[發(fā)明專利]一種基于擴展圖的彈性光網(wǎng)絡路由與頻譜分配方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710553762.8
• 申請日: 2017-07-08
• 公開（公告）號: CN107396213A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設計）人: 陳曉華;李春芝;蔣云良
• 申請（專利權）人: 湖州師范學院
• 主分類號: H04Q11/00
• 分類號: H04Q11/00;H04L12/733;H04L12/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及波長交換光網(wǎng)絡技術領域，特別涉及彈性光網(wǎng)絡中基于擴展圖的路由與頻譜分配方法的技術領域。

背景技術

分布式視頻業(yè)務、遠程醫(yī)療系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等應用的快速發(fā)展，給電信網(wǎng)絡及云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡帶來了更大和更加多樣化的帶寬需求。然而傳統(tǒng)的波長路由波分復用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）光傳送網(wǎng)絡，由于采用固定柵格的波長信道劃分，造成帶寬分配粒度粗、物理資源利用率較低的問題。為此，頻譜分片彈性光網(wǎng)絡SLICE（Spectrum-Sliced Elastic Optical Path Network）光網(wǎng)絡技術被提出，其根據(jù)用戶請求動態(tài)分配合適大小的頻譜資源給端到端的光路，可緩解光纖頻譜資源浪費問題。由于嚴格的約束條件，特別是頻譜分配三約束(連續(xù)性、鄰接性和不重疊性約束)，路由與頻譜分配（RSA）問題非常復雜。

在傳統(tǒng)的RSA方案中，通常分為路由和頻譜兩個部分，其分割了路由與頻譜分配之間的關系，造成了頻譜資源的浪費；而在傳統(tǒng)的RSA建模中，在路由分配中并未考慮到最少頻譜資源代價，同樣造成了頻譜資源的浪費。路由方法直接決定了頻譜資源分配數(shù)量，因此，構建有效的RSA模型，在頻譜資源分配的同時，選擇一條最短的路徑，以達到最少資源代價，節(jié)約頻譜資源，降低帶寬擁塞率。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中存在的上述不足之處，本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能夠提高SLICE網(wǎng)絡頻譜資源利用率、降低帶寬阻塞率、具有良好應用前景的基于擴展圖的RSA方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種基于擴展圖的SLICE路由與頻譜分配方法，依次包括以下步驟：

a）根據(jù)彈性光網(wǎng)絡路由與頻譜分配特點，創(chuàng)建擴展圖：

b）根據(jù)設定的頻譜槽，構建基于擴展圖的0-1整數(shù)規(guī)劃模型，并設計算法求解。

作為一種優(yōu)選方案，所述步驟a）創(chuàng)建擴展圖，實現(xiàn)方法為：

a1）通過無向圖對物理SLICE拓撲結構建模，其中為網(wǎng)絡的節(jié)點集合，為網(wǎng)絡的邊集合，為邊容量集合，每條邊的容量相同，為一條光纖頻譜槽的數(shù)量；

a2）根據(jù)和，創(chuàng)建擴展圖，其中表示請求光路的兩個端點，；表示請求的頻譜槽數(shù)量,；；為鏈路容量集合，對于,；鏈路集合，其創(chuàng)建方法如下：在中，如果存在與相連的邊，則建立鏈路；如果存在與相連的邊，則建立鏈路；否則，如果存在邊，則建立兩條鏈路和。

作為一種優(yōu)選方案，所述步驟b）構建基于擴展圖的0-1整數(shù)規(guī)劃模型為：

最短路徑目標函數(shù)：

路徑約束：

鄰接性和連續(xù)性約束：

不重疊性約束：

其中，（1）參數(shù)包括：、、；表示鏈路的頻譜槽是否空閑，如果空閑，，否則；

（2）決策變量包括：、；為二進制決策變量，表示鏈路是否成為RSA的路由鏈路，如果是，則，否則；為二進制決策變量，表示鏈路的頻譜槽是否被分配，如果是，，否則；

（3）集合包括：、、和；，，，。

作為一種優(yōu)選方案，所述步驟b）設計算法求解，算法如下：

b1）設定頻譜槽起始索引初始值：設定給定的頻譜槽索引初始值，表示設定的頻譜槽范圍即是，其中表示請求的頻譜槽數(shù)量；

b2）選定頻譜槽：設定頻譜槽最大索引值為，如果，表示設定的頻譜槽范圍是，則跳轉到b3）；如果，則失敗返回；

b3）檢查兩個節(jié)點的頻譜槽：計算兩節(jié)點和的連續(xù)可分配的頻譜槽數(shù)量，如果其中任意一個節(jié)點頻譜槽數(shù)量小于請求的頻譜槽數(shù)量，表示當前設定的頻譜槽不能滿足要求，則設定頻譜槽起始索引，跳轉到b2）：否則，跳轉到b4）；

b4）建立0-1整數(shù)規(guī)劃模型并求解：根據(jù)設定的頻譜槽，構建上述的0-1整數(shù)規(guī)劃模型，并求解：如果找到一個可行解，則返回該解；如果沒有找到，跳轉到b2）。

作為一種優(yōu)選方案，所述步驟b）求解0-1整數(shù)規(guī)劃模型，工具包括：GNU Linear Programming Kit（GLPK）、CPLEX、MATLAB。