本發(fā)明涉及一種彈性光網(wǎng)絡(luò)(eon)中基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)感知的頻譜分配方案，屬于彈性光網(wǎng)絡(luò)、資源分配技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的波分復(fù)用(wdm，wavelengthdivisionmultiplexing)網(wǎng)絡(luò)采用固定的頻譜分割機(jī)制，存在資源使用率低和靈活性差等缺點(diǎn)。彈性光網(wǎng)絡(luò)(eon，elasticopticalnetwork)采用正交頻分復(fù)用(ofdm，orthogonalfrequencydivisionmultiplexing)技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)頻譜資源進(jìn)一步分割成窄小的頻譜單元，即頻隙(fs，frequencyslot)，并可根據(jù)實(shí)際的業(yè)務(wù)需求數(shù)量分配適宜的鄰接頻譜單元，據(jù)此進(jìn)行動(dòng)態(tài)有效的頻譜資源分配，從而提高了網(wǎng)絡(luò)中資源的利用率和業(yè)務(wù)傳輸效率。

在彈性光網(wǎng)絡(luò)中，頻譜分配必須滿足一致性和連續(xù)性的約束，若不對(duì)到達(dá)的動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)請(qǐng)求進(jìn)行分級(jí)處理即進(jìn)行頻譜分配，網(wǎng)絡(luò)中可能出現(xiàn)較多的頻譜碎片(fragment)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)總體資源利用率降低，業(yè)務(wù)阻塞率增加。

針對(duì)頻譜分配和頻譜碎片等問題，學(xué)術(shù)界已經(jīng)提出一些改進(jìn)的頻譜分配策略，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行流量疏導(dǎo)、對(duì)相關(guān)業(yè)務(wù)進(jìn)行重新分配和頻譜的重構(gòu)等方式來完成。eijioki等人提出了一種基于分塊的first-lastfit頻譜分配方案，將有鏈路相交的連接分為不同的色塊并為色塊標(biāo)號(hào)，奇數(shù)號(hào)色塊的連接從頻譜的首端開始分配，偶數(shù)號(hào)從尾端開始分配，其優(yōu)點(diǎn)為業(yè)務(wù)阻塞率低，缺點(diǎn)是當(dāng)路由表復(fù)雜的情況下分塊過程過于復(fù)雜[e.okiandb.c.chatterjee,"performanceevaluationofpartitionschemewithfirst-lastfitspectrumallocationforelasticopticalnetworks,"in201618thinternationalconferenceontransparentopticalnetworks(icton),2016,pp.1-4.]。hidekitode等人提出另一種方案，將網(wǎng)絡(luò)中每條鏈路上的頻譜沿著頻譜軸分為具有遞增固定長(zhǎng)度的優(yōu)先區(qū)域和通用區(qū)域，其優(yōu)點(diǎn)為業(yè)務(wù)阻塞率低，網(wǎng)絡(luò)中的碎片化程度低，缺點(diǎn)是由于動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)帶寬需求的不均衡性，造成優(yōu)先區(qū)域的頻譜資源存在浪費(fèi)可能，降低了資源利用率[h.todeandy.hirota,"routing,spectrumandcoreassignmentforspacedivisionmultiplexingelasticopticalnetworks,"intelecommunicationsnetworkstrategyandplanningsymposium(networks),201416thinternational,2014,pp.1-7.]。劉煥淋等人提出了一種基于頻譜感知的業(yè)務(wù)分割-合并的彈性光網(wǎng)絡(luò)資源分配策略，該方案通過將業(yè)務(wù)分割為多個(gè)帶寬需求較小的業(yè)務(wù)降低了業(yè)務(wù)阻塞率，缺點(diǎn)是在業(yè)務(wù)分割的情況下產(chǎn)生過多的保護(hù)帶，從而造成頻譜資源的浪費(fèi)[劉煥淋,徐一帆,陳勇,"基于頻譜感知的業(yè)務(wù)分割-合并的彈性光網(wǎng)絡(luò)資源分配策略,"電子與信息學(xué)報(bào),pp.892-898,2016.]。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種彈性光網(wǎng)絡(luò)(eon)中基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)感知的頻譜分配方案，其特征在于：對(duì)到達(dá)的業(yè)務(wù)首先按照帶寬需求大小進(jìn)行排序，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中空閑頻隙塊的大小選擇性地拋棄帶寬需求過大的業(yè)務(wù)，剩余業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)按帶寬需求的降序排列，帶寬需求較大的業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)高并優(yōu)先分配。隨著網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)持續(xù)到達(dá)和增加，當(dāng)剩余的頻譜碎片塊大小較小的時(shí)候，帶寬需求小的業(yè)務(wù)更易于填入剩余的空閑頻隙塊中，從而提高了頻譜資源的整體利用效率。

現(xiàn)網(wǎng)中大規(guī)模商用的光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口主要為100g和40g，結(jié)合itu-t針對(duì)光傳送網(wǎng)(otn，opticaltransportnetwork)制訂的不同類型前向糾錯(cuò)(fec，fronterrorcorrection)方案，最高增加約25％的冗余開銷。因此，彈性光網(wǎng)絡(luò)中最小頻隙單位可設(shè)為12.5ghz，單個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求所需的頻隙數(shù)一般不超過10。

不失一般性，假設(shè)n個(gè)業(yè)務(wù)在固定時(shí)間間隔內(nèi)到達(dá)并符合泊松分布，此泊松過程的均值為λ，第i個(gè)業(yè)務(wù)所需的帶寬bi為[2,11]頻隙(包含至少1個(gè)頻隙的保護(hù)帶)。將網(wǎng)絡(luò)中連續(xù)空閑頻隙塊按照頻隙塊大小的升序排列，取位于最中間位置的值，即中位數(shù)(連續(xù)空閑頻隙塊的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，取最中間位置的值，個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，取最中間位置的兩個(gè)的平均值)為優(yōu)先級(jí)判斷的閾值；

頻譜資源分配的優(yōu)先級(jí)原則如下：

第一級(jí)：bi>m(如果固定時(shí)間間隔內(nèi)bi>m的業(yè)務(wù)個(gè)數(shù)j超過只為其中bi較小的個(gè)業(yè)務(wù)分配頻譜資源，按bi值由大到小的順序分配；bi越大，優(yōu)先級(jí)越高，其余個(gè)業(yè)務(wù)丟棄)；

第二級(jí)：2≤bi≤m，按bi值由大到小的順序分配，bi越大，優(yōu)先級(jí)越高；

具體實(shí)施過程如下：

步驟1業(yè)務(wù)到達(dá)時(shí)，首先計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中連續(xù)空閑頻隙塊的大小的中位數(shù)m，將網(wǎng)中連續(xù)空閑頻隙塊按照頻隙塊大小的升序排列，取位于最中間位置的頻隙塊的值記為中位數(shù)m；如連續(xù)空閑頻隙塊的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，取最中間位置的頻隙塊值為m；個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，取最中間位置的兩個(gè)頻隙塊平均值為m；

步驟2、n個(gè)業(yè)務(wù)到達(dá)，業(yè)務(wù)到達(dá)滿足均值為λ的泊松分布；

步驟3、對(duì)于第i個(gè)業(yè)務(wù)，判斷其帶寬需求bi，包括一個(gè)頻隙的保護(hù)帶，是否大于m；

步驟4、計(jì)算該時(shí)間窗內(nèi)全體n個(gè)到達(dá)的業(yè)務(wù)中，bi>m的業(yè)務(wù)個(gè)數(shù)j；

步驟5、判斷：其中[]為取整函數(shù)；

步驟6、若則從這j個(gè)業(yè)務(wù)中選擇bi最小的個(gè)業(yè)務(wù)，以bi的降序進(jìn)行頻譜分配，拋棄剩余的個(gè)業(yè)務(wù)，對(duì)于每個(gè)業(yè)務(wù)，采用first-fit策略進(jìn)行頻譜分配，后續(xù)步驟皆遵循此策略；

步驟7、對(duì)于2≤bi≤m的業(yè)務(wù)，以bi的降序進(jìn)行頻譜分配；

步驟8、若則該時(shí)間窗內(nèi)到達(dá)的n個(gè)業(yè)務(wù)，全部以bi的降序進(jìn)行頻譜分配。

有益效果

本發(fā)明方案既考慮網(wǎng)絡(luò)中大帶寬業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)保障，又考慮利用頻譜中的小碎片來完成小帶寬業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)，能夠大程度上提高業(yè)務(wù)完成質(zhì)量，降低業(yè)務(wù)阻塞率，降低網(wǎng)絡(luò)中的碎片化程度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提出的改進(jìn)方案中鏈路頻譜分配示例，黑色方塊代表已占用頻隙，白色方塊代表可使用的空閑頻隙。(a)為基于ff方案的頻譜分配過程；(b)為本發(fā)明提出改進(jìn)方案的頻譜分配過程。

圖2為是本發(fā)明技術(shù)方案框圖。附圖說明：連續(xù)空閑頻隙塊的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，取最中間位置的頻隙塊的大小為m；個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，取最中間位置的兩個(gè)頻隙塊的大小的平均值為m.

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提出的改進(jìn)方案進(jìn)行說明：

如圖1所示，以單條鏈路為例，(a)、(b)兩子圖分別表示在僅使用傳統(tǒng)的首次到達(dá)匹配(first-fit,ff)方案和本發(fā)明提出的改進(jìn)方案下頻譜資源的分配情況。圖中黑色的頻隙表示已被占用的頻譜資源，剩余頻隙為可用頻隙。該條鏈路上共有32個(gè)頻隙，其中13個(gè)頻隙已被占用，剩余大小分別為1,4,8,5,1的連續(xù)空閑頻譜塊，其中位數(shù)m為4。假設(shè)一個(gè)時(shí)間窗內(nèi)有5個(gè)業(yè)務(wù)到達(dá)，帶寬需求分別為2,3,5,6,10；根據(jù)本發(fā)明提出的改進(jìn)方案，頻譜分配的具體步驟如下：

步驟1、對(duì)于每一個(gè)業(yè)務(wù)i，判斷其bi是否大于4；

步驟2、統(tǒng)計(jì)該時(shí)間窗內(nèi)bi>4的業(yè)務(wù)個(gè)數(shù)j，得到j(luò)＝3；

步驟3、判斷3是否大于等于(＝2)；

步驟4、在bi>4的3個(gè)業(yè)務(wù)中，選擇bi較小的個(gè)業(yè)務(wù)，按bi的降序分配頻譜，即依次為bi為6和5的2個(gè)業(yè)務(wù)分配頻譜；

步驟5、2≤bi≤4的2個(gè)業(yè)務(wù)，按bi的降序分配頻譜，即依次為bi為3和2的2個(gè)業(yè)務(wù)分配頻譜。

頻譜分配方案框圖如圖2所示。

如圖1所示，本發(fā)明所提出的方案比純ff方案成功地多分配了一個(gè)bi為6的業(yè)務(wù)，并且減少了頻譜中的碎片。