用于路由和頻譜指配的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于在光WDM網絡中執(zhí)行頻譜指配和路由選擇算法的方法和裝置。光WDM被指配頻率光帶。依照本發(fā)明，在光帶中的新的頻譜指配總是鄰接之前分配的頻譜指配?？梢允沟米畛醯念l譜指配以光帶中的一個末端頻率開始。給定頻譜需求，識別一個或多個頻譜指配，以及確定一個或多個可行的路由。在一個或多個可行的路由中，可以基于一組預定義準則來選擇最優(yōu)路由。本文中公開的頻譜指配和路由選擇算法降低了計算復雜度以及提高了頻譜效率。
【專利說明】用于路由和頻譜指配的方法
[0001] 優(yōu)先權要求 本申請要求2012年4月9日提交的美國臨時專利申請N〇.61/621，879的優(yōu)先權。

【技術領域】
[0002] 本發(fā)明一般涉及光波分復用（WDM)網絡中的路由和頻譜指配（RSA)，以及更具體 地涉及獲得高頻譜和計算效率的頻譜分配和路由選擇算法。

【背景技術】
[0003] 與銅電纜相比，光纖提供更高的帶寬和更快的數(shù)據速率。在傳統(tǒng)上，在互聯(lián)網的長 途骨干網中已經使用了光纖。對于城域網，也廣泛地部署了城域光網絡。最近，光纖網絡現(xiàn) 在正到達將個體家庭連接到網絡運營商的中央局的住宅接入網。
[0004] 在光網絡中使用不同的復用技術，例如TDM或WDM，以增加底層光纖的容量。WDM光 網絡采用多個波長或波長的段，以用于同時的數(shù)據傳輸。WDM光網絡一般包括：多個波長交 叉連接（WXC)(還被稱為節(jié)點）。每個節(jié)點經由光鏈路連接到一個或多個其它節(jié)點。每個節(jié) 點執(zhí)行關鍵功能，諸如波長復用/解復用，以及交換。每個節(jié)點可以可選地執(zhí)行波長轉換或 光/電/光（0E0)轉換。如果連接兩個鄰接的光鏈路的節(jié)點不執(zhí)行波長轉換或/光/電/ 光轉換，則所謂的波長連續(xù)性限制應用于被分配以通過這兩個鄰接的光鏈路來承載數(shù)據的 頻譜資源。要求該頻譜資源具有相同的波長并且在兩個鏈路上可用。
[0005] 在沒有波長轉換或0E0轉換的WDM光網絡中，為了從源節(jié)點向由多個光鏈路互連 的目的地節(jié)點傳送數(shù)據，網絡需要配置這兩個節(jié)點之間的路由，以及指配頻譜資源以適應 數(shù)據傳輸?shù)念l譜需求。該路由將包含具有資源以支持頻譜需求的各種鏈路。由網絡使用以 選擇路由和指配頻譜的算法一般被稱為路由和頻譜指配（RSA)算法。
[0006] 在光網絡中，RSA的一個目標是確定源節(jié)點和目的地節(jié)點之間的最優(yōu)路徑。最優(yōu) 路徑可以是長度最短、傳輸時延最小或成本最低等等的路徑。RSA的另一個目標是高效使 用頻譜資源。理想的RSA方案防止頻譜分裂，在頻譜分裂中，交替使用的頻譜和未使用的頻 譜。頻譜分裂導致被阻塞以及不能被指配的浪費的頻譜資源。理想的RSA方案能夠實現(xiàn)零 或低阻塞率(在頻帶中阻塞的頻譜的百分比)。
[0007] 然而，提供高效使用頻譜資源的RSA算法通常在計算上成本高。此外，隨著在光纖 上的頻譜資源變得稀缺，至關重要的是通過高效的供應策略或分配算法來最大化頻譜資源 的使用。存在對于能夠實現(xiàn)具有低計算復雜度的高頻譜效率的高級RSA算法的需求。


【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明提供了用于為光網絡內的源節(jié)點和目的地節(jié)點之間的連接指配頻譜以及 選擇路由的方法和裝置。向光網絡分配波長或頻率光段。該連接用于在這兩個節(jié)點之間傳 送數(shù)據信號。在本申請中，波長和頻率可互換地使用并且指用于光網絡中的數(shù)據傳輸?shù)念l 譜資源。
[0009] 在本申請中公開的RSA方法避免了連續(xù)的頻率掃描，并且要求考慮僅有限數(shù)量的 頻譜指配的可能性。因為僅要考慮很少的可能性，因此本文中公開的RSA方法確保最佳頻 譜指配的完全搜索，并且從而改進了計算效率。此外，根據RSA方法做出的頻譜指配總是鄰 接之前的頻譜指配，因此，基本上防止了頻譜分裂。
[0010] 在一些實施例中，頻譜指配和路由選擇方法包括：確定對于源節(jié)點和目的地節(jié)點 之間的連接的頻譜需求。通過多個光鏈路來連接源節(jié)點和目的地節(jié)點。該方法還包括：識 別滿足對于該連接的頻譜需求的一個或多個潛在的頻譜分配。一個或多個潛在的頻譜分配 在被分配給網絡的光帶的開始頻率處或在之前分配的頻譜的末端處開始。開始頻率能夠是 光帶中的最低頻率或最高頻率。在已經識別了頻譜分配之后，能夠確定對應于頻譜分配中 的每個頻譜分配的路由。在確定的多個路由中，能夠選擇最優(yōu)路由。
[0011] 在一些實施例中，能夠由路徑計算元件來執(zhí)行頻譜指配和路由選擇方法。路徑計 算元件可以包括：用于與光網絡對接的光模塊；以及一個或多個處理電路，該一個或多個 處理電路被配置為依照本公開來執(zhí)行頻譜指配和路由選擇。
[0012] 當然，本公開不限制于以上概述的特征、優(yōu)點和上下文，并且在閱讀以下詳細描述 以及在查看附圖后，熟悉預失真電路和技術的技術人員將認識到另外的特征和優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1圖示了使用頻譜網格的RSA算法。
[0014] 圖2圖示了不使用頻譜網格的RSA算法。
[0015] 圖3A和圖3B圖示了根據本發(fā)明的RSA算法的示例性實施例。
[0016] 圖4圖示了包括由光鏈路互連的多個節(jié)點的示例性光網絡。
[0017] 圖5圖示了用于路由選擇算法的輔助圖。
[0018] 圖6圖示了示例性RSA算法的流程圖。
[0019] 圖7圖示了示例性路由選擇過程的流程圖。
[0020] 圖8圖示了被配置為執(zhí)行如本公開中描述的路由選擇算法的示例性路徑計算元 件。

【具體實施方式】
[0021] 現(xiàn)在參照附圖，圖1圖示了使用頻譜網格的RSA方法。圖1描繪了光網絡108和 頻譜網格110。光網絡08包括：源節(jié)點112、目的地節(jié)點118以及兩個中間節(jié)點114和116。 三條光鏈路，鏈路1 (102)、鏈路2 (104)和鏈路3 (106)，互連4個節(jié)點。頻譜網格110表 示指配給光網絡108的頻率帶。頻譜網格被分成10個頻譜槽，標記為1，2,3··· 10。頻譜的 每個槽表示能夠被指配的頻譜資源的最小單元。已經被指配的頻譜槽被示出為黑色。在圖 1中，在鏈路1 (102)上已經指配了頻譜槽1和頻譜槽2。在鏈路2 (104)上已經指配了頻 譜槽4、8和9。在鏈路3 (106)上，已經指配了頻譜槽2、7和8。
[0022] 在圖1中，通用的RSA方法用于分配頻譜資源，以及用于為要求在源節(jié)點112和目 的地節(jié)點118之間建立連接的數(shù)據傳輸來選擇路由。對于該連接的頻譜需求是2個頻譜單 元。在圖1中，RSA算法依賴于固定的頻譜網格110。RSA方法通過檢查每兩個相鄰的頻譜 槽以及識別在所有的三個鏈路上可用的那些頻譜槽而開始。例如，在圖1中，僅有一個可能 的頻譜分配120。頻譜分配120包括在鏈路1-3上可用的頻譜槽5和頻譜槽6。
[0023] 使用RSA方法中的頻譜網格改進了計算效率，因為僅有有限數(shù)量的可能性要進行 檢查和從中進行選擇。如在圖1中示出的，僅有10種可能性要進行檢查，即頻譜槽（1，2)、 (2, 3)、（3,4)…（9,10)。然而，由于頻譜指配是在多個最小單元中做出的，因此對于使用 頻譜網格的RSA方法而言，頻譜效率常常是低的。
[0024] 圖2圖示了用于改進的頻譜效率的無網格的RSA方法。在圖2中，光網絡108與 圖1中相同。對于每個光鏈路而言，在頻譜圖210中示出頻譜使用。例如，在鏈路1 (102) 上，兩個黑色段指示兩個被指配的頻譜范圍。對于鏈路2 (104)而言，僅有一個被指配的頻 譜范圍，以及對于鏈路3 (106)，有兩個被指配的頻譜范圍。
[0025] 無網格的RSA方法連續(xù)地掃描頻率帶以識別對于連接可用的頻譜資源，而不是檢 查頻譜資源的離散單元。該連接要求圖2中示出的頻率的某一帶寬，作為頻譜需求202。當 掃描頻譜時，對足夠寬以適應頻譜需求202以及在所有三個鏈路上可用的每個頻譜槽進行 記錄。在圖2中示出的示例中，頻譜槽214和頻譜槽212被示出作為兩個可能的頻譜分配。 這兩個頻譜分配滿足頻譜需求以及在所有三個鏈路上是可用的。然而，將頻譜槽214向右 滑動4/將產生另一個可能的分配。Δ/是頻率中的任何大小的增量。隨著Δ/減少，頻譜分 配的可能性增加，導致計算復雜性增加。雖然在沒有網格的情況下頻譜效率增加，但是計算 效率受到損害，這是由于必須檢查許多可能性。
[0026] 當前，ITU-T G694. 1標準定義了具有50Ghz或lOOGhz粒度的密集波分復用（DWDM) 網格。對于更高效的頻譜指配，還可以將該粒度降低到25GHz，12. 5GHz或者甚至6. 25GHz。 更細粒度導致頻譜分配的更多可能性和增加的計算復雜性。
[0027] 圖3A描繪了類似于圖2中的圖210的無網格頻譜圖300。頻譜圖300示出了被 分配給6個鏈路(鏈路1、鏈路2···鏈路6)中的每個鏈路的從7_到7_的范圍的頻譜資 源。對于每個鏈路，描繪了頻譜使用的當前狀態(tài)。在每個線（302,304…，或312)上的黑色 條對應于被指配的頻譜資源。
[0028] 頻譜圖300對應于如圖4中示出的網絡400。在圖4中，網絡400包括：5個節(jié)點， 節(jié)點A 420、節(jié)點B 422、節(jié)點C 424、節(jié)點D 426和節(jié)點E 428。網絡400還包含6個鏈路， 鏈路 1 (401)、鏈路 2 (402)、鏈路 3 (403)、鏈路 4 (404)、鏈路 5 (405)和鏈路 6 (406)。 在網絡400中，節(jié)點A是源節(jié)點以及節(jié)點D是目的地節(jié)點。
[0029] 根據本公開的RSA方法用于為通過網絡400的連接分配頻譜資源。基本思想是使 用新的搜索方法來替代在無網格RSA方法中使用的連續(xù)的掃描方法，該新的搜索方法識別 有限數(shù)量的離散頻率，在所述離散頻率處能夠做出最高效的指配。一旦確定了連接的頻譜 需求，則RSA算法通過識別對于每個鏈路的每個分配的頻譜的右端來繼續(xù)進行，它們由頻 譜圖300中的向下黑箭頭來標記。
[0030] 然后對于每個端點（由黑箭頭標記)，確定與所分配的頻譜鄰近的可用的頻譜范圍 是否足夠大以滿足頻譜需求。如果是，則在之前分配的頻譜的末端處開始的以及具有頻譜 需求330的寬度的頻譜資源被標記為潛在的頻譜分配。端點所位于的鏈路還被標記為具有 足夠的容量以支持潛在的頻譜分配。例如，端點336標記鏈路4 (308)上的分配的頻譜380 的末端。在端點336后的開放范圍足夠寬以適應頻譜需求330。因此，頻譜范圍384是潛在 頻譜分配，以及鏈路4還被標記為具有足夠的容量以支持潛在的頻譜分配。
[0031] 當識別潛在的頻譜分配時，識別也具有容量以支持潛在的頻譜分配的所有鏈路。 例如，對于潛在的頻譜分配384,鏈路2也具有要求的容量。一旦識別了能夠支持潛在的頻 譜分配的鏈路，則創(chuàng)建剩余圖。例如，對于潛在的頻譜分配384,能夠形成剩余圖（RG2)。圖 3B示出了能夠從圖3A的頻譜圖形成的所有的4個可能的剩余圖。
[0032] 剩余圖RG1對應于潛在的頻譜分配382,以及包含4個鏈路，鏈路2、鏈路3、鏈路5 和鏈路6。剩余圖RG3對應于潛在的頻譜分配386,以及包含鏈路1和鏈路5。剩余圖RG4 對應于潛在的頻譜分配388,以及包含3個鏈路，鏈路4、鏈路5和鏈路6。
[0033] 在定義了剩余圖后，下一個步驟是識別對應于可行路由的剩余圖，以及選擇可行 路由中的一個可行路由。圖5圖示了被構造用于尋找合適的路徑的輔助圖510。基于圖3 中的剩余圖來構建輔助圖510。輔助圖510包括4個層，其中每個層對應于剩余圖。兩個假 節(jié)點502和504被添加以用于連接到源節(jié)點和目的地節(jié)點。
[0034] 在圖5中，層510表示剩余圖RG1。在層510中示出了包含在RG1中的4個鏈路 (鏈路2、3、5和鏈路6 )。層520表示剩余圖RG2，RG2包含僅兩個鏈路(鏈路2和鏈路4 )。層 530表示剩余圖RG3, RG3也包含兩個鏈路(鏈路1和鏈路5)。在層540中示出了 RG4, RG4 包含三個鏈路(鏈路4、5和鏈路6)。
[0035] 只有在兩個假節(jié)點之間連接的路由是可行的。例如，層520不包含可行的路由。在 圖5中示出的4個層中，僅有兩個可行路由：對應于RG1的層510中示出的路由，以及對應 于RG4的層540中示出的路由。在這兩個可行的路由之間，可以基于一組預定義的準則來 選擇更好的一個路由。準則可以包含最短或成本最低，等等。
[0036] 假設準則是最短路由。在這種情況下，選擇由剩余圖RG4表示的選擇的路由，因為 它包括僅三個節(jié)點，而由剩余圖RG1表示的路由包括4個節(jié)點。
[0037] 在存在多個最短路徑的情況下，第二級的準則能夠用于在多個最短路徑中選擇一 個最短路徑。第二級的準則的示例可以是選擇具有最低開始頻率的路徑。選擇具有最低開 始頻率的路徑能夠防止某些鏈路過載。例如，如果一個鏈路已經若干次被選擇作為最短路 徑的一部分，則與根本沒有被選擇或經常被選擇的其它鏈路相比，在該鏈路上的可用的頻 譜資源將處于相對更高的頻率。要求選擇具有最低開始頻率的路徑的第二級準則將避免這 個鏈路比其它鏈路更經常地被選擇。
[0038] 圖6是說明依照上述技術的示例性RSA方法的流程圖。RSA方法尋求指配頻譜資 源以及選擇路由以用于在光網絡中的兩個節(jié)點之間建立連接。多個光鏈路連接兩個節(jié)點。
[0039] 在圖6中，首先確定對于連接的頻譜需求(步驟602)。接著，對于每個光鏈路，識別 滿足該頻譜需求的一個或多個潛在的頻譜分配。一個或多個潛在的頻譜分配中的每一個頻 譜分配以開始頻率或之前分配的頻譜的末端開始(步驟604)。對于每個潛在的頻譜分配，確 定可用的光鏈路的對應集合以獲得剩余圖(步驟606)。在對于一個或多個潛在的頻譜分配 獲得的剩余圖的集合中，例如最短路徑的路由被選擇作為源節(jié)點和目的地節(jié)點之間的選擇 的路由（步驟608)。
[0040] 在圖7中的流程圖圖示了基于預定義的準則的路由選擇過程。在圖7中，可以生 成輔助圖以促進路由選擇過程(步驟702)。步驟702是可選的，因此被示出在虛線框中。除 了輔助圖之外的工具或方法可以用于識別可行的路由。
[0041] 在步驟704中，識別連接源節(jié)點（112)和目的地節(jié)點（118)的一個或多個可行的 路由，例如基于輔助圖。從一個或多個可行的路由，基于預定義的選擇準則來選擇最短路由 (步驟706)。例如，預定義的選擇準則可以是最短距離、最少跳數(shù)或最低成本等等的路由。 當在步驟706中找到兩個或更多個最短路徑時，第二準則(諸如最低開始頻率）可以用于在 多個最短路由中進行選擇(步驟708)。步驟708是可選的步驟，如由虛線框指示的。
[0042] 圖8圖示了被配置為實現(xiàn)在圖6和圖7中描述的RSA算法的示例性路徑計算元件 802。路徑計算元件802包含：處理模塊804和光模塊810。光模塊810提供至光網絡的光 接口。光模塊810接收和傳送來自光網絡的數(shù)據傳輸。處理模塊804被配置為實現(xiàn)在圖6 和圖7中描述的RSA方法。處理模塊804包含頻譜指配單元806和路由選擇單元808。頻 譜指配單元806被配置為確定對于連接的頻譜需求，以及識別一個或多個潛在的頻譜分配 和它們相關聯(lián)的剩余圖。路由選擇單元808被配置為確定剩余圖中的一個或多個可行的路 由，以及選擇滿足一組預定義準則的路由。
[0043] 上述描述和附圖表示本文中教到的方法和裝置的非限制性示例。因此，本發(fā)明不 由以上描述和附圖限制。而是，本發(fā)明僅由隨附權利要求書和它們的法律等同物來限制。
【權利要求】
1. 一種對于光網絡內的源節(jié)點和目的地節(jié)點之間的連接指配頻譜和選擇路由的方 法，其中多個光鏈路將所述源節(jié)點與所述目的地節(jié)點連接，所述方法包括： 確定對于所述連接的頻譜需求； 對于每個光鏈路，識別滿足所述頻譜需求的對于所述連接的一個或多個潛在的頻譜分 配，其中所述潛在的頻譜分配中的每個以開始頻率或之前分配的頻譜的末端開始； 對于每個潛在的頻譜分配，確定可用的光鏈路的對應集合以獲得表示在可用的光鏈路 的所述集合中的每個光鏈路上的剩余容量的剩余圖；以及 基于所述剩余圖選擇路由。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述頻譜需求包括由所述連接要求的頻率帶寬。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中識別滿足所述頻譜需求的對于所述連接的所述 一個或多個潛在的頻譜分配包括在每個光鏈路上： 識別滿足所述頻譜需求的可用的頻譜的一個或多個區(qū)間；以及 在可用的頻譜的所述一個或多個區(qū)間中的每個內，確定以開始頻率或之前分配的頻譜 的末端開始的潛在的頻譜分配。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中所述開始頻率對應于被指配給所述光網絡的光 帶中的最低頻率。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中所述開始頻率對應于被指配給所述光網絡的光 帶中的最高頻率。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中基于所述剩余圖來選擇路由包括： 在由所述剩余圖表示的所有路由中，識別連接所述源節(jié)點和所述目的地節(jié)點的一個或 多個可行的路由；以及 從所述一個或多個可行的路由，基于預定義準則來選擇路由。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中基于所述預定義準則來選擇路由包括在所述一 個或多個可行路由中選擇最短路由。
8. 根據權利要求6所述的方法，其中基于所述預定義準則來選擇路由包括在所述一 個或多個可行路由中選擇最低成本的路由。
9. 根據權利要求6所述的方法，還包括當兩個或更多路由滿足所述預定義準則時，選 擇具有所述最低開始頻率的路由。
10. 根據權利要求6所述的方法，還包括： 基于所述剩余圖來生成輔助圖，其中所述輔助圖包括一個或多個層，其中每個層對應 于各自的剩余圖；以及 基于所述輔助圖，在所述一個或多個可行路由中選擇連接所述源節(jié)點和所述目的地節(jié) 點的路由。
11. 一種路徑計算元件，其被配置為對于位于光網絡內的源節(jié)點和目的地節(jié)點之間的 連接指配頻譜和選擇路由，所述光網絡包括連接所述源節(jié)點和所述目的地節(jié)點的多個光鏈 路，所述路徑計算元件包括： 光模塊，其用于與所述光網絡對接； 一個或多個處理電路，其被配置為： 確定對于所述連接的頻譜需求； 對于每個光鏈路，識別滿足所述頻譜需求的對于所述連接的一個或多個潛在的頻譜分 配，其中所述潛在的頻譜分配中的每個以開始頻率或之前分配的頻譜的末端開始； 對于每個潛在的頻譜分配，確定可用的光鏈路的對應集合以獲得表示在可用的光鏈路 的所述集合中的每個光鏈路上剩余容量的剩余圖；以及 基于所述剩余圖選擇路由。
12. 根據權利要求11所述的路徑計算元件，其中所述頻譜需求包括由所述連接要求 的頻率帶寬。
13. 根據權利要求11所述的路徑計算元件，其中識別滿足所述頻譜需求的對于所述 連接的所述一個或多個潛在的頻譜分配包括在每個光鏈路上： 識別滿足所述頻譜需求的可用的頻譜的一個或多個區(qū)間；以及 在可用的頻譜的所述一個或多個區(qū)間中的每個內，確定以開始頻率或之前分配的頻譜 的末端開始的潛在的頻譜分配。
14. 根據權利要求11所述的路徑計算元件，其中所述開始頻率對應于被指配給所述 光網絡的光帶中的最低頻率。
15. 根據權利要求11所述的路徑計算元件，其中所述開始頻率對應于被指配給所述 光網絡的光帶中的最高頻率。
16. 根據權利要求11所述的路徑計算元件，其中所述一個或多個處理單元還被配置 為： 在由所述剩余圖表示的所有路由中，識別連接所述源節(jié)點和所述目的地節(jié)點的一個或 多個可行的路由；以及 從所述一個或多個可行的路由，基于預定義準則來選擇路由。
17. 根據權利要求16所述的路徑計算元件，其中所述一個或多個處理單元還被配置 為基于所述預定義準則通過在所述一個或多個可行路由中選擇最短路由來選擇路由。
18. 根據權利要求16所述的路徑計算元件，其中所述一個或多個處理單元還被配置 為基于所述預定義準則通過在所述一個或多個可行路由中選擇最低成本的路由來選擇路 由。
19. 根據權利要求16所述的路徑計算元件，其中所述一個或多個處理單元還被配置 為當兩個或更多路由滿足所述預定義準則時，選擇具有所述最低開始頻率的路由。
20. 根據權利要求16所述的路徑計算元件，其中所述一個或多個處理單元還被配置 為： 基于所述剩余圖來生成輔助圖，其中所述輔助圖包括一個或多個層，其中每個層對應 于各自的剩余圖；以及 基于所述輔助圖，在所述一個或多個可行路由中選擇連接所述源節(jié)點和所述目的地節(jié) 點的路由。
【文檔編號】H04J14/02GK104272620SQ201380019114
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年4月3日 優(yōu)先權日:2012年4月9日
【發(fā)明者】夏鳴, S.達爾富特 申請人:瑞典愛立信有限公司