基于全光節(jié)點(diǎn)頻譜集中度和頻譜離散轉(zhuǎn)換的業(yè)務(wù)調(diào)度方法

劉煥淋，溫 濛，陳 勇，任 杰，胡俊嶺

（1.重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，重慶 400065；2.重慶郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，重慶 400065）

1 引言

隨著萬(wàn)物互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展，如高清晰度電視、互動(dòng)游戲、網(wǎng)絡(luò)直播、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等快速發(fā)展，業(yè)務(wù)對(duì)傳輸帶寬資源需求快速增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載不斷加重［1］，急需使用帶寬更大的光纖骨干網(wǎng)絡(luò)和提高資源利用率的方法，增加光網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載能力［2］.

基于正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術(shù)的彈性光網(wǎng)絡(luò)（Elastic Optical Network，EON），將光譜被劃分為較小的頻隙粒度，使頻譜分配方式更加靈活、傳輸容量大、資源利用率高［3，4］.多芯光纖（Multi-Core Fiber，MCF）空分復(fù)用（Space Division Multiplexing，SDM）的EON 可以極大地提高鏈路的傳輸容量［5］.但是，在SDM-EON 中，大量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)到達(dá)SDM-EON 光交換節(jié)點(diǎn)時(shí)，由于光節(jié)點(diǎn)的端口收發(fā)器數(shù)量有限，業(yè)務(wù)由于爭(zhēng)用端口的頻譜資源導(dǎo)致業(yè)務(wù)沖突，因而在SDM-EON 交換節(jié)點(diǎn)處的調(diào)度失敗.因此，設(shè)計(jì)有效的業(yè)務(wù)調(diào)度方法提高SDM-EON 節(jié)點(diǎn)資源利用率和吞吐量是有意義的［6］.

采用動(dòng)態(tài)功能交換的SDM-EON 光交換節(jié)點(diǎn)能根據(jù)業(yè)務(wù)的需求對(duì)光器件的功能進(jìn)行重構(gòu)和按需選擇［7，8］，在控制模塊作用下靈活使用有限的光學(xué)器件，提高有限光器件處理業(yè)務(wù)的能力，減少業(yè)務(wù)因爭(zhēng)用目的端口資源而產(chǎn)生的沖突，降低業(yè)務(wù)的帶寬阻塞率［9，10］.在交換節(jié)點(diǎn)中，如果多個(gè)業(yè)務(wù)都需要交換去節(jié)點(diǎn)的同一目的端口，當(dāng)這些業(yè)務(wù)的交換時(shí)刻和占用頻譜資源重疊時(shí)，稱(chēng)業(yè)務(wù)在交換節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生時(shí)間或頻譜沖突，把這些業(yè)務(wù)稱(chēng)為沖突業(yè)務(wù)［11］.為了提高光交換節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)調(diào)度能力，在光節(jié)點(diǎn)常常配置相應(yīng)的光纖延遲線、多芯光纖或頻譜轉(zhuǎn)換器分別解決時(shí)域、空域和頻域?qū)崿F(xiàn)對(duì)沖突業(yè)務(wù)的重調(diào)度，使其被成功調(diào)度到無(wú)重疊資源區(qū)［12，13］.

文獻(xiàn)［14］討論在EON 的節(jié)點(diǎn)配置有限頻譜轉(zhuǎn)換器（Limited Range Spectrum Converter，LRSC）在頻域解決業(yè)務(wù)沖突調(diào)度的問(wèn)題，在網(wǎng)絡(luò)低負(fù)載時(shí)，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的帶寬阻塞率比較低.但是，隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的增加，由于LRSC 的數(shù)目和轉(zhuǎn)換范圍有限，業(yè)務(wù)的帶寬阻塞率以指數(shù)的方式不斷增加.文獻(xiàn)［7］考慮在MCF 的EON 端口上使用首次適應(yīng)（First Fit，F(xiàn)F）-最后適應(yīng)（Last Fit，LF）頻譜分配算法對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行頻譜資源集中分配以避免頻譜沖突，但是，該算法只適用于業(yè)務(wù)的根節(jié)點(diǎn)解決資源分配問(wèn)題，不適用于業(yè)務(wù)在路由的中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)發(fā)生沖突的解決，因此，該算法的沖突解決能力有限，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重和網(wǎng)絡(luò)中資源碎片化嚴(yán)重時(shí)，業(yè)務(wù)的帶寬阻塞率較高.所以，在EON 的節(jié)點(diǎn)沖突解決方法中，單域的資源沖突解決能力和效果都比較有限.

在SDM-EON 節(jié)點(diǎn)的多域沖突業(yè)務(wù)的資源調(diào)度研究中，文獻(xiàn)［5］提出一個(gè)纖芯一致性光節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)（Core-Continuity-Constrained-Re-configurable Optical Add/Drop Multiplexer，CCC-ROADM），采用FF 方式分配頻譜資源，但是由于纖芯和頻譜分配方式不靈活，所以該結(jié)構(gòu)的業(yè)務(wù)帶寬阻塞率較高.文獻(xiàn)［10］提出按需光節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和纖芯-頻譜域聯(lián)合的沖突調(diào)度（Architecture on Demand Space-Spectrum Joint Scheduling，AoD-SSJS）算法調(diào)度沖突的業(yè)務(wù)，該算法考慮不同纖芯的頻譜碎片程度和頻譜轉(zhuǎn)換器的使用，將沖突業(yè)務(wù)切換到空閑纖芯和空閑頻譜塊，因此，AoD-SSJS 算法聯(lián)合了空域和頻譜域解決業(yè)務(wù)的沖突問(wèn)題.但是，當(dāng)大量業(yè)務(wù)被調(diào)度至相同纖芯時(shí)，某些鏈路上的纖芯成為重載纖芯，從而形成瓶頸鏈路，降低了網(wǎng)絡(luò)的資源利用率.文獻(xiàn)［15］提出一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)編碼和共享反饋光纖延遲線節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)（Architecture Based on Network Coding and Shared Feedback fiber delay line，NCSFBA），并基于NCSFBA 提出一個(gè)時(shí)間-頻譜域聯(lián)合的沖突解決調(diào)度策略（Time-Frequency Joint Scheduling Strategy，TFJSS），該策略雖然能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)編碼和時(shí)間-頻譜域有效地處理沖突業(yè)務(wù)，但該策略僅考慮沖突業(yè)務(wù)頻譜轉(zhuǎn)換后的可用位置和首選即中的光纖延時(shí)線（Fiber Delay Line，F(xiàn)DL）時(shí)域緩存，沒(méi)考慮FDL 和頻譜轉(zhuǎn)換聯(lián)合的資源分配方法，因此，業(yè)務(wù)的時(shí)延較大，頻譜資源利用率有待提高.

綜上所述，在多芯光纖的SDM-EON 中，研究空間-時(shí)間-頻譜的多域聯(lián)合沖突調(diào)度算法較少，基于此，本文設(shè)計(jì)基于共享LRSC 與FDL 的全光動(dòng)態(tài)功能節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)（Dynamic functional Architecture optical Switching node with Limited wavelength converter and Fiber line delay，DASLF），并提出基于頻譜集中度和頻譜離散轉(zhuǎn)換的業(yè)務(wù)調(diào)度（Service Scheduling based on Spectrum Aggregation and Spectrum Discrete Conversion of all-optical node，SS-SASDC）方法.

2 基于共享LRSC與FDL的DASLF

如圖1 所示，基于共享LRSC 與FDL 的動(dòng)態(tài)功能選擇型交換節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)（DASLF）包括一個(gè)集中控制模塊，N個(gè)輸入/輸出端口，每個(gè)端口內(nèi)有C根纖芯和1 個(gè)C×C的頻譜選擇開(kāi)關(guān)（Spectrum Selective Switch，SSS），每個(gè)端口根據(jù)需要可以配置不多于C個(gè)的SDM復(fù)用/解復(fù)用器，SSS 用于纖芯-頻譜域的沖突解決；同時(shí)，DASLF 光節(jié)點(diǎn)還包括NL個(gè)節(jié)點(diǎn)反饋共享池配置的LRSC 和B個(gè)節(jié)點(diǎn)反饋共享池配置的FDL，其中，每個(gè)LRSC 的頻譜轉(zhuǎn)換度為RL，F(xiàn)DL 的緩存基本粒度為D 時(shí)延單位（ns），采用簡(jiǎn)并式結(jié)構(gòu)配置，可以提供1，2，…，B單位的離散時(shí)間延遲.控制器模塊對(duì)到達(dá)輸入端口的業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)度處理，對(duì)無(wú)沖突的業(yè)務(wù)根據(jù)業(yè)務(wù)請(qǐng)求進(jìn)行纖芯和端口交換輸出，對(duì)有沖突的業(yè)務(wù)根據(jù)SS-SASDC 算法決策頻譜轉(zhuǎn)換或延時(shí)調(diào)度.

在圖1 中，為了解決業(yè)務(wù)占用資源的沖突問(wèn)題，降低業(yè)務(wù)的帶寬阻塞率，本文基于圖1 的DASLF 光節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，提出基于頻譜集中度和頻譜離散轉(zhuǎn)換的業(yè)務(wù)調(diào)度（SS-SASDC）方法，該算法對(duì)沖突業(yè)務(wù)首先在纖芯-頻譜域進(jìn)行纖芯-頻譜選擇解決業(yè)務(wù)調(diào)度；然后，利用FDL 緩存和LRSC 在時(shí)間-頻譜域解決沖突業(yè)務(wù)的調(diào)度.SS-SASDC 算法的業(yè)務(wù)調(diào)度方法可以減少纖芯的頻譜碎片，提高空閑頻譜集中度和資源利用率.

圖1 DASLF光節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

3 基于頻譜集中度和頻譜離散轉(zhuǎn)換的業(yè)務(wù)調(diào)度(SS-SASDC)方法

在DASLF 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中，所提SS-SASDC 算法主要從纖芯-頻譜域、時(shí)間-頻譜域聯(lián)合解決沖突業(yè)務(wù)的調(diào)度.在纖芯-頻譜域，SS-SASDC 算法根據(jù)業(yè)務(wù)的目的端口的所有纖芯的頻譜使用狀態(tài)，設(shè)計(jì)了基于頻譜集中度的纖芯-頻譜選擇和頻譜塊分配方法，使纖芯的頻譜碎片減少和提高頻譜利用率，減少SSS 和LRSC 使用概率.對(duì)仍未解決的沖突，設(shè)計(jì)基于頻譜離散轉(zhuǎn)換的時(shí)間-頻譜域聯(lián)合的沖突將解決方法，減少?zèng)_突業(yè)務(wù)使用FDL和LRSC 的概率，減少頻譜碎片產(chǎn)生和提高有限FDL 和LRSC的資源利用率.

3.1 基于頻譜集中度的纖芯-頻譜選擇

為了減小纖芯的頻譜碎片和提高纖芯的頻譜利用率，當(dāng)業(yè)務(wù)發(fā)生沖突時(shí)，首先確定各纖芯上滿足業(yè)務(wù)帶寬的空閑頻譜塊，如果頻譜塊不需要頻譜轉(zhuǎn)換或空閑頻譜塊在LRSC 轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，即滿足式（1）約束條件，則空閑頻譜塊是業(yè)務(wù)r的可用頻譜塊.

設(shè)計(jì)基于頻譜集中度的纖芯和可用頻譜塊選擇方法，頻譜塊的頻譜集中度FB計(jì)算如式（2）.

在式（2）中，頻譜集中度FB由頻譜集中值FC、使用纖芯切換光開(kāi)關(guān)SSS 的懲罰系數(shù)α和LRSC 使用的懲罰系數(shù)β組成，當(dāng)不使用上述光器件時(shí)，α=β=1，否則，α＞1，β＞1，α和β的取值根據(jù)光器件的成本和可用數(shù)目確定.FB值越大，表示選擇該頻譜塊的纖芯-頻譜資源越集中，頻譜碎片化程度越小，資源的集中度越好.頻譜集中值FC由式（3）計(jì)算，其中，Bu是使用的頻譜塊總數(shù)，BT是總的頻譜塊數(shù)目，兩者比值表示纖芯中頻譜塊的占用情況，該值越小，表明纖芯的頻譜碎片化較輕，F(xiàn)C值越大.Du是滿足業(yè)務(wù)需求大小的纖芯上空閑頻譜塊距離已占用頻隙的最小距離，IM是纖芯的最大頻隙索引值，其比值表示待轉(zhuǎn)換頻譜塊距離最大占用頻譜塊的位置，該值越小，表明沖突業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換至該頻譜塊后，頻譜碎片越小，資源占用越集中，F(xiàn)C值越大.

基于頻譜集中度的纖芯-頻譜域沖突解決策略思想為：如果交換節(jié)點(diǎn)輸出端口中業(yè)務(wù)需求的目的纖芯和頻隙空閑，直接交換業(yè)務(wù)到輸出端口的指定纖芯和頻譜塊；否則，對(duì)沖突業(yè)務(wù)進(jìn)行纖芯-頻譜沖突調(diào)度.在纖芯-頻譜沖突調(diào)度中，首先，計(jì)算業(yè)務(wù)需求輸出端口的纖芯的滿足業(yè)務(wù)帶寬的各可用頻譜塊的FC值；然后，計(jì)算FB值；最后，比較各可用頻譜塊的FB值，選擇最大FB值的纖芯和頻譜塊，作為業(yè)務(wù)沖突調(diào)度的資源.

3.2 基于頻譜離散轉(zhuǎn)換的時(shí)間-頻譜頻沖突解決方法

對(duì)于纖芯-頻譜域未解決的沖突業(yè)務(wù)，本文提出基于頻譜離散轉(zhuǎn)換的時(shí)間-頻譜域沖突解決方法.該方法主要使用光節(jié)點(diǎn)反饋共享配置的LRSC 和FDL，分別對(duì)沖突業(yè)務(wù)通過(guò)時(shí)域緩存和頻域的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換聯(lián)合解決沖突業(yè)務(wù)的時(shí)域和頻域調(diào)度.

當(dāng)業(yè)務(wù)選擇纖芯、FDL 和LRSC 解決資源沖突調(diào)度時(shí)，業(yè)務(wù)r選擇最小資源時(shí)間-頻譜資源離散度Rr，C，k值對(duì)應(yīng)的第k個(gè)FDL時(shí)隙的纖芯C中可用頻譜塊，k=0，1，…，B，當(dāng)k=0 表示沖突業(yè)務(wù)不使用FDL，僅適合用LRSC 解決業(yè)務(wù)的沖突調(diào)度，Rr，C，k值的計(jì)算如式（4）所示.

其中，表示頻譜轉(zhuǎn)換到截止頻隙e1 后在纖芯C的頻譜離散值，其計(jì)算方法如式（5）所示.

在式（5）中，當(dāng)沖突業(yè)務(wù)不使用LRSC、僅使用FDL解決沖突調(diào)度時(shí)，=0；當(dāng)使用LRSC 解決業(yè)務(wù)的沖突調(diào)度，LRSC 的轉(zhuǎn)換范圍和可用LRSC 數(shù)目需滿足式（1）約束.表示業(yè)務(wù)r沖突解決前纖芯中的空閑頻譜塊數(shù).是業(yè)務(wù)r沖突解決后纖芯中的空閑頻譜數(shù)目.表示業(yè)務(wù)r從起始頻隙e0 頻譜轉(zhuǎn)換到起始頻隙e1 引起的頻譜碎片化比值，比值小于1 表示頻譜碎片化程度減小，比值越大，表示頻譜轉(zhuǎn)換方式使纖芯的碎片更嚴(yán)重.和分別表示業(yè)務(wù)r放入纖芯C的空閑頻譜塊的最大和最小頻隙索引號(hào)，兩者差值越小，表示業(yè)務(wù)r放置在e1 開(kāi)始頻隙號(hào)后，纖芯的空閑頻譜塊更集中.和分別頻譜轉(zhuǎn)換前纖芯C的空閑頻譜塊最大和最小的頻隙索引號(hào).

3.3 SS-SASDC算法步驟

當(dāng)業(yè)務(wù)到達(dá)光交換節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)的控制模塊根據(jù)業(yè)務(wù)需求，首先判斷能否直接交換到輸出端口，若不能，則使用SS-SASDC 算法解決業(yè)務(wù)的沖突調(diào)度.在SSSASDC 算法中，首先根據(jù)本文3.1 節(jié)方法判斷在纖芯-頻譜域能否解決業(yè)務(wù)的沖突調(diào)度，如果不能，則根據(jù)本文3.2 節(jié)方法判斷使用LRSC 和FDL 能否在時(shí)間-頻譜域解決業(yè)務(wù)的沖突調(diào)度，若失敗，則阻塞業(yè)務(wù).SS-SASDC算法步驟如算法1所示.

4 仿真及分析

4.1 仿真環(huán)境

為驗(yàn)證論文所提的DASLF 光節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和SS-SASDC 算法的性能，將DASLF 結(jié)構(gòu)與CCC-ROADM［5］結(jié)構(gòu)、AOD 結(jié)構(gòu)和SSJS［10］算 法、NC-SFBA 結(jié)構(gòu)和TFJSS 算法［15］進(jìn)行對(duì)比.該驗(yàn)證在VS2010 開(kāi)發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行，具體仿真參數(shù)為：DASLF 的輸入/輸出端口數(shù)N=4，F(xiàn)DL 緩存粒度D設(shè)為1 時(shí)間單位.光纖中纖芯的數(shù)量C為3，且每個(gè)纖芯有320 個(gè)頻隙，每頻隙大小為12.5 GHz；缺省時(shí)，LRSC的RL=20，NL=20，F(xiàn)DL的B=2.業(yè)務(wù)到達(dá)服從泊松分布，業(yè)務(wù)帶寬大小服從［1，21］FS 的均勻分布，仿真業(yè)務(wù)數(shù)目為10 000個(gè)，負(fù)載ρ從0.1至1均勻變化，業(yè)務(wù)采用BPSK（Binary Phase Shift Keying）進(jìn)行傳輸.當(dāng)節(jié)點(diǎn)解決業(yè)務(wù)沖突調(diào)度時(shí)需要使用SSS，α=2，否則，α=1；需要使用LRSC 時(shí)，β=2，否則，β=1.本文中的纖芯采用弱耦合方式［16］，可以不考慮纖芯之間的串?dāng)_.仿真性能評(píng)價(jià)指標(biāo)有業(yè)務(wù)的帶寬阻塞率和業(yè)務(wù)的平均時(shí)延.

4.2 仿真結(jié)果及分析

為驗(yàn)證論文所提SS-SASDC 算法性能，在DASLF結(jié)構(gòu)中，圖2 仿真了3 種沖突解決策略隨著RL和NL增加且B=1 時(shí)業(yè)務(wù)的帶寬阻塞率變化情況.這3 種算法分別是僅僅采用SSS 選擇纖芯的空域解決（Space-Only），采用纖芯-頻譜域沖突聯(lián)合解決（Space Joint Spectrum，SJS）方法和本文采用的纖芯-頻譜、時(shí)間-頻譜聯(lián)合的（SS-SASDC）算法.為驗(yàn)證在中高負(fù)載時(shí)DASLF 結(jié)構(gòu)的沖突解決性能，設(shè)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載ρ=0.8.

從圖2 可以發(fā)現(xiàn)，Space-Only 只在纖芯之間進(jìn)行沖突解決，所以Space-Only 算法的帶寬阻塞率最高，且不隨著RL和NL變化而變化.當(dāng)NL增加，具有頻譜沖突解決能力的SJS 算法和SS-SASDC 算法通過(guò)頻譜轉(zhuǎn)換解決業(yè)務(wù)沖突的能力增強(qiáng)，所以，它們的業(yè)務(wù)帶寬阻塞率下降.當(dāng)RL增加，LRSC頻譜轉(zhuǎn)換范圍增加，其沖突解決能力增強(qiáng)，業(yè)務(wù)帶寬阻塞率下降.在相同的RL和NL條件下，SJS 算法僅具有纖芯-頻譜的沖突解決能力，而本文所提SS-SASDC 算法具有纖芯-頻譜和時(shí)間-頻譜沖突調(diào)度能力，雖然業(yè)務(wù)最多緩存1 時(shí)隙，但是，SS-SASDC 算法的沖突解決能力顯著增加，其業(yè)務(wù)帶寬阻塞率明顯下降.

由圖2 可知，隨著NL和RL增加，業(yè)務(wù)帶寬阻塞率逐漸減小.但是，LRSC 頻譜轉(zhuǎn)換器的制造成本高昂，光節(jié)點(diǎn)配置數(shù)目不多，因而確定本文所提結(jié)構(gòu)的LRSC 數(shù)量就很重要.圖3 仿真了SS-SASDC 算法在相鄰頻譜轉(zhuǎn)換度下不同LRSC 數(shù)量對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)帶寬阻塞率改善情況.本文中的帶寬阻塞率改善是指在相同LRSC 數(shù)量時(shí)，相鄰轉(zhuǎn)換度之間業(yè)務(wù)帶寬阻塞率的差值.

圖2 LRSC數(shù)目對(duì)帶寬阻塞率影響(ρ=0.8)

在圖3 中，當(dāng)頻譜轉(zhuǎn)換度ΔRL=10 時(shí)，通過(guò)比較，發(fā)現(xiàn)RL1=20 和RL2=10 的業(yè)務(wù)帶寬阻塞率的改善效果最佳.這是因?yàn)樵赗L=20 時(shí)，大多數(shù)沖突業(yè)務(wù)在該頻譜轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)能找到纖芯的空閑頻隙塊；當(dāng)RL1＞20 時(shí)，ΔRL=10，雖然較大的頻譜轉(zhuǎn)換范圍能夠解決更多的沖突業(yè)務(wù)，但是提高RL的值將增加額外的器件成本，而帶寬阻塞率改善的值不斷下降，性價(jià)比下降.隨著NL增加，業(yè)務(wù)帶寬阻塞率改善提高，這是因?yàn)長(zhǎng)RSC 數(shù)量越多，沖突業(yè)務(wù)越有可能被解決.在圖3中，NL=40與NL=20之間的業(yè)務(wù)帶寬阻塞率改善約為0.2%，差別較小.因此，在下面的仿真中，取NL=20，RL=20.

圖3 LRSC增加轉(zhuǎn)換度的帶寬阻塞率改善

圖4 是在RL=20，NL=20 時(shí)，驗(yàn)證DASLF 光節(jié)點(diǎn)中配置不同F(xiàn)DL 數(shù)目時(shí)對(duì)業(yè)務(wù)的帶寬阻塞率影響.從圖4可知，隨著負(fù)載的增加，配置不同F(xiàn)DL數(shù)目的DASLF 結(jié)構(gòu)中業(yè)務(wù)帶寬阻塞率都逐漸增加.同時(shí)，在相同負(fù)載情況下，當(dāng)FDL數(shù)目B增加時(shí)，沖突業(yè)務(wù)通過(guò)時(shí)間-頻譜域解決概率增加，業(yè)務(wù)的帶寬阻塞率也有一定的改善.所以，增加FDL 配置可以有效地降低DASLF 結(jié)構(gòu)的業(yè)務(wù)帶寬阻塞率.但是，配置大量的FDL 使DASLF 光節(jié)點(diǎn)臃腫，而且過(guò)多使用FDL 對(duì)有時(shí)延約束的某些時(shí)延敏感型業(yè)務(wù)極為不利，所以，適量配置FDL，既能降低業(yè)務(wù)的帶寬阻塞率，又對(duì)業(yè)務(wù)的時(shí)延沒(méi)有較大影響.

圖4 FDL配置數(shù)量對(duì)帶寬阻塞率影響

圖5 表示在不同負(fù)載下B值對(duì)業(yè)務(wù)的平均時(shí)延，平均時(shí)延單位為時(shí)隙.從圖5 可以發(fā)現(xiàn)，隨著負(fù)載增加，平均時(shí)延也在增加；當(dāng)負(fù)載不變時(shí)，F(xiàn)DL的B值增加，業(yè)務(wù)的平均時(shí)延也在逐漸增加.其中，在B=2 和B=1 之間，業(yè)務(wù)的平均時(shí)延增加較快，而B(niǎo)=2 與B=3 之間平均時(shí)延增加稍慢.這是因?yàn)樵贐=2時(shí)，節(jié)點(diǎn)已經(jīng)解決大多數(shù)沖突業(yè)務(wù)的調(diào)度，再繼續(xù)增加B業(yè)務(wù)帶寬阻塞率和沖突解決能力下降，所以，業(yè)務(wù)的平均時(shí)延增長(zhǎng)緩慢.由圖5 知，設(shè)B=2 能較好折中業(yè)務(wù)帶寬阻塞率和平均時(shí)延.

圖5 FDL數(shù)量對(duì)平均延遲影響

圖6 中驗(yàn)證了本文所提DASLF 節(jié)點(diǎn)和SS-SASDC調(diào)度算法的帶寬阻塞率性性能，對(duì)比節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)算法分別為：與CCC-ROADM，NCSFBA-TFJSS，AOD-SSJS 和AOD-SSJS+FDL 各節(jié)點(diǎn)配置的端口數(shù)目、纖芯數(shù)目、需要使用的LRSC 和FDL 數(shù)目一致，其中，NCSFBATFJSS 不需要LRSC，但是需要使用的網(wǎng)絡(luò)編碼器數(shù)目設(shè)為20，與LRSC 數(shù)目一致.從圖6 可以看出，CCCROADM 結(jié)構(gòu)的帶寬阻塞率最高，本文所提的DASLF節(jié)點(diǎn)和SS-SASDC 算法的帶寬阻塞率最低.這是因?yàn)?，在CCC-ROADM 結(jié)構(gòu)中，業(yè)務(wù)交換必須遵循纖芯一致性，基于波長(zhǎng)單位帶寬的交換粒度不夠靈活，帶寬資源利用率比較低，當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，CCC-ROADM 結(jié)構(gòu)的帶寬阻塞率也線性上升.而NCSFBA-TFJSS 在節(jié)點(diǎn)中配置FDL，沖突業(yè)務(wù)直接緩存在FDL 上，等待后續(xù)時(shí)隙再進(jìn)行調(diào)度，雖然NCSFBA-TFJSS 在時(shí)間-頻譜域?qū)_突業(yè)務(wù)進(jìn)行解決，但是業(yè)務(wù)緩存方式采用FF，當(dāng)業(yè)務(wù)負(fù)載逐漸增大時(shí)，時(shí)間-頻譜域上的資源逐漸枯竭，導(dǎo)致業(yè)務(wù)的帶寬阻塞率快速增長(zhǎng).而AOD-SSJS 僅在纖芯-頻譜域?qū)_突業(yè)務(wù)進(jìn)行解決，由于AOD-SSJS在纖芯-頻譜域上設(shè)計(jì)一個(gè)基于頻譜連續(xù)度的沖突解決算法，因此AODSSJS 的業(yè)務(wù)帶寬阻塞率低于CCC-ROADM 和NCSFBATFJSS.

圖6 不同節(jié)點(diǎn)和算法的帶寬阻塞率

在圖6 中，為增加可比性，本文在對(duì)比算法中性能最佳的AOD-SSJS 結(jié)構(gòu)和算法中加入FDL，且B=2，命名為AOD-SSJS+FDL，使其成為一個(gè)纖芯-頻譜、時(shí)間-頻譜域能解決沖突的結(jié)構(gòu)和算法.從圖6 中可以發(fā)現(xiàn)，本文所提SS-SASDC 優(yōu)于AOD-SSJS+FDL，這是因?yàn)镾S-SASDC 充分利用纖芯-頻譜域和時(shí)-域的沖突解決能力，設(shè)計(jì)了基于頻譜集中度和基于頻譜離散轉(zhuǎn)換度的沖突解決策略，對(duì)少量的LRSC 和FDL 使用中以減小頻譜碎片產(chǎn)生和增加空閑頻譜集中度為目標(biāo)，提高了資源利用率并降低了業(yè)務(wù)的帶寬阻塞率.

5 總結(jié)

為了提高SDM-EON 節(jié)點(diǎn)的沖突調(diào)度能力并降低帶寬阻塞率，本文提出了DASLF 節(jié)點(diǎn)和SS-SASDC 算法，設(shè)計(jì)了纖芯-頻譜和時(shí)間-頻譜的纖芯頻譜轉(zhuǎn)換和延時(shí)間-頻譜譜轉(zhuǎn)換方法，提高了沖突解決中空閑資源的集中度并降低了頻譜轉(zhuǎn)換的資源碎片.隨著互聯(lián)網(wǎng)和大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用和發(fā)展，本文所提的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)和沖突解決算法可以有效地保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅芎吞岣哔Y源利用率，對(duì)提高交換節(jié)點(diǎn)處理能力和促進(jìn)高性能網(wǎng)絡(luò)發(fā)展具有積極的意義.