CN108833142A - 一种多芯光纤计划业务的网络规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多芯光纤计划业务的网络规划方法，在给定的一系列计划业务中，假设每个计划业务的路径是固定的，为源节点和目的节点之间的最短路由；计算找出计划业务路径上每条链路上适合分配的光芯和频谱，并选择最合适的建立时间和释放时间，以降低时间加权的光芯间串扰因子。本发明采用了基于RCSA的计划光路算法，在满足计划业务需求的同时有效降低了光芯间串扰，优化了计划业务传输的网络规划。

Description

一种多芯光纤计划业务的网络规划方法

技术领域

本发明涉及一种网络规划方法，具体为一种多芯光纤计划业务的网络规划方法。

背景技术

随着互联网应用的飞速发展，网络流量呈现指数级增长，对网络带宽的需求也在极速增长。现如今，基于单芯单模光纤的网络架构对带宽的提供已经趋于饱和，研究人员展开对空分复用网络（SDM）的研究，其中，多芯光纤（MCF）是发展快速且很有前景的一种。然而，光芯间串扰一直是多芯光纤发展最大的阻碍。目前，有多项研究表明，相邻光芯之间的光芯间串扰会影响其信号传递。同时，目前基于MCF的SDM研究一直围绕着静态业务和动态业务展开。然而，在现实生活中，客户通常会有一些计划业务，计划业务是指提前确定好建立时间和释放时间的业务。然而，对于计划业务的光芯间串扰的研究并不多见。

因此，需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供一种多芯光纤计划业务的网络规划方法，即通过相同时间内在不相邻的光芯进行业务传输，这样会在满足业务需求的同时又能大大降低光芯间串扰。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多芯光纤计划业务的网络规划方法，在相同时间内在不相邻的光芯间进行业务传输，以满足计划业务需求的同时降低光芯间串扰因子。即在给定的一系列计划业务中，假设每个计划业务的路径是固定的，为源节点和目的节点之间的最短路由；计算找出计划业务路径上每条链路上适合分配的光芯和频谱，并选择最合适的建立时间和释放时间，以降低时间加权的光芯间串扰因子。

由于每个计划业务都有自己的最早建立时间和最晚释放时间，我们需要在它的时间区间里面选择最适合它的时间窗，并分配最合适的频谱窗，以取得最低的时间加权的光芯间串扰因子。

假设给定源节点和目的节点之间的一条固定路由，基于对每个可用频谱窗建立一个辅助图用于选出具有最低的时间加权的光芯间串扰因子的光芯和频谱。基于辅助图，对于当前路由下的多芯光纤，需要计算每一个光芯对于当前的频谱窗是否可用，对于当前频谱窗不可用的光芯，在辅助图中不会建立相应的辅助链路，而对那些可用的光芯，在辅助图中建立其对应的辅助链路，并将其链路的成本值设立为光芯间串扰因子值，并利用公式（2）计算出可用光芯的时间加权的光芯间串扰因子，

（2），

其中，表示的是时隙集合，而 则表示在时隙t时，光芯和被光路占用时频谱重叠的总数，表示光芯串扰加权值，分别代表光芯的序号。

基于辅助图，可以选出使得时间加权的光芯间串扰因子值最小的频谱窗和时间窗，但是，不同的频谱窗和时间窗组合会得出不一样的时间加权光芯间串扰因子值，对于这种情况，有两种策略，即首次命中策略和成本最小策略，前者是使用第一个的频谱窗和时间窗组合来建立光通道并分配时隙和频隙，后者是扫描所有的组合方式，选择成本最小的那一个，即，根据路径经过的链路，判断使用的光芯，从而建立当前业务的光路。

本发明采用了基于RCSA的计划光路算法，在满足计划业务需求的同时有效降低了光芯间串扰，优化了计划业务传输的网络规划。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是19芯的MCF示意图。

图2是光芯间串扰因子计算示意图。

图3是构建辅助图示意图。

图4是使用7芯MCF的NSFNET网络的仿真结果示意图。

图5是19芯 MCF的 COST239 网络类似的结果示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

串扰等级: 针对MCF中光芯间的不同相邻特性，我们将光芯间串扰定义了不同的等级。图1是19芯的MCF示例，在这样的光芯布局中，我们定义了3个等级的光芯间串扰。第一等级，图中用L1表示，在直接相邻的光芯1和光芯2之间，这种直接相邻的光芯在同时有信号传输的时候会产生最强烈的光芯间串扰。第二等级，图中用L2表示，在光芯1和光芯14之间，从图中可以看出其中含有1个间隔的光芯，这种间接相邻的光芯相比于直接相邻的L1距离更远，在同时有信号传输时产生的光芯间串扰也会比L1更弱。最后，对于第三种光芯间串扰L3，在光芯11和光芯17之间，其中有超过1个以上的间隔光芯，很显然这种情况下的光芯间串扰是最弱的。这里用 来表示光芯串扰加权值，其中分别代表光芯的序号，第一等级的光芯间串扰显然拥有最高的加权因子，本例中设为100，类似地，第二和第三等级分别设为10和1。

光芯间串扰因子: 当不同光芯的相同频谱被同时占用时，会产生光芯间串扰。因此，除了针对不同光芯彼此之间的相邻性，我们还要考虑两个光芯之间有多少频谱重叠。如果两个正在被使用的光芯没有频谱重叠，是没有光芯间串扰存在的。基于这种频谱重叠，我们将光芯间串扰因子定义为

(1)

其中， 表示光芯 和被光路重叠占用的频隙(FSs)总数 。

图2 展示了一个关于光芯间串扰因子计算的示例。在光芯1中，被光路的频隙有两段，分别从1到3和从4到28。 在光芯2中，被光路占用的频隙是2到4。对于这两个光芯，其重叠的频隙总数为2FSs, 即, ，根据光芯间串扰因子的定义公式，这里可以得出. 类似地，对于光芯1和光芯8之间的光芯间串扰因子可以计算得， 光芯8和光芯14 的光芯间串扰因子为。

时间加权的光芯间串扰因子：前面提到光芯间串扰产生的条件必须是在两个光路同时存在且有频谱重叠时，当两个光路同时存在的时间越长，产生的光芯间串扰也会越多。因此，考虑到时间因素，我们需要进一步对光芯间串扰进行定义：

(2)

这里 表示的是时隙集合，而 则表示在时隙t时，光芯 和被光路占用时频谱重叠的总数。

启发式算法：给定一系列计划光路业务，定义为 [3]，其中表示业务的源节点和目的节点， 表示业务最早可以建立的时间以及最晚需要释放的时间，而则表示业务的持续时间， 业务需要的FSs。在本例中，我们假设每个业务的路径是固定的，为两点（源节点和目的节点）之间的最短路由。对于每个特定的需要xFSs的业务, 我们需要找到其路径上每条链路上适合分配的光芯和频谱，并选择最合适的建立时间和释放时间。由于每个计划业务都有自己的最早建立时间和最晚释放时间，我们需要在他的时间区间里面选择最适合它的时间窗(TW)，并分配最合适的频谱窗(SW)以取得最低的光芯间串扰。针对这种TW和SW的选择，我们开发了一种基于辅助图的启发式算法。

基于辅助图的启发式算法:

下面我们给出一个辅助图建立的示例，假设给定源节点和目的节点之间的一条固定路由，并分配有一个特定的SW用于光路建立, 基于此建立一个可以选出最低时间加权的光芯间串扰因子的新的辅助拓扑。

对于当前路由下每一个MCF，我们首先需要计算其每一个光芯对于当前的SW是否可用，如果可用，我们用公式2计算其时间加权的光芯间串扰因子。

在图3（a）中，假设当前的SW是从1到4，我们在图中标注了具体的各个光芯的光芯使用情况，对于链路Ns-N1，其中光芯1的频隙从1到3被其他业务占用，链路N1-Nd的光芯2的当前频谱窗的频隙全部被占用。对于图3（a）的网络利用情况，我们建立了图3(b)这样的辅助图拓扑，首先对于当前频谱窗不可用的光芯（链路Ns-N1的光芯1和链路N1-Nd的光芯2），在辅助图中不会建立相应的辅助链路。而对那些可用的光芯，我们在辅助图中建立其对应的辅助链路，并将其链路的成本值设立为用公式1计算出来的光芯间串扰因子值。例如，光芯1的频隙1到3被占用，光芯2和光芯1的相邻等级属于第一等级，则，所以可以计算得出, 那么辅助链路s-D0--N1-D0的成本为300。相应的，所有的辅助链路的值都可以用这种方法计算出来，我们已经分别标注在链路旁边。这样基于新建立的辅助图拓扑，我们再在源节点s-S和目的节点d-D之间使用最小成本路由算法找出一条成本最小的路径，根据路径经过的链路，判断使用的光芯，从而建立当前业务的光路。

SW 和TW 选择策略: 基于上文已创建的辅助图，我们可以选出使得时间加权的光芯间串扰因子值最小的SW 和TW。但是，不同的 SW 和TW组合会得出不一样的时间加权光芯间串扰因子值，对于这种情况，我们考虑了两种策略，即首次命中策略和成本最小策略。前者是使用第一个 的SW 和TW组合来建立光通道并分配时隙和频隙，后者是扫描所有的组合方式，选择成本最小的那一个，即。

仿真和结果分析：我们用11节点, 26链路的COST239网络和14节点, 21链路的NSFNET网络对提出的网络规划策略进行了结果仿真。对于每条MCF的每个光芯，有320FSs可用，对每个光通道的频谱分配与传统的弹性光网络一样。仿真中，计划业务的带宽在5到20FSs之间随机分布，这里，频隙数是由业务的实际贷款和其选用的调制格式决定的。除此以外我们在时隙区间[0,260]之间随即产生了一系列计划业务 ，业务的持续时长在[5, 2X-5] TSs 之间(X 表示业务的平均持续时长)。仿真选取了计划业务列表中从100到 200 TSs的500 个 (不考虑业务阻塞)，计算建立光通道的时间加权光芯间串扰因子值。光通道建立中，路径选择均遵循最短路由路径，再使用辅助图算法来选择使用的TW和SW，仿真比较了FF和LC两种策略的结果。

我们最后用平均单个TS和FS的光芯间串扰因子值来比较各个策略的结果，表示为，其中L 表示链路集合, T 为时隙集合, C 是每个MCF中的光芯集合, D 表示成功建立光通道的业务集合. 表示在时隙时链路l上光芯和之间的光芯间串扰因子， 则表示整个网络拓扑中的时间加权的光芯间串扰因子总值。分别表示业务所需要的FSs数和其持续时间。

图4是使用7芯MCF的NSFNET网络的仿真结果 ，其中标签“First-Fit” 和 “Least-Cost”分别表示SW和TW 在辅助图算法中的选择策略，而“Normal”则表示不考虑光芯间串扰因子的网络规划策略。从图中我们可以看出，考虑光芯间串扰的策略可以显著减少光芯间串扰因子值高达57%。除此以外，“成本最小”策略可以也比“首次命中”策略的结果优化高达43%，这是因为，”成本最小”策略尝试了所有可能的 SWs 和TWs组合之后选择了串扰因子最小的组合来建立光通道。除此以外，图5也展示了19芯 MCF的 COST239 网络类似的结果。

Claims (6)

1.一种多芯光纤计划业务的网络规划方法，其特征在于：在相同时间内在不相邻的光芯间进行业务传输，以满足计划业务需求的同时降低光芯间串扰因子。

2.根据权利要求1所述的一种多芯光纤计划业务的网络规划方法，其特征在于：在给定的一系列计划业务中，假设每个计划业务的路径是固定的，为源节点和目的节点之间的最短路由；计算找出计划业务路径上每条链路上适合分配的光芯和频谱，并选择最合适的建立时间和释放时间，以降低时间加权的光芯间串扰因子。

3.根据权利要求2所述的一种多芯光纤计划业务的网络规划方法，其特征在于：由于每个计划业务都有自己的最早建立时间和最晚释放时间，我们需要在它的时间区间里面选择最适合它的时间窗，并分配最合适的频谱窗，以取得最低的时间加权的光芯间串扰因子。

4.根据权利要求3所述的一种多芯光纤计划业务的网络规划方法，其特征在于：假设给定源节点和目的节点之间的一条固定路由，基于对每个可用频谱窗建立一个辅助图用于选出具有最低的时间加权的光芯间串扰因子的光芯和频谱。

5.根据权利要求4所述的一种多芯光纤计划业务的网络规划方法，其特征在于：基于辅助图，对于当前路由下的多芯光纤，需要计算每一个光芯对于当前的频谱窗是否可用，对于当前频谱窗不可用的光芯，在辅助图中不会建立相应的辅助链路，而对那些可用的光芯，在辅助图中建立其对应的辅助链路，并将其链路的成本值设立为光芯间串扰因子值，并利用公式（2）计算出可用光芯的时间加权的光芯间串扰因子，

（2）

其中，表示的是时隙集合，而则表示在时隙t时，光芯和被光路占用时频谱重叠的总数，表示光芯串扰加权值，分别代表光芯的序号。

6.根据权利要求5所述的一种多芯光纤计划业务的网络规划方法，其特征在于：基于辅助图，可以选出使得时间加权的光芯间串扰因子值最小的频谱窗和时间窗，但是，不同的频谱窗和时间窗组合会得出不一样的时间加权光芯间串扰因子值，对于这种情况，有两种策略，即首次命中策略和成本最小策略，前者是使用第一个的频谱窗和时间窗组合来建立光通道并分配时隙和频隙，后者是扫描所有的组合方式，选择成本最小的那一个，即，根据路径经过的链路，判断使用的光芯，从而建立当前业务的光路。