劉煥淋 歲 蒙 徐一帆 陳 勇 張盛峰

?

基于距離自適應(yīng)和有效共享路徑感知的光疏導(dǎo)方法

劉煥淋*①歲 蒙①徐一帆①陳 勇②張盛峰①

①(重慶郵電大學(xué)光纖通信技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶 400065)②(重慶郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 重慶 400065)

針對(duì)靈活網(wǎng)格光網(wǎng)絡(luò)中如何節(jié)約轉(zhuǎn)發(fā)器與頻譜資源的問題，該文研究了多點(diǎn)到多點(diǎn)組播業(yè)務(wù)的光路環(huán)路由機(jī)制，提出一種基于距離自適應(yīng)和有效共享路徑感知的光疏導(dǎo)方法。通過設(shè)計(jì)一種基于距離自適應(yīng)的預(yù)處理機(jī)制，該疏導(dǎo)方法能根據(jù)業(yè)務(wù)成員節(jié)點(diǎn)的分布特點(diǎn)和距離自適應(yīng)準(zhǔn)則靈活地為業(yè)務(wù)構(gòu)建光路環(huán)；在路由與頻譜分配階段，該疏導(dǎo)方法通過構(gòu)造一個(gè)面向光疏導(dǎo)的業(yè)務(wù)決策矩陣和一個(gè)優(yōu)先調(diào)度向量，將業(yè)務(wù)疏導(dǎo)到與當(dāng)前業(yè)務(wù)具有有效共享路徑最多的已路由業(yè)務(wù)上，并優(yōu)先分配所需的頻譜空間以提高光疏導(dǎo)的成功率，實(shí)現(xiàn)節(jié)約轉(zhuǎn)發(fā)器與頻譜資源的目的。仿真結(jié)果表明，該文提出的光疏導(dǎo)方法可以有效地減少業(yè)務(wù)消耗的轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目和子載波數(shù)目。

靈活網(wǎng)格光網(wǎng)絡(luò)；光路環(huán)；光疏導(dǎo)；共享路徑感知

1 引言

隨著數(shù)字廣播、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等多播應(yīng)用需求的增長(zhǎng)，光網(wǎng)絡(luò)面臨著業(yè)務(wù)流量爆炸式增長(zhǎng)所帶來的巨大挑戰(zhàn)和壓力，光網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)器資源等也日益緊缺。目前光網(wǎng)絡(luò)綠色節(jié)能的路由傳輸研究主要集中于波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)中[4,5]，而基于光正交頻分復(fù)用的靈活網(wǎng)格光網(wǎng)絡(luò)(Flexible Grid Optical Networks, FGON)中的研究及成果相對(duì)較少，因此FGON網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能的路由傳輸是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[6]。在FGON網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)需要頻繁地通過轉(zhuǎn)發(fā)器調(diào)制到不同等級(jí)的子載波上，這樣便造成了轉(zhuǎn)發(fā)器的總能耗巨大，因此減少轉(zhuǎn)發(fā)器的使用是實(shí)現(xiàn)綠色路由傳輸?shù)挠行侄蝃7,8]；此外，網(wǎng)絡(luò)中不同業(yè)務(wù)間保護(hù)頻隙的額外頻譜開銷，造成頻譜資源的浪費(fèi)，也增大了網(wǎng)絡(luò)能耗[9,10]。因此，如何有效地節(jié)約轉(zhuǎn)發(fā)器的使用與頻譜資源是一個(gè)值得研究的問題。

目前，國(guó)內(nèi)外圍繞FGON網(wǎng)絡(luò)中節(jié)約轉(zhuǎn)發(fā)器與頻譜資源的研究已有若干成果：文獻(xiàn)[11]基于遺傳算法提出了生存性靈活光網(wǎng)絡(luò)的多目標(biāo)優(yōu)化算法，該算法研究了采用高調(diào)制等級(jí)方式，以及在業(yè)務(wù)的保護(hù)鏈路上采用轉(zhuǎn)發(fā)器共享策略可減少轉(zhuǎn)發(fā)器的使用問題。文獻(xiàn)[12]針對(duì)具有帶寬波動(dòng)的時(shí)變業(yè)務(wù)提出了Mid Fit頻譜分配算法，該算法通過最大化相鄰業(yè)務(wù)間的空閑頻譜塊，選擇最大的連續(xù)空閑頻譜塊中居于中間位置的連續(xù)頻譜來安置業(yè)務(wù)。從頻譜分配的角度分析，該頻譜分配算法可以有效地提高光疏導(dǎo)的成功率，實(shí)現(xiàn)節(jié)約轉(zhuǎn)發(fā)器資源和頻譜資源的目的，但該算法總是選擇使用中間位置的頻譜，容易造成過多的頻譜碎片。文獻(xiàn)[13]提出了距離自適應(yīng)和頻譜碎片感知的光疏導(dǎo)算法來減少網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)器與頻譜資源的使用，算法至少可以節(jié)約14%的頻譜資源和13%的轉(zhuǎn)發(fā)器資源，但是算法在為進(jìn)行光疏導(dǎo)的業(yè)務(wù)分配頻譜時(shí)，沒有提出靈活有效的頻譜分配策略，受子光路內(nèi)的頻譜連續(xù)性和一致性約束，該算法頻譜分配的成功率很低，最終制約了算法的性能提升。文獻(xiàn)[14]提出了基于最多頻隙數(shù)優(yōu)先的光疏導(dǎo)算法來節(jié)約轉(zhuǎn)發(fā)器資源和頻譜資源，但沒有綜合地考慮頻隙數(shù)和路徑跳數(shù)對(duì)光疏導(dǎo)算法性能的影響，且提出的算法不適合多播業(yè)務(wù)的疏導(dǎo)傳輸。

本文研究了多點(diǎn)到多點(diǎn)組播業(yè)務(wù)的路由與頻譜分配問題。主要針對(duì)如何節(jié)約轉(zhuǎn)發(fā)器與頻譜資源的使用問題，本文提出了一種光路環(huán)中基于距離自適應(yīng)和有效路徑感知的光疏導(dǎo)算法(Effective Sharing Path-Aware Optical Grooming, ESPA-OG)。該算法主要包含兩個(gè)部分：(1)基于距離自適應(yīng)的業(yè)務(wù)預(yù)處理機(jī)制，該機(jī)制為業(yè)務(wù)靈活地構(gòu)建光路環(huán)，設(shè)計(jì)了業(yè)務(wù)大小的定義式和業(yè)務(wù)的排序準(zhǔn)則；(2)基于有效共享路徑感知的光疏導(dǎo)算法，該算法設(shè)計(jì)了業(yè)務(wù)的光疏導(dǎo)路由機(jī)制和頻譜分配機(jī)制。在路由階段，通過構(gòu)造一個(gè)面向光疏導(dǎo)的決策矩陣，選擇有效共享路徑最多的兩個(gè)光路環(huán)來靈活地進(jìn)行光疏導(dǎo)；在頻譜分配階段，通過構(gòu)建一個(gè)優(yōu)先調(diào)度向量，為進(jìn)行光疏導(dǎo)的業(yè)務(wù)優(yōu)先分配頻譜，進(jìn)一步優(yōu)化光疏導(dǎo)算法的性能。

2 基于距離自適應(yīng)的業(yè)務(wù)預(yù)處理機(jī)制

在確定多點(diǎn)到多點(diǎn)組播業(yè)務(wù)的路由排序準(zhǔn)則時(shí)，以往的研究主要是由業(yè)務(wù)占用的帶子載波數(shù)目決定，而不考慮業(yè)務(wù)傳輸路徑的物理跳數(shù)。受頻譜連續(xù)性和一致性的約束，這就會(huì)造成業(yè)務(wù)消耗額外的轉(zhuǎn)發(fā)器資源和頻譜資源。因?yàn)闃I(yè)務(wù)的物理跳數(shù)越多其光疏導(dǎo)成功的概率就越低，而如果能綜合考慮業(yè)務(wù)占用的子載波數(shù)目和物理跳數(shù)，就可以提高光疏導(dǎo)成功的概率，從而減少轉(zhuǎn)發(fā)器與頻譜資源的消耗。

基于以上分析，本文提出了光路環(huán)中基于距離自適應(yīng)的預(yù)處理機(jī)制，在該機(jī)制中，設(shè)計(jì)了業(yè)務(wù)大小的定義式。定義式的值由光路環(huán)占用的子載波數(shù)目和物理跳數(shù)決定，根據(jù)定義值再對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行降序排列。距離自適應(yīng)是當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間最短路徑的權(quán)重值發(fā)生變化后，該機(jī)制可重新判斷變化后的權(quán)重值和不同調(diào)制等級(jí)下光信號(hào)的極限傳輸距離之間的大小關(guān)系，以使業(yè)務(wù)選擇最高的調(diào)制等級(jí)進(jìn)行傳輸。構(gòu)建光路環(huán)的方法及計(jì)算業(yè)務(wù)大小的步驟為：

步驟6 確定整個(gè)光路環(huán)。在半個(gè)光路環(huán)中查找光路連接度數(shù)為1的兩個(gè)成員節(jié)點(diǎn)和，從子圖中刪除半個(gè)光路環(huán)經(jīng)過的所有中間節(jié)點(diǎn)和物理鏈路，然后在子圖上，采用Dijkstra算法計(jì)算節(jié)點(diǎn)到的最短路徑，將此最短路徑存入中；

3 基于有效共享路徑感知的光疏導(dǎo)算法

目前光網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)的路由選擇和頻譜分配是NP(Non-deterministic Polynomial)完全問題[18]，啟發(fā)式算法可以解決大型網(wǎng)絡(luò)中整數(shù)線性規(guī)劃方法存在的計(jì)算時(shí)間過長(zhǎng)的問題，然而在FGON網(wǎng)絡(luò)中，現(xiàn)有的節(jié)約轉(zhuǎn)發(fā)器資源和頻譜資源問題的策略都是針對(duì)單播業(yè)務(wù)，還沒有針對(duì)多點(diǎn)到多點(diǎn)組播業(yè)務(wù)提出靈活有效的解決方法。在本文提出的光疏導(dǎo)算法中，根據(jù)預(yù)處理機(jī)制為業(yè)務(wù)構(gòu)建光路環(huán)傳輸路徑，同時(shí)對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行降序排隊(duì)。算法按照路由與頻譜分配兩個(gè)階段來安置業(yè)務(wù)。

式(6)為算法的優(yōu)化目標(biāo)，即最小化網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)消耗的轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目與子載波數(shù)目。其中，為業(yè)務(wù)成員節(jié)點(diǎn)的數(shù)目；代表與已路由業(yè)務(wù)之間有效共享路徑中的成員節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；為式(5)中計(jì)算得到的業(yè)務(wù)的大?。淮順I(yè)務(wù)與之間有效共享路徑經(jīng)過的鏈路數(shù)目。式(7)中的表示已路由業(yè)務(wù)的光通道，表示業(yè)務(wù)疏導(dǎo)在業(yè)務(wù)上，業(yè)務(wù)可以與業(yè)務(wù)之間共享轉(zhuǎn)發(fā)器資源，同時(shí)這兩個(gè)業(yè)務(wù)之間不需要保護(hù)頻帶。式(8)和式(9)表示在滿足約束條件下，最大化有效共享路徑數(shù)目，即盡可能多地共享轉(zhuǎn)發(fā)器資源，節(jié)約共享路徑上的子載波數(shù)目。

3.1 ESPA-OG算法的路由機(jī)制

ESPA-OG算法中的感知是一個(gè)根據(jù)業(yè)務(wù)的光路環(huán)之間有效共享路徑情況確定業(yè)務(wù)之間光疏導(dǎo)情況的過程。在尋找能夠?qū)Ξ?dāng)前業(yè)務(wù)進(jìn)行光疏導(dǎo)的已路由業(yè)務(wù)時(shí)，當(dāng)共享鏈路的兩個(gè)端節(jié)點(diǎn)均不是成員節(jié)點(diǎn)，而是光路環(huán)的中間節(jié)點(diǎn)時(shí)，表示該鏈路為無效共享路徑；當(dāng)共享鏈路的兩個(gè)端節(jié)點(diǎn)至少有一個(gè)是成員節(jié)點(diǎn)時(shí)，表示該鏈路為有效共享路徑。采用有效路徑感知是為了保證算法不會(huì)在中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行光疏導(dǎo)，由于在中間節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行業(yè)務(wù)的上下路，會(huì)導(dǎo)致消耗額外的轉(zhuǎn)發(fā)器資源。

ESPA-OG算法的業(yè)務(wù)傳輸路由步驟為：

步驟1 初始化網(wǎng)絡(luò)鏈路資源；

步驟2 根據(jù)本文的預(yù)處理機(jī)制計(jì)算出的業(yè)務(wù)的大小，將到達(dá)的多點(diǎn)到多點(diǎn)組播業(yè)務(wù)按業(yè)務(wù)大小降序插入鏈表中；

圖1 光路環(huán)中的光疏導(dǎo)

3.2 ESPA-OG中的頻譜分配策略

一般而言，在分配頻譜時(shí)，為了避免頻譜碎片化，算法會(huì)將新的業(yè)務(wù)安置在已占用的頻譜位置旁。但是采用光疏導(dǎo)后，如果依然采用這種頻譜分配，就會(huì)造成頻譜分配失敗。這是因?yàn)楣馐鑼?dǎo)將多個(gè)業(yè)務(wù)疏導(dǎo)到一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器中進(jìn)行傳輸，也就是將多個(gè)子光路聚合為一個(gè)“光通道”，為這個(gè)光通道中的業(yè)務(wù)分配頻譜時(shí)，不僅要滿足子光路內(nèi)的頻譜連續(xù)性和一致性約束，還要滿足子光路間的頻譜連續(xù)性和一致性約束，子光路間的約束條件使得頻譜分配的成功率大大降低。如果我們能夠優(yōu)先為要聚合在一個(gè)光通道中的業(yè)務(wù)分配頻譜，就可以解決上述問題。

圖2 優(yōu)先分配策略

步驟1 初始化網(wǎng)絡(luò)頻譜資源；

算法在構(gòu)建光路環(huán)路由業(yè)務(wù)時(shí)，只將業(yè)務(wù)成員節(jié)點(diǎn)集合中的各成員節(jié)點(diǎn)按序配對(duì)，然后依次計(jì)算配對(duì)后的成員節(jié)點(diǎn)間的最短路徑，不再受光路環(huán)起點(diǎn)的約束，算法的時(shí)間復(fù)雜度為，疏導(dǎo)路由感知部分的時(shí)間復(fù)雜度是，其中為網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)數(shù)目，為多點(diǎn)到多點(diǎn)組播業(yè)務(wù)的平均成員節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；在頻譜分配時(shí)，在安置完業(yè)務(wù)后，便調(diào)用業(yè)務(wù)的優(yōu)先調(diào)度向量，然后為疏導(dǎo)在上的所有業(yè)務(wù)查詢可用的頻譜空間，即在安置一個(gè)光通道中的業(yè)務(wù)時(shí)，只需要查找一次即可，算法的時(shí)間復(fù)雜度就為，其中為一個(gè)光通道中的平均業(yè)務(wù)數(shù)目，總的時(shí)間復(fù)雜度為。

4 算法仿真及結(jié)果分析

為了驗(yàn)證所提算法的性能，本文對(duì)2個(gè)經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行了仿真，即14個(gè)節(jié)點(diǎn)，21條鏈路構(gòu)成的NSFNET網(wǎng)絡(luò)(如圖3)和24個(gè)節(jié)點(diǎn)，43條鏈路構(gòu)成的USNET網(wǎng)絡(luò)(如圖4)，每根光纖可承載的子載波數(shù)目為358個(gè)，調(diào)制等級(jí)取值為{1, 2, 3, 4}，一個(gè)子載波的帶寬容量為，每個(gè)節(jié)點(diǎn)配備的轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目為100，節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)帶寬可取值為{1, 2, 3, 4, 5, 6}′12.5 Gb/s，每個(gè)組播業(yè)務(wù)的成員節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)可取值為{2, 3, 4, 5}，與ESPA-OG算法進(jìn)行對(duì)比的算法是FLPC-OG(Frequency LightPath Circle-Optical Grooming)[14]、無光疏導(dǎo)算法(LightPath Circle-No Grooming, LPC-NG)，其中LPC-NG算法采用了本文的預(yù)處理機(jī)制。仿真統(tǒng)計(jì)不同業(yè)務(wù)數(shù)和業(yè)務(wù)帶寬粒度下的轉(zhuǎn)發(fā)器使用數(shù)目，子載波使用數(shù)目等性能指標(biāo)。

圖3 NSFNET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖4 USNET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖5和圖6分別表示2個(gè)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)器使用情況，可以看出，3種算法消耗的轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目均隨著網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)數(shù)的增加而增加。但是在相同的業(yè)務(wù)數(shù)下，本文提出的ESPA-OG算法性能最好，F(xiàn)LPC- OG算法次之，LPC-NG算法性能最差，且ESPA-OG算法相比FLPC-OG算法、LPC-NG算法分別有約36%, 70%的轉(zhuǎn)發(fā)器節(jié)約。這是因?yàn)?，相比LPC- NG算法，ESPA-OG算法中采用了有效共享路徑感知的光疏導(dǎo)機(jī)制，使得不同的業(yè)務(wù)在相同的成員節(jié)點(diǎn)處可以共享轉(zhuǎn)發(fā)器資源，而LPC-NG算法中沒有光疏導(dǎo)機(jī)制；相比FLPC-OG算法，ESPA-OG算法的預(yù)處理機(jī)制綜合考慮了子載波數(shù)目和物理跳數(shù)對(duì)光疏導(dǎo)的影響，使得更多的業(yè)務(wù)可以共享轉(zhuǎn)發(fā)器資源。此外，ESPA-OG算法還采用了頻譜優(yōu)先分配策略，提高了業(yè)務(wù)間光疏導(dǎo)的成功率，從而節(jié)約了更多的轉(zhuǎn)發(fā)器資源。在相同的業(yè)務(wù)數(shù)下，對(duì)比圖5和圖6可知，LPC-NG算法在USNET網(wǎng)絡(luò)中消耗的轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目較少。這是因?yàn)閁SNET網(wǎng)絡(luò)較大，當(dāng)業(yè)務(wù)的成員節(jié)點(diǎn)數(shù)目較多時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中可能不存在鏈路代價(jià)最小的光路環(huán)，所以，在相同的業(yè)務(wù)總數(shù)下，USNET網(wǎng)絡(luò)中傳輸成功的業(yè)務(wù)的平均成員節(jié)點(diǎn)數(shù)目較少，從而消耗的轉(zhuǎn)發(fā)器就較少。然而，ESPA-OG算法和FLPC-OG算法在NSFNET網(wǎng)絡(luò)中的性能較優(yōu)，這是因?yàn)镹SFNET網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)的平均物理跳數(shù)較少，受頻譜連續(xù)性和一致性的約束小，業(yè)務(wù)光疏導(dǎo)成功的概率較大。

圖5 NSFNET網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)數(shù)與消耗的轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目的關(guān)系

圖6 USNET網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)數(shù)與消耗的轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目的關(guān)系

圖7和圖8分別表示2個(gè)網(wǎng)絡(luò)的頻譜使用情況，可以看出，在相同的業(yè)務(wù)數(shù)下，本文提出的ESPA- OG算法性能最優(yōu)，且ESPA-OG算法相比FLPC- OG算法、LPC-NG算法分別有約11%, 37%的頻譜節(jié)約。相比LPC-NG算法，ESPA-OG算法中采用了有效共享路徑感知的光疏導(dǎo)機(jī)制，節(jié)約了不同業(yè)務(wù)在有效共享鏈路上的保護(hù)帶，而LPC-NG算法中沒有光疏導(dǎo)機(jī)制，業(yè)務(wù)間保護(hù)帶會(huì)額外消耗網(wǎng)絡(luò)頻譜資源。相比FLPC-OG算法，ESPA-OG算法的預(yù)處理機(jī)制提高了業(yè)務(wù)間光疏導(dǎo)共享的鏈路數(shù)目，從而節(jié)約了更多的頻譜資源；而且，ESPA-OG算法的頻譜優(yōu)先分配機(jī)制可以優(yōu)先為參與疏導(dǎo)的業(yè)務(wù)分配頻譜，提高了光疏導(dǎo)在頻譜分配時(shí)的成功率。對(duì)比圖7和圖8可知，在相同的業(yè)務(wù)數(shù)下，3種算法在USNET網(wǎng)絡(luò)中消耗的子載波數(shù)目都比在NSFNET網(wǎng)絡(luò)中消耗的數(shù)目多，這是因?yàn)閁SNET網(wǎng)絡(luò)較大，業(yè)務(wù)的平均路由跳數(shù)較多，業(yè)務(wù)間保護(hù)帶所占用的總子載波數(shù)目就多。

圖7 NSFNET網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)數(shù)與消耗的子載波數(shù)目的關(guān)系

圖8 USNET網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)數(shù)與消耗的子載波數(shù)目的關(guān)系

圖9和圖10分析了節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)帶寬粒度與網(wǎng)絡(luò)消耗的頻譜資源的情況?？梢钥闯?，當(dāng)節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)帶寬粒度從1′12.5 Gb/s增大到6′12.5 Gb/s(75 Gb/s)時(shí)，無論在NSFNET網(wǎng)絡(luò)還是在USNET網(wǎng)絡(luò)中，ESPA-OG算法性能均優(yōu)于其他兩種算法。隨著業(yè)務(wù)帶寬粒度的增加，3種算法消耗的子載波數(shù)目都明顯增加。且與圖7和圖8相比，ESPA-OG算法和FLPC-OG算法的曲線上升幅度更加明顯。因?yàn)閷?duì)于這兩種算法來說，隨著網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)總數(shù)的增多，進(jìn)行光疏導(dǎo)的業(yè)務(wù)數(shù)就增多，節(jié)約的頻譜資源就增多，故網(wǎng)絡(luò)頻譜總消耗數(shù)目的上升趨勢(shì)就不明顯；但是隨著業(yè)務(wù)粒度的增加，在相同的調(diào)制等級(jí)下，業(yè)務(wù)占用的子載波數(shù)目就明顯增加，光疏導(dǎo)節(jié)約的頻譜資源遠(yuǎn)不及業(yè)務(wù)粒度的增加所消耗的頻譜資源，故網(wǎng)絡(luò)頻譜總消耗數(shù)目的上升趨勢(shì)很明顯。

圖9 NSFNET網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)帶寬與消耗的子載波數(shù)目的關(guān)系

圖10 USNET網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)帶寬與消耗的子載波數(shù)目的關(guān)系

5 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了靈活網(wǎng)格光網(wǎng)絡(luò)中多點(diǎn)到多點(diǎn)組播業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)器與頻譜資源優(yōu)化問題，提出了一種光路環(huán)中基于距離自適應(yīng)和有效共享路徑感知的光疏導(dǎo)方法，通過設(shè)計(jì)一種基于距離自適應(yīng)的預(yù)處理機(jī)制，使得該疏導(dǎo)方法可根據(jù)業(yè)務(wù)成員節(jié)點(diǎn)的分布特點(diǎn)和距離自適應(yīng)準(zhǔn)則靈活地為業(yè)務(wù)構(gòu)建光路環(huán)。在為業(yè)務(wù)進(jìn)行路由時(shí)，該疏導(dǎo)方法構(gòu)建了面向光疏導(dǎo)的決策矩陣，為業(yè)務(wù)選擇有效共享路徑最多的已路由業(yè)務(wù)進(jìn)行光疏導(dǎo)，從而減少轉(zhuǎn)發(fā)器與頻譜資源的使用；為了增加光疏導(dǎo)后的頻譜分配成功率，該疏導(dǎo)方法還構(gòu)建了優(yōu)先調(diào)度向量，為進(jìn)行光疏導(dǎo)的業(yè)務(wù)優(yōu)先分配合適的頻譜空間。仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文算法可以很大程度上節(jié)約轉(zhuǎn)發(fā)器與頻譜資源的使用。對(duì)于未來工作，可以通過優(yōu)化靈活網(wǎng)格光網(wǎng)絡(luò)的能耗模型和光疏導(dǎo)策略，來進(jìn)一步節(jié)約資源消耗。

參考文獻(xiàn)

[1] Pagès A, Perelló J, Spadaro S,.. Optimal route, spectrum, and modulation level assignment in split-spectrum-enabled dynamic elastic optical networks[J]., 2014, 6(2): 114-126.

[2] Wang Yang, Cao Xiao-jun, Hu Qian,.. Towards elastic and fine-granular bandwidth allocation in spectrum-sliced optical networks[J]., 2012, 4(11): 906-917.

[3] 劉煥淋, 方強(qiáng), 雷芳. WDM光網(wǎng)絡(luò)中多播業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)方法分析[J]. 重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2012, 24(3): 269-277.

Liu Huan-lin, Fang Qiang, and Lei Fang. Analysis of multicast traffic grooming algorithms in WDM mesh networks[J].(), 2012, 24(3): 269-277.

[4] Guo Lei, Hou Wei-gang, Wei Xue-tao,.. Power efficient grooming based on optical bypass reconfiguration in green optical networks[J]., 2013, 124(5): 437-445.

[5] 劉煥淋, 劉洋, 陳勇, 等. WDM 光網(wǎng)絡(luò)中帶寬預(yù)留型業(yè)務(wù)的時(shí)間感知綠色疏導(dǎo)算法[J]. 北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 37(5): 71-74.

Liu Huan-lin, Liu Yang, Chen Yong,.. Time-aware green grooming algorithm for scheduled traffic in WDM networks[J]., 2014, 37(5): 71-74.

[6] Fallahpour A, Beyranvand H, Nezamalhosseini S A,.. Energy efficient routing and spectrum assignment with regenerator placement in elastic optical networks[J]., 2014, 32(10): 2019-2027.

[7] El-Gorashi T E H, Dong X, and Elmirghani J M H. Green optical orthogonal frequency-division multiplexing networks [J]., 2014, 8(3): 137-148.

[8] Christodoulopoulos K, Tomkos I, and Varvarigos E A. Elastic bandwidth allocation in flexible OFDM-based optical networks[J]., 2011, 29(9): 1354-1366.

[9] Zhang Shu-qiang, Martel C, and Mukherjee B. Dynamic traffic grooming in elastic optical networks[J]., 2013, 31(1): 4-12.

[10] 吳凡, 毛玉明, 黃曉燕, 等. OFDMA 系統(tǒng)中最優(yōu)能效功率分配[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2014, 36(7): 1673-1679.

Wu Fan, Mao Yu-ming, Huang Xiao-yan,.. Optimal energy-efficient power allocation in OFDMA system[J].&, 2014, 36(7): 1673-1679.

[11] Eira A, Santos J, Pedro J,.. Multi-objective design of survivable flexible-grid DWDM networks[J]., 2014, 6(3): 326-339.

[12] Khodashenas P S, Comellas J, Spadaro S,.. Using spectrum fragmentation to better allocate time-varying connections in elastic optical networks[J]., 2014, 6(5): 433-440.

[13] Ye Z, Patel A N, Ji P N,.. Distance-adaptive and fragmentation-aware optical traffic grooming in flexible grid optical networks[C]. Proceedings of OptoElectronics and Communication Conference and Australian Conference on Optical Fiber Technology (OECC/ACOFT), Melbourne, 2014: 355-356.

[14] Xu Zhan-qi, Wang Jing, Xu Bo,.. Modelling and heuristic algorithms for routing and spectrum assignment in elastic optical networks[J]., 2014, 43(7): 0706004-1-0706004-5.

[15] Saleh M A and Kamal A E. Many-to-many traffic grooming in WDM networks[J]., 2009, 1(5): 376-391.

[16] Saleh M A and Kamal A E. Design and provisioning of WDM networks with many-to-many traffic grooming[J]./, 2010, 18(6): 1869-1882.

[17] Guo Lei, Hou Wei-gang, Zheng Ze-yu,.. Green provisioning of many-to-many sessions over WDM optical networks[J]., 2013, 31(20): 3289-3301.

[18] Shachnai H, Voloshin A, and Zaks S. Optimizing bandwidth allocation in flex-grid optical networks with application to scheduling[C]. Proceedings of the IEEE 28th International Parallel and Distributed Processing Symposium (IPDPS), Phoenix, 2014: 862-871.

Method of Optical Grooming for Distance-adaptive and Effective Sharing Path-aware

Liu Huan-lin①Sui Meng①Xu Yi-fan①Chen Yong②Zhang Sheng-feng①

①(,,400065,)②(,,400065,)

In order to address the problem of reducing the resources of transponder and spectrum in flexible grid optical networks, a lightpath circle mechanism is studied for many-to-many multicast requests, and a method of optical grooming is proposed based on distance-adaptive and effective sharing path-aware. By designing a strategy of traffic pre-processing based on distance-adaptive, a lightpath circle is constructed according to the distribution characteristics of member nodes and the distance-adaptive criterion in the proposed method. In the process of routing and spectrum allocation, by constructing a decision matrix oriented optical grooming and a priority scheduling vector, the multicast request is groomed into the established traffic with the highest effective sharing links. Moreover, the appropriate spectrum resources are allocated for the groomed requests to increase the success rates of grooming and to save the resources of transponder and spectrum. Simulation results show that the proposed method can significantly reduce the number of traffic consumed transponders and sub-carriers.

Flexible grid optical networks; Lightpath circle; Optical traffic grooming; Sharing path-aware

TN929.11

A

1009-5896(2015)08-1964-07

10.11999/JEIT141442

劉煥淋 liuhl2@sina.com

2014-11-20收到，2015-04-15改回，2015-06-09網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版

重慶市教委自然科學(xué)基金(KJ1140421)，重慶市科委自然基金(2013jcyjA40052, 2011jjA1361)和國(guó)家自然科學(xué)基金(61275077, 61371096)資助課題

劉煥淋： 女，1970年生，教授，研究方向?yàn)楣馔ㄐ偶夹g(shù)與未來網(wǎng)絡(luò).

歲 蒙： 女，1988年生，碩士生，研究方向?yàn)楣饨M播路由及頻譜分配算法.

徐一帆： 男，1990年生，碩士生，研究方向?yàn)榫G色光網(wǎng)絡(luò)路由算法.