一种空分复用弹性光网络的弹性分区频谱分配方法

摘要

本发明涉及一种空分复用弹性光网络的弹性分区频谱分配(EZSA)方法，属于光通信领域。随着频谱资源越来越紧张，如何充分利用网络中的资源和减少频谱碎片问题成为研究的重点，本发明考虑了频谱分配时的频谱紧密性和多纤芯之间的芯间串扰，改进了多纤芯场景下的固定频谱分区和弹性分区的方法，EZSA与传统的分区方法相比，首先将纤芯分组，减少多纤芯之间的串扰问题，然后确定调制格式将业务请求分为四大类并分配在相应的分区，并且在频谱分配过程中考虑频谱紧密性，最后当当前分区资源不足时，在弹性分区过程中采用基于业务分割的弹性分区机制，在避免产生过多的频谱碎片的同时，能保障频谱分配的灵活性，充分利用网络中的频谱资源，在资源有限的条件下保证业务的正常传输。

说明书

技术领域

本发明涉及光通信领域，具体涉及空分复用弹性光网络中的弹性分区问题。

背景技术

随着各种网络服务的不断普及，互联网的整体流量增长迅速，导致了每年的通信带宽呈现指数级的增长，这些巨大的数据流需要在骨干网的光纤中传输，使得通信网面临巨大的带宽容量需求，传统的波分复用光通信系统依赖于单模光纤，其中光信号在频域中通过非重叠、固定时间间隔的通道并行传输，ITU固定频率栅格限值带宽分割和分配的颗粒度，导致分配和请求链路带宽不匹配。此外，波分复用(Wave Division Multiplexing,WDM)网络中无法自适应地选择调制格式，难以实现可扩展性，使其难以适应未来光网络的发展需求。基于正交频分复用(OFDM)的弹性光网络(Elastic Optical Network,EON)已经成为当今网络流量呈指数增长情况下解决频谱高效分配问题的一种极好的解决方案，但由于传统单芯光纤(Single- Mode Fibers，SMF)的非线性香农限制，其传输容量正在接近其上限，因此近年来提出的基于多纤芯的空分复用弹性光网络能进一步解决传输容量问题，但由于多纤芯的引入同时也引入了纤芯之间的串扰问题，从而增加了多纤芯之间的频谱碎片问题，若缺乏解决这些问题的方案将直接影响网络传输性能。

产生芯间串扰的原因主要是因为相邻的纤芯使用了相同的频谱槽，目前解决芯间串扰问题的方法有两种，一种是串扰避免，一种是串扰感知，串扰避免包括预定义纤芯优先级、预定义优先区域和纤芯分组，串扰感知是通过设置串扰阈值来对网络中的串扰进行物理控制实现的。本发明考虑到串扰感知的复杂程度，因此选择串扰避免中简单的纤芯分组来避免串扰。针对多纤芯之间的频谱碎片问题，文献[1]“On-Demand Spectrum and CoreAllocation for Reducing Crosstalk in Multicore Fibers in Elastic OpticalNetworks[J].Journal of Optical Communications and Networking,2014,6(12):1059-1071.”提出纤芯分类策略，它通过为每个纤芯分配统一的带宽连接来减少频谱碎片的产生。但固定每个纤芯中分配的带宽，降低了频谱分配的灵活性。随后又有文献[2]“Load-balanced adaptive routing flexible grouping spectrum and core assignment inSDM-EONs based on mixed super-channel[J].Optical Fiber Technology, 2019,51:6-16.”提出了基于单纤芯的弹性分区方法，这种方法在一定程度上提高了频谱分配的灵活性，但它是基于单纤芯上的分区，有分区过多且每个分区区域太小的缺点，反而会增加业务的阻塞率。现有的大多数方法都采用固定分区和单一的纤芯分类方法，并且频谱分配时并未考虑频谱紧密性和采用弹性分区后产生的频谱碎片问题，这种频谱分配方式“弹性”太低，不适合网络中存在复杂多样的业务类型的情况，并且太过固定且分区区域太小的分区方式反而会增加业务的阻塞率。

因此，考虑到现有分区方法的缺点，本发明提出一种空分复用弹性光网络的弹性分区频谱分配方法，在考虑芯间串扰的同时，通过弹性分区机制减少网络中的频谱碎片，提高业务传输的成功率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种空分复用弹性光网络的弹性分区频谱分配方法，在考虑多纤芯串扰的基础上，提出一种弹性分区的频谱分配方法，目的是提高频谱分配时的灵活性和减少网络中的频谱碎片，从而提高业务传输的成功率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种空分复用弹性光网络的弹性分区频谱分配方法，具体步骤如下：

S1：初始化网络拓扑，初始化各链路频谱资源状态；

S2：将不相邻的纤芯分组，标记分组类型为G

S3：为到来业务根据

S4：根据当前业务类型，计算业务请求所需频隙数FS

S5：在考虑串扰阈值的情况下计算当前传输路径中的可用空闲频谱块

S6：将组内纤芯分区，标记分区类型为

S7：计算传输路径中可用空闲频谱块

S8：通过记录的最佳传输路径和最佳空闲频谱块

进一步，在步骤S2中，分组类型具体包括：

G

G

G

进一步，在步骤S3中，选择最佳传输路由的过程具体包括：

S31：根据链路上资源使用情况，计算网络拓扑中每条链路的

其中C是多芯光纤纤芯的集合，F表示链路上的频隙数目，

S32：以

S33：最后根据每条最短路径的传输距离对K条最短路径进行升序排序；

进一步，在步骤S6中，分区类型具体包括：

其中

本发明之所以将

其中n＝{0,1,2,...,N}，m＝{0,1,2,...,M}，例如，当FS

进一步，在步骤S7中，具体包括：

S71：如果当前路径没有精确空闲频谱块

S72：根据当前可用空闲频谱块计算出

本发明的有益效果在于：

提出一种空分复用弹性光网络的弹性分区频谱分配方法，本发明将七芯光纤中不相邻的纤芯分为一组，考虑到芯间串扰的问题，优先分配其中一组纤芯，然后将组内的每一个纤芯定义为一个分区，每个分区中分配的频隙数满足一定的倍数关系，最后考虑到业务请求分布不均匀的情况，本文将每个分区定义为弹性分区，当当前频谱资源不足以满足下一业务请求时，则将业务请求切割成标准频谱块分配至另一个分区，这样即增加了网络中频谱分配的灵活性，也减少了网络中的频谱碎片。本发明有如下优势：1、增加了每个分区的区域范围，避免了因分区区域太小反而增加业务阻塞率的情况；2、通过每个分区中分配满足倍数关系的频隙数，能在减少频谱碎片的同时增加分区中可分配业务类型的数量；3、通过将业务分割成标准频谱块来考虑弹性分区后的频谱碎片问题，减少了网络中的频谱碎片。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1本发明的联合系统框图；

图2本发明使用的七芯光纤图；

图3本发明提出的弹性频谱分配流程图；

具体实施方案

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明提供一种空分复用弹性光网络的弹性分区频谱分配方法，主要用于解决网络中出现大量频谱碎片的情况。

在空分复用弹性光网络中，传统的频谱分区过程一般采用固定分区的方式或者弹性区域较少，分区方式不够灵活，太过固定的分区反而会导致业务阻塞，因此本发明提出弹性分区的机制，参考图1，首先，本发明在频谱分配过程中提出弹性分区，每个分区中的频隙数满足一定的倍数关系，然后，本发明在频谱分配过程中考虑频谱紧密性，进一步提高频谱利用率。

参照图2，以G

参照图3，提出的弹性分区频谱分配算法(EZSA)具体为：

输入：光网络拓扑G(V,E)，业务请求r

输出：请求的传输路径P

S1：初始化网络拓扑，初始化各链路频谱资源状态；

S2：预处理阶段，将不相邻的纤芯分组，标记分组类型为G

S3：业务到达后，令业务编号i＝1(i∈I)，由KSP算法计算源目的节点间K条最短候选路径；

S4：判断是否i∈I，如果i∈I，步骤转S5；如果

S5：为到来业务根据

S6：根据总传输距离进行升序排列，按此顺序选择最短路径，设变量k＝1(k∈K)；

S7：根据当前业务类型，计算业务请求所需频隙数FS

S8：在考虑串扰阈值的情况下计算当前传输路径中的可用空闲频谱块

S9：根据该请求类型对应的频隙数FS

S10：判断是否k∈K，如果k∈K，步骤转S8，否则

S11：

图3中所涉及的EZSA算法流程参照图3右半部分，其具体过程为：

S91：遍历G

S92：判断是否n∈N，如果n∈N，步骤转S93；如果

S93：根据该请求类型对应的频隙数FS

S95：若当前分区为

S96：将当前分区转移至

S97：判断当前分区和公共纤芯的

S94：进一步判断精确空闲频谱块

综上所述，本发明通过在多纤芯的应用场景下改进以往弹性频谱分区的过程，在减少网络中频谱碎片问题的同时也保障了频谱分配的灵活性，能适应复杂多样的业务请求类型。