一種彈性光網絡中基于能量感知的路由和頻譜分配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種彈性光網絡中基于能量感知的路由和頻譜分配方法。本發(fā)明在考慮光網絡中組成元件功耗的基礎上，計算并選擇總功耗最小的路徑和調制方式。當頻譜資源不足時，通過選擇更高階的調制方式來保證最低連接性，從而降低業(yè)務總阻塞率。計算完成路徑后通過首次匹配算法進行頻隙分配，建立光路。本發(fā)明解決了在節(jié)約能耗的同時能夠降低業(yè)務阻塞率的問題。
【專利說明】一種彈性光網絡中基于能量感知的路由和頻譜分配方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種彈性光網絡中的基于能量感知的路由和頻譜分配方法，屬于光通 信【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 彈性光網絡的概念是相對于WDM網絡不能動態(tài)變化而提出的，其"彈性"包括兩層 含義：第一是指相對于WDM網絡的固定頻譜分割機制，彈性光網絡采用的頻譜分割機制是 靈活可變的；第二是指彈性光網絡中采用的帶寬可變轉換器能建立彈性的光路徑，即對于 同一條端到端的光路徑，可根據實際連接環(huán)境和連接需求采用不同的比特率以實現較高的 頻譜效率。
[0003] 路由和頻譜分配問題（RSA)，即以自適應業(yè)務帶寬需求方式建立一條端到端的光 路徑，是彈性光網絡中的一個核心技術。彈性光網絡中，路由和頻譜分配計算需滿足頻譜連 續(xù)性和頻譜鄰接性雙重約束條件。傳統(tǒng)的RSA算法已經提出了一些優(yōu)化目標，如頻譜效率 和網絡阻塞率等，但這些算法都沒有充分考慮能量效率，不能很好的滿足未來光傳輸網絡 低能耗的要求。
[0004] 針對這一問題，能量感知的路由和頻譜分配算法在[L0pez Vizcaino J, Ye Y, Tafur Monroy I. Energy efficiency analysis for flexible-grid OFDM-based optical networks[J]· Computer Networks, 2012, 56(10): 2400-2419·]中被提出，通過對不同調 制方式的選擇，得到能量高效的路由。這種方法雖然節(jié)約了能耗，但并沒有考慮網絡可用頻 譜資源情況，可能會造成由于光路上資源不夠用而產生阻塞的問題。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是：如何在節(jié)約能耗的同時能夠降低業(yè)務阻塞率的問 題。
[0006] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種彈性光網絡中的基于能量感知的路由和 頻譜資源分配方法，包括以下步驟： 步驟1 :當客戶端請求端到達時，計算出最短路徑； 步驟2 :對該最短路徑有多種調制方式可供選擇，由于每種調制方式都有對應的最大 傳輸距離，所以根據傳輸距離是否大于等于路徑長度選出可用的調制方式，按照給出的計 算方法分別計算對應的網絡中的功耗值(MetricPC)，選擇使得功耗值最小的調制方式； 步驟3 :判斷是否有足夠的連續(xù)可用頻隙：若有，則執(zhí)行步驟6,否則，執(zhí)行步驟4 ; 步驟4 :判斷是否存在更高階的調制方式：若存在，選擇高一階的調制方式，否則阻塞； 步驟5 :判斷是否有足夠的連續(xù)可用頻隙：若有，則執(zhí)行步驟6,否則阻塞； 步驟6 :從最低標號開始選擇連續(xù)可用頻隙，建立光路。
[0007] 所述調制方式包括BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、32QAM和64QAM。每種調制方式對應 的最大傳輸距離是通過考慮了物理層因素(如0SNR)之后得到的。BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、 32QAM和64QAM對應的最大傳輸距離分別為4000、2000、1000、500、250和125km，在[A. Bocoi, M. Schuster, F. Rambach, D. A. Schupke, C. -A. Bunge, and B. Spinnler, ''Cost Comparison of Networks Using Traditional 10 and 40Gb/s Transponders Versus OFDM Transponders，OFC 2008, Paper 0ThB4, Feb. 2008·]中被提出。
[0008] MetricPC值是由光層的三種元件計算得出的，包括沿路徑的收發(fā)器，光交叉連接 器和光放大器。本發(fā)明中考慮的收發(fā)器是C0-0FDM收發(fā)器，光放大器為EDFA。各元件的功耗 計算在[C. Dorize, et al.，"GreenTouch Draft Report on Baseline Power Consumption,，' vl. 8, 2011.]中給出。
[0009] (1)收發(fā)器的功耗計算：PCSUBC=L 683XTR+9L 333[W]。TR為每個子載波的傳輸 速率，與選擇的頻隙大小和調制方式等級相關。若選取頻隙大小為12. 5GHz，則BPSK、QPSK、 8QAM、16QAM、32QAM 和 64QAM 所對應的功耗分別為 112. 374、133· 416、154· 457、175· 498、 196.537 和 217. 581W。
[0010] (2)光交叉連接器的功耗計算：PC0XC=NX85+a X100+150[W]。假設每個0XC有 80個通道，N為連接到節(jié)點的光纖數，a為本地能夠增減的通道數。
[0011] (3)光放大器的功耗計算：每80km需放置光放大器(每個光纖方向需要一個 EDFA)，每個EDFA消耗30W以及額外的140W用于放大器位置的功率提供。
[0012] MetricPC 的計算公式在[L0pez Vizcaino J, Ye Y, Tafur Monroy I. Energy efficiency analysis for flexible-grid OFDM-based optical networks [J]. Computer Networks, 2012, 56(10): 2400-2419·]中被提出： PCTRANS=NoDataSubc X PCSUBC PCLINKS=NoSubc/TotalNoSubc (PCEDFAs+PCOXCs) MetricPC =PCTRANS+PCLINKS 其中，NoDataSubc指請求所需的子載波數，NoSubc指請求所需的子載波數加上保護帶 的子載波數，TotalNoSubc指一根光纖上所有的子載波數。
[0013] 本發(fā)明在進行選路和頻譜分配時，同時考慮了能耗和網絡可用頻譜資源，使得在 盡可能節(jié)約能耗的基礎上進行算路和調制方式的決定，但當沒有足夠的可用頻譜資源時， 通過犧牲傳輸信號質量來保證最低連接性，以降低阻塞率。
[0014] 本發(fā)明與傳統(tǒng)的RSA算法相比較，充分地考慮了能量效率方面，能很好的滿足未 來光傳輸網絡低能耗的要求。與已有的能量感知的路由和頻譜分配算法相比較，能降低網 絡業(yè)務阻塞率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的流程圖。

【具體實施方式】
[0016] 下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明： 其具體實現過程如圖1所示，包括以下步驟： 步驟1 :當客戶端請求端到達時，首先計算出最短路徑； 步驟2 :對該最短路徑有多種調制方式可供選擇，由于每種調制方式都有對應的最大 傳輸距離，所以根據傳輸距離是否大于等于路徑長度選出可用的調制方式，按照給出的計 算方法分別計算對應的網絡中的功耗值(Metr i cPC )，選擇使得功耗值最小的調制方式； 步驟3 :判斷是否有足夠的連續(xù)可用頻隙，若有，則執(zhí)行步驟6,否則，執(zhí)行步驟 步驟4 :判斷是否存在更高階的調制方式，若存在，選擇高一階的調制方式，否則阻塞； 步驟5 :判斷是否有足夠的連續(xù)可用頻隙，若有，則執(zhí)行步驟6,否則阻塞； 步驟6 :從最低標號開始選擇連續(xù)可用頻隙，建立光路。
[0017] 本發(fā)明在進行選路和頻譜分配時，同時考慮了能耗和網絡可用頻譜資源，使得在 盡可能節(jié)約能耗的基礎上進行算路和調制方式的決定。首先通過比較選出網絡功耗最小的 所對應的調制方式，若有足夠的連續(xù)可用頻譜資源就進行頻譜分配。但當沒有足夠的連續(xù) 可用頻譜資源時，通過將調制方式改為更高一階的，則此時所需的頻隙數減少了（假設選 取12. 5GHz作為頻率隙的大小，BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、32QAM和64QAM所對應的子載波容 量分別為 12. 5Gbps、25Gbps、37. 5Gbps、50Gbps、62. 5Gbps 和 75Gbps，則業(yè)務請求所需的頻 隙數=「業(yè)務速率/調制方式所對應的子載波容量1 +保護帶所占頻隙數。對于同一業(yè)務，調 制階數越高，則業(yè)務請求所需的頻隙數越少），從而降低網絡中的業(yè)務阻塞率。
【權利要求】
1. 一種彈性光網絡中的基于能量感知的路由和頻譜分配方法，其特征包括以下步驟： 步驟1 :當客戶端業(yè)務連接請求到達時，計算出最短路徑； 步驟2 :根據傳輸距離是否大于等于路徑長度選出可用的調制方式，按照給出的計算 方法分別計算對應的網絡中的功耗值（Metr i cPC )，選擇使得功耗值最小的調制方式； 步驟3 :判斷是否有足夠的連續(xù)可用頻隙：若有，則執(zhí)行步驟6 ;否則，執(zhí)行步驟4 ; 步驟4 :判斷是否存在更高階的調制方式：若存在，選擇高一階的調制方式，否則阻塞； 步驟5 :判斷是否有足夠的連續(xù)可用頻隙：若有，則執(zhí)行步驟6,否則阻塞； 步驟6 :從最低標號開始選擇連續(xù)可用頻隙，建立光路。
2. 根據權利1所述的一種彈性光網絡中的基于能量感知的路由和頻譜分配方法，其特 征在于，所述調制方式包括BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、32QAM和64QAM不同調制方式。
3. 根據權利2所述的一種彈性光網絡中的基于能量感知的路由和頻譜分配方法，其特 征在于，所述的每種調制方式：BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、32QAM和64QAM所對應的最大傳輸 距離分別為：4000、2000、1000、500、250 和 125km。
4. 根據權利1所述的一種彈性光網絡中的基于能量感知的路由和頻譜分配方法，其特 征在于，其MetricPC值是由光層涉及元件計算得出的，本發(fā)明中考慮的收發(fā)器是CO-OFDM 收發(fā)器，光放大器為EDFA; (1) 收發(fā)器的功耗計算：PCSUBC=L 683X TR+9L 333 [W]; 其中：TR為每個子載波的傳輸速率，與選擇的頻隙大小和調制方式等級相關； (2) 光交叉連接器的功耗計算：PC0XC=NX85+a X 100+150[W];假設每個OXC有80個 通道，N為連接到節(jié)點的光纖數，a為節(jié)點的上下業(yè)務數； (3) 光放大器的功耗計算：每80km需設置光放大器，每個方向需要一個EDFA，每個EDFA 消耗30W以及額外的140W泵浦功率； 計算公式如下： PCTRANS=NoDataSubc X PCSUBC PCLINKS=NoSubc/TotalNoSubc (PCEDFAs+PCOXCs) MetricPC =PCTRANS+PCLINKS 其中，NoDataSubc指請求所需的子載波數，NoSubc指請求所需的子載波數加上保護帶 的子載波數，TotalNoSubc指一根光纖上所有的子載波數。
【文檔編號】H04Q11/00GK104052584SQ201410230081
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權日:2014年5月28日
【發(fā)明者】沈建華, 孫曄 申請人:南京郵電大學