弹性光网络中时延感知的降级恢复路由与频谱分配算法

移动云计算、人工智能(AI)、5G等新兴技术应用促使弹性光网络(EON)在骨干传输网中发挥更重要的角色,降级服务(DS)技术为降低EON的业务阻塞率、提高频谱利用率提供了新途径。该文首先对现有DS算法的资源分配不公、忽略低等级业务的体验质量(QoE)等问题,建立了以最小化降级频次、降级等级与传输时延损失(TDL)为联合优化目标的混合整数线性规划(MILP)模型,并提出一种时延感知的降级恢复路由与频谱分配(DDR-RSA)算法。为提高降级业务的QoE和运营商收益,在算法的最优DS窗口选择阶段中融入降级恢复策略,在保障传输数据量不变的前提下,将降级业务向空闲频域复原,从而提高频谱效率、减小降级业务TDL和最大化网络收益。最后,通过仿真证明了所提算法在业务阻塞率、网络收益和降级业务成功率等方面的优势。     

一种基于能量感知的弹性光网络RSA算法

弹性光网络具有高频谱效率和灵活性等优点,是光网络发展的主要方向。路由和频谱分配是弹性光网络的核心技术之一。文章提出了一种改进的基于能量感知的弹性光网络RSA(路由和频谱分配)算法,在进行选路和频谱分配时,同时考虑了网络中的能耗和可用频谱资源情况。理论分析和仿真结果表明,与传统RSA算法相比,改进算法可以提高能量效率,降低业务阻塞率。     

基于深度强化学习的C+L波段弹性光网络频谱分配算法

针对C+L波段弹性光网络中受激喇曼散射(SRS)效应导致物理层损伤加剧的问题,提出一种基于深度强化学习(DRL)自适应调制格式的频谱分配算法,在路由阶段,采用K最短路由算法为业务请求预计算K条最短备选路径;在波段、调制格式与频谱分配阶段,采用DRL进行智能化决策,并结合了2种奖励函数,以降低网络阻塞率并提高频谱使用效率。仿真结果表明,该算法能够有效降低阻塞率并提高频谱利用率。     

弹性光网络中基于频谱窗滑动的时变业务共享保护方法

针对弹性光网络(EONs)中时变业务生存性传输时消耗频谱资源多和业务阻塞率高的问题,该文提出一种基于频谱窗滑动的时变业务共享保护(TTSP-SWS)算法。TTSP-SWS算法选择可用频谱块承载权重和保护频谱块共享度的共享保护路径代价函数值最小的保护路径;通过在保护路径上滑动频谱窗,将时变业务分配至频谱窗共享度最高的频隙位置;当时变业务带宽变化时,采用基于频谱窗滑动的生存性扩展或压缩频谱分配策略调整时变业务的带宽分配。仿真结果表明,该文所提TTSP-SWS算法能降低网络的业务阻塞率和保护资源冗余度。     

基于时频联合碎片感知的资源均衡虚拟光网络映射算法

为了解决虚拟光网络映射中带宽阻塞率较高以及底层资源消耗不均匀问题,论文提出一种基于时间域-频谱域碎片感知的虚拟网络映射(FA-VNM)算法。该文综合考虑频隙在时间域和频谱域上的碎片问题,设计时频联合碎片公式最小化分配过程中的频谱碎片。进一步,为了均衡网络中的资源消耗,在FA-VNM算法基础上提出基于节点度数的负载均衡感知虚拟网络映射(LB-VNM)算法,设计物理节点平均资源承载能力的公式,优先映射物理节点平均资源承载能力大的节点;为了均衡路径上资源使用,考虑路径权重值,并根据每条路径的权重值对虚拟链路进行映射,从而降低阻塞率。仿真结果表明,所提算法能有效降低阻塞率,提高资源利用率。     

弹性光网络中基于DRL的RMSA算法

为了更好地解决弹性光网络(EON)的路由、调制格式与频谱分配(RMSA)问题,进一步降低网络阻塞率,提出一种基于深度强化学习(DRL)的RMSA算法。该算法在奖励设计中将考虑影响RMSA决策的资源占用度和频谱邻接度这2个指标,以鼓励智能体优先选择资源占用度低、频谱邻接度高的路径来建立光路,并对比该算法与其它算法在不同网络中的性能。仿真结果表明：与几种典型的DRL算法相比,所提算法的网络阻塞率更低。     

弹性光网络双重故障下的自适应保护级别算法

为了降低弹性光网络中双链路故障保护下的业务及带宽阻塞率、均衡带宽资源分配,提出了一种双重故障下的自适应保护级别算法。该算法综合考虑传输距离、调制格式等因素,根据链路频谱资源使用状态动态地更新链路惩罚系数,选取最佳路径进行传输,同时根据请求类型及网络空闲资源状态自适应地选择保护方法,为业务提供最大限度的保护。仿真结果表明,在双链路故障下,算法在阻塞率方面取得了较好的性能,同时均衡了网络中各链路上的资源使用。     

光树分割和共享光路合并优化任多播阻塞率

针对弹性光互联数据中心网络中任多播业务的频谱利用率低和带宽阻塞率高等问题,论文提出了一种基于光树分割和共享光路合并算法.该算法选择对光树最大长度和调制等级影响较小的树枝加入光树,使生成光树频谱代价最小.当光树传输所需频谱资源不足时,该算法将光树分割为可选较高调制等级的多子光树传输,提高频谱利用率.当网络中有足够资源时,设计一种基于链路共享度的将满足条件的子光树合并到光树上传输的机制以降低频谱消耗.仿真结果表明：论文所提算法具有较低的带宽阻塞率和较高的频谱利用率.     

频谱可用性和保护带宽共享度感知的弹性光网络生存性多路径策略

针对弹性光网络频谱利用率降低和带宽阻塞率高等问题,该文提出一种频谱可用性和保护带宽共享度感知的生存性多路径策略(M-SDSAA)。首先,该策略对业务采用单路径路由,通过区分业务的持续时间,分别采用首次命中和末端命中的工作路径频谱分配方式,并且为不同大小共享频谱块设定不同链路权重值。若单路径路由或频谱分配失败,引入多路径传输策略,自适应选择消耗频隙数少的策略,并且引入共享保护机制,提高保护带宽共享度。最后,当业务阻塞时,且存在单路径业务的保护路径预置在频隙消耗次优的路径,则启动重配置机制进一步降低阻塞率,将该业务重配置到保护频隙消耗最少的路径。仿真结果表明所提算法能有效地提高频谱利用率,降低网络的带宽阻塞率。     

基于多目标遗传算法优化弹性光网络的多路径保护机制

弹性光网络中多路径的保护方案相比单路径有效地降低网络带宽阻塞率,但会导致接收端多径时延差的问题,且业务的多路径分割传输策略使用了光网络较多的频谱资源。该文基于多目标遗传算法提出了遗传多路径保护算法(Genetic Multipath Protection Algorithm, GMPA),解决多路径时延差和节约频谱资源问题。在GMPA算法中,根据业务请求在光网络中建立K条边分离最短路径和带宽分配方案作为GMPA算法的初始种群,设计了一种联合考虑传输时延差和带宽资源分配的向量函数优化种群分类和拥挤距离排序。为提高算法的搜索能力和收敛速度,算法在交叉操作中设计个体自交叉方式,在变异过程中设置了带宽基因位变异范围及约束条件。仿真结果表明,相比多路径保护(Multiple Path Protection, MPP)算法和工作路径首次分配保护路径最后分配(Primary First-fit Modified Backup Last-fit, PF-MBL) 算法,GMPA算法获得最低的带宽阻塞率,其频谱资源利用率接近最优的MPP算法,路径间距离差异性能优于MPP算法。     

弹性光网络中结合预测的多维感知RSA算法

弹性光网络(EON)中的传统路由频谱分配(RSA)算法多考虑路由跳数或频谱资源占用情况,缺乏时域与相邻链路的信息有效利用.提出一种结合预测的多维感知RSA算法,对持续时间已知业务的历史时间信息通过后向传播神经网络预测未来业务的时间信息,在路由时综合考虑时间、频谱和相邻链路资源占用程度.仿真结果表明:与传统RSA算法相比...     

Routing,modulation level and spectrum allocation with dynamic modulation level conversion in elastic optical networks

Elastic optical network is introduced as a promising technology to provide multi-bitrate-friendly data transmission in the optical layer. Elastic optical networks are based on flexible modulation format conversion, which can make more efficient use of spectrum resources than current fix-grid WDM networks. In this paper, we define the routing, modulation level and spectrum resource allocation (RMLSA) problem and then propose two novel dynamic modulation level conversion (MLC) enabled RMLSA algorithms. Numerical simulations are conducted to compare the performance of the path modulation level conversion (Path-MLC) and link modulation level conversion (Link-MLC) with different MLC thresholds with K-shortest paths RSA in terms of blocking rate, occupied spectrum and the number of MLCs across two topologies. The results verify that the Link-MLC with unlimited MLC achieves the lowest blocking rate and moderate spectrum utilization at the expense of intermediate node modulation conversions in two topologies. Smaller MLC threshold has higher blocking rate and occupied less spectrum resource. The results also suggest that the Path-MLC approach is more resource efficient than the Link-MLC with relatively higher blocking rate, and this method maybe more preferable in the networks with tight budget and/or energy constraints.     

基于灾难预测多区域故障的虚拟光网络生存性映射

生存性虚拟光网络映射是提高光网络应对灾难故障的重要技术保障措施。为解决灾难性多区域故障导致弹性光网络的带宽容量损失问题,该文提出基于灾难预测故障模型的蚁群优化虚拟光网络映射 (DFM-ACO-VNM)算法。在该算法中,设计基于光节点资源和相邻链路的全局潜在故障概率的光节点排序映射准则,并设计启发式信息公式实现多区域故障下最小带宽容量损失的虚拟节点和虚拟链路协同映射。仿真结果表明,该文所提算法在多区域故障时能降低带宽容量损失,减少带宽阻塞率和提高频谱利用率。

     

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

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。     

Resource efficiency improved approach for shared path protection in EONs

For improving the resource efficiency of dynamic shared path protection in elastic optical networks, a survivable RSA (SRSA)-based heuristic algorithm is proposed in the paper. In SRSA, an adaptive adjustment link cost function is devised to effectively select working and protection paths. The cost function sufficiently considers available spectrum resources and the length of light paths for both working and protection paths. In order to achieve high resource efficiency, a spectrum allocation strategy named minimal cost stable set is proposed to allocate spectrum for protection paths with respect to the resource efficiency in the link cost function. And the graph coloring algorithm is introduced to select the shared protection path with the highest resource efficiency for the request. Compared with the shared path protection and dynamic load balancing shared path protection, simulation results show that the proposed SRSA decreases bandwidth blocking probability and achieves high resource efficiency.     

Design of programmable logic device based on electro-optic effect of lithium-niobate-based Mach–Zehnder interferometers

Elastic optical network (EON) technology is considered as a very promising candidate for future high-speed networks due to its intrinsic flexibility and high efficiency in allocating the optical spectrum resources. The key issue that has to be addressed in EON is the routing and spectrum allocation (RSA) problem. RSA is NP-hard problem that has to be solved in an efficient manner. It is a highly challenging task particularly in the case of large problem instances. In this paper, we applied the bee colony optimization (BCO) metaheuristic approach to solve the RSA problem in EON with static traffic demands. The objective of the proposed BCO–RSA algorithm is to minimize both the network spectrum utilization and the average path length criterions. The results of numerous experimental studies show that our BCO–RSA algorithm performs superior compared to some benchmark greedy heuristics as well as to differential evolution (DE) metaheuristic algorithm recently proposed in the literature. The algorithm is evaluated in different realistic size optical networks, such as the NSFnet, two European optical networks (EON-19 and EON-28) and the USA network topology. Simulation results demonstrate that considerable spectrum savings could be achieved with our BCO–RSA algorithm compared to other considered approaches. In addition, we analyzed the efficiency of the BCO–RSA algorithm and compare it with the competitive DE approach according to the required CPU time and the convergence speed.     

一种CDMA网络多业务的呼叫允许控制算法

现今无线网络中的多媒体业务具有很大需求。该文对多业务CDMA通信系统容量进行分析,引入有效带宽概念,提出一种呼叫允许控制资源分配优化算法(CAC-RA)。此算法将多媒体业务分为实时业务和非实时业务,通过对自适应实时业务采用马尔科夫模型,对非实时业务采用排队模型,将两模型合并生成的的利益函数采用非线性规划,使呼叫允许控制、切换策略和资源分配问题同时得到解决。实验数据显示CAC-RA算法实现了合理的资源利用和最大的利益值,能较好地适应多业务CDMA网络。