[发明专利]基于共享频谱转换器的弹性光组播交换节点结构的双重权重极大团调度方法

权利要求书

1.一种基于共享频谱转换器的弹性光组播交换节点结构的双重权重极大团调度方法，其特征在于：所述基于共享频谱转换器的弹性光组播交换节点结构包括带宽可变波长选择开关BV-WSS、分光器、光开关、带宽可变光交叉连接器BV-OXC、有限范围频谱转换器LRSC、全范围频谱转换器FRSC和耦合器；

该方法包括适用于弹性光网络的基于共享频谱转换器的组播交换节点结构的组播冲突解决策略，同时，在LRSC解决光组播冲突阶段，采用基于双重权重极大团的调度算法；

所述基于共享频谱转换器的组播冲突解决策略是指当光组播直接调度输出端口失败时，优先使用所提的双重权重极大团的调度算法分配LRSC来解决光组播冲突，选择输出数据包的总频隙数最大情况下使用LRSC数目最少的调度方案，从而提升频谱转换器的利用率，降低丢包率和节点结构代价；当LRSC全部被占用后，如果仍然存在冲突的光组播数据包，再采用少量的FRSC来继续解决冲突，FRSC能够将冲突数据包的频谱转换到光纤频谱范围内的任何一段空闲频谱上，从而进一步提升交换节点解决冲突的能力和降低丢包率；

所述基于双重权重极大团的调度算法是指先根据数据包所占频谱之间的冲突关系构建辅助图，设置数据包所占频谱的频隙数和使用LRSC的数目作为顶点的权重，然后用图着色算法得出所有极大团，最后找出第一个权重和最大情况下第二个权重和最小的极大团，即为输出数据包的总频隙数最大情况下使用LRSC数目最少的调度方案，从而提升频谱转换器的利用率，降低丢包率和节点结构代价。

2.根据权利要求1所述的基于共享频谱转换器的弹性光组播交换节点结构的双重权重极大团调度方法，其特征在于：所述基于共享频谱转换器的弹性光组播交换节点结构包括N个输入/输出端口，N个规模大小为1×M的带宽可变波长选择开关BV-WSS，N×M个分光器，N×M×S个光开关，2个带宽可变光交叉连接器BV-OXC，R个有限范围频谱转换器LRSC，H个全范围频谱转换器FRSC和N个K波长输入耦合器；其中，LRSC采用反馈共享的配置方式，FRSC采用输出共享的配置方式；

该组播交换节点结构具体工作原理如下：首先数据包到达交换节点结构的输入端，到达的数据包在同一根输入光纤上占用不同的频谱，通过一个规模为1×M的BV-WSS将不同数据包占用的频谱进行分离后送往分光器中，每个数据包被一个分光器复制成S份，再通过光开关控制组播数；若是单播数据包，仅仅一个光开关打开；若是组播数据包，就打开多个光开关；然后这些数据包都发送到第一个BV-OXC，其规模大小为(N×M×S+R)×(N×K+H+R)；在同一时刻，若两个或两个以上去往同一输出端口的数据包占用的频谱有重叠，即发生频谱冲突；若到达的数据包无频谱冲突，则直接选择耦合器合路传输到输出端口；若到达的数据包存在频谱冲突，优先分配LRSC将冲突的数据包转换到有限范围的空闲频谱上；若LRSC被占用完后，仍然有数据包处于冲突状态，这些冲突的数据包经过第一个BV-OXC后，再送往FRSC进一步解决冲突，然后经过第二个BV-OXC选择耦合器合路传输到输出端；第二个BV-OXC的规模大小为H×N×K；若通过LRSC后无冲突，则数据包直接经过第一个BV-OXC选择耦合器合路传输到输出端。

3.根据权利要求1所述的基于共享频谱转换器的弹性光组播交换节点结构的双重权重极大团调度方法，其特征在于：所述的基于共享频谱转换器的组播冲突解决策略，采用以下步骤：

1)初始化阶段：首先初始化各到达的数据包，确定数据包的输入频谱，目的输出端和组播数据包的复制份数；如果是组播数据包，将其进行复制；判断组播或单播数据包的目的端对应频谱是否空闲，若是，数据包直接传输；否则，进行频谱冲突解决；

2)LRSC解决冲突阶段：使用所述的双重权重极大团的调度算法分配LRSC来解决频谱冲突；根据双重权重极大团的调度算法使用LRSC将冲突数据包的频谱转换到有限范围的目标频谱上，得到输出数据包的总频隙数最大情况下使用LRSC数目最少的调度方案，从而降低交换节点的丢包率和结构代价；

3)FRSC解决冲突阶段：采用少量的FRSC来解决上一个阶段未成功调度的数据包的频谱冲突；其中，整个调度过程中FRSC以随机选择的方式进行分配。

4.根据权利要求1所述的基于共享频谱转换器的弹性光组播交换节点结构的双重权重极大团调度方法，其特征在于：所述的基于双重权重极大团的调度算法，采用以下步骤：

1)根据数据包占用的输入频谱和可行转换的输出频谱之间的冲突关系建立辅助图；辅助图的每个顶点表示一个数据包的输入频谱和可行转换的输出频谱的一种情况；辅助图的两个顶点存在一条边表示两个顶点的数据包之间无频谱冲突，需满足以下两个条件：

a)两个顶点的数据包来自相同输入端输入频谱不重叠，或者两个顶点的数据包来自不同的输入端；

b)两个顶点的数据包去往相同输出端输出频谱不重叠，或者两个顶点的数据包去往不同的输出端；

2)为辅助图中的每个顶点赋两个权重；第一个权重是数据包所占频谱的频隙数，用W₁表示，W₁＝F_k，其中，k代表第k个数据包，F_k代表第k个数据包的频隙数；第二个权重是数据包传输过程中使用LRSC的数目，用W₂表示，若数据包的输入频谱和输出频谱不一致，说明需要使用一个LRSC来进行频谱转换，则权重设为1；数据包的输入频谱和输出频谱一致，说明没有进行频谱转换，不需要使用LRSC，则权重设为0；其中，f_k,x代表第k个数据包输入频谱的首频隙索引值，f_k,y代表第k个数据包转换后输出频谱的首频隙索引值；

3)根据图着色算法找出辅助图中的所有极大团；

4)分别求出每个极大团的两个权重和，找出第一个权重和最大的所有极大团，再在第一个权重和最大的极大团中找出第二个权重和最小的极大团；根据最终找到的极大团对数据包进行调度。