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专利号: 2020109587401
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2025-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于任播和多播的节能路由频谱分配方法,应用于弹性光数据中心网络,其特征在于,包括以下步骤:

101、根据弹性光数据中心网络的能耗和频谱资源状态,以及业务r请求带宽br和服务时长tr,更新网络链路代价cl,根据传输距离与不同调制方式间的约束关系,优先选择低功耗调制方式在源节点s和各数据中心节点dk之间为业务r计算一条最小代价通路pk;

102、如果备选通路集合 根据通路能耗和频隙资源状态,对P中每一条通路pk,计算通路能耗代价 其中,E表示能耗,计算通路pk上每一个频隙窗口FWj的通路频谱代价进而得到pk上每一个频隙窗口FWj的通路联合代价 跳转到步骤103,否则,算法结束;

103、采用模拟退火算法思想建立路由频谱配置模型,设置初始温度T,降温系数λ和截止温度Tmin,以及内循环迭代计数门限φstop和未接受新解计数门限ωstop,令当前解的目标函数值ccur=+∞,最优解的目标函数值copt=+∞,内循环迭代计数变量φ=0,未接受新解计数变量ω=0,跳转到步骤104;

104、根据当前温度T,计算通路选择概率门限Q(T),分别为P中每条通路pk产生一个(0,

1)之间的随机数 将P中所有 的通路加入集合S,如果集合S中的通路数量小于等于业务连接的最大数据中心数k′,跳转到步骤105,否则,跳转到步骤110;

105、分别为集合S中每条通路pk上的每个空闲频隙窗口FWj产生一个(0,1)之间的随机数 根据 选择相应的频隙窗口,得到新的路由频谱配置解,并根据目标函数计算相应的目标函数值cnew,跳转到步骤106;

106、根据业务配置约束条件,判断新解是否为可行解,如果为可行解,跳转到步骤107,否则,令φ=φ+1,跳转到步骤105;

107、令Δc=cnew‑ccur,根据Δc计算新解接受概率QA,并产生一个(0,1)之间的随机数RΔc,如果QA>RΔc,令ccur=cnew,ω=0,跳转到步骤108,否则,令ω=ω+1,跳转到步骤109;

108、如果Δc<0,令copt=ccur,跳转到步骤109,否则,跳转到步骤109;

109、如果φ<φstop或ω<ωstop,令φ=φ+1,跳转到步骤105,否则,跳转到步骤110;

110、根据降温系数λ更新T值,如果T≤Tmin,令φ=0,ω=0,跳转到步骤104,否则,输出copt对应的最优解,并进行相应的路由频谱分配;

所述步骤101中链路代价cl的定义如式(1)所示:

式(1)中, 表示节点n的能耗代价,如式(2)所示, 表示链路l的能耗代价,如式(3)所示,其中,n为l的上游节点,W表示对能耗代价归一化处理的常数,α表示可调变量, 表示链路资源代价,如式(4)所示:式(2)中,POXC表示可变带宽光交叉连接器的功耗, 表示可变带宽光收发器的静态功耗,tr表示业务r的持续时间,tn表示节点n的工作时长, 表示可变带宽光收发器的动态功耗,bk表示业务在通路pk上分配的传输速率,如式(5)所示;式(3)中,PEDFA表示掺铒光纤max放大器功耗,tl表示链路l的工作时长;式(4)中,fl 表示链路l上最大空闲频隙窗口的频隙数量,ftotal表示链路总频隙数量;

式(5)中,fr表示业务需求频隙数量,如式(6)所示,Bm表示各个调制格式下单个频隙的传输速率:式(6)中,br表示业务r请求的传输速率,g表示一个单位的保护频隙;

步骤101中根据传输距离与不同调制方式间的约束关系,优先选择低功耗调制方式在源节点s和各数据中心节点dk之间为业务r计算最小代价通路pk,其中,不同调制方式对应不同调制等级,具体包括:

1)、初始化变量k=1,m=M,其中,M表示最高调制等级;

2)、在调制等级m下,更新链路代价cl,采用Dijkstra算法在s和dk之间为业务r寻找最小代价通路pk,其中,pk的通路代价为pk上各链路代价cl的累和,如果成功,跳转到3),否则,跳转到4);

3)、如果通路pk的长度满足调制等级m支持的最大传输距离,将pk加入集合P,跳转到4),否则,令m=m‑1,跳转到5);

4)、如果k<K,其中,K表示网络中数据中心总数量,令k=k+1,m=M,跳转到2),否则,跳转到6);

5)、如果m≥1,跳转到2),否则,跳转到4);

6)、输出P;

步骤102中通路能耗代价 通路pk上每一个频隙窗口FWj的通路频谱代价 和pk上每一个频隙窗口FWj的通路联合代价 的定义如式(7)到(9)所示:式(8)中,FWj表示通路上编号为j的频隙窗口, 表示FWj在链路l上的代价,如式(10)所示;式(9)中,α表示0到1之间的小数,N表示一个用于对 做归一化处理的正整数,Lp表示通路p中的链路数;

式(10)中, 表示编号为i的频隙代价,0表示空闲,1表示占用,is表示FWj的起始频隙号, 表示频隙is右侧最大连续空闲频隙个数, 表示频隙is左侧最大连续空闲频隙个数,fmin表示 表示FWj的频隙个数;

如果 可直接根据式(10)计算FWj的代价 否则,根据式(10)分别计算fr位于FWj左、右两侧时的代价,以最小代价作为FWj的代价 并优先在该侧配置fr。

2.根据权利要求1所述的一种基于任播和多播的节能路由频谱分配方法,其特征在于,步骤104中通路选择概率门限Q(T)的定义如式(11)所示;

Q(T)=1‑exp(‑T)      (11)

式(11)中,T表示当前温度。

3.根据权利要求1所述的一种基于任播和多播的节能路由频谱分配方法,其特征在于,步骤105中目标函数定义如式(12)所示:式(12)中,xk为二进制变量,1表示通路pk为业务的工作通路,0表示不为工作通路, 为二进制变量,1表示选择通路pk上编号为j的频隙窗口为业务配置所需频隙,0表示不选择。

4.根据权利要求1所述的一种基于任播和多播的节能路由频谱分配方法,其特征在于,步骤106中约束条件如式(13)到(15)所示: