WDM光网络中动态波长分配算法综述

(
上使用率最小的波长为业务请求建立连接。 0! 算法 计算使用各条波长建立连接后的波长容量损失， 选择 建立连接后对其它请求建立连接的可用波长资源影 响最小的波长进行分配。该算法使网络中的绝对可 用波长数总和最大。 33 算法在给定路径上选择使用 率最大的链路， 并在选定的链路上选择可用通道数目 最多的波长进行分配。 31 算法从可用波长中选择网络上 在给定路径上， 最近最少使用的波长进行分配， 其出发点是使网络流 量均匀地分配到各个波长上， 让所有波长通道得以平 均使用， 该算法计算较复杂， 而且还需要设置专门的 存储单元记录波长的使用信息和需要额外的计算开 销来选择哪个 波 长 通 道 得 以 平 均 使 用， 故较少被采 有助 用。01 算法优先选用被最多链路占用的波长， 于将流量集中在少数波长上， 可以减少网络的波长需 求， 虽然也需额外的存储空间和额外的计算开销， 但 01 算法的效率优于 31 算法。 0! 算法致力于将绝 对空闲波长数最大化， 适用于流量非标准的网络。 33 算法将最空闲的波长优先分配给最繁忙的链路， 实际 效果比 01 算法好， 在实际中被广泛应用。
・ J"" ・ # # # # # #

# # # # # # # # # 航 空 计 算 技 术# #
# # # # # # # # # # 第 @B 卷# 第 J 期
!。 令 "（ 为链路 $ 在波长 ! 上的可用信道数， 也就 !） # $， 是链路容量。 任意通路 % 在波长 ! 上的可用信道数 %（ ! ）等于该路径所有链路的 "（ ! ）中的最小 # %， # $， 值， 由此可知 %（ 如果 %（ ! ）! "（ ! ）! ’ 。 !） # &， # $， # &， ( !， 则 称 ! 为 & 上 的 可 用 波 长， 而对于任意链路 $"" （ &）和可用波长 ! ， 如果 "（ ， 则链路 ! ） ) %（ # $， # &! ） $ 是 & 在 ! 上的瓶颈链路。 令* （ &） 为通路 & 上的所有可 用波长的集合， & 为新到达的光路请求对应的固定通
［ "］ .= 3(--） 算法 、 相对最小影响 $3> （ $28%.+92 32%-2 >&<
"I @# 考虑网络状态的情况下使相对空闲波长 数最大化的算法
$73 算法是在 0! 算法的基础上提出的， 其目标 是使为一个业务请求建立连接而分配的波长对其它 请求建立连接所造成的相对容量损失最小； $3> 算法 考虑当分配波长时瓶颈链路造 在 $73 算法的基础上， 成影响的相对值， 并据此进行波长分配更能使网络资 源得到合理分配， 降低网络的阻塞率； 在 $73 算法和 $3> 算法的基础上提出了 $7> 算法， 它考虑了为新业 务请求分配波长时对其相邻通路的影响， 并且只考虑 相关链路成为瓶颈链路时对相邻通路的剩余可用波 长的影响， 它选取使剩余可用波长总数最大的波长分 3> 算法为建立连接的每个可用波长 配给新业务请求； 定义瓶颈计数器， 选择瓶颈计数器值最小的波长分配 给业务请求； 3C 算法对 3> 算法做了改进， 它在计算瓶 颈计数器时， 充分考虑了链路上某波长可用光纤数目 的影响， 使负载更均匀地分布在各个波长上。 0! 算法致力于将绝对空闲波长数最大化， $73 算法则致力于将相对空闲波长数最大化。在 $73 算 法中， 当分配波长给新连接时， 优化目标中考虑了相 对的容量损失， 故能区分新连接的所有相邻固定路由 中具有相同容量损失的情形， 因此， 相对值比绝对值 $73 算法在阻塞率性能 更准确地描述了网络的状态， 上优于 0! 算法。$3> 算法在 $73 算法的基础上， 记 录了当分配波长给新连接时， 所有瓶颈链路对网络造
$ $ 基金项目： 江西省自然科学基金项目 （ -.&))(),)/& ） ； 江西测试技术与控制工程研究中心基金项目 （ 01&))&)*))/ ） 。 $ $ 作者简介： 殷$ 民 （ %/22 3 ） ， 男， 江西都昌人， 硕士研究生， 研究方向为 !"# 光网络、 网络安全认证。 万方数据
。 !"# 光网络可分为具有
（ !=>;?;9@:A 89:;<HA=9@; ） 网络和 波长交换能力的 !8 没有波长变换能力的 !I （ !=>;?;9@:A I;?;H:;J ） 网络。 !8 网络可以将波长重复利用， 减少波长阻塞， 提高网 络资源的利用率和网络的可扩展性。但由于需要使 用波长转换器， 使得网络的成本居高不下， 目前尚未 要求连接在同一光路 得到广泛的应用； 在 !I 网络中， 的各段链路必须使用相同的波长， 即所谓的波长连续 性限制， 该约束 使 得 波 长 通 道 的 利 用 率 和 阻 塞 率 增 大， 通常可以通过优化路由和分配波长而使给定的业 务模型获得最大的吞吐量， 于是路由与波长分配算法 K!. （ KDE:B9@ =9J !=>;?;9@:A .CCB@9L;9: ） 成为 !"# 光网络中重要的研究课题。 !I 网络中的 K!. 问题 根据连接的需求可以分为静态的和动态的两类。静 态连接下 K!. 算法的优化目标是在尽可能少占用波 长和光纤等资源的情况下， 为已知的连接需求建立光 通道， 或者在给定的光纤和波长资源上建立尽可能多 的连接。而在动态连接下， 因为需要建立的业务需求 往往是未知的， 网络需要即时为刚提出的新需求建立 连接， 并在通信结束后拆除连接的通道。如果因网络 资源不足而不能支持连接的建立， 则请求被拒绝， 也
引言
随着社会信息化程度的不断提高， 人们对网络通 信的需求日益增长， 为了满足社会对 89:;<9;: 的大容 量需求， !"# （ !=>;?;9@:A "B>BCBD9 #E?:BF?;GB9@ ） 技术 受到人们的关注并广泛应用于骨干网中， 并开始引入 到接入网应用的研究中
［ %］
称为被阻塞， 被阻塞的连接占所有连接的比值称为阻 塞率。根据连接请求建立连接并分配波长， 从而使连 接阻塞率最小或使连接数最大是此类问题的优化目 动态 K!. 具有更大的灵活 标。与静态 K!. 相比， 性， 能够适应网络形状及流量的改变， 但其求解非常 复杂， 其中的波长分配问题是一个 M5 3 完全问题， 所 以通常把 K!. 问题拆分为路由问题和波长分配问题 分别加以解决。路由问题决定源节点到目的节点间 的路由， 波长分配问题则是在源节点和目的节点间有 多个波长可用的情况下， 选择一个最合适的波长建立 连接。 目前对波长分配问题已有大量研究文献， 各种算 法的实现和结果都有一定差异， 本文着重对动态业务 条件下无波长变换的波长分配算法进行综述。文中 第 & 节给出了动态波长分配问题研究中通常使用的业 务模型， 第 ( 节对文献中常见的算法进行分类及阐述， 最后在第 * 节对今后的研究热点进行了展望。
路， 如果 * （ & ） ) #， 则拒绝该请求， 否则就按一定的 ( （ & ）中选择一个波长建立光路。 波长分配算法在 *
(
"# 典型的波长分配算法
在对动态波长分配问题的研究中， 出现了一系列 的波长分配算法。在不考虑网络状态的情况下， 典型 的有随机 $ （ $%&’() ） 算法、 首次适配 ** （ *+,-. / *+. ） 算法。随着研究的深入， 研究人员发现在分配波长时 考虑网络的状态可以大大提高算法的性能， 这类算法 典型的有最近最常使用 01 （ 0(-. / 1-2’ ） 算法、 最近 （ 32%-. / 1-2’ ） 算法、 全局最大总和 0! 最少使用 31 （ 0%4 / 56) ） 算法和最小承载 33 （ 32%-. / 3(%’2’ ） 算 法等， 并且从最大化相对空闲波长数的角度又提出了 一些新的算法， 如相对容量损失 $73 （ $28%.+92 7%:%;+<
（ %’ 南昌航空工业学院 软件学院， 江西南昌 (())(* ； &’ 南昌航空工业学院 计算机系， 江西南昌 (())(* ）
摘$ 要： !"# 是光网络中的重要技术之一， 而路由与波长分配问题是其在应用中的关键问题。本 文以 !"# 光网络的相关研究为背景， 综述了该领域已有的波长分配算法， 对该领域的研究成果进 行了总结， 同时为下一步研究提出了新的思路。 关键词： !"# 光网络； 动态波长分配； 算法 中图分类号： 45(/($ $ $ 文献标识码： .$ $ $ 文章编号： %,2%+,6*7 （ &))6 ） )%+)%&%+)(
第 (6 卷$ 第 % 期 $ $ $ $ $ $ &))6 年 ( 月
$ $ $
航空计算技术 $ $ $ .;<D9=E:BH=? -DLFE:;< 4;HA9BNE;
$ $ $ $ $ $ $ $
OD?P (6 MDP % #=<P &))6
!"# 光网络中动态波长分配算法综述
殷 $ 民% ， 刘琳岚& ， 舒 $ 坚% ， 张恒锋%
"I "# 考虑网络状态的情况下使绝对空闲波长 数最大化的算法
01 算法统计整个网络所有波长的使用率， 在给 定路径上， 选择网络上使用率最大的波长为业务请求 建立连接； 31 算法也先统计整个网络所有波长的使用 万 方数据 率， 但与 01 算法不同的是它在给定路径上， 选择网络
) &44T 年 * 月) ) ) ) ) ) ) ) ) 殷) 民 等： +,- 光网络中动态波长分配算法综述. 成影响的相对值， 故 !"# 算法描述的网络状态比 !$" 算法更准确， 使得其性能优于 !$" 算法。 !$# 算法在 !$" 算法和 !"# 算法的基础上， 考虑 了不同波长间具有相同瓶颈链路的情况， 其描述的网 络资源状态比 !$" 算法和 !"# 算法又更为准确。 !"# 算法实现时需要传送网络的拓扑信息以及网络中波 长资源使用情况， 故较适合拓扑结构在长时间内是相 对固定不变的网络。 "# 算法选择使瓶颈计数器取得 最小值的波长分配给业务请求， 较精确地了描述分配 某个波长对全网状态的影响， 从而有效地降低连接的 阻塞率。"% 通过充分考虑网络中波长资源的利用情 况和每个波长上路径容量的差异， 将网络负载更加均 匀地分配到每个波长上， 使各段链路上预留的波长资 源最大化， 同时更加准确地将分配波长对整个网络的 影响降低到最 低 程 度， 获得了较好的业务量均衡能 力， 并降低了连接请求的阻塞率。 "% 算法与 "# 算法 比较， 在波长较少时， 因为可选择的范围小， 算法间差 异较小， 但随着波长数目的逐渐增多， 阻塞率明显降 低， "% 算法的优越性也逐渐体现出来。