基于分布式碎片集中度的资源分配方法及装置与流程

本发明涉及光网络通信技术领域，具体涉及一种基于分布式碎片集中度的资源分配方法及装置。

背景技术：
传统波长路由波分复用(WavelengthDivisionMultiplexing，WDM)光网络有很多优点，但是其资源分配粒度(最小单位为一个波长)过大，导致资源利用不充分，针对这一问题，本领域提出了频谱分片弹性光网络SLICE(Spectrum‐SlicedElasticOpticalPathNetwork)的概念，频谱分片弹性光网络SLICE是根据用户请求的数据速率分配合适大小而不是固定大小的频谱资源给端到端的光路。网络中当有新的业务请求到达时，我们应该为其建立新的通道并分配合理的频谱资源，但是，资源的分配必须满足频谱连续性和一致性约束，即在每条光纤链路上分配相同序号的连续频谱。随着业务传输的结束连接将被拆除，所占用的资源也会被释放并用于新的业务请求。在动态业务请求情况下，信道的建立和拆除过程将导致频隙资源碎片，由于这些资源碎片的非连续性，其利用率会很低，通过改善频谱资源碎片问题及业务阻塞率的问题使得为后续网络业务的资源分配的成功率能够提高，已经成为SLICE亟待解决的问题。当占用不同频隙数的业务到来时，现有技术通常采用首次命中F-F方法和最佳匹配(M-U)方法等为网络业务分配资源。首次命中F-F方法采用公共频隙的第一个连续可用的频谱的起始频隙，即尽量把频谱分配在较低序号的起始频隙上,最佳匹配(M-U)方法采用公共频谱的所有小段连续空闲频隙中，选择空闲频隙数与网络业务所需频隙数恰好一致的一小段空闲频谱，并分配资源。针对现有技术中的两种方法，当业务持续时间到达时,释放此业务占用的频谱,这些空闲的频谱又可以为接下来到达的业务分配资源，在频谱的占用和释放的过程中，将产生大量的非连续性频隙资源碎片，其频谱资源碎片问题严重，降低了频谱的利用率，使得为后续网络业务的资源分配的成功率不高。

技术实现要素：
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供一种基于分布式碎片集中度的资源分配方法和装置，提高了对业务进行资源分配过程中的所经过链路的链路碎片集中程度。(二)技术方案为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于分布式碎片集中度的资源分配方法，包含以下步骤：S1、通过最短路径算法为网络业务寻找路径,确定路径所经过的每条链路的公共频谱；S2、找出第一时隙段，所述第一时隙段为公共频谱中的连续空闲时隙数目小于阈值M的时隙段，所述阈值M为正整数；S3、根据网络业务所需的频隙数目,在所述第一时隙段上遍历连续频谱，确定所述连续频谱的多种资源分配方式，然后计算每种资源分配方式下每条链路的碎片集中度之和；选择使所述每条链路的碎片集中度之和最大的资源分配方式，对网络业务进行资源分配。其中，步骤S1中所述最短路径算法为狄杰斯特拉算法。其中，该方法进一步包括：找出第二时隙段，所述第二时隙段为公共频谱中的连续空闲时隙数目大于或等于阈值M的时隙段，将所述第二时隙段置为已使用状态；在步骤S3后还包含步骤：若步骤S3中网络业务分配未成功,则将网络业务分配在所述置为已使用状态的第二时隙段中。其中，所述将网络业务分配在所述置为已使用状态的第二时隙段中包括：将网络业务从所述置为已使用状态的从左到右第一个第二时隙段的左起位置开始资源分配。本发明还提供了一种基于分布式碎片集中度的资源分配装置，包含以下模块：第一处理模块，通过最短路径算法为网络业务寻找路径,确定路径所经过的每条链路的公共频谱；第二处理模块，找出第一时隙段，所述第一时隙段为公共频谱中的连续空闲时隙数目小于阈值M的时隙段，所述阈值M为正整数；第三处理模块，根据网络业务所需的频隙数,在所述第一时隙段上遍历连续频谱，确定所述连续频谱的多种资源分配方式，然后计算每种资源分配方式下每条链路的碎片集中度之和；选择使所述每条链路的碎片集中度之和最大的资源分配方式，对网络业务进行资源分配。其中，第一处理模块中所述最短路径算法为狄杰斯特拉算法。其中，还包含：第四处理模块，找出第二时隙段，所述第二时隙段为公共频谱中的连续空闲时隙数目大于或等于阈值M的时隙段，将所述第二时隙段置为已使用状态；若第三处理模块中网络业务分配未成功,则将网络业务分配在所述置为已使用状态的第二时隙段中。其中，所述将网络业务分配在所述置为已使用状态的第二时隙段中包括：将网络业务从所述置为已使用状态的从左到右第一个第二时隙段的左起位置开始资源分配。(三)有益效果本发明通过提供一种基于分布式碎片集中度的资源分配方法及装置，通过设置空闲时隙数阈值M，优先在第一时隙段上分配资源，能为每条路径选择一种使路径经过的链路碎片集中度最大的分配方式，让经过的每条链路的空闲资源相对集中，且把业务优先分配在较低序号的频谱上，相比较于采用F-F方法和最佳匹配(M-U)方法，极大的提高了资源分配过程中的链路碎片集中程度，使得为后续网络业务的资源分配的成功率更高。本发明在第二时隙段上分配资源时，不仅关注于降低链路的碎片程度，并考虑到按照从左到右方向的分配资源，相比较于采用最佳匹配(M-U)方法，极大的降低了业务阻塞率，使得为后续网络业务的资源分配的成功率更高。附图说明图1为本发明的基于分布式碎片集中度的资源分配方法的一种实施例的流程图；图2为本发明的基于分布式碎片集中度的资源分配方法的一种优选实施例的流程图；图3为本发明的基于分布式碎片集中度资源分配方法一种实施例中的5种分配方式示意图；图4为F-F方法、最佳匹配(M-U)方法和本发明的基于分布式碎片集中度的资源分配方法的比较示意图；图5为本发明的基于分布式碎片集中度资源分配方法一种实施例中的3种分配方式示意图；图6为本发明的基于分布式碎片集中度资源分配装置的一种实施例的示意图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。首先说明碎片集中度的含义及其计算方法：碎片集中度，是指一段连续的空闲频谱，可以为所有需要不同频隙数的业务，每种业务所需频隙数与为此业务分配所需的连续频谱的分配方法数之乘积的总和。如一段连续12个空闲频谱，可以为需要12个连续频谱的业务分配起始频隙序号为1，结束频隙序号为12的连续频谱；为需要11个连续频谱的业务分配起始频隙序号为1，结束频隙序号为11，和起始频隙序号为2，结束频隙序号为12的连续频谱；同理可知，可以为需要2个连续频谱的业务分配起始频隙序号为1到11，相应的结束频谱为2到12的连续频谱。若一段时间内业务占用的频隙数为1到6，则12个连续频谱碎片集中度为(如表一)，8个连续频谱碎片集中度(如表二)：表一：12个连续频谱碎片集中度：12:(6*7)+(5*8)+(4*9)+(3*10)+(2*11)+(1*12)＝182表二：8个连续频谱碎片集中度：8：(6*3)+(5*4)+(4*5)+(3*6)+(2*7)+(1*8)＝98一段连续的空闲频谱，空闲频隙数越多，碎片集中度越大。碎片集中度可以用来表示一段空闲的连续频谱可以为业务分配资源的方法之和，即：链路碎片集中度越大，链路资源越集中。碎片集中度数值越大，这段频谱为业务分配资源的方法越多，分配资源成功的可能性越大，相应的因为资源分配不足造成的业务阻塞率就越低，降低了业务阻塞率。若一段时间内业务占用的频隙数为3到6，业务选路成功后，为这些业务分配频隙。如表一所示，假设公共频隙为12个连续空闲频隙。那么我们只要统计这12个连续空闲频隙中，为需要3个连续频隙数的业务分配的方法为10种，为需要4个连续频隙数的业务分配的方法有9种，为需要5个连续频隙数的业务分配的方法为8种，为需要6个连续频隙数的业务分配的方法有7种，碎片集中度为：3*10+4*9+5*8+6*7＝148。此时不用考虑连续频隙数为1到2和7到12的情况，因为业务所需的最少连续频隙数为3，统计两个连续频隙数是没有意义的，因为连续两个频隙数不能为这些业务分配所需资源，同理，统计7到12个连续频谱也是没有意义的，因为业务占用的连续频隙数最多为6，统计7到12个连续频隙数只会造成相同分配方法的重复统计。实施例1、一种基于分布式碎片集中度的资源分配方法，如图1所示本发明一种实施例的资源分配方法的流程图，该实施例包含以下步骤：S1、通过最短路径算法为网络业务寻找路径,确定路径所经过的每条链路的公共频谱；S2、找出第一时隙段，所述第一时隙段为公共频谱中的连续空闲时隙数目小于阈值M的时隙段，所述阈值M为正整数；S3、根据网络业务所需的频隙数,在所述第一时隙段上遍历连续频谱，确定所述连续频谱的多种资源分配方式，然后计算每种资源分配方式下每条链路的碎片集中度之和；选择使所述每条链路的碎片集中度之和最大的资源分配方式，对网络业务进行资源分配。本发明实施例1通过提供一种基于分布式碎片集中度的资源分配方法，针对超宽带业务，通过设置空闲时隙数阈值，优先在第一时隙段上分配资源，充分考虑到链路的碎片程度，让经过的每条链路的碎片集中度更大，空闲资源相对集中，且把业务优先分配在较低序号的频谱上，使得为后续网络业务的资源分配的成功率更高。实施例2、如图2所示为本发明一个优选实施例的资源分配方式的流程图，该实施例包含以下步骤：Sa、通过最短路径算法为网络业务寻找路径,确定路径所经过的每条链路的公共频谱；其中步骤Sa中所述最短路径算法为狄杰斯特拉算法。Dijkstra算法是典型最短路算法，用于计算一个节点到其他所有节点的最短路径。主要特点是以起始点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点为止。Dijkstra算法能得出最短路径的最优解。在一条路径中，路径经过的所有相邻两个结点的链路中，取每条链路的空闲频隙的公共部分，只有当每条链路的处于相同序号的频隙都空闲的情况下，公共频谱的处于此序号的频隙才为空闲状态，否则，处于此序号的频隙为占用状态。Sb、找出第一时隙段，所述第一时隙段为公共频谱中的连续空闲时隙数目小于阈值M的时隙段，所述阈值M为正整数；阈值M的优选值是仿真结果来确定。Sc、根据网络业务所需的频隙数,在所述第一时隙段上遍历连续频谱，确定所述连续频谱的多种资源分配方式，然后计算每种资源分配方式下每条链路的碎片集中度之和；选择使所述每条链路的碎片集中度之和最大的资源分配方式，对网络业务进行资源分配；其中，在所述第一时隙段上遍历所述连续频谱，在所述连续频谱上选择所有连续可用的频隙数大于或者等于网络业务所需的频隙数的空闲频谱段，在每段空闲频谱段上确定本业务所需的所有资源分配方式，即选择所有连续可用的业务所需的频隙数，并对起始频谱做标记。假定网络中所有业务需要的频隙数目是1～6个，概率相同，本实施例中假定需要2个连续频隙的网络业务到来，经过Dijkstra算法选路后，在连续频谱上选择连续可用的频隙数大于或者等于2的连续频谱，并对起始频谱做标记。如图3所示，为路径经过的每条链路的频隙占用情况及公共链路部分的频谱占用情况，假设此时的阈值M为4，此时公共频谱上的空闲时隙段都是第一时隙，此时第一时隙的链路有5种资源分配方式，5种分配方式的碎片集中度之和分别为：分配方法1：(1+1+56+10)+(4+98+10)+(4+98+10)+(1+1+56+10)+(4+98+10)+(1+4+10)＝487；即分配方法1的碎片集中度之和为487；分配方法2：(4+56+10)+(10+84+10)+(10+84+10)+(4+56+1)+(10+84+10)+(1+4＝10)＝467；即分配方法2的碎片集中度之和为467；分配方法3：(20+4+4+10)+(98+4+10)+(98+4+10)+(20+4+4+10)+(98+4+10)+(10+10)＝432；即分配方法3的碎片集中度之和为432；分配方法4：20+56+1)+(182+1)+(182+1)+(20+56+1)+(182+1)+(10+4+1)＝718；即分配方法4的碎片集中度之和为718；分配方法5：20+56+1)+(182+1)+(182+1)+(20+56+1)+(182+1)+(10+4+1)＝718；即分配方法5的碎片集中度之和为718；如图3所示，此时分配方式4和5中的碎片集中度之和最大，当在两种分配方法中的链路的资源分配碎片集中度之和相同时,优先选用起始频隙为较低频隙的资源分配方法。在此例中，第四种与第五种资源分配方法中，优先选择第四种资源分配方法。Sd、找出第二时隙段，所述第二时隙段为公共频谱中的连续空闲时隙数目大于或等于阈值M的时隙段，将所述第二时隙段置为已使用状态；若步骤Sc中网络业务分配未成功，则将网络业务分配在步骤Sd中所述置为已使用状态的第二时隙段中，其分配方式为：将网络业务从步骤Sd中置为已使用状态的从左到右第一个第二时隙段的左起位置开始资源分配。以下为F-F方法、M-U方法和分布式碎片集中度方法的比较：如图4所示，依次阐述下采用首次命中F-F方法、M-U(MostUsed)方法、分布式碎片集中度方法。1)F-F方法:如图3所示，FirstFit方法，由图所知，公共频隙的第一个连续可用的频谱的起始频隙为序号2，用F-F方法，首次命中的特点知，为此业务分配的频隙序号为2,3；此时链路的碎片集中度之和为：(1+1+56+10)+(4+98+10)+(4+98+10)+(1+1+56+10)+(4+98+10)+(1+4+10)＝487。2)最佳匹配(M-U)方法：如图3所示，在公共频谱的所有小段连续空闲频隙中，选择空闲频隙数与业务所需频隙数恰好一致的一小段空闲频谱，并分配资源；此时链路的碎片集中度之和为：(20+4+4+10)+(98+4+10)+(98+4+10)+(20+4+4+10)+(98+4+10)+(10+10)＝432。3)分布式碎片集中度方法：如图3所示，在公共频谱第一时隙的连续空闲频隙中，选择空闲频隙数大于或者等于业务所需频隙数的小段空闲频谱，在这些段的空闲频谱中，选择所有的业务所需的连续频隙数来分配资源，有5种资源分配方式，在每种资源分配方式下，计算路径经过的每条链路的碎片集中度之和，最终，选出使每条链路的碎片集中度之和最大的资源分配方式作为最终资源分配方式；经过遍历公共频谱上的连续频谱，此时链路的资源分配方式碎片集中度之和最大，为718。如图4所示，通过实例中的三者的比较可知，选择分布式碎片集中度的资源分配方法，链路的碎片集中度之和要大于F-F，M-U的资源分配方式，这说明采用此种资源分配方式，每条链路的频谱碎片更集中。此时按照分布式碎片集中度的资源分配方法的思想分配资源后，路径经过的每条链路的碎片集中度更大，空闲资源相对集中，每条链路为后续业务分配连续资源的成功率更高。实施例3、如图5所示为本发明一个优选实施例的按照分布式碎片集中度方法为即将到来的业务分配资源：在公共频谱的所有第一时隙段中，选择空闲频隙数大于或者等于业务所需频隙数的第一时隙段空闲频谱，在这些第一时隙段的空闲频谱中，选择所有的业务所需的连续频隙数来分配资源，假设有n中资源分配方式，在每种资源分配方式下，计算路径经过的每条链路的碎片集中度之和，最终，选出使每条链路的碎片集中度之和最大的资源分配方式作为最终资源分配方式。路径经过的所有相邻两个结点的链路和公共链路的频谱空闲情况如图5所示。假如即将到来的依次是需要频隙数分别为2,2,4的三个业务，当按照分布式碎片集中度的资源分配方法为即将到来的业务分配资源时：此例中假设阈值M为4，当第一个需要2个频隙数的业务到来时，遍历公共频谱上所有连续空闲频谱段，找出第二时隙段，所述第二时隙段为公共频谱中的连续空闲时隙数目大于阈值M的时隙段存放起来，然后将这些第二时隙段在公共时隙表里全部置为已使用状态，针对处理过后的公共时隙表，也就是在连续空闲数小于M的时隙段的公共时隙表中，在第一时隙段里用上述提出的分布式碎片集中度的方法进行资源分配，此时有三种分配方式，由计算结果可知为业务分配频隙序号为15,16和16,17时，链路的碎片集中度之和最大，为359。如图5所示，为三种分配方式的示意图：分配方法1：(4+4+10)+(1+10+4+10)+(1+10+4+10)+(4+4+10)+(1+10+4+10)+(10)＝121，即分配方法1的碎片集中度之和为121；分配方法2：(56+1)+(1+78+1)+(1+78+1)+(56+1)+(1+78+1)+(1+4)＝359，即分配方法1的碎片集中度之和为359；分配方法3：(56+1)+(1+78+1)+(1+78+1)+(56+1)+(1+78+1)+(1+4)＝359，即分配方法1的碎片集中度之和为359；当在几种分配方法中的链路的资源分配碎片集中度之和相同时,优先选用起始频隙为较低频隙的资源分配方法，因此给此业务分配的频隙序号为15,16。按照分布式碎片集中度的资源分配方法可以得出，当第二个需要2个频隙数的业务到来时，为其分配频隙序号为10,11的频谱；当第三个需要4个频隙数的业务到时，由分布式碎片集中度的资源分配方法：若步骤Sc中网络业务分配未成功,则将网络业务分配在所述置为已使用状态的第二时隙段中，分配方式为：将网络业务从步骤Sd中置为已使用状态的从左到右第一个第二时隙段的左起位置开始资源分配。可以得出：为第三个业务分配频隙序号为2到5的连续频谱，分布式碎片集中度的资源分配方法可以成功地为第三个业务分配资源。实施例4、本发明还提供了一种基于分布式碎片集中度的资源分配装置：如图6所示，该装置包含以下模块：第一处理模块，通过最短路径算法为为网络业务寻找路径,确定路径所经过的每条链路的公共频谱；第二处理模块，找出第一时隙段，所述第一时隙段为公共频谱中的连续空闲时隙数目小于阈值M的时隙段，所述阈值M为正整数；第三处理模块，根据网络业务所需的频隙数,在所述第一时隙段上遍历连续频谱，确定所述连续频谱的多种资源分配方式，然后计算每种资源分配方式下每条链路的碎片集中度之和；选择使所述每条链路的碎片集中度之和最大的资源分配方式，对网络业务进行资源分配。第一处理模块中所述最短路径算法为狄杰斯特拉算法。其中，该装置还包含：第四处理模块，找出第二时隙段，所述第二时隙段为公共频谱中的连续空闲时隙数目大于或等于阈值M的时隙段，将所述第二时隙段置为已使用状态；若第三处理模块中网络业务分配未成功,则将网络业务分配在所述置为已使用状态的第二时隙段中。其中，该装置所述将网络业务分配在所述置为已使用状态的第二时隙段中包括：将网络业务从所述置为已使用状态的从左到右第一个第二时隙段的左起位置开始资源分配。本发明实施例中的分布式碎片集中度的资源分配方法和装置综合了最佳匹配(M-U)方法和F-F方法分配资源的优势，之所以能够提供了资源分配过程中的碎片集中度和降低业务阻塞率，是因为分布式碎片集中度的资源分配方法优先考虑在第一时隙内对业务进行资源分配，即在第一时隙内采用分布式碎片集中度的资源分配方法为业务分配资源，只有在第一时隙内为业务分配资源不成功时，才考虑第二时隙，即为业务分配起始频隙序号为从左到右的第一个第二时隙的左起位置的连续频谱。在第一时隙内采用分布式碎片集中度的资源分配方法对业务进行资源分配，即使路径经过的每条链路的碎片集中度更大，空闲资源相对集中，最大化降低链路的碎片程度，为后续业务分配连续资源的成功率更高。当第一时隙内为业务分配资源不成功时，再在第二时隙内分配资源，按照从左到右的顺序，把业务尽量分配在较低序号的频谱上，从而使得为后续网络业务的资源分配的成功率更高。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。