一種靈活調(diào)整預(yù)留型業(yè)務(wù)傳輸帶寬的光網(wǎng)絡(luò)節(jié)能路由方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種靈活調(diào)整預(yù)留型業(yè)務(wù)傳輸帶寬的光網(wǎng)絡(luò) 節(jié)能路由方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著云計(jì)算、視頻會(huì)議、多媒體遠(yuǎn)程教育等高速業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源 日趨緊張，為滿(mǎn)足用戶(hù)的高速率和高帶寬需求，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商不得把信息傳輸渠道建設(shè)的更 加"寬廣"，寬廣的渠道也意味著網(wǎng)絡(luò)傳輸能耗急劇增大?？焖僭鲩L(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸能耗已成為 制約網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要因素，面對(duì)資源減少和全球氣候變化的壓力，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸能耗，實(shí)現(xiàn) 信息產(chǎn)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展已刻不容緩。
[0003] 隨著電子商務(wù)的不斷發(fā)展，靈活時(shí)間帶寬預(yù)留型業(yè)務(wù)在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用越來(lái)越多，如科 研機(jī)構(gòu)、銀行、數(shù)據(jù)中屯、會(huì)定期進(jìn)行數(shù)據(jù)交付，網(wǎng)格計(jì)算等，運(yùn)類(lèi)靈活時(shí)間帶寬預(yù)留型業(yè)務(wù) 占網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的比例也不斷增大，其帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)能耗同樣不容忽視。但是，當(dāng)前的節(jié)能路由算 法研究多集中于即時(shí)分配業(yè)務(wù)，對(duì)業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的帶寬預(yù)留型業(yè)務(wù)的研究較少。網(wǎng)絡(luò)的 傳輸能耗主要由被占用的設(shè)備收/發(fā)器能耗、中間節(jié)點(diǎn)的路由器端口能耗、傳輸鏈路上的 光放大器數(shù)目和光路激活的持續(xù)時(shí)間決定，如果光路經(jīng)過(guò)的中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)（跳數(shù)）越多或光路 占用時(shí)間越長(zhǎng)，也被占用的核屯、路由器的收/發(fā)端口數(shù)目就越多，能耗就越大。因此，預(yù)留 型業(yè)務(wù)的傳輸能耗取決于業(yè)務(wù)選擇的傳輸時(shí)隙（時(shí)間窗口）和傳輸光路，最小化預(yù)留型業(yè) 務(wù)的傳輸能耗問(wèn)題即轉(zhuǎn)化為業(yè)務(wù)選擇合適的傳輸時(shí)隙和在可用傳輸時(shí)隙內(nèi)選擇合適的傳 輸光路問(wèn)題，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)，該問(wèn)題被證明是一個(gè)典型的非確定性多項(xiàng)式NP(非確定 性多項(xiàng)）難問(wèn)題。
[0004] 基于啟發(fā)式算法思想，有研究者提出針對(duì)靈活時(shí)間帶寬預(yù)留型業(yè)務(wù)的傳輸開(kāi)始時(shí) 亥IJ、截止時(shí)刻不確定的特性提出了一種新型的資源分配模式，它將業(yè)務(wù)的持續(xù)時(shí)間切分成 很多獨(dú)立的時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙獨(dú)立選擇傳輸路徑，運(yùn)樣就能使得業(yè)務(wù)盡可能地分散到不同的 時(shí)隙和路徑上傳輸，最終能減少網(wǎng)絡(luò)的阻塞率，但是運(yùn)樣的路徑和時(shí)隙選擇方式導(dǎo)致大量 的能量消耗，不利于通信網(wǎng)的節(jié)能減排。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)〇化]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種靈活調(diào)整預(yù)留型業(yè)務(wù)傳輸帶寬的光網(wǎng)絡(luò)節(jié) 能路由方法，在該方法中，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)預(yù)留型業(yè)務(wù)請(qǐng)求的源和目的節(jié)點(diǎn)傳輸帶寬和時(shí)隙要求， 用最短路徑算法計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中滿(mǎn)足帶寬和時(shí)隙要求的K條源和目的節(jié)點(diǎn)之間的最短光路，其 中K為網(wǎng)絡(luò)的平均節(jié)點(diǎn)度數(shù)，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中所有待傳輸業(yè)務(wù)若選擇經(jīng)過(guò)運(yùn)條路徑時(shí)需要占用 的傳輸時(shí)隙占用情況構(gòu)造路由權(quán)值矩陣元素值，矩陣的行向量對(duì)應(yīng)傳輸路徑，列向量為每 條路徑對(duì)應(yīng)的傳輸時(shí)隙，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有滿(mǎn)足相同源到目的節(jié)點(diǎn)的待傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)，若該傳輸 時(shí)隙滿(mǎn)足業(yè)務(wù)傳輸時(shí)間要求，矩陣的元素值加1。根據(jù)路由權(quán)值矩陣對(duì)請(qǐng)求傳輸?shù)乃蓄A(yù)留 型業(yè)務(wù)分配傳輸時(shí)隙、傳輸光路和帶寬，對(duì)路由權(quán)值矩陣元素值從最大值元素開(kāi)始，依次檢 查所選元素對(duì)應(yīng)的傳輸路徑的可用剩余帶寬是否滿(mǎn)足預(yù)留業(yè)務(wù)帶寬要求，若所選傳輸路徑 可用剩余帶寬滿(mǎn)足業(yè)務(wù)所需帶寬要求，則將業(yè)務(wù)分配到此光路和對(duì)應(yīng)的傳輸時(shí)隙內(nèi)傳輸， 并對(duì)路由權(quán)值矩陣對(duì)應(yīng)的元素值減1，該方法盡量使多個(gè)業(yè)務(wù)集中在滿(mǎn)足傳輸時(shí)間要求的 光路上傳輸，減少光網(wǎng)絡(luò)中占用光路數(shù)目和端口數(shù)目而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。檢查光網(wǎng)絡(luò)中根據(jù) 預(yù)留型業(yè)務(wù)傳輸時(shí)間和帶寬要求傳輸業(yè)務(wù)的光路上僅傳輸一個(gè)業(yè)務(wù)的光路，根據(jù)光路上業(yè) 務(wù)持續(xù)時(shí)間和帶寬使用情況，重路由該光路的業(yè)務(wù)到滿(mǎn)足傳輸時(shí)隙要求且傳輸業(yè)務(wù)數(shù)目較 多的光路上傳輸，并根據(jù)預(yù)留型業(yè)務(wù)的帶寬需求，檢查能否增加光路上可用傳輸時(shí)隙內(nèi)的 可用帶寬使?jié)M足遷移業(yè)務(wù)所需傳輸時(shí)隙內(nèi)的帶寬需求，若通過(guò)帶寬調(diào)整后滿(mǎn)足業(yè)務(wù)重路由 要求，則遷移業(yè)務(wù)到該光路中傳輸，對(duì)于已經(jīng)成功傳輸業(yè)務(wù)或業(yè)務(wù)遷移離開(kāi)的光路，釋放已 經(jīng)占用的光路上各鏈路帶寬和傳輸時(shí)隙，所有只傳輸一個(gè)業(yè)務(wù)的光路是否滿(mǎn)足重路由傳輸 檢查結(jié)束后，基于帶寬調(diào)整的重路由的過(guò)程結(jié)束。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] 一種靈活調(diào)整預(yù)留型業(yè)務(wù)傳輸帶寬的光網(wǎng)絡(luò)節(jié)能路由方法，包括W下步驟：步驟 一：網(wǎng)絡(luò)根據(jù)鏈路和傳輸時(shí)隙占用情況構(gòu)造路由權(quán)值矩陣；步驟二：根據(jù)路由權(quán)值矩陣，為 預(yù)留業(yè)務(wù)選擇最小能耗的傳輸路徑和時(shí)隙；步驟=:根據(jù)光路上業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)間和帶寬使用 率情況，重路由光路上只有一個(gè)業(yè)務(wù)的請(qǐng)求到可W與其它業(yè)務(wù)重合傳輸時(shí)隙的光路上，并 根據(jù)預(yù)留型業(yè)務(wù)的持續(xù)時(shí)間和帶寬需求調(diào)整該光路中傳輸時(shí)隙內(nèi)帶寬W支持業(yè)務(wù)節(jié)能傳 輸。
[0008] 進(jìn)一步，在步驟一中，構(gòu)造光網(wǎng)絡(luò)中源到目的節(jié)點(diǎn)光纖鏈路和傳輸時(shí)隙路由權(quán)值 矩陣，行向量為傳輸路徑，列向量為每條路徑對(duì)應(yīng)的傳輸時(shí)隙，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有滿(mǎn)足相同源到 目的節(jié)點(diǎn)的待傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)，若該傳輸時(shí)隙滿(mǎn)足業(yè)務(wù)傳輸時(shí)間要求，相應(yīng)矩陣的元素值加1; 矩陣構(gòu)造過(guò)程為：對(duì)每一個(gè)滿(mǎn)足相同源和目的節(jié)點(diǎn)的待傳輸業(yè)務(wù)請(qǐng)求，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中該源到 目的節(jié)點(diǎn)的K條鏈路分離最短路徑，其中K為網(wǎng)絡(luò)的平均節(jié)點(diǎn)度數(shù)，從當(dāng)前時(shí)刻開(kāi)始，將網(wǎng) 絡(luò)運(yùn)行可用時(shí)間劃分出一組傳輸時(shí)隙，根據(jù)每個(gè)業(yè)務(wù)請(qǐng)求，確定業(yè)務(wù)需要預(yù)定的傳輸起始 時(shí)隙，對(duì)K條路徑的每一條路徑，檢查傳輸時(shí)隙是否滿(mǎn)足業(yè)務(wù)傳輸持續(xù)時(shí)間和帶寬要求，若 滿(mǎn)足，該路徑對(duì)應(yīng)行的此元素值加1。
[0009] 進(jìn)一步，在步驟二中，根據(jù)源和目的節(jié)點(diǎn)間的路由權(quán)值矩陣，計(jì)算光網(wǎng)絡(luò)中不同備 選傳輸路徑（行向量）在不同時(shí)隙內(nèi)（列向量）被所有業(yè)務(wù)選作傳輸路徑的次數(shù)，選擇矩陣 中元素?cái)?shù)值從最大開(kāi)始元素值，檢查矩陣該元素值對(duì)應(yīng)的傳輸路徑的剩余帶寬是否滿(mǎn)足請(qǐng) 示業(yè)務(wù)的帶寬要求，若滿(mǎn)足，則對(duì)應(yīng)路由權(quán)值矩陣的元素值減1，并對(duì)選中光路的各鏈路的 可用帶寬減去已分配帶寬；若不滿(mǎn)足帶寬要求，在路由權(quán)值矩陣中依次尋找第二大元素值， 檢查對(duì)應(yīng)光路的可用帶寬是否滿(mǎn)足業(yè)務(wù)請(qǐng)求帶寬要求，直到該業(yè)務(wù)被成功分配傳輸光路和 帶寬為止。該路徑選擇和帶寬分配方法可W使更多的相同源和目的節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)請(qǐng)求集中在相 同的時(shí)隙內(nèi)、相同的光路上傳輸，使多個(gè)業(yè)務(wù)共用設(shè)備端口和波長(zhǎng)信道，減少網(wǎng)絡(luò)的阻塞率 和端口能耗。
[0010] 進(jìn)一步，在步驟=中，對(duì)光網(wǎng)絡(luò)中僅被一個(gè)業(yè)務(wù)預(yù)占用的光路，通過(guò)遷移或疏導(dǎo)運(yùn) 些光路上的業(yè)務(wù)到帶寬利用率高或傳輸業(yè)務(wù)數(shù)目多且滿(mǎn)足需要遷移業(yè)務(wù)的傳輸時(shí)間窗口 (時(shí)隙）的光路上，計(jì)算通過(guò)增加傳輸時(shí)隙內(nèi)帶寬、壓縮或減小該光路上不滿(mǎn)足業(yè)務(wù)傳輸時(shí) 隙內(nèi)的傳輸帶寬是否滿(mǎn)足需要遷移業(yè)務(wù)的傳輸帶寬要求，如果滿(mǎn)足，將業(yè)務(wù)重路由到此帶 寬利用率高的光路上傳疏，并關(guān)閉業(yè)務(wù)原來(lái)預(yù)分配的光路和釋放帶寬。該帶寬調(diào)整方法可W靈活地調(diào)整傳輸時(shí)隙內(nèi)帶寬，改善了光路的帶寬碎片問(wèn)題，最小化光網(wǎng)絡(luò)中已建光路的 數(shù)目，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
[0011] 本發(fā)明的有益效果在于：本方法在為光網(wǎng)絡(luò)中預(yù)留型業(yè)務(wù)分配傳輸帶寬和時(shí)隙 時(shí)，盡量在滿(mǎn)足傳輸時(shí)隙要求和光路帶寬條件下，將多個(gè)業(yè)務(wù)聚集在少數(shù)光路上傳輸，同時(shí) 采用帶寬調(diào)整策略重路由只有一個(gè)業(yè)務(wù)的光路上的業(yè)務(wù)到其它已建光路上傳輸，減少占用 光路的數(shù)目，從而減少光路需要的端口數(shù)目和光放大器數(shù)目，降低了整個(gè)光網(wǎng)絡(luò)的能耗。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說(shuō)明：
[0013] 圖1為預(yù)留型業(yè)務(wù)傳輸時(shí)隙和最小能耗光路選擇方法流程圖；
[0014] 圖2為預(yù)留型業(yè)務(wù)獨(dú)立選擇傳輸時(shí)隙示意圖；
[0015] 圖3為預(yù)留型業(yè)務(wù)盡可能重合選擇傳輸時(shí)隙意圖；
[0016] 圖4為疏導(dǎo)業(yè)務(wù)的帶寬調(diào)整示意圖；
[0017] 圖5為帶寬調(diào)整策略為疏導(dǎo)業(yè)務(wù)重路由流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面將結(jié)合附圖，