窗口， 再检查功耗最小路径上的频隙使用情况，如果该路径满足频谱一致性的空闲频隙少于光纤 总频隙的10%，则该请求不能执行重配置，反之则能。
[0027] 本发明的有益效果在于；本方法在为请求分配频谱资源时，优先选择在传输路径 上相关光纤链路上频谱使用率高的频隙窗口，从而使得频谱资源更加整合W减少了网络中 的频谱碎片，提升了请求在功耗最低路径上传输的成功率；此外，针对那些在次优路径上传 输的请求，该方法设计了一种路径