CN104052584A - 一种弹性光网络中基于能量感知的路由和频谱分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹性光网络中基于能量感知的路由和频谱分配方法。本发明在考虑光网络中组成元件功耗的基础上，计算并选择总功耗最小的路径和调制方式。当频谱资源不足时，通过选择更高阶的调制方式来保证最低连接性，从而降低业务总阻塞率。计算完成路径后通过首次匹配算法进行频隙分配，建立光路。本发明解决了在节约能耗的同时能够降低业务阻塞率的问题。

Description

一种弹性光网络中基于能量感知的路由和频谱分配方法

技术领域

本发明涉及一种弹性光网络中的基于能量感知的路由和频谱分配方法，属于光通信技术领域。

背景技术

弹性光网络的概念是相对于WDM网络不能动态变化而提出的，其“弹性”包括两层含义：第一是指相对于WDM网络的固定频谱分割机制，弹性光网络采用的频谱分割机制是灵活可变的；第二是指弹性光网络中采用的带宽可变转换器能建立弹性的光路径，即对于同一条端到端的光路径，可根据实际连接环境和连接需求采用不同的比特率以实现较高的频谱效率。

路由和频谱分配问题（RSA），即以自适应业务带宽需求方式建立一条端到端的光路径，是弹性光网络中的一个核心技术。弹性光网络中，路由和频谱分配计算需满足频谱连续性和频谱邻接性双重约束条件。传统的RSA算法已经提出了一些优化目标，如频谱效率和网络阻塞率等，但这些算法都没有充分考虑能量效率，不能很好的满足未来光传输网络低能耗的要求。

针对这一问题，能量感知的路由和频谱分配算法在[López Vizcaíno 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，通过对不同调制方式的选择，得到能量高效的路由。这种方法虽然节约了能耗，但并没有考虑网络可用频谱资源情况，可能会造成由于光路上资源不够用而产生阻塞的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何在节约能耗的同时能够降低业务阻塞率的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种弹性光网络中的基于能量感知的路由和频谱资源分配方法，包括以下步骤：

步骤1：当客户端请求端到达时，计算出最短路径；

步骤2：对该最短路径有多种调制方式可供选择，由于每种调制方式都有对应的最大传输距离，所以根据传输距离是否大于等于路径长度选出可用的调制方式，按照给出的计算方法分别计算对应的网络中的功耗值（MetricPC），选择使得功耗值最小的调制方式；

步骤3：判断是否有足够的连续可用频隙：若有，则执行步骤6，否则，执行步骤4；

步骤4：判断是否存在更高阶的调制方式：若存在，选择高一阶的调制方式，否则阻塞；

步骤5：判断是否有足够的连续可用频隙：若有，则执行步骤6，否则阻塞；

步骤6：从最低标号开始选择连续可用频隙，建立光路。

所述调制方式包括BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、32QAM和64QAM。每种调制方式对应的最大传输距离是通过考虑了物理层因素（如OSNR）之后得到的。BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、32QAM和64QAM对应的最大传输距离分别为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 OThB4, Feb. 2008.]中被提出。

MetricPC值是由光层的三种元件计算得出的，包括沿路径的收发器，光交叉连接器和光放大器。本发明中考虑的收发器是CO-OFDM 收发器，光放大器为EDFA。各元件的功耗计算在[C. Dorize, et al., “GreenTouch Draft Report on Baseline Power Consumption,” v1.8, 2011.]中给出。

（1）收发器的功耗计算：PCSUBC=1.683×TR+91.333[W]。TR为每个子载波的传输速率，与选择的频隙大小和调制方式等级相关。若选取频隙大小为12.5GHz，则BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、32QAM和64QAM所对应的功耗分别为112.374、133.416、154.457、175.498、196.537和217.581W。

（2）光交叉连接器的功耗计算：PCOXC=N×85+α×100+150[W]。假设每个OXC有80个通道，N为连接到节点的光纤数，α为本地能够增减的通道数。

（3）光放大器的功耗计算：每80km需放置光放大器（每个光纤方向需要一个EDFA），每个EDFA消耗30W以及额外的140W用于放大器位置的功率提供。

MetricPC的计算公式在[López Vizcaíno 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×PCSUBC

PCLINKS=NoSubc/TotalNoSubc (PCEDFAs+PCOXCs)

MetricPC =PCTRANS+PCLINKS

其中，NoDataSubc指请求所需的子载波数，NoSubc指请求所需的子载波数加上保护带的子载波数，TotalNoSubc指一根光纤上所有的子载波数。

本发明在进行选路和频谱分配时，同时考虑了能耗和网络可用频谱资源，使得在尽可能节约能耗的基础上进行算路和调制方式的决定，但当没有足够的可用频谱资源时，通过牺牲传输信号质量来保证最低连接性，以降低阻塞率。

本发明与传统的RSA算法相比较，充分地考虑了能量效率方面，能很好的满足未来光传输网络低能耗的要求。与已有的能量感知的路由和频谱分配算法相比较，能降低网络业务阻塞率。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

其具体实现过程如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：当客户端请求端到达时，首先计算出最短路径；

步骤2：对该最短路径有多种调制方式可供选择，由于每种调制方式都有对应的最大传输距离，所以根据传输距离是否大于等于路径长度选出可用的调制方式，按照给出的计算方法分别计算对应的网络中的功耗值（MetricPC），选择使得功耗值最小的调制方式；

步骤3：判断是否有足够的连续可用频隙，若有，则执行步骤6，否则，执行步骤

步骤4：判断是否存在更高阶的调制方式，若存在，选择高一阶的调制方式，否则阻塞；

步骤5：判断是否有足够的连续可用频隙，若有，则执行步骤6，否则阻塞；

步骤6：从最低标号开始选择连续可用频隙，建立光路。

本发明在进行选路和频谱分配时，同时考虑了能耗和网络可用频谱资源，使得在尽可能节约能耗的基础上进行算路和调制方式的决定。首先通过比较选出网络功耗最小的所对应的调制方式，若有足够的连续可用频谱资源就进行频谱分配。但当没有足够的连续可用频谱资源时，通过将调制方式改为更高一阶的，则此时所需的频隙数减少了(假设选取12.5GHz作为频率隙的大小，BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、32QAM和64QAM所对应的子载波容量分别为12.5Gbps、25Gbps、37.5Gbps、50Gbps、62.5Gbps和75Gbps，则业务请求所需的频隙数=                                               +保护带所占频隙数。对于同一业务，调制阶数越高，则业务请求所需的频隙数越少)，从而降低网络中的业务阻塞率。

Claims (4)

1.一种弹性光网络中的基于能量感知的路由和频谱分配方法，其特征包括以下步骤：

步骤1：当客户端业务连接请求到达时，计算出最短路径；

步骤2：根据传输距离是否大于等于路径长度选出可用的调制方式，按照给出的计算方法分别计算对应的网络中的功耗值（MetricPC），选择使得功耗值最小的调制方式；

步骤3：判断是否有足够的连续可用频隙：若有，则执行步骤6；否则，执行步骤4；

步骤4：判断是否存在更高阶的调制方式：若存在，选择高一阶的调制方式，否则阻塞；

步骤5：判断是否有足够的连续可用频隙：若有，则执行步骤6，否则阻塞；

步骤6：从最低标号开始选择连续可用频隙，建立光路。

2.根据权利1所述的一种弹性光网络中的基于能量感知的路由和频谱分配方法，其特征在于，所述调制方式包括BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、32QAM和64QAM不同调制方式。

3.根据权利2所述的一种弹性光网络中的基于能量感知的路由和频谱分配方法，其特征在于，所述的每种调制方式：BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、32QAM和64QAM所对应的最大传输距离分别为：4000、2000、1000、500、250和125km。

4.根据权利1所述的一种弹性光网络中的基于能量感知的路由和频谱分配方法，其特征在于，其MetricPC值是由光层涉及元件计算得出的，本发明中考虑的收发器是CO-OFDM 收发器，光放大器为EDFA；

（1）收发器的功耗计算：PCSUBC=1.683×TR+91.333[W]；

其中：TR为每个子载波的传输速率，与选择的频隙大小和调制方式等级相关；

（2）光交叉连接器的功耗计算：PCOXC=N×85+α×100+150[W]；假设每个OXC有80个通道，N为连接到节点的光纤数，α为节点的上下业务数；

（3）光放大器的功耗计算：每80km需设置光放大器，每个方向需要一个EDFA，每个EDFA消耗30W以及额外的140W泵浦功率；

计算公式如下：

PCTRANS=NoDataSubc×PCSUBC

PCLINKS=NoSubc/TotalNoSubc (PCEDFAs+PCOXCs)

MetricPC =PCTRANS+PCLINKS

其中，NoDataSubc指请求所需的子载波数，NoSubc指请求所需的子载波数加上保护带的子载波数，TotalNoSubc指一根光纤上所有的子载波数。