本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种光网络调制格式和频谱资源不对称分配方法及装置。
背景技术
随着大数据、云计算以及高清视频业务的兴起，网络中业务所需带宽越来越大，其正反向带宽需求的非对称性也愈发明显。在传统的网络中，调制格式通常是选择最高阶用以适应快速的带宽增长需求，但是高阶的调制格式的功率消耗更高，传输距离也更短。而且，固定调制格式固定带宽的发射机也无法适应当今业务随时间动态变化的特性。另一方面，传统网络中对业务的频谱分配采用的是正向和反向对称的频谱分配方式，随着业务不对称度的增加，这种分配方式会给网络中的频谱资源带来浪费。
近年来，可切片发射机的提出使得在业务发射端可以产生不同调制格式的信号用以满足不同带宽需求。通常情况下，能满足距离约束的最高阶调制格式会被选中。实际上，由于不同调制格式的传输速率不同，对于一些业务需求，不同的调制格式可能会有占用相同的频谱资源需求。而仅仅考虑最高阶的调制格式进行业务承载会带来功率的浪费。
另一方面，在光网络中，在节点之间的链路是由两根不同的光纤连接的，因此可以为两根光纤分别采用不同的频谱分配策略，而不需要保持两根光纤的频谱占用情况相同。这种非对称的频谱方式可以增加网络频谱资源的利用率。同时，由于占用的频谱数减少，也会减少发射机的功率损耗。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：提供一种光网络调制格式和频谱资源不对称分配方法及装置，在当前已有的总频谱资源保持不变的前提下，根据新业务所需带宽，为业务选取消耗功率更小的调制格式，并利用业务正、反向的带宽需求差异，为业务进行非对称频谱分配，实现对光网络频谱资源的高效利用，降低承载业务所消耗的功率。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种光网络调制格式和频谱资源不对称分配方法，包括以下步骤：
步骤1、根据新业务的源节点和目的节点，对新业务进行路由计算，得出相应的路由。
步骤2、对对新业务的带宽需求进行分析，对于正向和反向的带宽需求，采用非对称调制格式分配方法进行分配。业务正向带宽需求表述为fw(gb/s)，业务反向需求表述为rw(gb/s)。首先根据正向最高调制等级maxmf和反向最高调制等级maxmr计算所需要的频谱隙个数，然后查询其他等级的调制格式所需要的频谱数目。在保证同最高等级调制格式所需频谱数目的相同的前提下，选择最低等级的正向调制等级mf以及反向调制等级mr。
步骤3、根据第2步得到新业务所需的调制格式以及所需要的频谱数目,正向需求频谱数为bf，m,反向需求的频谱数表述为br，m。更新业务参数以及相应的正向和反向最高调制等级maxmf＝mf，maxmr＝mr。
步骤4、根据第2步所得到的频谱数目信息，在第1步所得到的业务路径上采用非对称频谱分配方法进行频谱分配。首先根据正向需求频谱数bf，m进行正向频谱分配，如果分配成功，则根据反向需求频谱数目br，m进行反向频谱分配。如果正向及反向频谱需求均分配成功，则进行第5步，否则阻塞掉该业务
步骤5、根据第2步所得到的正向以及反向调制格式信息，针对满足第4步中频谱资源分配的路径，查询该路径是否满足当前调制格式下的距离约束。如果满足，则进行第6步，否则将相应的最高调制等级降低，并重新进行第2步。若所有调制格式均不满足距离约束，则阻塞掉该业务。
步骤6、根据新业务的正向和反向的业务路径信息和分别占用的频谱信息，建立相应的光路，在业务传输完成后释放分配的频谱隙。
一种上述光网络频谱资源不对称分配装置包括：
路由计算模块，用于根据新业务的源节点和目的节点，进行路由计算。
调制格式划分模块，用于根据新业务正向和反向的带宽需求，在正向和反向选择能源高效的调制格式并给出相应调制格式下所需要的频谱数目。
频谱分配模块，用于根据新业务正向和反向的频谱数目需求，在业务路径正向和反向分别进行频谱资源分配。
网络资源模块，用于存储不同调制格式的功率消耗信息，不同调制格式的传输距离信息，网络的拓扑信息和频谱资源信息；拓扑信息包括节点和链路信息，链路信息包括链路的距离，以及频谱资源分配信息。
业务管理模块，用于根据新业务路径信息以及正向和反向分别所占的频谱资源信息，在源节点和目的节点之间进行建立光路，在业务传输完成后拆除光路并释放频谱资源，并将相应的频谱使用情况更新至网络资源模块。
本发明通过对光网络中业务进行非对称的调制格式分配，降低了承载业务时因调制格式选择带来的功率损耗。同时，利用业务正向和反向带宽需求的不对称性，在频谱分配时为正向以及反向按需分配频谱资源，使得网络中的频谱资源可以被更高效的利用。这种调制格式和频谱资源不对称的分配方法可以节省频谱资源以及降低承载业务所消耗的功率。
附图说明
图1为本发明实施方式中所述的一种光网络调制格式和频谱资源不对称分配方法的流程图；
图2为本发明用于实现所述的一种光网络调制格式和频谱资源不对称分配方法的装置图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的基于业务时间的光网络频谱资源不对称分配方法包括以下步骤：
步骤101、根据新业务的源节点和目的节点，对新业务进行路由计算，得出相应的路由。
步骤102、对新业务的带宽需求进行分析，对于正向和反向的带宽需求，采用非对称调制格式分配方法进行分配。业务正向带宽需求表述为fw(gb/s)，业务反向需求表述为rw(gb/s)。首先根据正向最高调制等级maxmf和反向最高调制等级maxmr计算所需要的频谱隙个数，然后查询其他等级的调制格式所需要的频谱数目。在保证同最高等级调制格式所需频谱数目的相同的前提下，选择最低等级的正向调制等级mf以及反向调制等级mr。
步骤103、根据第102步得到新业务所需的调制格式以及所需要的频谱数目,正向需求频谱数为bf，m,反向需求的频谱数表述为br，m。更新业务参数以及相应的正向和反向最高调制等级maxmf＝mf，maxmr＝mr。
步骤104、根据第102步所得到的频谱数目信息，在第101步所得到的业务路径上采用非对称频谱分配方法进行频谱分配。首先根据正向需求频谱数bf，m进行正向频谱分配，如果分配成功，则根据反向需求频谱数目br，m进行反向频谱分配。如果正向及反向频谱需求均分配成功，则进行第105步，否则阻塞掉该业务。
步骤105、根据第102步所得到的正向以及反向调制格式信息，针对满足第104步中频谱资源分配的路径，查询该路径是否满足当前调制格式下的距离约束。如果满足，则进行第106步，否则将相应的最高调制等级降低，并重新进行第102步。若所有调制格式均不满足距离约束，则阻塞掉该业务。
步骤106、根据新业务的正向和反向的业务路径信息和分别占用的频谱信息，建立相应的光路，在业务传输完成后释放分配的频谱隙。
一种光网络频谱资源不对称分配装置实现，包括：
路由计算模块，用于根据新业务的源节点和目的节点，进行路由计算。
调制格式划分模块，用于根据新业务正向和反向的带宽需求，在正向和反向选择能源高效的调制格式并给出相应调制格式下所需要的频谱数目。
频谱分配模块，用于根据新业务正向和反向的频谱数目需求，在业务路径正向和反向分别进行频谱资源分配。
网络资源模块，用于存储不同调制格式的功率消耗信息，不同调制格式的传输距离信息，网络的拓扑信息和频谱资源信息。拓扑信息包括节点和链路信息，链路信息包括链路的距离，以及频谱资源分配信息。
业务管理模块，用于根据新业务路径信息以及正向和反向分别所占的频谱资源信息，在源节点和目的节点之间进行建立光路，在业务传输完成后拆除光路并释放频谱资源，并将相应的频谱使用情况更新至网络资源模块。
实施例1：
举例说明基于业务时间的光网络频谱资源不对称分配方法，考虑理想的情况，忽略每个业务间的保护带宽
步骤1、假设网络中存在6种调制格式bpsk，qpsk，8qam，16qam，32qam和64qam分别对应调制等级为1至6。6种调制格式对应的传输速率，所消耗功率以及传输距离如表1所示。
表1
步骤2、假设某个新业务所需正向带宽87.5gb/s，反向带宽75gb/s。网络中每条链路的频谱子载波数为10。
步骤3、根据光网络调制格式和频谱资源不对称分配方法，利用新业务的源节点和目的节点以及网络资源模块，为业务进行路由，得到业务路径，假设路径长度为200km。假设该路径上频谱资源占用情况如表2和表3所示。表2表示路径正向频谱资源占用和空闲情况，表3表示路径反向频谱占用和空闲情况，1表示占用，0表示空闲。
表2
表3
步骤4、根据光网络调制格式和频谱资源不对称分配方法，首先计算得出在64qam下正向所需频谱数为2，反向所需的频谱数为1。然后计算其他低等级调制格式下所需要的频谱数。对于正向，32qam和16qam所需要频谱数均为2。对于反向，其他低等级调制格式所需的频谱数目均大于1。所以选取正向调制格式为16qam，正向所需频谱数为2，反向调制格式为64qam，反向所需频谱数为1。
步骤5、根据频谱一致性和连续性原则，在新业务的路径正向和反向利用首次命中法进行频谱分配。经查询正向和反向均有足够的频谱资源可供分配，但是由于反向在64qam调制格式下的传输距离只有150km，小于当前路径长度200km。于是将反向最大调制格式降为32qam，重新进行调制格式分配。在最大调制格式为32qam情况下，反向所需频谱数为2。此时，8qam和16qam所需要的频谱数也为2。因此重新选择反向调制格式为8qam，所需频谱数为2。经查询正向和反向均有足够的频谱资源可供分配，于是采用首次命中法进行频谱分配，为正向分配标号为4至5的频谱资源，为反向分配标号为5至6的频谱资源。正反向的调制格式均满足距离约束。分配了资源之后的路径正向和反向频谱资源占用与空闲情况如表4和表5所示。
表4
表5
步骤6、在频谱分配成功后，为新业务建立光路并将新业务的频谱占用情况更新到网络资源模块中。