[发明专利]一种弹性光网络中基于频谱预留的负载感知能效路由方法

权利要求书

1.一种弹性光网络中基于频谱预留的负载感知能效路由方法，其特征在于：采用基于最短光路节点邻接链路频谱状态的节点负载状态公式和光路频谱空闲度判定最短光路节点和光路上资源使用情况，基于路径的负载情况，自适应地选择不同的路由方法均衡传输能耗和业务的带宽阻塞率性能，具体地，包括以下步骤：

S1：输入：网络拓扑G(V,E)，其中V为网络节点集合，E为链路集合，业务请求ri(s,d,br)，转至S2；

S2：释放网络资源：当网络中有业务离开时，释放其占用的频谱和转发器端口资源，转至S3；

S3：使用Dijkstra算法为业务计算最短光路，将该最短光路上的节点存放到集合N_P中，转S4；

S4：为集合N_P中的每个节点使用公式(1)计算每个节点的邻接链路频谱使用nf_i，同时计算出全网节点平均频谱使用度N_F，转S5；

S5：根据公式(2)判断该光路上是否包含重负载节点，若包含重负载节点且最短光路的频谱空隙度低于可用剩余带宽阈值，判定该光路为重负载光路，转至S6；否则为轻负载光路，转至S7；

S6：最短光路为重负载光路，执行负载均衡最小代价光路路由方法选择传输路由；

S7：最短光路为轻负载光路，执行可用频谱感知的光路带宽预留疏导节能路由方法选择传输路由；

S8：业务离去，转S2；

对可用频谱感知的光路带宽预留疏导节能路由方法具体为：

S101：输入：可用频谱数组S和已预留频谱数组S_res，保存已有光路的容器V_P，保存预留光路容器V_res，保存可用频谱块的容器V_B，K条候选光路，i＝1；

S102：判断源目的转发器剩余容量是否满足传输，若满足转S103；否则阻塞该业务；

S103：遍历容器V_P，判断是否存在源节点目的节点与业务请求ri相同的光路，若存在光路V_i转S104；否则转S108新建光路；

S104：计算源-目的节点转发器的剩余容量大小C_tx,C_rx，取较小的记为C_tr＝min{C_tx,C_rx}，计算光路V_i上可用的频谱块，保存在V_B中；

S105：左疏导：遍历V_B,如果存在频谱块V_bi满足请求带宽大小，且V_bi的末尾索引值等于V_i的起始索引值减1，执行左疏导操作转S107；否则转S106；

S106：右疏导：遍历V_B,如果存在频谱块V_bj满足请求带宽大小，且V_bj的起始索引值等于V_i的末尾索引值加1，执行右疏导操作转S107；否则转S108新建光路；

S107：更新预留：计算光路V_i可用频谱块，更新V_B；若是左疏导，寻找可用频谱块的末尾索引值等于V_bi的起始索引值减1的频谱块，记录该频谱块大小n1，寻找可用频谱块的起始索引值等于V_i加1的频谱块，记录该频谱块的大小n2，选择其中较大的频谱块记为n_max，将n_max与业务最大请求速率b_max和C_tr比较，选择其中最小的作为频谱预留大小将该光路保存在容器V_res，将数组S_res中的当前预留频隙设为占用；若是右疏导，寻找可用频谱块的起始索引值等于V_bj的起始索引值加1的频谱块，记录该频谱块大小n1，寻找可用频谱块的末尾索引值等于V_i减1的频谱块，记录该频谱块的大小n2，选择其中较大的频谱块记为n_max，将n_max与业务最大请求速率b_max和C_tr比较，选择其中最小的作为频谱预留大小将该光路保存在容器V_res，将数组S_res中的当前预留频隙设为占用；

S108：新建光路：在源-目的节点的第i条光路上，使用FF算法在数组S_res中寻找可用频谱进行分配；若频谱分配成功，转S107；否则转S109；FF算法为首选命中First Fit算法；

S109：抢占传输：在源-目的节点的第i条光路上，使用LF算法在数组S中寻找可用频谱进行分配；若频谱分配成功，转S107；否则令i＝i+1；LF算法为尾端命中Last Fit算法；

S110：如果i＞K，阻塞该业务请求；否则返回S108；

对负载均衡最小代价光路路由方法具体流程分为下面几个步骤：

S201：输入：可用频谱数组S，保存可用频谱块的容器V_B，K条候选光路，i＝1，光路代价集合转S202；

S202：判断源-目的节点转发器剩余容量是否满足业务传输，若满足转S203；否则阻塞该业务；

S203：判断第i条候选光路，是否超过光路的跳数阈值H_threshold，若超过选择下一条候选光路，令i＝i+1；否则转S204；

S204：基于光路代价公式，计算光路i的代价pi_cost，将该光路的代价存放在集合P_cost中，转S205；

S205：如果i＞K，从集合P_cost中选择代价最小的光路传输；否则选择剩下的光路，转S203；

S206：若成功找到传输光路，使用FF算法进行频谱分配；否则阻塞该业务；

根据节点频谱使用度公式计算最短光路上每个节点的邻接链路频谱使用度，计算全网所有节点的邻接链路平均频谱使用度，计算最短光路上频谱空闲度；将节点频谱使用度与全网所有节点的平均频谱使用度比较，并判断最短光路上频谱空闲度是否低于光路可用剩余带宽阈值ΔB_threshold，为防止阈值设置过低，导致网络出现瘫痪，根据二八准则，设置阈值大小为0.2进行的仿真实验验证，根据比较的结果，判断最短光路节点和光路上频谱资源的使用情况，判定最短光路的的节点负载状态；

若判定最短光路为轻负载，为业务执行光路频谱预留操作，预留频谱大小综合考虑转发器的端口速率、业务请求速率和光路上的空闲频谱块，最优化可预留频隙数目，防止预留的光路因无可用转发器端口而阻塞；同时，避免为业务预留过多频隙，造成带宽浪费，在业务新建光路失败时，引入业务抢占机制，抢占预留的光路传输业务，降低频谱预留对后续业务传输的影响；若判定最短光路为重负载，为每条候选光路选择使得发射机消耗最少子载波的可行调制等级，同时根据基于光路跳数和频谱连续度的光路代价公式，选择最小代价光路传输业务；

节点负载状态的计算公式为：

ls_i＝nf_i/N_F (2)

其中，ls_i表示节点i的负载状态，nf_i为节点i的频谱使用度，N_F为全网所有节点平均频谱使用度，当ls_i的值大于1时，表示该节点周围链路可用频谱少于全网平均可用频谱，且节点i的转发器使用数目超过网络平均转发器使用数目，判定节点i为重负载节点，否则判定节点i为轻负载节点；l_i为第l条与节点i邻接的链路，L_i为与节点i邻接的链路的数目，F为链路上总的频隙数目，N代表全网中节点的数目，表示第l_i条邻接链路上第j个频隙的使用情况，若使用该频隙则记为1，否则为0；

所述光路频谱预留操作为：

预留光路频谱大小考虑转发器剩余转发能力，当转发器的剩余能力足够时，考虑不同业务传输情况下，需要预留的频隙数目不同，动态地选择满足业务请求的可用频谱块，再将预留频谱块大小与业务最大请求速率相比较，选择不超过业务最大请求速率的最大可预留频谱块，减少频谱过度预留的带宽资源浪费；

光路代价公式为：

其中，pi_hop为候选光路的跳数，pi_cs为候选光路的频谱连续度，β为很小的数值，β＝0.0001，避免分母为0；c_p为候选光路业务承载能力，为光路候选光路p上第i个频隙的使用情况，若第i个频隙空闲则为1，否则为0；表示候选光路p上最大空闲频谱块所含的频隙数目；B_n为空闲频谱块集合，R为业务带宽需求类型集合，为候选光路p的第j个空闲频谱块带宽大小，R^k为集合R中第k个类型的业务所需带宽大小。