本发明涉及弹性光网络领域，具体涉及一种基于分层图的在线重路由并行频谱碎片整理的方法。
背景技术
随着互联网推广和网络知识普及，用户对网络依赖性越来越大，流量需求呈现爆炸式增长。根据思科最新数据统计，全球流量将从2016年的1.2zb快速增长至2021年的3.3zb。面对如此庞大的流量，核心网、城域网和接入网等这些基础的接入设备发送的信息也会相应的增加，这样就会对光网络提出了巨大的挑战。传统波分复用(wdm)光网络由于使用固定的波长颗粒，造成大量网络资源浪费。为了提高网络资源利用率，一种灵活分配光网络的结构应运而生，就是弹性光网络。弹性光网络(eon)可以根据业务带宽的需要来分配业务的频谱资源，因为它使用更加精细的频谱分配颗粒，这不仅灵活的分配业务需求的频谱资源，同时提高了网络的业务频谱利用效率，降低网络中的业务阻塞率。但是，业务在网络中进行传输的时候，由于子载波连续性限制和频谱连续性限制，导致网络中出现大量的小频谱块，这些频谱块既不在链路上对齐，也不在频谱上连续，被称为频谱碎片。频谱碎片严重地影响网络的性能，增加业务的阻塞率。为了提高网络的性能，需要对网络中的频谱碎片进行整理。
频谱碎片整理是通过对已有业务的路由和频谱进行重新调整，以达到降低网络中的频谱碎片。根据频谱碎片整理的不同方式，可以将频谱碎片整理分为不同的类别。从调整方式的不同，频谱碎片整理可分为串行方式和并行的方式两种。其中，并行是同时对网络中的所有业务进行频谱碎片整理，而串行频谱碎片整理是分批次对网络中的所有业务进行处理。与串行频谱碎片整理相比，并行频谱碎片整理所需要的时间短，因此，并行方式频谱碎片整理受到运营商的青睐。传统的频谱碎片整理都是考虑大量不同的类型的业务进行，在线整理困难。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是传统的频谱碎片整理都是考虑大量不同的类型的业务进行，在线整理困难，目的在于提供一种基于分层图的在线重路由并行频谱碎片整理的方法，解决上述问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于分层图的在线重路由并行频谱碎片整理的方法，包括以下步骤：s1：建立网络的分层图和频谱槽；s2：将业务分配至分层图和频谱槽中；s3：当网络达到频谱碎片整理的条件时，根据网络分层图和频谱槽对频谱碎片进行整理。
本发明应用时，假设网络中现在有m个不同的速率(ν1,ν2,…νm)的业务进行传输，并且网络子载波的速率是ν0，则不同速率的业务占用频谱槽的数目ni(i＝1,2,…,m)；
进一步的，步骤s2包括以下子步骤：新业务到达时，判断现有有网络中是否存在匹配新业务的分层图；如果网络中存在匹配新业务的分层图，则将新业务分配至该分层图；如果网络中不存在匹配新业务的分层图，则建立一个适合该业务的新分层图，并将新业务分配至新分层图。
进一步的，不匹配新业务的分层图包括：类型与新业务不同的分层图；路由资源被占用的分层图；频谱资源被占用的分层图。
进一步的，步骤s2还包括以下子步骤：将新业务分配至分层图中时，将新业务路由经过的链路标记为已占用。
进一步的，步骤s2还包括以下子步骤：将新业务分配至频谱槽中时，从链路的频谱位置由低向高查找至第一个没有使用的频谱槽并将新业务从该频谱槽开始进行分配。
本发明应用时，如果现在一个速率为νi的业务，则该业务所需要的频谱槽的个数为ni。首先判断网络中是否存在该类型的分层图。如果存在该类型的分层图，就再次判断在已有的分层图的层数中是否有满足条件的资源分配给业务使用，若有，则直接在已有的层图中分配资源给业务；若没有，建立该类型新的一个层图。而如果不存在该类型的分层图，就需要建立该类型的分层图的首层。
如果不存在该类型的分层图，需要建立该类型分层图的首层。业务所需频谱槽的个数为ni，就从链路的频谱位置从低向高查找，找到第一个没有被使用的频谱槽的位置，则从该位置开始后面ni个频谱槽给该业务使用。分配完频谱资源过后，将业务路由经过的链路打上标记，表示链路已经被占用。
如果存在该类型的分层图，需要判断已有的分层图的层图中是否有满足条件的资源提供业务使用。其中，业务所需的资源包括路由资源和频谱资源。我们就需要从首层开始找起，判断业务路由在网络拓扑中经过的链路在首层中是否被使用，如果没有被使用，就将业务分配给该层，这样业务就分配完毕；反之，需要到该类型分层图的下一层去查找，再次确定是否存在资源给业务使用，一直遍历完该类型所有的层图。如果一直不存在满足条件的资源，就需要为该业务建立该类型新的一个层图。
进一步的，所述频谱碎片整理的条件包括：业务离开数目达到上限；达到频谱碎片整理的周期时间；网络中的频谱碎片率到达上限值。
进一步的，步骤s3包括以下子步骤：s31：在同一个业务类型的分层图中将业务进行排序生成业务序列；s32：从业务序列中选取一个业务进行频谱碎片整理；所述频谱碎片整理为从分层图的由低到高选取一个与选取出的业务匹配的分层图并将选取出的业务搬迁至该分层图；s33：根据业务序列选取下一个业务进行频谱碎片整理直至所有业务执行完毕频谱碎片整理。
进一步的，步骤s31中所述排序为根据业务频谱位置从高到底或/和业务来的时间从晚到早。
进一步的，步骤s32中所述匹配为：当有路由长度约束限制时，分层图中对应业务的路由未被占用，且路由的长度小于阈值；当没有路由长度约束限制时，分层图中对应业务的路由未被占用。
本发明应用时，随着业务的传输，当网络满足频谱碎片整理的条件，这时，就需要对网络中的频谱碎片进行整理。建立不同业务类型的分层图，由于各业务类型的分层图不存在相互关系，我们可以对不同类型的分层图进行并行处理。
对速率为νi类型的分层图进行介绍，其他类型的业务通过类比，得到相应的频谱碎片整理过程。在速率为νi类型的分层图中，先将业务按照频谱位置从高到低，从业务来的时间从晚到早进行降序排列。
将排序过后的业务，依次搬移每个业务。在搬移的过程中，需要分两种情况进行讨论，即有路由长度约束限制的搬移和没有路由长度约束限制的搬移。假设网络中每条链路的长度都是一样的。
有路由长度约束限制的搬移。业务先前搬移的过程，首先从最低层的层数开始找起，判断从低层没有标记的链路中找一条业务路由，并且路由的长度小于预设的阈值l，那么将业务搬移到该层图，终止遍历下一层；否则，继续遍历该类型分层图的下一层，再次寻找路由，一直找到业务所在层数的前一层，如果还是不存在业务路由，则这个业务不进行搬移。
没有路由长度约束限制的搬移。业务先前搬移的过程，首先从最低层的层数开始找起，判断从低层没有标记的链路中找一条业务路由，那么将业务搬移到该层图，终止遍历下一层；否则，继续遍历该类型分层图的下一层，再次寻找路由，一直找到业务所在层数的前一层，如果还是不存在业务路由，则这个业务不进行搬移。当一个业务搬移完毕后，继续在前一个业务的基础上，搬移下一个业务，直到所有的业务遍历完毕。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明通过分层图和频谱槽进行频谱碎片整理时，分层图可以解决不同速率业务传输的问题，并且利用分层图可以同时解决业务路由与频谱分配的问题。这样可以根据不同类型的业务，建立不同类型的分层图，则可以对不同的类型的分层图进行并行处理，这可以很好的解决网络中的频谱碎片整理的问题，并且使用少量资源就可以实现在线整理。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明方法步骤示意图；
图2为本发明实施例示意图；
图3为本发明实施例示意图；
图4为本发明实施例示意图；
图5为本发明实施例示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1～5所示，本发明一种基于分层图的在线重路由并行频谱碎片整理的方法。图2为网络拓扑与链路频谱资源数目。图3为业务随时间达到先后次序。
图3中首先来的一个使用2个频谱槽的业务，由于网络中不存在使用2个频谱槽的分层图。因此，需要建立该业务类型的首层，其中，业务的频谱分配采用的首次匹配算法，则业务就使用(1,2)号频谱槽位置；业务路由分配采用的固定路由的分配方式，业务的源节点是3，目的节点是6，因此，业务经过的是3-5和3-6这两条链路，则这两条链路分配业务使用，同时将这两条链路打上标记，表示这两条链路已经被使用。
接下来还是一个使用2个频谱槽的业务，由于网络中已经存在该业务类型的分层图。因此，需要在已有的层图中去寻找频谱资源。寻找的方式：从最低层依次往上层查找。因为本例中该类型的业务分层图的层数只有一层，就在首层里面寻找是否有路由可以分配给该业务使用，该业务的源节点是3，目的节点是5，则业务经过的链路是3-5。而3-5这条链路已经被第一个业务占用，因此，需要建立该类型业务的第二层，根据业务频谱和业务路由的分配策略，则业务使用的频谱槽是(3,4)号频谱槽，经过的链路3-5打上标记。
再次来的一个是使用4个频谱槽的业务。由于网络中不存在该业务类型的分层图。因此，建立一个使用4个频谱槽的分层图。根据业务频谱和业务路由的分配策略，则业务使用的频谱槽是(4,5,6,7)号频谱槽，经过的1-2和2-4这两条链路打上标记。
最后来的一个是使用2个频谱槽的业务，由于网络中存在该业务类型的分层图。业务分配就在已有的该类型的层图中去查找，发现该业务类型的可以分配到第2层中，并且链路5-6打上标记。
通过上面的分配，网络就建立2种类型的分层图，而且在分配的过程中，可以看出各种不同业务类型的分层图之间完全没有任何关系。并且随着传输业务数目的增加，被阻塞的业务数目也会相应的增加，降低网络的性能。为了提高网络的性能，需要对网络中的频谱碎片进行整理，因此，基于分层图的在线重路由并行频谱碎片整理问题成为本发明的重点。
首先分析使用2个频谱槽的分层图。从图4中可以看出业务2和业务4是位于分层图的第2层，频谱碎片整理的目的是将位于高层图的业务向低层进行搬移，希望消除低层的空闲频谱，腾出高层的频谱资源。所以，需要将业务2和业务4向第一层进行搬移。首先，需要将业务2和业务4按照到来时间的先后进行排序，得到业务4在前，业务2在后。因此，依次遍历业务4和业务2。
先遍历业务4，由于业务4位于第2层图，所以只能在第一层里面去查找是否有路由资源分配给业务4使用。查找的策略是从剩下没有被标记的链路中找一条路由给业务使用，如果存在多条路由，优先考虑最短的那条路由。其中最短的路由必须满足路由长度约束限制，因为业务经过的链路过长，导致业务在实际传输由于信号衰减变大。所以，分两种情况进行讨论；一种是没有路由长度约束限制的搬移；一种是有路由长度约束限制的搬移。
首先介绍没有路由长度约束限制的搬移。从图5中可以看出，业务4可以在分层图的第一层中找到一条经过3-4和4-6这两条链路的路由给业务使用，则业务就可以从第2层搬移到第一层。业务2经过类似的操作，从第2层搬移到第一层中，这样第2层就空闲出来，相应的频谱资源也被释放。
然后介绍有路由长度约束限制的搬移。从上面没有路由长度约束限制的搬移过程，发现，业务2和业务4要从第2层搬移到第1层。搬移过后经过链路长度都是2，而假设业务搬移经过的链路长度不能超过1，则业务2和业务4就都不能搬移。这就是有路有长度约束限制的搬移。
分析完使用2个频谱槽的分层图的搬移过后，接下来看其他不同业务类型的分层图。由于使用4个频谱槽的分层图只有一个业务，因此，不需要对它进行处理。如果使用4个频谱槽的业务的分层图不止一个业务，可以利用分析使用2个频谱槽的方法来分析该业务类型的分层图的频谱碎片整理。因为，使用2个频谱槽的分层图和使用4个频谱槽的分层图之间没有任何关系，完全可以并行同时处理不同的业务类型的频谱碎片整理。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。