本發(fā)明涉及光網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及彈性光網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源分配方法。

背景技術(shù)：

為了彌補傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)中頻譜利用率和帶寬靈活性的不足，2008年9月日本首次提出了頻譜切片彈性光網(wǎng)絡(luò)的概念，迅速受到了研究者的廣泛關(guān)注，給光網(wǎng)絡(luò)的頻譜靈活問題解決提供了一種重要思路；與此同時，歐洲及美國也提出了類似的概念，例如彈性光網(wǎng)絡(luò)(elasticopticalnetwork,eo-net)、靈活波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)(flexiblewavelengthdivisionmultiplexing,fwdm)等；基于正交頻分復(fù)用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing,ofdm)的頻譜靈活光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以使用網(wǎng)絡(luò)根據(jù)業(yè)務(wù)需求靈活合理地分配頻譜資源，并根據(jù)物理損傷等信息選用合適的調(diào)制格式，為進一步提高光網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率和效率提供了新的可能。

在彈性光網(wǎng)絡(luò)的研究領(lǐng)域中，路由與頻譜資源分配方法顯得尤為重要；方法的不同選擇會直觀地影響網(wǎng)絡(luò)阻塞率，資源利用率等網(wǎng)絡(luò)性能；方法的設(shè)計上需要遵循以下兩個限制條件：1)頻譜一致性，光路建立后，每條鏈路上的占用的帶寬是相同位置的；2)帶寬資源連續(xù)性，每個業(yè)務(wù)占用的頻譜資源是連續(xù)的；由于這些條件的限制，在傳統(tǒng)的彈性光網(wǎng)絡(luò)中，一般采用的首次命中算法為不同業(yè)務(wù)分配頻譜資源，這會使得低速率業(yè)務(wù)(所需頻隙數(shù)少)比高速率業(yè)務(wù)(所需頻隙數(shù)多)更容易分配到連續(xù)的空閑頻隙，導(dǎo)致低速業(yè)務(wù)的阻塞率遠小于高速業(yè)務(wù)的阻塞率。

正交頻分復(fù)用(ofdm)是一種特殊的多載波調(diào)制技術(shù)，與一般多載波調(diào)制技術(shù)不同的是，ofdm使用的子載波是相互正交的；在實際應(yīng)用中，ofdm信號除了有效的子載波調(diào)制模塊以外，還包含了許多其他的部分；比較常見的系統(tǒng)框圖如圖1所示；該系統(tǒng)為ofdm信號的發(fā)送機和接收機的基本結(jié)構(gòu)；加入導(dǎo)頻的主要作用是用于相位糾正；在沒有先驗信息的時候，導(dǎo)頻就可以用來進行信道估計；解調(diào)時可以通過導(dǎo)頻來判斷哪個地方是符號周期的開始；在系統(tǒng)中，通過引入循環(huán)前綴(cyclicprefix，cp)使得信號計時通過多徑信道，其各個子信道間的正交性仍能夠得到完美的保持；cp的做法就是將ofdm碼元的最后一部分復(fù)制到各碼元的前端，且cp的長度必須要大于信道的衰落時間長度；這種可使要傳輸?shù)膐fdm信號呈現(xiàn)出周期性，cp對消除碼間干擾和保持子載波間的正交性均起著關(guān)鍵性的作用；另外，cp作為一種保護間隔，實際上它相對于原始數(shù)據(jù)是一種冗余信息，也需要占用一定額外的頻譜和功率資源，但是ofdm系統(tǒng)正是通過犧牲這一部分的頻譜資源來實現(xiàn)降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種提高網(wǎng)絡(luò)公平性并具有較低阻塞率損傷的彈性光網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源分配方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種彈性光網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源分配方法，包括以下步驟：

s1、判斷資源分段是否成功，如果是則轉(zhuǎn)入步驟s4，如果否轉(zhuǎn)入步驟s2；

s2、計算分給不同類別業(yè)務(wù)的資源大小nbsi，將所有頻譜資源分成對應(yīng)給不同類別業(yè)務(wù)頻譜段，頻譜段分別有nbsi個帶寬槽；

s3、計算共享模塊帶寬槽數(shù)量nsbs，并將未分配的nsbs個帶寬槽設(shè)置成共享模塊，資源分段成功并轉(zhuǎn)入步驟s4；

s4、獲取業(yè)務(wù)基本信息，尋找鏈路集上所有鏈路分配給該業(yè)務(wù)的頻譜段；

s5、判斷這些頻譜段內(nèi)是否有可分配的該業(yè)務(wù)請求帶寬槽數(shù)i個連續(xù)帶寬槽，如果是則分配第一個可用資源塊給該業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)安置成功，如果否則轉(zhuǎn)入步驟s6；

s6、判斷共享模塊中是否有可分配的該業(yè)務(wù)請求帶寬槽數(shù)i個連續(xù)帶寬槽，如果是則分配第一個可用資源塊給該業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)安置成功，如果否則業(yè)務(wù)阻塞。

進一步的，所述步驟s2中業(yè)務(wù)的資源大小nbsi的計算方法如下式：

式中：b為每條鏈路帶寬槽數(shù)，i為業(yè)務(wù)請求的子載波數(shù)，為1到n之間的整數(shù)；請求的帶寬槽數(shù)為i的業(yè)務(wù)出現(xiàn)的概率為pi。

進一步的，所述步驟s3中共享模塊帶寬槽數(shù)量nsbs計算方法如下式：

進一步的，所述步驟s5中判斷這些頻譜段內(nèi)是否有可分配的該業(yè)務(wù)請求帶寬槽數(shù)i個連續(xù)帶寬槽，如果是則還包括以下步驟：

計算選擇的資源塊中路徑碎片化指數(shù)fd，分配使得路徑fd最小資源塊給該業(yè)務(wù)。

進一步的，所述碎片化指數(shù)計算方法如下：

式中：b為鏈路上總共的帶寬槽數(shù)，maxpass為可以通過的最大業(yè)務(wù)粒度，freeblock為鏈路上可用的帶寬槽總數(shù)。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明解決了可變帶寬光網(wǎng)絡(luò)不通粒度業(yè)務(wù)之間的服務(wù)公平性問題；

(2)本發(fā)明將頻譜分段細化，結(jié)合頻譜碎片減少的方法，提高了網(wǎng)絡(luò)公平性，阻塞損傷率較低。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有正交頻分復(fù)用ofdm系統(tǒng)框圖。

圖2為實施例1中的流程結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為實施例2中的流程結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為實施例3中的鏈路示意圖。

圖5為業(yè)務(wù)到達概率服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布時阻塞率仿真結(jié)果圖。

圖6為業(yè)務(wù)到達概率服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布時業(yè)務(wù)公平性系數(shù)fi仿真結(jié)果圖。

圖7為業(yè)務(wù)到達服從均勻分布時阻塞率仿真結(jié)果圖。

圖8為業(yè)務(wù)到達服從均勻分布時業(yè)務(wù)公平性系數(shù)fi仿真效果圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。

實施例1

如圖2所示，一種彈性光網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源分配方法，以下方法為基于公平性感知的頻譜資源分配方法，簡稱afa，包括以下步驟：

s1、判斷資源分段是否成功，如果是則轉(zhuǎn)入步驟s4，如果否轉(zhuǎn)入步驟s2；

s2、計算分給不同類別業(yè)務(wù)的資源大小nbsi，將所有頻譜資源分成對應(yīng)給不同類別業(yè)務(wù)頻譜段，頻譜段分別有nbsi個帶寬槽；業(yè)務(wù)的資源大小nbsi的計算方法如下式：

式中：b為每條鏈路帶寬槽數(shù)，i為業(yè)務(wù)請求的子載波數(shù)，為1到n之間的整數(shù)；為業(yè)務(wù)從源節(jié)點s到目的節(jié)點d之間的經(jīng)過的路徑集合；

計算業(yè)務(wù)資源大小即給業(yè)務(wù)i(請求帶寬槽數(shù)i)的業(yè)務(wù)分配的子載波數(shù)時，建立網(wǎng)絡(luò)物理拓撲無向圖g{v,e,b}，其中v為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點集合，e為鏈路集合；假設(shè)頻譜單元的最小粒度為一個帶寬槽(bs)；業(yè)務(wù)請求c{i,ps-d}，表示從源節(jié)點s∈v到目的節(jié)點d∈v之間建立業(yè)務(wù)訪問；假設(shè)請求的帶寬槽數(shù)為i的業(yè)務(wù)出現(xiàn)的概率為pi；

s3、計算共享模塊帶寬槽數(shù)量nsbs，并將未分配的nsbs個帶寬槽設(shè)置成共享模塊，資源分段成功并轉(zhuǎn)入步驟s4；共享模塊帶寬槽數(shù)量nsbs計算方法如下式：

s4、獲取業(yè)務(wù)基本信息，尋找鏈路集上所有鏈路分配給該業(yè)務(wù)的頻譜段；例如新業(yè)務(wù)c{i,ps-d}，獲取業(yè)務(wù)基本信息包括頻譜段類別i，請求帶寬槽數(shù)i，s-d鏈路集；

s5、判斷這些頻譜段內(nèi)是否有可分配的該業(yè)務(wù)請求帶寬槽數(shù)i個連續(xù)帶寬槽，如果是則分配第一個可用資源塊(頻譜段內(nèi)i個連續(xù)可用帶寬槽)給該業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)安置成功，如果否則轉(zhuǎn)入步驟s6；

s6、判斷共享模塊中是否有可分配的該業(yè)務(wù)請求帶寬槽數(shù)i個連續(xù)帶寬槽，如果是則分配第一個可用資源塊(頻譜段內(nèi)i個連續(xù)可用帶寬槽)給該業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)安置成功，如果否則業(yè)務(wù)阻塞。

實施例2

如圖3所示，一種彈性光網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源分配方法，以下方法簡稱基于公平性感知和碎片減少的動態(tài)資源分配方法，簡稱fafr，包括以下步驟：

s1、判斷資源分段是否成功，如果是則轉(zhuǎn)入步驟s4，如果否轉(zhuǎn)入步驟s2；

s2、計算分給不同類別業(yè)務(wù)的資源大小nbsi，將所有頻譜資源分成對應(yīng)給不同類別業(yè)務(wù)頻譜段，頻譜段分別有nbsi個帶寬槽；業(yè)務(wù)的資源大小nbsi的計算方法如下式：

式中：b為每條鏈路帶寬槽數(shù)，i為業(yè)務(wù)請求的子載波數(shù)，為1到n之間的整數(shù)；為業(yè)務(wù)從源節(jié)點s到目的節(jié)點d之間的經(jīng)過的路徑集合；

計算業(yè)務(wù)資源大小即給業(yè)務(wù)i(請求帶寬槽數(shù)i)的業(yè)務(wù)分配的子載波數(shù)時，建立網(wǎng)絡(luò)物理拓撲無向圖g{v,e,b}，其中v為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點集合，e為鏈路集合；假設(shè)頻譜單元的最小粒度為一個帶寬槽(bs)；業(yè)務(wù)請求c{i,ps-d}，表示從源節(jié)點s∈v到目的節(jié)點d∈v之間建立業(yè)務(wù)訪問；假設(shè)請求的帶寬槽數(shù)為i的業(yè)務(wù)出現(xiàn)的概率為pi；

s3、計算共享模塊帶寬槽數(shù)量nsbs，并將未分配的nsbs個帶寬槽設(shè)置成共享模塊，資源分段成功并轉(zhuǎn)入步驟s4；共享模塊帶寬槽數(shù)量nsbs計算方法如下式：

s4、獲取業(yè)務(wù)基本信息，尋找鏈路集上所有鏈路分配給該業(yè)務(wù)的頻譜段；例如新業(yè)務(wù)c{i,ps-d}，獲取業(yè)務(wù)基本信息包括頻譜段類別i，請求帶寬槽數(shù)i，s-d鏈路集；

s5、判斷這些頻譜段內(nèi)是否有可分配的該業(yè)務(wù)請求帶寬槽數(shù)i個連續(xù)帶寬槽，如果是則計算選擇的資源塊(頻譜段內(nèi)i個連續(xù)可用帶寬槽)中路徑碎片化指數(shù)fd，分配使得路徑fd最小資源塊(頻譜段內(nèi)i個連續(xù)可用帶寬槽)給該業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)安置成功，如果否則轉(zhuǎn)入步驟s6；

碎片化指數(shù)計算方法如下：

式中：b為鏈路上總共的帶寬槽數(shù)，maxpass為可以通過的最大業(yè)務(wù)粒度，freeblock為鏈路上可用的帶寬槽總數(shù)；

為了保證在公平性提高的前提下，網(wǎng)絡(luò)整體阻塞率受影響較小，采用碎片避免的方法；頻譜碎片是由于帶寬資源連續(xù)性限制，在一條光線上分配的子載波必須是連續(xù)的而不能是離散的；這會讓一些可用的連續(xù)頻譜塊被分割開來，形成碎片；碎片化指數(shù)為0-1之間的數(shù)，碎片化指數(shù)越接近1，碎片化程度越高；

s6、判斷共享模塊中是否有可分配的該業(yè)務(wù)請求帶寬槽數(shù)i個連續(xù)帶寬槽，如果是則分配第一個可用資源塊(頻譜段內(nèi)i個連續(xù)可用帶寬槽)給該業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)安置成功，如果否則業(yè)務(wù)阻塞。

采用opnet軟件，采用14節(jié)點nsfnet網(wǎng)絡(luò)對方案進行仿真驗證；對于任意一個業(yè)務(wù)鏈接請求到達，源節(jié)點和目的節(jié)點等概率被選中；業(yè)務(wù)到達時間間隔服從泊松分布，業(yè)務(wù)持續(xù)時間服從負指數(shù)分布，仿真采用固定最短路由；網(wǎng)絡(luò)中總共有十種業(yè)務(wù)，請求帶寬槽數(shù)1到10；仿真了十種業(yè)務(wù)出現(xiàn)概率服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布和均勻分布的兩種情況下的阻塞率bp和公平性系數(shù)fi；業(yè)務(wù)到達概率就是指各類業(yè)務(wù)到達的概率，若為均勻分布就表示各類業(yè)務(wù)到達的比例相等；其結(jié)果如圖5-8所示；為了衡量不同業(yè)務(wù)之間的服務(wù)公平性，引入業(yè)務(wù)公平性系數(shù)：

其中：n是網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)的種類，pi是請求粒度為i的業(yè)務(wù)阻塞率，fi是0-1之間的數(shù)，當(dāng)fi越接近1，各類業(yè)務(wù)的阻塞率越接近，則網(wǎng)絡(luò)的公平性越好。

由圖5-8可以看出，實施例1和實施例2中的方法相對于現(xiàn)有的首次命中ff計算方法都可以大大提高網(wǎng)絡(luò)公平性指數(shù)，但是fafr方法帶來的阻塞率損傷較??；fafr方法會帶來一定的公平性損傷，主要是因為碎片避免選擇時對大業(yè)務(wù)帶來的收益比小業(yè)務(wù)要大，所以對于大業(yè)務(wù)阻塞率的降低要高于小業(yè)務(wù)，其公平性較afa方法稍有不如；這兩種方法均可以大大提高網(wǎng)絡(luò)的公平性指標(biāo)，并且有著較小的阻塞率損傷。

實施例3

下面通過具體實施例來說明本發(fā)明方法的效果。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中總共有10類業(yè)務(wù)，即n＝10，請求帶寬槽數(shù)i分別為1，2，……，10；業(yè)務(wù)到達分布為均勻分布，即每類業(yè)務(wù)到達概率pi相等均為10％；鏈路帶寬槽總數(shù)b為600個，這是總頻譜資源；根據(jù)分段公式：

計算出分配給每類業(yè)務(wù)的帶寬槽數(shù)如表1所示：

表1.計算出的每類業(yè)務(wù)帶寬槽數(shù)

根據(jù)公式：

得出共享模塊中帶寬槽數(shù)為5個，假設(shè)業(yè)務(wù)2到達，途徑鏈路為：鏈路1、鏈路2和鏈路3；

三條鏈路及路徑帶寬槽使用情況如下：為了更好示意，這里假設(shè)分配給業(yè)務(wù)2的頻譜段為12個；由圖4可以看出分配該業(yè)務(wù)有三種選擇，分別為選擇1、選擇2和選擇3。

afa方法直接采取選擇1。

fafr方法會計算三種選擇后的路徑碎片化程度，選擇使得路徑碎片化程度最小的分配方式；

碎片化程度fd采用如下方法計算：

通過計算得出：

選擇1：fd_path1-3＝1-2/4＝1/2；

選擇2：fd_path1-3＝1-2/4＝1/2；

選擇3：fd_path1-3＝1-3/4＝1/4。

上述碎片化程度通過dijkstra最短路徑算法計算的源節(jié)點到目的節(jié)點之間經(jīng)過的鏈路所有資源的整合，可以知道業(yè)務(wù)從源節(jié)點到目的節(jié)點需要經(jīng)過哪些鏈路，分配這些鏈路上的資源來保證業(yè)務(wù)的傳輸。

dijkstra算法是典型的單源最短路徑算法，用于計算一個節(jié)點到其他所有節(jié)點的最短路徑。主要特點是以起始點為中心向外層層擴展，直到擴展到終點為止。

通過上述計算可以得出如果采用fafr方法則采取選擇3，分配資源給業(yè)務(wù)2。

由于彈性光網(wǎng)絡(luò)具有頻譜方向的連續(xù)性限制，導(dǎo)致在沒有采取針對性措施的情況下，大粒度業(yè)務(wù)(即需求帶寬比較大，所需分配載波比較多的業(yè)務(wù))比小粒度業(yè)務(wù)(即需求帶寬比較小，所需分配載波比較少的業(yè)務(wù))更容易受到阻塞，而且，粒度的差距越大，不同粒度之間這種阻塞性能的差別也越大；這便是可變帶寬光網(wǎng)絡(luò)需要解決的新的服務(wù)公平性問題，即不同粒度業(yè)務(wù)之間的服務(wù)公平性問題；本發(fā)明正是針對這一問題，將頻譜分段的方法細化，與頻譜碎片減少的方法結(jié)合，有效提高網(wǎng)絡(luò)公平性參數(shù)，并有著較低的阻塞率損傷。