一种光网络中的SDN控制器及物理损伤感知的RSA方法

摘要

本发明提供了一种光网络中的SDN控制器及物理损伤感知的RSA方法，涉及光通信技术领域。本发明的SDN控制器将损伤评估模块引入至SDN控制器中，并对SDN控制器南向接口OpenFlow协议的流条目的Match？Fields规则进行了扩展；本发明的物理损伤感知的RSA方法包括如下步骤：将到达光网络的业务请求发送至流解析器，流解析器获取当前网络状态信息；路径计算模块根据当前网络状态为该请求计算K条光路；将K条光路发送到损伤评估模块进行物理层损伤评估，并选择满足QoT要求的光路资源，建立连接。本发明较为全面地考虑了物理层损伤，在为业务进行完路由和频谱分配过程后，进行传输信号的质量判定，保证了QoT。

说明书

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种软件定义光网络中的SDN控制器 及物理损伤感知的路由与频谱分配(RSA)方法。

背景技术

随着光信号全光网络中的透明传输，光-电-光(OEO)转换器逐渐从光网络 的核心节点退出。由于没有再生器件，光域中的非理性器件和设备如光交叉连接 器(OXC)、掺铒光纤放大器(EDFA)等产生的色散、噪声和功率损耗等线性物 理损伤以及信号间的非线性物理损伤对光信号质量的劣化会降低光信号的传输 质量(QoT)；而且这种劣化将沿着光路不断积累，最终导致光信号的误码率的 升高，当QoT降低到用户需求值以下时，将无法保证业务对传输质量的需求。RSA 算法作为软件定义光网络中的光路资源分配技术，可以根据用户的实际需求合理 地分配对应不同光信号质量的光路资源。因此，在软件定义光网络中，如何在控 制平面中利用物理损伤感知的RSA算法规避物理损伤，提高传输信号的QoT，成 为了软件定义光网络的一个主要研究方向。

另外，在光网络中，为了保证传输信号的质量，规避物理层损伤，在RSA 分配过程中通过设置保护带宽进而加大不同速率信号之间的距离，进行资源分 配。低速率信号会对高速率信号产生严重的交叉相位调制(XPM)损伤，当高速 率信号由于受到物理损伤影响而不能建立光路时，通过采用翻转复用技术，将高 速率信号在源节点处拆分成若干低速率信号进行传输，并在目的节点处将拆分的 低速率信号进行汇合。从而避免物理层损伤，降低了连接阻塞率。但是这种规避 物理层损伤的方法会占用额外的频谱资源，造成资源利用率降低。

发明内容

本发明主要目的是提供一种适用于软件定义光网络中的SDN控制器及物理 损伤感知的路由与频谱分配方法。该方法考虑通过对控制平面进行扩展，在SDN 控制器中加入损伤评估模块，较为全面地考虑物理层损伤，在为业务进行完路由 和频谱分配过程后，进行传输信号的质量判定，从而保证了QoT。

为解决上述发明目的，本发明通过以下技术方案来实现。

一种光网络中的SDN控制器，包括流解析器、路径计算模块、损伤评估模 块和流量工程数据库；

所述的流解析器接收外部业务请求，并从流量工程数据库中获取当前网络状 态后，将业务请求和当前网络状态发送至路径计算模块；流解析器接收损伤评估 模块发来的连接光路后，更新流量工程数据库的当前网络状态，并将连接光路以 流条目的形式通过扩展OpenFlow协议对外输出；

所述的路径计算模块根据当前网络状态为业务请求计算出K条光路，将K 条光路根据路径距离进行编号得到第1至第K条光路，将所有光路发送至损伤 评估模块；其中，K为自然数；

所述的损伤评估模块为光路计算物理层损伤，将满足物理层损伤要求且路径 距离最短的光路作为连接光路发送至流解析器。

其中，所述的扩展OpenFlow协议具体为：在OpenFlow协议的MatchFields 域添加预设阈值，该预设阈值作为OpenFlow协议的MatchFields域的匹配规则。

其中，所述的将K条光路根据路径距离进行编号得到第1至第K条光路，具 体为：将K条光路按照路径距离从小到大进行编号得到第1至第K条光路。

其中，损伤评估模块为光路计算物理层损伤，将满足物理损伤要求且路径距 离最短的光路作为连接光路发送至流解析器，具体为：计算第1条光路的物理层 损伤，并与预设阈值比较，如果物理层损伤小于预设阈值，则将该光路作为连接 光路发送至流解析器；否则，计算下一条光路的物理层损伤，将该物理层损伤与 预设阈值比较，直至第K条光路，如果第K条光路的物理层损伤大于等于预设 阈值，则所有光路均不可用。

其中，所述的损伤评估模块具体为：将放大自发辐射、串扰、偏振模色散、 交叉相位调制和四波混频折合成损伤模型，根据损伤模型计算第i条光路的物理 层损伤；其中，1≤i≤K，损伤模型的计算公式为：

$BER=\frac{1}{2}erfc\left(\frac{Q}{\sqrt{2}}\right)\approx \frac{\exp (-Q^2/2)}{Q\sqrt{2\pi }}$

其中，BER为误码率，其中，M代表接收器灵敏度，且 M＝2B₀T，B₀为滤波器带宽，T是符号时间，单位是ps；ρ＝nB_refT·OSNR，其 中，n＝2，B_ref＝12.5GHz，OSNR是光信噪比。

一种光网络中物理损伤感知的RSA方法，该方法包括如下步骤：

(1)光网络接收到业务请求，将该业务请求与光网络的交换机中的所有流 条目的匹配域进行匹配，如果有流条目能与其匹配时，则结束流程；如果没有流 条目与其相匹配，则交换机向SDN控制器发送该业务请求；

(2)SDN控制器的流解析器接收交换机发送来的业务请求，并从流量工程 数据库中获取当前网络状态，将业务请求和当前网络状态发送至路径计算模块；

(3)路径计算模块根据当前网络状态，利用最短路径路由算法和首次命中 频谱分配算法为该业务请求分配路由和频谱资源，得到K条光路；

(4)将K条光路根据路径距离进行编号得到第1至第K条光路后，将第1 至第K条光路发送至损伤评估模块；其中，K为自然数；

(5)损伤评估模块对光路进行物理层损伤计算，并将满足物理层损伤要求 且路径距离最短的光路作为连接光路发送至流解析器；

(6)流解析器接收到连接光路后，更新流量工程数据库的当前网络状态， 并将连接光路以流条目的形式通过扩展OpenFlow协议发送至光网络的交换机；

完成该业务请求的路由与频谱分配过程。

其中，所述的步骤(4)中将K条光路根据路径距离进行编号得到第1至第K 条光路后，将第1至第K条光路发送至损伤评估模块，具体为：将K条光路根据 路径距离从小到大进行编号得到第1至第K条光路后，将第1至第K条光路发送 至损伤评估模块。

其中，所述的步骤(5)中物理层损伤计算的公式为：

$BER=\frac{1}{2}erfc\left(\frac{Q}{\sqrt{2}}\right)\approx \frac{\exp (-Q^2/2)}{Q\sqrt{2\pi }}$

其中，BER为误码率，其中，M代表接收器灵敏度，且 M＝2B₀T，B₀为滤波器带宽，T是符号时间，单位是ps；ρ＝nB_refT·OSNR，其 中，n＝2，B_ref＝12.5GHz，OSNR是光信噪比。

其中，所述的步骤(5)中损伤评估模块对光路进行物理层损伤计算，并将 满足物理层损伤要求且路径距离最短的光路作为连接光路发送至流解析器，具体 为：损伤评估模块对第1条光路进行物理层损伤计算，并与预设阈值比较，如果 物理层损伤小于预设阈值，则将该光路作为连接光路发送至流解析器；否则，计 算下一条光路的物理层损伤，将该物理层损伤与预设阈值比较，直至第K条光 路，如果第K条光路的物理层损伤大于等于预设阈值，则所有光路均不可用。

其中，所述的步骤(6)中扩展OpenFlow协议具体为：在OpenFlow协议的 MatchFields域添加预设阈值，该预设阈值作为OpenFlow协议的MatchFields 域的匹配规则。

本发明相比背景技术具有如下优点：

(1)本发明提供的SDN控制器通过对控制平面进行扩展，将损伤评估模块 引入至SDN控制器中，较为全面地考虑物理层损伤；

(2)本发明对SDN控制器南向接口OpenFlow协议的流条目的MatchFields 规则进行扩展，以完成在为业务进行完路由和频谱分配过程后，进行传输信号的 质量判定，从而保证了QoT。

(3)本发明将计算好的K条光路通过SDN控制器中扩展的损伤评估模块进 行传输质量判断，以挑选出一条符合传输质量要求的光路，提高传输信号质量， 降低阻塞率。

附图说明

图1是本发明的SDN控制器示意图；

图2是本发明的扩展OpenFlow协议示意图；

图3是本发明的路径配置过程图。

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，以下结合具体实施例， 并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种光网络中的SDN控制器，包括流解析器、路径 计算模块、损伤评估模块和流量工程数据库。图1所示的SDN控制器中只标出 了与路径计算和损伤评估相关的模块，其他没有调用的基本功能模块没有特别指 出。本发明将多种物理层损伤，如放大自发辐射、串扰、偏振模色散、交叉相位 调制、四波混频等折合成损伤模型，构建成为损伤评估模块。并将损伤评估模块 引入至SDN控制器中，同时，为了支持对损伤评估模块结果的判定，对SDN南 向接口OpenFlow协议的匹配规则进行了扩展。

流解析器接收外部业务请求，并从流量工程数据库中获取当前网络状态后， 将业务请求和当前网络状态发送至路径计算模块；流解析器接收损伤评估模块发 来的连接光路后，更新流量工程数据库的当前网络状态，并将连接光路以流条目 的形式通过扩展OpenFlow协议发送至光网络中的带宽可变光交叉连接器；扩展 OpenFlow协议示意图如图2，扩展OpenFlow协议具体为：在OpenFlow协议的 MatchFields域添加BER_threshold，该BER_threshold值作为OpenFlow协议的Match Fields域的匹配规则。

路径计算模块根据当前网络状态为业务请求计算出K条光路，将K条光路 根据路径距离从小到大进行编号得到第1至第K条光路，将所有光路发送至损 伤评估模块；其中，K为自然数；

损伤评估模块对第1条光路进行物理层损伤评估，判断物理层损伤是否在规 定范围内，如果物理层损伤小于预设阈值BER_threshold，说明该光路的损伤效果不 严重，不会对光信号造成严重影响，该光路是可用的，将该光路作为连接光路发 送至流解析器；否则，说明该光路会严重影响传输光信号的质量，该光路是不可 用的，则计算下一条光路的物理层损伤，重复上面的损伤评估过程。若直到第K 条光路都不满足损伤门限，则阻塞连接。本发明中BER_threshold值取10^-6。

由于物理层损伤对传输光信号质量产生劣化，当劣化达到一定程度时，将显 著地降低光信号的质量，使接收端的误码率(BER)很高，当误码率高于等于接 收端所设的误码率阈值时，表明该条光路不满足传输信号质量要求。第i条光路 的物理层损伤的计算公式为：1≤i≤K，

$BER=\frac{1}{2}erfc\left(\frac{Q}{\sqrt{2}}\right)\approx \frac{\exp (-Q^2/2)}{Q\sqrt{2\pi }}$

其中，BER为误码率，其中，M代表接收器灵敏度， 且M＝2B₀T，B₀为滤波器带宽，T是符号时间，单位是ps；ρ＝nB_refT·OSNR， 其中，n＝2，B_ref＝12.5GHz，OSNR是光信噪比。

本发明以第5个带宽可变光交叉连接器(OF-BV-OXC)作为源节点，第1 个OF-BV-OXC作为目的节点为例，当业务请求到达光网络时，图3是为该业务 请求建立光路的过程。具体实施过程中，一种光网络中物理损伤感知的RSA方 法，包括如下步骤：

(1)光网络接收到业务请求，将该业务请求与光网络中带宽可变光交叉连 接器中的所有流条目的匹配域进行匹配，如果有流条目能与其匹配时，则结束流 程；如果没有流条目与其相匹配，则带宽可变光交叉连接器向SDN控制器发送 一条OFPT_FLOW_MOD信息，如①所示；

(2)SDN控制器的流解析器接收来自带宽可变光交叉连接器的业务请求， 并从流量工程数据库中获取当前网络状态，如②所示，将连接请求信息和当前网 络状态发送至路径计算模块，如③所示；

(3)路径计算模块根据当前网络状态，利用最短路径路由算法(Dijkstra) 和首次命中频谱分配算法(FirstFit)为该业务请求分配路由和频谱资源，得到K 条光路；

(4)将K条光路根据路径距离从小到大进行编号，编号依次为1，2，…， K，得到第1至第K条光路后，将第1至第K条光路发送至损伤评估模块；其 中，K为自然数；

(5)损伤评估模块对光路进行物理层损伤计算，并将满足物理层损伤要求 且编号最小的光路作为连接光路发送至流解析器；具体为：

损伤评估模块对第1条光路进行物理层损伤计算，并与预设阈值BER_threshold比较，如果物理层损伤小于BER_threshold，则将该光路作为连接光路发送至流解析 器；否则，计算下一条光路的物理层损伤，将该物理层损伤与BER_threshold比较， 直至第K条光路，如果第K条光路的物理层损伤大于等于BER_threshold，则所有 光路均不可用；如④所示。

第i条光路的物理层损伤的计算公式为：1≤i≤K，

$BER=\frac{1}{2}erfc\left(\frac{Q}{\sqrt{2}}\right)\approx \frac{\exp (-Q^2/2)}{Q\sqrt{2\pi }}$

其中，BER为误码率，其中，M代表接收器灵敏度， 且M＝2B₀T，B₀为滤波器带宽，T是符号时间，单位是ps；ρ＝nB_refT·OSNR， 其中，n＝2，B_ref＝12.5GHz，OSNR是光信噪比。

(6)流解析器接收到连接光路后，更新流量工程数据库的当前网络状态， 并将连接光路以流条目的形式通过扩展OpenFlow协议发送至光网络中的带宽可 变光交叉连接器，如⑤所示；

扩展OpenFlow协议具体为：在OpenFlow协议的MatchFields域添加预设阈 值，该预设阈值作为OpenFlow协议的MatchFields域的匹配规则。

完成该业务请求的路由与频谱分配过程。

以上所述的具体实施例，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例而已，并不用于 限制本发明，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。