CN105721130A - 弹性光网络中基于子频带虚拟级联技术的频谱分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹性光网络中基于子频带虚拟级联技术的频谱分配方法。该方法在考虑光网络拓扑结构的基础上，计算并选择最短径和次最短径作为选择最佳调制方式的依据，并结合子频带虚拟级联技术，把业务请求所需的频隙数均匀分配到最短径和次最短径这两条路径上进行传输。与传统光网络单一的调制方式、分配所有相邻子频带并沿着同一条路径相比，多种调制方式与虚拟级联技术的结合能够在很大程度上提高网络资源的利用率，从而降低业务总阻塞率。本发明解决了在子频带虚拟级联技术的基础上运用多种调制方式能够进一步降低业务阻塞率的问题。

Description

弹性光网络中基于子频带虚拟级联技术的频谱分配方法

技术领域

本发明涉及弹性光网络中的基于子频带虚拟级联技术的频谱分配方法，属于光通信和光网络技术领域。

背景技术

传统的波分复用(WavelengthDivisionMultiplexing，WDM)光网络遵循ITU-T的固定频率栅格标准，存在网络频谱资源配置不灵活、能耗高等问题，难以适应互联网中快速变化的海量信息传输。灵活栅格弹性光网络(Flex-gridOpticalNetwork)具有频率栅格粒度更小、支持光通道频谱部分重叠等优势，避免了建立光路时分配固定频谱而造成的资源浪费，极大地提高了频谱资源的利用率，从而成为极具潜力的下一代光传送网络。

在基于CO-OFDM弹性光网络中，光通道由多个CO-OFDM子频带(Sub-Band)构成，而每个子频带又包含多个子载波。为了更好地提高网络资源利用率，可以参照SDH/MSTP网络中的虚拟级联(VirtualConcatenation，VCAT)技术，即将一个通道的带宽拆分为多个虚拟容器(VirtualContainer，VC)，并使虚拟容器分别沿着不同的路径进行传输，最后在接收端再重新组合。在CO-OFDM光网络中的子频带与SDH/MSTP光网络中的虚拟容器(VC)类似。因此，可以将时域的虚拟级联技术应用到频域的CO-OFDM光通道中，称之为CO-OFDM子频带虚拟级联技术。[Kozicki,B.；Opticalpathaggregationfor1-Tb/stransmissioninspectrum-slicedelasticopticalpathnetwork.IEEEPTL,Vol.22,Issue:17,2010]

弹性光网络中的核心问题之一是路由和频谱分配(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，将VCAT技术运用到弹性光网络的频谱分配中，可以有效降低业务阻塞率。同时，基于VCAT在多条路径上均匀分配业务带宽具有最佳性能。[G.X.Shen.BenefitsofSub-BandVirtualConcatenation(VCAT)inCO-OFDMOpticalNetworks.ICTON2012]

但是，目前已经提出的针对CO-OFDM光网络虚拟级联的文献大多假设每条光路上业务请求的频隙数是相同的，而这与在实际情况中差异化的业务请求所需的光路的不相等频隙数存在较大差异；另一方面，即使光路请求的速率固定，则根据业务的传输距离采用适宜的调制方式可以有效地提高网络资源利用率(如高阶的调制方式所需要的频隙数更少)。显然，如何将VCAT技术与支持多种调制方式的灵活频谱分配机制对于弹性光网络提高频谱效率和降低业务阻塞率具有非常重要的作用。

在本发明中，根据路径长度选择最佳的调制方式借鉴了[BocoiA,SchusterM,RambachF,etal.Reach-dependentcapacityinopticalnetworksenabledbyOFDM[C].OpticalFiberCommunication-incudespostdeadlinepapers,2009.OFC2009.Conferenceon.IEEE,2009:1-3.]中提出的路径长度与最佳调制方式的对应关系。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对支持子频带虚拟级联技术的弹性光网络上，引入支持多种调制方式的频谱分配方法，从而能够进一步降低网络的业务阻塞率。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种弹性光网络中的基于子频带虚拟级联技术的频谱资源分配方法，包括以下步骤：

步骤1：当客户端业务连接请求到达时，首先计算出从源节点到目的节点的最短路径和次最短路径，且该两条路径无重合链路；

步骤2：针对计算出的两条路径，结合根据次最短路径的长度选出最佳的调制方式；

步骤3：根据业务请求速率和最佳调制方式计算出所需频隙数，将总频隙数均匀分配到两条传输路径中；

步骤4：判断这两条传输路径是否同时有满足连续可用频隙数的频隙。如果有，执行步骤5，否则阻塞；

步骤5：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9600、4800、2400、1200、600和300km。

所述每个请求的连续可用频隙数的频隙是根据以下公式计算出的：

(1)C_i表示第i个请求的速率，可由随机矩阵生成；

(2)F_slot表示一个频隙固定占用的频宽，假设为12.5GHz；

(3)b_i取值范围为{32,16,8,4,2,1}，根据最短径和次最短径中最长的那条路径选择b_i的值；

(4)S_i表示第i个请求所需的总频隙数。

计算公式如下：

S_i＝C_i/(F_slot×b_i)

$b_i=\left\{\begin{array}{cc}32,& D\&le;300\\ 16,& 300<D\&le;600\\ 8,& 600<D\&le;1200\\ 4,& 1200<D\&le;2400\\ 2,& 2400<D\&le;4800\\ 1,& 4800<D\&le;9600\end{array}\right.$

其中，D表示次最短径的距离(km)。

本发明在进行选路和频谱分配时，同时运用了VCAT技术和多种调制方式，使得在同样的业务负载下，整个网络的平均阻塞率最低同时频谱利用率最高。

与传统光网络单一的调制方式、分配所有相邻子频带并沿着同一条路径相比，多种调制方式与虚拟级联技术的结合能够在很大程度上提高网络资源的利用率，从而降低业务总阻塞率。

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：当客户端业务连接请求到达时，首先计算出从源节点到目的节点的最短路径和次最短路径，且该两条路径无重合链路；

步骤2：针对计算出的两条路径，结合根据次最短路径的长度选出最佳的调制方式；

步骤3：根据业务请求速率和最佳调制方式计算出所需频隙数，将总频隙数均匀分配到两条传输路径中；

步骤4：判断这两条传输路径是否同时有满足连续可用频隙数的频隙。如果有，执行步骤5，否则阻塞；

步骤5：从最低标号开始选择连续可用频隙，建立光路。

步骤2最佳调制方式的选择以及步骤3中在最佳调制方式下所需的频隙数的计算根据以下公式得出：

S_i＝C_i/(F_slot×b_i)

$b_i=\left\{\begin{array}{cc}32,& D\&le;300\\ 16,& 300<D\&le;600\\ 8,& 600<D\&le;1200\\ 4,& 1200<D\&le;2400\\ 2,& 2400<D\&le;4800\\ 1,& 4800<D\&le;9600\end{array}\right.$

其中，D表示次最短径的距离(km)。

步骤2中，选择次最短路径的长度作为最佳调制方式的依据是如果以最短经的长度作为选择调制方式的标准，则有可能使得在次最短路径上采用该种调制方式无法保证信号传输的质量。相反如果以次最短经的长度作为选择调制方式的标准，距离越长采用的调制方式越低阶，信号在最短经上的传输质量能够得到保证。因此采用次最短路径的距离作为选择最佳调制方式的依据。

假设选取Fslot＝12.5GHz作为一个频率隙的大小，如果一个业务请求速率为300Gbit/s，次最短径的长度为2000km，则b_i＝4，选用的调制方式为8QAM，所需的频隙数为6，相比于相同请求速率下采用BPSK所需的24个频隙降低了3/4，因此大大降低了业务阻塞率。

本发明在进行选路和频谱分配时，在尽可能降低频隙占用率的基础上根据最短、次最短路径选择最佳的调制方式，使得网络总的请求频隙数最少。首先通过K条最短路径算法算出两条最短路径并且没有交叉链路，然后选出两者中最长路径对应的最佳调制方式，并计算出此时所需的最少频隙数。若有足够的连续可用频谱资源就进行频谱分配，否则阻塞。实验证明，VCAT技术相比传统光网络传输在很大程度上能够降低业务阻塞率。若结合多种调制方式，假设选取Fslot＝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对应的bi分别为1、2、4、8、16和32。对于同一业务请求，根据Si＝Ci/(Fslot×bi)，调制阶数越高，即bi越大，则该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 (3)

1.弹性光网络中的基于子频带虚拟级联技术的频谱分配方法，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，首先计算出从源节点到目的节点的最短路径和次最短路径，且该两条路径无重合链路；

步骤2：针对计算出的两条路径，结合根据次最短路径的长度选出最佳的调制方式；

步骤3：根据业务请求速率和最佳调制方式计算出所需频隙数，将总频隙数均匀分配到两条传输路径中；

步骤4：判断这两条传输路径是否同时有满足连续可用频隙数的频隙，如果有，执行步骤5，否则阻塞；

步骤5：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所述的方法，其特征在于，所述步骤2的调制方式包括BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、32QAM和64QAM不同调制方式，所述的每种调制方式分别对应最大传输距离。

3.根据权利1所述的方法，其特征在于，每个业务请求的连续可用频隙数的频隙根据以下公式计算得出：

(1)C_i表示第i个业务请求的速率；

(2)F_slot表示一个频隙固定占用的频宽，假设为12.5GHz；

(3)b_i取值范围为{32,16,8,4,2,1}，根据次最短径的距离选择b_i的值；

(4)S_i表示第i个请求所需的总频隙数：

计算公式如下：

S_i＝C_i/(F_slot×b_i)

$b_i=\left\{\begin{array}{cc}32,& D\&le;300\\ 16,& 300<D\&le;600\\ 8,& 600<D\&le;1200\\ 4,& 1200<D\&le;2400\\ 2,& 2400<D\&le;4800\\ 1,& 4800<D\&le;9600\end{array}\right.$

其中，D表示次最短径的距离(km)。