一種靈活調整預留型業務傳輸帶寬的光網絡節能路由方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光纖通信技術領域，設及一種靈活調整預留型業務傳輸帶寬的光網絡 節能路由方法。
【背景技術】
[0002] 隨著云計算、視頻會議、多媒體遠程教育等高速業務的迅猛發展，網絡的帶寬資源 日趨緊張，為滿足用戶的高速率和高帶寬需求，網絡運營商不得把信息傳輸渠道建設的更 加"寬廣"，寬廣的渠道也意味著網絡傳輸能耗急劇增大。快速增長的網絡傳輸能耗已成為 制約網絡發展的主要因素，面對資源減少和全球氣候變化的壓力，降低網絡傳輸能耗，實現 信息產業的綠色可持續發展已刻不容緩。
[0003] 隨著電子商務的不斷發展，靈活時間帶寬預留型業務在現實應用越來越多，如科 研機構、銀行、數據中屯、會定期進行數據交付，網格計算等，運類靈活時間帶寬預留型業務 占網絡業務的比例也不斷增大，其帶來的網絡能耗同樣不容忽視。但是，當前的節能路由算 法研究多集中于即時分配業務，對業務持續時間長的帶寬預留型業務的研究較少。網絡的 傳輸能耗主要由被占用的設備收/發器能耗、中間節點的路由器端口能耗、傳輸鏈路上的 光放大器數目和光路激活的持續時間決定，如果光路經過的中轉節點（跳數）越多或光路 占用時間越長，也被占用的核屯、路由器的收/發端口數目就越多，能耗就越大。因此，預留 型業務的傳輸能耗取決于業務選擇的傳輸時隙（時間窗口）和傳輸光路，最小化預留型業 務的傳輸能耗問題即轉化為業務選擇合適的傳輸時隙和在可用傳輸時隙內選擇合適的傳 輸光路問題，在網絡規模較大時，該問題被證明是一個典型的非確定性多項式NP(非確定 性多項）難問題。
[0004] 基于啟發式算法思想，有研究者提出針對靈活時間帶寬預留型業務的傳輸開始時 亥IJ、截止時刻不確定的特性提出了一種新型的資源分配模式，它將業務的持續時間切分成 很多獨立的時隙，每個時隙獨立選擇傳輸路徑，運樣就能使得業務盡可能地分散到不同的 時隙和路徑上傳輸，最終能減少網絡的阻塞率，但是運樣的路徑和時隙選擇方式導致大量 的能量消耗，不利于通信網的節能減排。
【發明內容】
陽〇化]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種靈活調整預留型業務傳輸帶寬的光網絡節 能路由方法，在該方法中，網絡根據預留型業務請求的源和目的節點傳輸帶寬和時隙要求， 用最短路徑算法計算網絡中滿足帶寬和時隙要求的K條源和目的節點之間的最短光路，其 中K為網絡的平均節點度數，計算網絡中所有待傳輸業務若選擇經過運條路徑時需要占用 的傳輸時隙占用情況構造路由權值矩陣元素值，矩陣的行向量對應傳輸路徑，列向量為每 條路徑對應的傳輸時隙，對網絡中所有滿足相同源到目的節點的待傳輸的業務，若該傳輸 時隙滿足業務傳輸時間要求，矩陣的元素值加1。根據路由權值矩陣對請求傳輸的所有預留 型業務分配傳輸時隙、傳輸光路和帶寬，對路由權值矩陣元素值從最大值元素開始，依次檢 查所選元素對應的傳輸路徑的可用剩余帶寬是否滿足預留業務帶寬要求，若所選傳輸路徑 可用剩余帶寬滿足業務所需帶寬要求，則將業務分配到此光路和對應的傳輸時隙內傳輸， 并對路由權值矩陣對應的元素值減1，該方法盡量使多個業務集中在滿足傳輸時間要求的 光路上傳輸，減少光網絡中占用光路數目和端口數目而實現節能目的。檢查光網絡中根據 預留型業務傳輸時間和帶寬要求傳輸業務的光路上僅傳輸一個業務的光路，根據光路上業 務持續時間和帶寬使用情況，重路由該光路的業務到滿足傳輸時隙要求且傳輸業務數目較 多的光路上傳輸，并根據預留型業務的帶寬需求，檢查能否增加光路上可用傳輸時隙內的 可用帶寬使滿足遷移業務所需傳輸時隙內的帶寬需求，若通過帶寬調整后滿足業務重路由 要求，則遷移業務到該光路中傳輸，對于已經成功傳輸業務或業務遷移離開的光路，釋放已 經占用的光路上各鏈路帶寬和傳輸時隙，所有只傳輸一個業務的光路是否滿足重路由傳輸 檢查結束后，基于帶寬調整的重路由的過程結束。
[0006] 為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：
[0007] 一種靈活調整預留型業務傳輸帶寬的光網絡節能路由方法，包括W下步驟：步驟 一：網絡根據鏈路和傳輸時隙占用情況構造路由權值矩陣；步驟二：根據路由權值矩陣，為 預留業務選擇最小能耗的傳輸路徑和時隙；步驟=:根據光路上業務持續時間和帶寬使用 率情況，重路由光路上只有一個業務的請求到可W與其它業務重合傳輸時隙的光路上，并 根據預留型業務的持續時間和帶寬需求調整該光路中傳輸時隙內帶寬W支持業務節能傳 輸。
[0008] 進一步，在步驟一中，構造光網絡中源到目的節點光纖鏈路和傳輸時隙路由權值 矩陣，行向量為傳輸路徑，列向量為每條路徑對應的傳輸時隙，對網絡中所有滿足相同源到 目的節點的待傳輸的業務，若該傳輸時隙滿足業務傳輸時間要求，相應矩陣的元素值加1; 矩陣構造過程為：對每一個滿足相同源和目的節點的待傳輸業務請求，計算網絡中該源到 目的節點的K條鏈路分離最短路徑，其中K為網絡的平均節點度數，從當前時刻開始，將網 絡運行可用時間劃分出一組傳輸時隙，根據每個業務請求，確定業務需要預定的傳輸起始 時隙，對K條路徑的每一條路徑，檢查傳輸時隙是否滿足業務傳輸持續時間和帶寬要求，若 滿足，該路徑對應行的此元素值加1。
[0009] 進一步，在步驟二中，根據源和目的節點間的路由權值矩陣，計算光網絡中不同備 選傳輸路徑（行向量）在不同時隙內（列向量）被所有業務選作傳輸路徑的次數，選擇矩陣 中元素數值從最大開始元素值，檢查矩陣該元素值對應的傳輸路徑的剩余帶寬是否滿足請 示業務的帶寬要求，若滿足，則對應路由權值矩陣的元素值減1，并對選中光路的各鏈路的 可用帶寬減去已分配帶寬；若不滿足帶寬要求，在路由權值矩陣中依次尋找第二大元素值， 檢查對應光路的可用帶寬是否滿足業務請求帶寬要求，直到該業務被成功分配傳輸光路和 帶寬為止。該路徑選擇和帶寬分配方法可W使更多的相同源和目的節點業務請求集中在相 同的時隙內、相同的光路上傳輸，使多個業務共用設備端口和波長信道，減少網絡的阻塞率 和端口能耗。
[0010] 進一步，在步驟=中，對光網絡中僅被一個業務預占用的光路，通過遷移或疏導運 些光路上的業務到帶寬利用率高或傳輸業務數目多且滿足需要遷移業務的傳輸時間窗口 (時隙）的光路上，計算通過增加傳輸時隙內帶寬、壓縮或減小該光路上不滿足業務傳輸時 隙內的傳輸帶寬是否滿足需要遷移業務的傳輸帶寬要求，如果滿足，將業務重路由到此帶 寬利用率高的光路上傳疏，并關閉業務原來預分配的光路和釋放帶寬。該帶寬調整方法可W靈活地調整傳輸時隙內帶寬，改善了光路的帶寬碎片問題，最小化光網絡中已建光路的 數目，從而實現節能。
[0011] 本發明的有益效果在于：本方法在為光網絡中預留型業務分配傳輸帶寬和時隙 時，盡量在滿足傳輸時隙要求和光路帶寬條件下，將多個業務聚集在少數光路上傳輸，同時 采用帶寬調整策略重路由只有一個業務的光路上的業務到其它已建光路上傳輸，減少占用 光路的數目，從而減少光路需要的端口數目和光放大器數目，降低了整個光網絡的能耗。
【附圖說明】
[0012] 為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行 說明：
[0013] 圖1為預留型業務傳輸時隙和最小能耗光路選擇方法流程圖；
[0014] 圖2為預留型業務獨立選擇傳輸時隙示意圖；
[0015] 圖3為預留型業務盡可能重合選擇傳輸時隙意圖；
[0016] 圖4為疏導業務的帶寬調整示意圖；
[0017] 圖5為帶寬調整策略為疏導業務重路由流程圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面將結合附圖，