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基于无色无向无冲突可重构光分插复用器节点的全光IP组播能效调度

刘焕淋 方菲 陈勇 向敏 马跃

引用本文: 刘焕淋, 方菲, 陈勇, 向敏, 马跃. 基于无色无向无冲突可重构光分插复用器节点的全光IP组播能效调度[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(11): 2571-2577. doi: 10.11999/JEIT180937 shu
Citation:  Huanlin LIU, Fei FANG, Yong CHEN, Min XIANG, Yue MA. Energy-efficient Scheduling Algorithm for All Optical IP Multicast Based on Colorless, Directionless and Contentionless-Flexible Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer Node[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2019, 41(11): 2571-2577. doi: 10.11999/JEIT180937 shu

基于无色无向无冲突可重构光分插复用器节点的全光IP组播能效调度

    作者简介: 刘焕淋: 女,1970年生,教授,研究方向为光通信及网络;
    方菲: 女,1995年生,硕士生,研究方向为光网络能效调度;
    陈勇: 男,1963年生,教授,研究方向为光传感检测;
    向敏: 男,1974年生,教授,研究方向为智能电网;
    马跃: 男,1977年生,高级工程师,研究方向为电力通信
    通讯作者: 刘焕淋,liuhl2@sina.com
  • 基金项目: 国家电网总公司科技项目(52010118000Q)

摘要: 为了提高无色无向无冲突灵活的可重构光分插复用器(CDC-F ROADM)节点的弹性光网络IP组播频谱-能耗效率,该文提出一种全光组播能效调度算法(AMEESA)。在算法路由阶段,考虑能耗和链路频谱资源使用情况设计链路代价函数,构建最小代价光树算法组播光树。在频谱分配阶段,设计基于高效光谱分辨率(HSR)光树中间节点频谱转换方法,选择节能频谱转换方案为组播光树分配频谱块资源。仿真分析表明,所提算法能有效提升网络能效,降低IP组播带宽阻塞率。

English

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  • 图 1  CDC-F ROADM光交换组播节点结构

    图 2  基于HSR的全光上下路和频谱转换模块

    图 3  不同负载条件下NSFNET网络中的带宽阻塞率

    图 4  不同负载条件下USNET网络中的带宽阻塞率

    图 5  不同负载条件下NSFNET网络中的能效

    图 6  不同负载条件下USNET网络中的能效

    表 1  不同调制格式下单频隙的传输速率、能耗和最大距离

    调制格式传输速率(Gb/s)能耗(W)最大距离(km)
    BPSK12.5112.3744000
    QPSK25.0133.4162000
    8QAM37.5154.4571000
    16QAM50.0175.498500
    32QAM62.5196.539250
    下载: 导出CSV

    表 2  AMEESA算法

     输入:光网络拓扑$G\left( {{\text{V}}, {\text{E}}, {\text{S}}} \right)$,节点集${\text{V}} = \left\{ {{v_i}|i = 1, 2, ·\!·\!· , \left| {\text{V}} \right|} \right\}$,节点端口数N,链路集${\text{E}} = \left\{ {{e_{ij}}|i, j \in {\text{V}}, i \ne j} \right\}$,链路频隙集${\text{S}} = \left\{ {{s_i}|i =}\right.$    $\left.{ 1, 2, ·\!·\!· , |{\text{S}}|} \right\}$,组播集${\text{R}} = \left\{ {{R_k}|k = 1, 2, ·\!·\!· , \left| {\text{R}} \right|} \right\}$,其中组播请求Rk=(sk, Dk, wk), sk为第k个业务源节点,Dk为第k个业务目的节点集    合,wk代表第k个业务所需频谱带宽,设变量k=1;
     输出:各组播的传输光树和路径上频隙索引值起止编号,网络能耗PT
     (1) 判断集合R是否空?如果是,则转到步骤(12),如果不是,处理第k个组播请求Rk=(sk, Dk, wk);
     (2) 初始化组播Rk光树集合Tk=$\varnothing $,使用式(8)更新网络拓扑中每条链路的代价;
     (3) 在Dk中任取一个目的节点dj,使用Dijkstra算法为组播计算一条从源节点skdj的最小代价路径Pk, j;并将Pk, j加入组播光树Tk中,更新  业务Rk目的节点集合Dk=Dkdj
     (4) 判断目的节点集合Dk是否为$\emptyset $,如果是,转步骤(5);否则,返回至步骤(3);
     (5) 根据组播光树Tk大小,在距离物理损伤约束下基于HSR为组播选择最佳的调制等级,并计算组播Rk所需频隙数n,确定频隙索引起止编号;
     (6) 统计光树Tk中所有链路的空闲频谱资源,判断是否有频谱块满足组播的带宽需求,若有,转步骤(7);否则,跳至步骤(8);
     (7) 为组播Rk建立光树连接,使用FF方法为组播Rk分配频谱,计算网络总能耗PT,转步骤(11);
     (8) 根据光树中所有链路的空闲频谱情况,判断组播是否可通过HSR在光树中间节点频谱转换满足带宽分配需求,若可以,则转步骤(9);
      否则,阻塞该组播请求,k =k+1,返回步骤(1),处理下一个组播;
     (9) 将链路上满足组播请求的频谱资源从小到大排序,如果频谱块大小相同,再按照频谱块的起始索引值大小由小到大排序;确定频谱不一
      致的光树中间节点进行频谱转换,选择频谱起始索引值小的频谱块分配给组播光树,并计算网络能耗PT,选择使得网络能耗最小的中间
      节点频谱转换方案;
     (10) 若经中间节点频谱转换的组播频谱分配成功,转步骤(11);否则,阻塞组播,k =k+1,转步骤(1);
     (11) 组播Rk路由和频谱分配成功,记录光树Tk和各链路上频隙分配的起止频隙编号,网络能耗PT
     (12) AMEESA算法结束,输出各成功传输组播的路由光树、频谱分配和网络能耗。
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图(6)表(2)
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  • 通讯作者:  刘焕淋, liuhl2@sina.com
  • 收稿日期:  2018-10-08
  • 录用日期:  2019-03-12
  • 网络出版日期:  2019-05-20
  • 刊出日期:  2019-11-01
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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