專利名稱：用于光軌網絡的最輕承載光軌資源分配系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于光纖通信網絡領域中的波長分配問題，適用于對光軌網絡中的請求分配最優光軌，滿足業務實時性要求和網絡資源充分利用的場合。
背景技術：
隨著 Internet 中以點到點(peer to peer)技術禾口視頻流(video streaming) 技術為代表的新型業務的廣泛應用，以及光纖傳輸技術、交換技術以及光電子器件技術的長足進展，使得可由多個用戶共享一條光路容量的光軌網絡技術具有越來越明顯的競爭優勢。光軌網絡中數據的傳輸是通過光軌來進行的，光軌性能的好壞直接影響著整個網絡的性能，因此關于單條光軌資源分配方面的研究較多。但是在實際光軌網絡中，一條光纖鏈路中往往同時存在多條光軌，當業務請求到達時，鏈路中的多條光軌該如何分配才能最好的滿足網絡需求呢？這一問題是影響光軌網絡整體性能的關鍵問題。由于光軌網絡是近年來提出的新型光通信網絡結構，目前該領域研究主要集中在單條光軌的建立、取消、擴展、壓縮，控制協議，資源分配等方面，涉及一條光纖鏈路中多條光軌資源分配方面的研究非常少。與本發明最接近的現有技術是一種單條光軌網絡的技術方案(Ashwin Gumaste and Imrich Chlamtac, Light-trails :an optical solution for IP transport, vol. 3，No. 5，pp261-281, 2004)。主要涉及單條光軌網絡的結構、控制協議、 光學特性、網絡性能分析和評估。因此并不能解決當業務請求到達時，鏈路中的多條光軌該如何分配才能最好地滿足網絡需求的問題。另一方面，在波分復用光網絡中，有兩種算法常用來分配波長資源，即隨機選擇算法和FF (First-Fit)算法。隨機選擇分配算法的核心思想是首先搜索所有可用來分配的資源，然后找出所有空閑資源，再從中隨機選擇一個空閑資源用來支配。FF算法的核心思想是將可用資源按照一定的順序進行排列，對新到達的請求每次按照排列好的順序選擇空閑資源。如果借鑒上述兩種算法來解決光軌資源分配問題，則發現均有很大的缺陷。首先，這兩種算法均具有一定的盲目性，沒有考慮業務的實時性和每條光軌上的負載量，可能會導致某一條光軌上的負載過重，而產生大量丟包現象，不能很好的凸顯光軌網絡在數據傳輸方面的優勢。其次，如果只是將負載集中在某幾條光軌上，則會導致已有的空閑光軌拆除，當業務量變大時，剩下的光軌沒法完成疏導任務而產生丟包。特別是有大量實時性業務的到來時，重新建立光軌會產生建立時延，不能及時進行疏導。鑒于此，根據光軌動態建立和拆除的特性，在光軌分配問題上，應該考慮充分利用每一條已有光軌，而不是將業務集中在某幾條光軌上。因此，需要研究一種好的光軌分配技術來滿足網絡需求。
發明內容
為了克服已有技術中無法實現光軌網絡中光軌資源分配、無法滿足光軌網絡業務實時性要求、光軌資源利用率較低的不足，本發明提供一種有效實現光軌網絡中光軌資源分配、滿足光軌網絡業務實時性要求、提高光軌資源利用率的用于光軌網絡的最輕承載光軌資源分配系統。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是—種用于光軌網絡的最輕承載光軌資源分配系統，所述光軌網絡包括一條包含N 條單向光軌的光纖鏈路，N> 1，且N為自然數，其中一條單向光軌包含M個節點，3，且 M為自然數；在每個節點處都有一個用來存放光軌信息的本地數據庫；所述光軌資源分配系統包括標簽值計算模塊，用以計算數據請求節點的標簽值bid”標簽值Mdi計算采用設定不同的權值的方式，標簽值計算公式如下 其中，Ti表示請求業務的最大等待時延，i代表光總線上的不同節點，ti表示從服務的第一個包到達的時刻開始已經等待的時延；Isd表示一次數據傳輸請求成功時，源節點與目的節點之間活動節點的數目，M表示該條光總線的總節點數，a和b為加權因子；
第一分配因子計算模塊，用以計算判斷新到請求的優先級是否高于正在占用光軌的節點的優先級的第一分配因子Wp其計算公式為A = bidX-bidHd，其中，光軌j表示光纖鏈路中的任意一條可用光軌，bidH,J表示上一時刻搶占到光軌j上資源的節點的標簽值；光軌資源分配控制模塊，用以依照以下分配策略執行分配過程步驟1 有請求到達數據請求節點時，計算標簽值bidp并搜索光軌本地數據庫，尋找所有可直達光軌，如果只有一條可直達光軌，將該條光軌分配給新到的請求；否則執行步驟2;步驟2 為每一條可直達光軌計算第一分配因子Wj，對于j = 1，…，N，若有光軌j 使得條件％ > 0成立，且滿足這一條件的光軌數目為1，將該條光軌分配給新到的請求；若滿足這一條件的光軌數目大于1，則執行步驟3 ；步驟3 搜索光軌j本地數據庫，查詢這些滿足條件的光軌在上一時刻傳輸的信息的優先級情況，看是否有bidq = 0的光軌存在，有則選擇％值最大的光軌，將該條光軌分配給新到的請求。進一步，所述光軌資源分配系統還包括光軌負載比例計算模塊，用以計算反應新到請求對光軌上的負載量的影響程度的
D1
光軌負載比例Pp計算公式為乃=^7^，其中，Α表示可直達光軌·] 上已有的負載量大
小，Di表示節點i處新到請求的容量大小，DJDj表示當光軌j分配給新到請求后，光軌j上的總負載量；負載調整因子計算模塊，用以計算負載調整因子Ir計算公式為7；=1，其中，
cxn
η表示上一時刻競爭到光軌資源的節點的個數，c表示光軌容量；負載均衡因子計算模塊，用以計算反應光軌上的負載情況的負載均衡因子Fp計算公式為=Fj = Pj+TJ ；第二分配因子計算模塊，用以計算第二分配因子(^_，計算公式為Qj = (I-Wj)+ ε ^Fj
5
其中，ε表示權重因子，取值范圍
；在所述光軌資源分配控制模塊中，如果步驟2中，沒有光軌j使得條件W」> 0成立，或者步驟3中，沒有bid^ = 0的光軌存在；為每條滿足條件的光軌計算第二分配因子 Qj,并將計算得到的％值按照升序排列，選取％值最小的光軌，將該條光軌分配給新到的請求。再進一步，所述光軌資源分配系統還包括網絡吞吐量評價模塊，用以計算單位時間內網絡接收的數據量；網絡負載均衡度評價模塊，用以計算光纖鏈路中所有光軌承載的數據流量大小的方差。本發明的技術構思為提出了一種最輕承載光軌分配策略，所述新型光軌分配策略由一條包含N條光軌的光纖鏈路；標簽值計算模塊；第一分配因子計算模塊；光軌負載比例計算模塊，負載調整因子計算模塊，負載均衡因子計算模塊，第二分配因子計算模塊；請求到達后具體的分配過程；網絡吞吐量和負載均衡度評價方案共同組成。本發明的有益效果主要表現在1、能改善光軌網絡中數據傳輸的時延要求。2、并能促使業務均衡的分布在各條光軌上，減少網絡阻塞。3、同時還能充分利用已有光軌，減少了光軌建立和拆除的次數，提高網絡資源的利用率。
圖1是本發明在包含6條光軌的光纖鏈路中，網絡的吞吐量模擬計算結果示意圖，其中橫坐標表示網絡負載，縱坐標表示網絡吞吐量，FF算法表示現有的首次命中算法， LL-LTA算法表示本發明最輕承載光軌資源分配系統的算法。圖2是本發明在包含6條光軌的光纖鏈路中，網絡負載均衡度模擬計算結果示意圖，其中橫坐標表示請求的次數，縱坐標表示負載均衡度，FF算法表示現有的首次命中算法，LL-LTA算法表示本發明最輕承載光軌資源分配系統的算法。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述。實施例1一種基于光軌網絡的最輕承載光軌分配系統，包括一種用于光軌網絡的最輕承載光軌分配方案，包括一條包含N條單向光軌的光纖鏈路，N> 1，且N為自然數。其中一條單向光軌包含M個節點，M >3，且M為自然數；在每個節點處都有一個用來存放光軌信息的本地數據庫；網絡業務請求分為語音類型、視頻類型、文件類型三種。最輕承載光軌分配系統還包括標簽值(bicQ計算模塊，計算數據請求節點的標簽值，來判斷該節點的優先級，標簽值計算采用設定不同的權值的方式，標簽值計算公式如下
「00331 bid. = a* — + b*—, 0 <α < 1, 0 < < 1, a + b = \
1 Ti M 其中Ti表示請求業務的最大等待時延，i代表光總線上的不同節點，、表示從服務的第一個包到達的時刻開始已經等待的時延；I反應了數據是否急于發送。Isd表示一次數據傳輸請求成功時，源節點與目的節點之間活動節點的數目(包括源節點與目的節點
在內)，M表示該條光總線的總節點數， lsd/m反應了，一次光連接中，活動節點占總節點數的比
M
例，比例值越大，表明一次光連接中，光軌上活動節點的數目越多，空閑節點數目越少，光總線活躍度就越高，即光總線的利用率越高，被縮短或者拆除的概率越小。調整a和b的取值， 可以得到不同需要時的標簽值，本實施例取a = 0. 65，b = 0. 35。第一分配因子(Wj)計算模塊，用來判斷新到請求的優先級是否高于正在占用光軌的請求的優先級。計算公式為％ = bidi-bid^。即新到請求的標簽值與光軌j上正在傳輸的信息的標簽值之差。其中光軌j表示節點處光纖鏈路中的任意一條可用光軌。bid^. 表示光軌j上正在傳輸的信息的標簽值。Wj值越大，表明信息的優先級越高，則信息在光軌 j上競爭到資源的概率越大。光軌資源分配控制模塊，用以依照以下分配策略執行分配過程步驟1 有請求到達數據請求節點時，計算標簽值bidp并搜索光軌本地數據庫，尋找所有可直達光軌，如果只有一條可直達光軌，將該條光軌分配給新到的請求；否則執行步驟2;步驟2 為每一條可直達光軌計算第一分配因子W」，對于j = 1，…，N，若有光軌j 使得條件％ > 0成立，且滿足這一條件的光軌數目為1，將該條光軌分配給新到的請求；若滿足這一條件的光軌數目大于1，則執行步驟3 ；步驟3 搜索光軌j本地數據庫，查詢這些滿足條件的光軌在上一時刻傳輸的信息的優先級情況，看是否有bidq = 0的光軌存在，有則選擇％值最大的光軌，將該條光軌分配給新到的請求。本實施例的一種最輕承載光軌分配系統，由一條包含N條光軌的光纖鏈路和一個光軌本地數據庫；標簽值計算模塊；第一分配因子計算模塊；光軌負載比例計算模塊，負載調整因子計算模塊，負載均衡因子計算模塊，第二分配因子計算模塊；請求到達后具體的分配過程；網絡吞吐量、負載均衡度和時延抖動評價方案共同組成。所述光軌本地數據庫主要記錄節點處光軌的建立、拆除情況和使用情況，當光纖鏈路中新建或拆除一條光軌時，則會在光軌本地數據庫中添加或刪除一條光軌記錄。當某個節點競爭到光軌資源時，光軌本地數據庫會記錄競爭到資源的請求的優先級等參數。光軌本地數據庫中記錄的信息主要用于查詢是否有直達光軌，并比較新到請求的標簽值和占用該條光軌的節點的標簽值。所述有請求到達的節點，先在光軌本地數據庫中搜索所有可直達光軌。并計算請求的標簽值。所述三種網絡業務請求語音類型、視頻類型、文件類型，分別表示三種不同實時性要求的業務。其中語音類型實時性要求最高，視頻類型次之，文件類型最低。所述光軌資源分配控制模塊，執行步驟如下步驟1 有請求到達節點時，節點計算標簽值Mdi,并搜索光軌本地數據庫，尋找到可直達光軌。如果只有一條可直達光軌，將該條光軌分配給新到的請求。否則執行步驟2。步驟2 為每一條可直達光軌計算第一分配因子W」。對于j = l，…，N，若有j使得％ > 0成立，且滿足這一條件的光軌數目為1，將該條光軌分配給新到的請求。若滿足這一條件的光軌數目大于1，則執行步驟3。步驟3 搜索光軌本地數據庫，查詢這些滿足條件的光軌在上一時刻傳輸的數據的信息。看是否有bidq = 0的光軌存在，有則選擇％值最大的光軌，將該條光軌分配給新到的請求。所述網絡吞吐量評價準則具體定義為單位時間內網絡接收的數據量。網絡吞吐量 =某段時間網絡接收到的比特/這段時間。單位Kbit/s。網絡吞吐量與網絡狀況有很大關系，它反映了網絡的阻塞程度，網絡資源是否充分利用等。吞吐量越大，表明網絡狀況越好，網絡整體性能越高。所述網絡負載均衡度評價準則具體定義為光纖鏈路中所有光軌承載的數據流量大小的方差。它反應網絡中每一條光軌上的負載量是否均衡。網絡負載均衡可以減少網絡阻塞，從而減少網絡丟包率。并且還可以減少光軌被拆除的概率，充分利用已有光軌，使得網絡不用總是處于光軌建立和拆除狀態而浪費大量的時間。因此，網絡負載均衡度越小越好。實施例2本實施例的資源分配系統還包括光軌負載比例(Pp計算模塊，用以反應新到請求對光軌上的負載量的影響程度。
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計算公式為巧。即當光軌j分配給新到請求后，光軌上原有負載量占總負載量的
比例。比例越大，表明光軌上的負載越重。其中Α表示可直達光軌j上已有的負載量大小。 Di表示節點i處新到請求的容量大小。Di+^表示當光軌j分配給新到請求后，光軌j上的總負載量。負載調整因子(TP計算模塊，由于新到的請求可能會導致光軌上原有請求的丟失，因此需要一個調整因子，使得負載均衡的同時減小丟包率。負載調整因子用上一時刻競
爭到光軌資源的請求的平均容量占整個光軌容量的比例來表示。計算公式為乃=}。
C xn
其中η表示上一時刻競爭到光軌資源的節點的個數，C表示光軌容量。負載調整因子反應了光軌上業務信息的均值大小。如果上一時刻光軌j上的業務信息均值越小，則新請求到達時，可能影響到的數據包就越少，因此丟包率就會越小。負載均衡因子(F》計算模塊，反應光軌上的負載情況。計算公式為$ = Pj+Tjo 即光軌負載比例與負載調整因子的和。。值越大表明光軌負載越重，因此在請求到達時，優先分配&值較小的光軌。第二分配因子計算模塊，在第一分配因子分配光軌失敗的情況下，調用第二分配因子。計算公式為埤=(I-Wj)+ε *FJO其中ε表示權重因子。它在
之間取合適的值，用于增強分配的準確性。通常ε取值為0.8。從上式可以看出，％因子主要由兩大部分組成信息優先級和光軌負載均衡因子。當信息優先級越高，光軌負載量越小時，Qj 值越小，此時信息在該條光軌上成功傳輸的概率越大。％值越小越好。在所述光軌資源分配控制模塊中，如果步驟2中，沒有光軌j使得條件W」> 0成立，或者步驟3中，沒有bid^ = 0的光軌存在；為每條滿足條件的光軌計算第二分配因子 Qj,并將計算得到的％值按照升序排列，選取％值最小的光軌，將該條光軌分配給新到的請求。本實施例中網絡拓撲包含8個網絡交換節點。每條光纖鏈路中包含8個波長，其中包含2條控制信道和6條數據信道，單波長容量為10(ibit/S。所有節點都不具備波長轉換能力。網絡中光軌的最大可容納節點數目為5。業務到達時間服從泊松分布，且均勻的分布在網絡中的各個節點上。評價網絡吞吐量，得到附圖1所示結果。可見最輕承載光軌分配方案的網絡吞吐量較高。本實施例的其他方案均與實施例1相同。實施例3本實施例中的參數與實施例2相同，評價網絡負載均衡度，得到附圖2所示結果。 可見最輕承載光軌分配方案的負載分配較均衡。本實施例的其他結構和工作過程均與實施例1相同。本說明書的實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發明的保護范圍也及于本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。
權利要求
1.一種用于光軌網絡的最輕承載光軌資源分配系統，所述光軌網絡包括一條包含N條單向光軌的光纖鏈路，N> 1，且N為自然數，其中一條單向光軌包含M個節點，3，且M 為自然數；在每個節點處都有一個用來存放光軌信息的本地數據庫；其特征在于所述光軌資源分配系統包括標簽值計算模塊，用以計算數據請求節點的標簽值bidp標簽值Mdi計算采用設定不同的權值的方式，標簽值計算公式如下
2.如權利要求1所述的用于光軌網絡的最輕承載光軌資源分配系統，其特征在于所述光軌資源分配系統還包括光軌負載比例計算模塊，用以計算反應新到請求對光軌上的負載量的影響程度的光軌D1負載比例Pj，計算公式為A，其中，Dj表示可直達光軌j上已有的負載量大小,Di表示節點i處新到請求的容量大小，D.+Dj表示當光軌j分配給新到請求后，光軌j上的總負載量；負載調整因子計算模塊，用以計算負載調整因子Ir計算公式為7；=1，其中，η表cxn示上一時刻競爭到光軌資源的節點的個數，C表示光軌容量；負載均衡因子計算模塊，用以計算反應光軌上的負載情況的負載均衡因子Fp計算公式為=Fj = Pj+TJ ；第二分配因子計算模塊，用以計算第二分配因子％，計算公式為
3.如權利要求1或2所述的用于光軌網絡的最輕承載光軌資源分配系統，其特征在于 所述光軌資源分配系統還包括網絡吞吐量評價模塊，用以計算單位時間內網絡接收的數據量；網絡負載均衡度評價模塊，用以計算光纖鏈路中所有光軌承載的數據流量大小的方差。
全文摘要
一種用于光軌網絡的最輕承載光軌資源分配系統，包括標簽值計算模塊，用以計算數據請求節點的標簽值bidi；第一分配因子計算模塊，用以計算判斷新到請求的優先級是否高于正在占用光軌的節點的優先級的第一分配因子Wj；光軌資源分配控制模塊，用以根據計算標簽值bidi和第一分配因子Wj，若有光軌j使得條件Wj＞0成立，且滿足這一條件的光軌數目為1，將該條光軌分配給新到的請求；若滿足這一條件的光軌數目大于1，看是否有bidH，j＝0的光軌存在，有則選擇Wj值最大的光軌，將該條光軌分配給新到的請求。本發明能有效實現光軌網絡中光軌資源分配、滿足光軌網絡業務實時性要求、提高光軌資源利用率。
文檔編號H04B10/12GK102158410SQ20111008645
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月7日 優先權日2011年4月7日
發明者樂孜純, 李聲湘 申請人:浙江工業大學