边缘云计算的弹性光网络最大容忍延迟再分配方法与系统

本发明涉及弹性光网络，尤其是指一种边缘云计算的弹性光网络最大容忍延迟再分配方法与系统。

背景技术：

1、在弹性光网络(elastic optical networks)中，光纤频谱资源由固定频谱宽度的连续频谱隙组成。然而，随着数据迁移和云计算等数据中心应用的出现，原有的灵活频谱资源分配方法明显不足。随着如今网络的快速发展，带宽需求日益增加，连接请求的数量也呈指数型增长，当在短时间内网络中存在大量即时预留连接请求与提前预留连接请求时，通过网络资源分配方法对频谱资源的合理分配也变得愈发重要。

2、如今，智能手机的全面普及，使得移动数据在互联网总流量中占据了相当大的比例。新的应用程序，如云计算、视频点播和在线游戏，都导致了在线信息的爆炸式增长，其中包含大量内容和极高的网络流量。如何将这些连接请求进行有效分类并进行处理，使弹性光网络更加高效。根据不同连接请求对计算资源分配的紧迫性的需求，可以对连接请求进行分类，分为提前预留连接请求和即时预留连接请求。根据边缘云计算网络的优势，可以实行更加合理的网络资源分配。在提前预留连接请求当中，最大容忍延迟时间的大小反映了提前预留连接请求对于频谱资源分配的紧急程度。所以对于提前预留连接请求，通过利用边缘云计算网络中较高的计算能力，以及存储能力，分配网络中存在的频谱资源，并在最大容忍延迟时间之前分配给提前预留连接请求，就可以极大改善网络中因短时间激增的连接请求到达而造成的高阻塞率以及低频谱利用率的情况。

3、路由和频谱分配问题是弹性光网络的核心问题，现有的传统网络模型中已经存在一些用于在弹性光网络中规划和供应的路由、调制和频谱分配方法。然而，这些大部分路由和频谱分配方法，因为受制于传统网络中缺乏较高的计算能力以及节点存储能力，没有考虑如何处理大量集中的、可容忍的低延迟连接请求，仅仅考虑了处理大量即时预留连接请求时的情况，即连接请求到达时就立即为其分配频谱资源。然而，这些连接请求并不需要在到达时就立即被服务，并占用频谱资源，这样也造成了频谱资源的浪费。所以，根据不同连接请求的最大容忍延时可以继续将提前预留类连接请求进一步划分。根据不同连接请求的这一特性，可以在边缘云计算弹性光网络中做出中更合理的网络资源分配。

4、传统的弹性光网络在处理大量不同类型的连接请求时，在为连接请求分配频谱资源方面展现出了局限性。大部分现有的网络在满足处理大量连接请求的同时，无法保证可容忍的低延迟服务。随着边缘云计算和数据中心的快速发展，提高弹性光网络的频谱利用率和传输效率变得越来越重要。为了提高网络性能，可以将边缘云计算与弹性光网络结合起来，提供更可靠、更高效的网络服务质量。在边缘云计算网络中，连接请求可以被卸载到边缘计算网络，以减少中心网络的计算压力。另一方面，边缘云计算网络具有较高的计算能力和适度的响应时间，可以满足连接请求的低延迟要求。这些初始延迟容忍度为零的连接请求称为即时预留连接请求，因为它们在到达后就需要被立即提供连接服务，如果网络此时没有足够的频谱资源可用，则连接请求立即被阻塞。另一种连接请求是提前预留连接请求，这些提前预留连接请求，在建立连接期间允许一定的初始延迟，只要在最大容忍延时之前分配频谱资源即可。但是，当面临巨大连接请求到达时，现有技术无法根据紧急性等不同连接请求类型来制定合理的频谱资源分配计划，从而导致发生高阻塞，影响网络资源利用率和网络性能。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足，提供一种边缘云计算的弹性光网络最大容忍延迟再分配方法与系统，可以在网络中有巨大连接请求到达时有效提升网络的资源利用率，降低网络的阻塞率。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种边缘云计算的弹性光网络最大容忍延迟再分配方法，包括：

3、构建并初始化边缘云计算弹性光网络模型，产生连接请求，根据连接请求的最大容忍延迟时间将连接请求按紧急程度进行分类；

4、建立连接请求的候选传输路径集合，计算该连接请求在每条候选路径上的所需频谱隙个数，对候选路径进行优先级排序；

5、结合边缘云计算分配网络资源，根据优先级顺序和连接请求的分类类型在候选路径上查找空闲的所需频谱隙个数，查找成功后建立连接请求。

6、在本发明的一个实施例中，所述边缘云计算弹性光网络模型为：g(ne,nc,no,e,dst,s)，其中，ne、nc、no分别代表网络中边缘节点、云节点、光交换节点的集合，e代表光纤链路，s表示每条光纤链路中可用的频谱隙数量，dst由集合ne、nc、no中每对相邻节点之间的一组物理距离组成。

7、在本发明的一个实施例中，所述连接请求cr中的每个连接请求为cr(s,d,c,ta,tdmax,ht)，其中，s表示连接请求的源节点，d表示连接请求的目的节点，c代表连接请求容量大小，ta是连接请求的到达时间，tdmax是连接请求的最大容忍延迟时间，ht是连接请求的保持时间。

8、在本发明的一个实施例中，所述所需频谱隙个数ns的计算方法为：

9、

10、其中，c代表连接请求容量大小，f是根据路径确定的调制等级，cslot是对应调制等级下单个频谱隙的带宽容量，gb是保护带宽的频谱隙数量。

11、在本发明的一个实施例中，所述对候选路径进行优先级排序，具体为：

12、将该连接请求在每条候选路径上的所需频谱隙个数和每条候选路径上的节点数相乘，按乘积结果的从小到大对候选传输路径进行优先级排序。

13、在本发明的一个实施例中，所述结合边缘云计算分配网络资源，根据优先级顺序和连接请求的分类类型在候选路径上查找空闲的所需频谱隙个数时，如果在所有候选路径上都没有可用的空闲的所需频谱隙个数，则通过边缘节点、云节点的存储和计算能力先分配当前网络中其他连接请求所需求的频谱资源，在被缓存业务的最大容忍时间内再查找候选传输路径上是否有其他连接请求到期而释放的空闲的频谱资源。

14、在本发明的一个实施例中，所述根据连接请求的最大容忍延迟时间将连接请求按紧急程度进行分类，具体为：

15、将连接请求的最大容忍延迟时间为0的连接请求作为即时预约连接请求，将连接请求的最大容忍延迟时间不为0的连接请求作为提前预约连接请求。

16、在本发明的一个实施例中，所述根据优先级顺序和连接请求的分类类型在候选路径上查找空闲的所需频谱隙个数，具体为：

17、s1：按优先级顺序查找候选传输路径上是否存在空闲的所需频谱隙个数，若存在，则给该连接请求分配资源，连接建立成功；若不存在，执行s2；

18、s2：判断该连接请求的类型，若该连接请求为即时预留连接请求，则将该连接请求判为阻塞；若该连接请求为提前预留连接请求，则执行s3；

19、s3：经过等待时间后，按优先级顺序查找候选传输路径上是否存在空闲的所需频谱隙个数，若存在，则给该连接请求分配资源，连接建立成功；若不存在，执行s4；

20、s4：执行s3，直达经过的等待时间总长达到连接请求的最大容忍延迟时间停止查找，将该连接请求判为阻塞。

21、本发明还提供了一种边缘云计算的弹性光网络最大容忍延迟再分配系统，包括网络初始化模块、连接请求生成模块、频谱资源计算模块和频谱资源分配模块，

22、所述网络初始化模块获取网络拓扑信息，初始化边缘云计算弹性光网络参数；

23、所述连接请求生成模块随机选择连接请求的源节点和目的节点，产生连接请求；

24、所述频谱资源计算模块建立连接请求的候选传输路径集合，计算该连接请求在每条候选路径上的所需频谱隙个数；

25、所述频谱资源分配模块对候选路径进行优先级排序，结合边缘云计算分配网络资源，根据优先级顺序和连接请求的分类类型在候选路径上查找空闲的所需频谱隙个数，查找成功后建立连接请求。

26、在本发明的一个实施例中，还包括资源释放模块和网络状态监控模块，

27、所述资源释放模块在连接请求成功传输后，释放工作路径占用的频谱资源，释放处理连接请求的边缘计算服务器的计算资源，清除连接请求建立的工作路径信息；

28、所述网络状态监控模块对实时监测所述网络初始化模块、连接请求生成模块、频谱资源计算模块、频谱资源分配模块和资源释放模块的工作状态，获取连接请求建立成功或网络发生阻塞的实时状态。

29、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

30、本发明通过按紧急程度对连接请求进行分类，并结合通过建立候选传输路径计算出的连接请求的所需频谱隙个数和边缘云计算分配频谱隙资源，可以在网络中有巨大连接请求到达时有效提升网络的资源利用率，降低网络的阻塞率。