一种提升弹性光网络多播阻塞公平性的方法及系统

1.本发明涉及一种提升弹性光网络多播阻塞公平性的方法及系统，属于弹性 光网络的技术领域。


背景技术：

2.数据中心间数据库同步和实时视频流等多播服务正日益普及。在多播应用 中，预计到2022年，实时互联网视频将占互联网视频流量的17％，比2017年 增长15倍。由于多播业务的快速增长，多播的高效适配成为一个非常重要的研 究课题。与单播连接不同，多播连接涉及从一个源到多个目的地的传输。直观 地说，给定网络资源，具有更多目的地的多播请求更有可能被阻止。弹性光网 络(eon)被认为是下一代光网络的潜在候选者，具有多种程度的灵活性。然 而，大多数研究侧重于提高资源和能量效率，而忽略了多播阻塞的不公平性， 因为目的地多的多播阻塞概率明显更高。多目的地的多播阻塞概率更高的情况， 会导致多个方面的问题，如网络中立原则问题、大公司订单丢失问题等。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种提升弹性光网络多播 阻塞公平性的方法，能够提高具有不同目的个数的多播之间的阻塞概率的公平 性。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
4.第一方面，本发明提供了一种提升弹性光网络多播阻塞公平性的方法，包 括：
5.获取弹性光网络中多播请求的源节点、所有目的节点以及频隙数；
6.根据多播请求的频隙数以及弹性光网络的频隙数，得到一组满足传输要求 的频谱窗口；根据弹性光网络中各条链路的频隙占用情况，得到各个频谱窗口 对应的频谱窗口平面；
7.优先考虑频谱索引值低的频谱窗口平面；在一个频谱窗口平面上运行预设 算法搜索从源节点到所有未覆盖的目的节点之间的路径，找到路径成本最低的 目的节点，使用最短路径连接多播请求源节点和该目的节点，设置该目的节点 为已覆盖，在弹性光网络中构建路由树，并从频谱窗口平面上设置该路径链路 成本为0；在一个频谱窗口平面上继续运行预设算法，直到所有目的节点加入该 路由树，否则考虑下一个频谱窗口平面；当没有频谱窗口平面上能搜索到一个 连接源节点到所有目的节点的路由树时阻塞该业务；
8.响应于所有目的节点均匹配到最短路径并生成了路由树，在弹性光网络中 建立多播请求。
9.结合第一方面，进一步地，所述频谱窗口平面由节点和链路组成，链路上 相应频谱窗口的频谱资源均未被占用。
10.结合第一方面，进一步地，所述频谱窗口包含的连续频隙数由多播请求决 定，频谱窗口平面的编号与频谱窗口的编号一致。
11.结合第一方面，进一步地，所述多播请求包括：源节点s、目的节点集合d、 请求频
隙数k。
12.结合第一方面，进一步地，所述路由树是根据多播请求和频谱资源利用信 息在网络中搜索得到的。
13.结合第一方面，进一步地，所述预设算法为最短路径算法。
14.第二方面，本发明提供了一种提升弹性光网络多播阻塞公平性的系统，包 括：
15.获取模块：用于获取弹性光网络中多播请求的源节点、所有目的节点以及 频隙数；
16.获取频谱窗口平面模块：用于根据多播请求的频隙数以及弹性光网络的频 隙数，得到一组满足传输要求的频谱窗口；根据弹性光网络中各条链路的频隙 占用情况，得到各个频谱窗口对应的频谱窗口平面；
17.构建路由树模块：用于优先考虑频谱索引值低的频谱窗口平面；在一个频 谱窗口平面上运行最短路径算法搜索从源节点到所有未覆盖的目的节点之间的 路径，找到路径成本最低的目的节点，使用最短路径连接多播请求源节点和该 目的节点，设置该目的节点为已覆盖，在弹性光网络中构建路由树，并从频谱 窗口平面上设置该路径链路成本为0；在一个频谱窗口平面上继续运行最短路径 算法，直到所有目的节点加入该路由树，否则考虑下一个频谱窗口平面；当没 有频谱窗口平面上能搜索到一个连接源节点到所有目的节点的路由树时阻塞该 业务；
18.建立多播请求模块：用于响应于所有目的节点均匹配到最短路径并加入路 由树，在弹性光网络中建立多播请求。
19.第三方面，本发明提供了一种计算设备，包括处理器及存储介质；
20.所述存储介质用于存储指令；
21.所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行第一方面所述方法的步骤。
22.第四方面，本发明提供了计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序， 其特征在于，该程序被处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。
23.与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种提升弹性光网络多播阻塞公 平性的方法及系统所达到的有益效果包括：
24.本发明获取弹性光网络中多播请求的源节点、所有目的节点以及频隙数； 根据多播请求的频隙数以及弹性光网络的频隙数，得到一组满足传输要求的频 谱窗口；根据弹性光网络中各条链路的频隙占用情况，得到各个频谱窗口对应 的频谱窗口平面。本发明通过频谱窗口平面提供了一种在保证约束的情况下搜 索路由树的方法，能够保证频谱连续性约束和频谱不冲突约束；
25.本发明优先考虑频谱索引值低的频谱窗口平面；在一个频谱窗口平面上运 行预设算法搜索从源节点到所有未覆盖的目的节点之间的路径，找到路径成本 最低的目的节点，使用最短路径连接多播请求源节点和该目的节点，设置该目 的节点为已覆盖，在弹性光网络中构建路由树，并从频谱窗口平面上设置该路 径链路成本为0；在一个频谱窗口平面上继续运行预设算法，直到所有目的节点 加入该路由树，否则考虑下一个频谱窗口平面；当没有频谱窗口平面上能搜索 到一个连接源节点到所有目的节点的路由树时阻塞该业务；响应于所有目的节 点均匹配到最短路径并生成了路由树，在弹性光网络中建立多播请求。本发明 提出了一种基于最小成本路径启发式(minimum cost path heuristic,mph)
的算法， 将成本最小的目的地一个接一个的添加到路由树中，能够有效找到接近最小成 本的路由树。
26.本发明将最小成本路径启发式(minimum cost path heuristic,mph)算法与频 谱窗口平面结合，采用首次命中(first fit)频谱分配策略，本发明利用频谱资源 利用程度在路由树中搜索多播请求，尝试从最低的频隙索引到每个最高的swp， 直到通过连接多播源和所有目的地的mph算法找到路由树。本发明在所有不同 的流量负载情况下，与传统两步法相比，具有更好的阻塞性能，能够提高具有 不同目的个数的多播之间的阻塞概率的公平性，还能适用于调整某些设置的传 统wdm网络。
附图说明
27.图1是本发明实施例1提供的一种提升弹性光网络多播阻塞公平性的方法 的流程图。
28.图2是本发明实施例2中的一种提升弹性光网络多播阻塞公平性的方法与 传统两步法的性能比较图；
29.图3是本发明实施例2中的一种提升弹性光网络多播阻塞公平性的方法与 传统两步法的频隙数量和目的节点数的比较图。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明 本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
31.实施例一：
32.本实施例提供一种提升弹性光网络多播阻塞公平性的方法，包括：
33.获取弹性光网络中多播请求的源节点、所有目的节点以及频隙数；
34.根据多播请求的频隙数以及弹性光网络的频隙数，得到一组满足传输要求 的频谱窗口；根据弹性光网络中各条链路的频隙占用情况，得到各个频谱窗口 对应的频谱窗口平面；
35.优先考虑频谱索引值低的频谱窗口平面；在一个频谱窗口平面上运行预设 算法搜索从源节点到所有未覆盖的目的节点之间的路径，找到路径成本最低的 目的节点，使用最短路径连接多播请求源节点和该目的节点，设置该目的节点 为已覆盖，在弹性光网络中构建路由树，并从频谱窗口平面上设置该路径链路 成本为0；在一个频谱窗口平面上继续运行预设算法，直到所有目的节点加入该 路由树，否则考虑下一个频谱窗口平面；当没有频谱窗口平面上能搜索到一个 连接源节点到所有目的节点的路由树时阻塞该业务；
36.响应于所有目的节点均匹配到最短路径并生成了路由树，在弹性光网络中 建立多播请求。
37.频谱窗口平面由节点和链路组成，链路上相应频谱窗口的频谱资源均未被 占用。
38.频谱窗口包含的连续频隙数由多播请求决定，频谱窗口平面的编号与频谱 窗口的编号一致。
39.路由树是根据多播请求和频谱资源利用信息在网络中搜索得到的。
40.预设算法为最短路径算法。
41.多播请求包括：源节点s、目的节点集合d、请求频隙数k。
42.本实施例中将如图1所示的一种提升弹性光网络多播阻塞公平性的方法写 为算法。
43.算法输入为：网络拓扑、频隙数n和一个多播请求m＝《s；d,k》，其中s为 源节点，d＝{d1,d1,..,dn}为目的节点集合，k为请求频隙数。
44.算法输出为：多播路由与频谱分配或阻塞请求。
45.算法如下所示：
[0046][0047][0048]
阻塞该多播业务请求并统计。
[0049]
本算法将最小成本路径启发式(minimum cost path heuristic,mph)算法与频 谱窗口平面结合，采用first fit频谱分配策略，本发明利用频谱资源利用程度在 路由树中搜索多播请求，尝试从最低的频隙索引到每个最高的swp，直到通过 连接多播源和所有目的地的mph算法找到路由树。本发明在所有不同的流量负 载情况下，与传统两步法相比，具有更好的阻塞性能，能够提高了具有不同目 的个数的多播之间的阻塞概率的公平性，还能适用于调整某些设置的传统wdm 网络。
[0050]
实施例二：
[0051]
本发明实施例采用实施例一所述的方法，进行仿真运行。
[0052]
考虑了两种网络拓扑结构，即14节点nsfnet和24节点usnet，每个网 络链路对应一根具有320个频隙的光纤。多播到达遵循泊松过程，保持时间服 从负指数分布。目的节点数量和频隙数量遵循从5到10的统一分布。源节点和 目的节点进行随机生成。通过一百万个多播到达来检测算法的性能。
[0053]
如图2所示为实施例一提供的一种提升弹性光网络多播阻塞公平性的方法与传统两步法的性能比较图。
[0054]
由图2能够看出，当流量负载增大时，实施例一提供的方法（swp-mph）和传统两步法（ts-mph）的阻塞概率都会增加。在所有不同的流量负载情况下，实施例一提供的方法的性能明显优于传统两步法。对图进行具体分析，在图2中，实施例一提供的方法（swp-mph）在100 erlang的流量负载下的阻塞概率约为2.66%，其流量负载约为传统两步法（ts-mph）在接近该阻塞概率下所对应流量负载的2.5倍，传统两步法（ts-mph）在此流量负载的阻塞概
率约为2.63%。
[0055]
如图3所示为实施例一提供的一种提升弹性光网络多播阻塞公平性的方法与传统两步法的频隙数量和目的节点数的比较图。
[0056]
由图3所示，考虑频隙个数的影响，比较实施例一提供的方法（swp-mph）和传统两步法（ts-mph）在100 erlang流量负载下的nsfnet。这两种算法在频隙数量较大的情况下显示出较高的阻塞概率，但在整体情况下，实施例一提供的方法（swp-mph）实现的阻塞概率明显低于传统两步法（ts-mph）。具体而言，当频隙数量为10时，实施例一提供的方法（swp-mph）的阻塞概率为8%，显著低于传统两步法（ts-mph）的63%。
[0057]
比较两种算法在相同流量负载和接近阻塞概率下的性能，评估了图2所示目的地个数对两种算法的影响。在所有情况下，具有更多目的地的多播请求具有更高的阻塞概率。在100 erlang流量负载下，实施例一提供的方法（swp-mph）的阻塞率显著降低，例如，在目的地个数为8的情况下，实施例一提供的方法（swp-mph）的阻塞概率为3%，而ts-mph的阻塞概率为52%。此外，在几乎相同的总阻塞概率下，与传统两步法（ts-mph）相比，实施例一提供的方法（swp-mph）实现了更平衡的阻塞，即在目的地更少和更多的情况下，分别实现了更高和更低的阻塞概率。这可以解释为，传统两步法（ts-mph）在不知道频谱资源使用情况的情况下计算路由树，从而导致更高的阻塞概率，且目的地越多的请求越有可能被阻塞，因为很难找到适合更大路由树的资源。然而，实施例一提供的方法（swp-mph）自适应地搜索路由树以适应网络变化。此外，该算法一旦找到路由树，多播就能够被容纳。
[0058]
仿真结果表明，实施例一提供的方法(swp-mph)具有更好的阻塞性能。 且该方法适用于调整某些设置的传统wdm网络。
[0059]
实施例三：
[0060]
本发明实施例提供一种提升弹性光网络多播阻塞公平性的系统，包括：
[0061]
获取模块：用于获取弹性光网络中多播请求的源节点、所有目的节点以及 频隙数；
[0062]
获取频谱窗口平面模块：用于根据多播请求的频隙数以及弹性光网络的频 隙数，得到一组满足传输要求的频谱窗口；根据弹性光网络中各条链路的频隙 占用情况，得到各个频谱窗口对应的频谱窗口平面；
[0063]
构建路由树模块：用于优先考虑频谱索引值低的频谱窗口平面；在一个频 谱窗口平面上运行最短路径算法搜索从源节点到所有未覆盖的目的节点之间的 路径，找到路径成本最低的目的节点，使用最短路径连接多播请求源节点和该 目的节点，设置该目的节点为已覆盖，在弹性光网络中构建路由树，并从频谱 窗口平面上设置该路径链路成本为0；在一个频谱窗口平面上继续运行最短路径 算法，直到所有目的节点加入该路由树，否则考虑下一个频谱窗口平面；当没 有频谱窗口平面上能搜索到一个连接源节点到所有目的节点的路由树时阻塞该 业务；
[0064]
建立多播请求模块：用于响应于所有目的节点均匹配到最短路径并加入路 由树，在弹性光网络中建立多播请求。
[0065]
实施例四：
[0066]
本发明实施例提供一种计算设备，包括处理器及存储介质；
[0067]
所述存储介质用于存储指令；
[0068]
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行实施例一所述方法的步骤。
[0069]
实施例五：
[0070]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序， 该程序被处理器执行时实现实施例一所述方法的步骤。
[0071]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计 算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结 合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包 含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、 cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0072]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品 的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/ 或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或 方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式 处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机 或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流 程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0073]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备 以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的 指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流 程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0074]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使 得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理， 从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程 或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0075]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变 形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。