一种基于碎片处理的公平路由与频谱分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于弹性光网络路由与频谱分配技术领域，设及一种基于碎片处理的公平 路由与频谱分配方法。
【背景技术】
[0002] 随着高清视频、云计算等带宽密集型业务的大量涌现，W光网络为基础的信息传 输设施在高带宽方面承受着越来越大的压力。由于现有的波分复用光网络(Wavelength Division Multiplexing,WDM)采用固定通道间隔，即将光层的带宽资源粗糖、均匀、刚性地 限制在一个波长量级上(一般为50GHz)，导致WDM光网络灵活性低、带宽浪费严重，难W支持 超100G业务的应用，已不能适应未来大容量、高带宽、可扩展的灵活传输需要。为此，基于正 交频分复用技术（〇：rthogonal Frequenc^y Division Multiplexing,OFDM)的弹性光网络 化lastic Optical化tworks，EONs)于2009年被提出。EON使用OFDM技术将光层的带宽分配 粒度降低到副载波信道的亚波长量级(6.25G化或12.5G化），即光层信号传输的基本单元不 再是粗粒度的波长，而是更精细粒度的"频隙"（Frequency Slot,FS)。当带宽需求不同的混 合粒度业务出现时，只要为其分配所需数目的FS。从而有效实现了光层资源的虚拟化和按 需配置，大大提高了网络带宽利用率和灵活率，W致其能够支持ITb/s的业务传输。
[0003] 路由与频谱分配(Routing and Spectrum Assi即ment,RSA)是实现弹性光网络高 带宽传输的最基本问题。弹性光网络特有的资源细粒度化为带宽分配带来了新的挑战，包 括如何满足频谱邻接性和频谱连续性的双重约束，如何降低频谱碎片对资源利用率的影响 及如何保证公平性等。文献[Jinno M,Kozicki B,Takara H,et al.Distance-adaptive spectrum resource allocation in spectrum-sliced elastic optical path network [J]. I邸E Communications Magazine，2010,48(8): 138-145.]从满足RSA双重约束的角度 出发，提出了一种距离自适应频谱资源分配方法W确保使用的频谱数目最少，频谱效率较 高，但也带来复杂度过高的问题。文献[化ristodoulopoulos K,Tomkos LVarvarigos E A.Elastic bandwidth allocation in flexible OFDM-based optical networks[J] .Journal of Li 曲 twave Technology,2011,29(9) :1354-1366.]将路由与频谱分配方法分 解为路由、调制和频谱分配两阶段分别处理，并采用模拟退火方法对业务排序优化，达到降 低计算复杂度、提高频谱利用率的目的，但并没有考虑频谱碎片的影响。为此，文献[Castro A,Velasco L,Ruiz M,et al.Dynamic routing and spectrum(re)allocation in future flexgrid optical networks[J].Computer 化 tworks,2012,56(12) :2869-2883.]提出频 谱重构方法为业务动态地提供所需的频隙，从而减少频谱碎片的产生、降低网络的阻塞率。 虽然W上文献针对弹性光网络路由与频谱分配问题上提出了不同的解决方案，但是都未考 虑不同粒度业务RSA的公平性问题。弹性光网络资源的充分利用和灵活调度是W牺牲公平 性为代价的，频谱粒度的细化使得业务的粒度稍大就可能不满足频谱邻接性和连续性的约 束，从而发生阻塞。而运种情况在W波长为基本分配单元的WDM光网络就没那么突出。可见， 带宽单位的细化导致混合粒度业务的阻塞率存在较大差异，运对弹性光网络中大粒度业务 带来严重影响，造成了网络总体性能的恶化。
[0004] 为此，文献[Fujii S,Hi;rotaY,Murakami K,et al .Path division method for fairness in dynamic elastic optical path networks[C]//2012International Conference on Photonics in Switching(PS2012),Ajaccio.France: IEEE press,2012: 1-3.]利用路径距离与调制的关系，将长跳业务分为几个短跳，并逐跳寻路的方法来避免单 个业务阻塞，达到降低网络阻塞率的效果。然而运种设计仅针对单个业务，缺少对混合粒度 业务间差距的处理。文献[Ma S,Wang Y,Guo B,et al.A fairness-aware dynamic spectrum allocation scheme in elastic optical networks[C]//0ptoElectronics and Communications Conference and Photonics in Switching(0ECC/PS2013),Kyoto 化pan: IE邸press ,2013:1-2.]首先将网络中频谱均匀分为几个区域，随后将阻塞率相差 最大的区域进行处理，从而提高公平性。但并未考虑频谱利用率。文献[马松威，郭秉礼，陈 新，等.弹性光网络中基于效用的公平性感知动态频谱分配方案（英文）[J].光子学报， 2014,43(7) :1-5.]利用效用函数来缩小不同粒度业务之间阻塞率差距，从而平衡公平性和 阻塞率之间的矛盾。但缺少对频谱碎片的处理，影响网络性能。文献[Bonani LH，dos Santos Tozetti A,Callegati F,et al.Routing issues on spectrum sharing and partitioning for flexible optical networks[C]//201416th International Conference on Transparent Optical Networks (ICT0N2014),Graz , Austria : IEEE press, 2014:1-4.]将网络平均分配为n个大小相同的区域，并在每个频谱区域传输相同粒 度的业务，从而降低频谱碎片形成的概率，但由于不同粒度业务需要的频隙数目不同，为不 同粒度业务分配大小相同资源可能会带来不公平的问题。文献[Callegati F，Bonani L， Lezama F,et al.Trunk Reservation for Fair Utilization in Flexible Optical 化tworks[J]. IE邸 Communication Letters,2014,18(5): 1-4.]将干线预留机制（Trunk Reservation，TR)引入到弹性光网络来处理公平性问题，即如果业务粒度超出口限，则阻塞 该业务。通过设定口限能够很好地实现不同粒度业务间的公平性，但公平性与阻塞率相惇， 因而方法保证公平性使得阻塞率较高。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于碎片处理的公平路由与频谱分配方 法，该方法通过考虑业务持续时间，能够W当前网络整体情形为依据，统筹考虑业务达到时 与业务离开后网络中资源的使用情况。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种基于碎片处理的公平路由与频谱分配方法，在该方法中，将路由和频谱等网 络资源虚拟为"资源池"，通过利用二维矩形化eking模型求解满足频谱双重约束条件的"小 矩形块"；通过感知业务持续时间，计算业务的离开时间，为离开时间相近的业务分配邻近 的频谱资源，降低频谱碎片的产生;构建混合粒度业务的公平性模型，将相同粒度业务打包 成"小矩形块"来进行路由与频谱分配。
[000引进一步，在本方法中，所述由业务持续时间计算出业务离开时间为：tleaving = tarrivalWholding，其中tleaving、tarrival和tholding分别为业务的离开时间、达到时间和持续时间；
[0009]网络中可能存在多个离开时间相同的已分配业务，为确定优化路径，进行优化路 径选择法(Optimal Path SelectedPolicy,OPSP)，具体包括W下步骤：
[0010] 步骤1:在离开时间最接近的已分配业务附近寻找可用频隙，如果存在，则确定为 优化路径；
[0011] 步骤2:若步骤1得到的路径不唯一，则选择业务离去后释放连续频隙最大的；
[0012] 步骤3:优化路径若仍不唯一，选择频谱连续程度高的进行分配;频谱连续程度定 义为:Maxmize(2*x+y)，t含tieave，其中，x、y依次为业务离开产生在横轴和纵