面向彈性光網(wǎng)絡(luò)的新型光節(jié)點(diǎn)升級(jí)策略研究

符小東，李泳成，沈綱祥

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面向彈性光網(wǎng)絡(luò)的新型光節(jié)點(diǎn)升級(jí)策略研究

符小東1,2，李泳成1，沈綱祥1

（1. 蘇州大學(xué)電子信息學(xué)院，江蘇 蘇州 215006；2. 中天寬帶技術(shù)有限公司，江蘇 南通 226000）

在波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)向彈性光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過(guò)程中，需要將傳統(tǒng)的光節(jié)點(diǎn)升級(jí)為支持無(wú)柵格特性的新型可重構(gòu)光分插復(fù)用器（ROADM）。然而，對(duì)于一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，其節(jié)點(diǎn)不可能一次性全部升級(jí)，而是存在一個(gè)逐步升級(jí)的過(guò)程。針對(duì)該問(wèn)題，重點(diǎn)研究了升級(jí)光節(jié)點(diǎn)的選擇策略，并采用頻域子波段虛級(jí)聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同代ROADM節(jié)點(diǎn)間的互通互聯(lián)。同時(shí)，通過(guò)建立整數(shù)線性規(guī)劃（ILP）優(yōu)化模型和提出高效的啟發(fā)式算法來(lái)完成對(duì)這些升級(jí)節(jié)點(diǎn)的選擇。仿真結(jié)果表明，提出的升級(jí)光節(jié)點(diǎn)選擇策略十分有效，可達(dá)到與ILP優(yōu)化模型接近的網(wǎng)絡(luò)頻譜使用效率。

光網(wǎng)絡(luò)升級(jí)；頻域子波段虛級(jí)聯(lián)；可重構(gòu)光分插復(fù)用器；節(jié)點(diǎn)升級(jí)

1 引言

由于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等新興信息技術(shù)的興起，全球網(wǎng)絡(luò)流量呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長(zhǎng)。根據(jù)美國(guó)思科公司的預(yù)測(cè)，全球IP流量將2016年至2021年間，以24%的復(fù)合年均增長(zhǎng)率快速增長(zhǎng)[1]。為高效地承載這些急速增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量，對(duì)現(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)變得十分重要。目前，密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)由于其高效的傳輸帶寬已被廣泛地應(yīng)用于骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)中，但依舊存在兩大瓶頸：1) DWDM頻譜柵格通常為50 GHz[2]，無(wú)法實(shí)現(xiàn)更細(xì)粒度的靈活頻譜分配，從而影響了頻譜使用效率；2) DWDM網(wǎng)絡(luò)采用了大量50 GHz間隔的陣列波導(dǎo)光柵（AWG），限制了其對(duì)頻譜帶寬超過(guò)50 GHz的超級(jí)光通道的支持。

為克服傳統(tǒng)DWDM網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸，提高光網(wǎng)絡(luò)頻譜使用效率，近年來(lái)，新型光纖傳輸技術(shù)和光交換技術(shù)層出不窮。首先，在傳輸方面，新一代具有靈活頻譜帶寬分配能力的彈性光網(wǎng)絡(luò)（EON）技術(shù)[3-5]得到高速發(fā)展，被認(rèn)為是替代傳統(tǒng)DWDM傳輸技術(shù)的下一代光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其次，隨著可重構(gòu)光分插復(fù)用器（ROADM）技術(shù)[6]的不斷演進(jìn)，ROADM正從最初的“有色、有方向性”，漸漸朝著支持“有色、無(wú)方向性”“無(wú)色、無(wú)方向性”和“無(wú)色、無(wú)方向性、無(wú)阻塞性”的“三無(wú)”特性發(fā)展。目前，為支持EON的無(wú)柵格特性，ROADM技術(shù)正進(jìn)一步朝著“無(wú)色、無(wú)方向性、無(wú)阻塞、無(wú)柵格”的“四無(wú)”特性演進(jìn)[7]。

為支持從DWDM光網(wǎng)絡(luò)向EON的演進(jìn)，需要對(duì)傳統(tǒng)DWDM光網(wǎng)絡(luò)中的ROADM節(jié)點(diǎn)進(jìn)行升級(jí)，以支持EON的靈活帶寬分配和頻譜交換。然而，受制于勞動(dòng)力資源和成本等因素，對(duì)于一個(gè)大型光網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，通常無(wú)法一次性地完成其全部ROADM節(jié)點(diǎn)的升級(jí)，而往往采取階段性逐步升級(jí)的方式。所以，這就存在一個(gè)重要研究問(wèn)題：如何選擇各階段進(jìn)行升級(jí)的ROADM節(jié)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)DWDM光網(wǎng)絡(luò)的高效演進(jìn)。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文研究了ROADM節(jié)點(diǎn)升級(jí)的選擇策略，并采用頻域子波段虛級(jí)聯(lián)（sub-band VCAT）技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同代ROADM節(jié)點(diǎn)間的互通互聯(lián)。針對(duì)升級(jí)節(jié)點(diǎn)的選擇和網(wǎng)絡(luò)頻譜資源的分配問(wèn)題，本文也建立了ILP優(yōu)化模型，并提出了高效的啟發(fā)式算法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)升級(jí)策略的性能評(píng)估。

2 研究現(xiàn)狀

2.1 ROADM技術(shù)

得益于各類光器件及技術(shù)的發(fā)展，ROADM正從“無(wú)色、無(wú)方向性、無(wú)阻塞”，逐步向靈活柵格/無(wú)柵格特性演進(jìn)。針對(duì)ROADM技術(shù)已存在大量的相關(guān)研究，Way等[8]提出了具有小尺寸和低能耗的“無(wú)色、無(wú)方向性、無(wú)阻塞”的ROADM架構(gòu)。基于×波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)，Gumaste等[9]提出了支持無(wú)色、無(wú)方向性、無(wú)阻塞和無(wú)柵格特性的“四無(wú)”ROADM架構(gòu)。此外，針對(duì)ROADM無(wú)柵格特性對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響，Thiagaraian等[10]研究了節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部阻塞對(duì)由“無(wú)色、無(wú)方向性”ROADM組成的網(wǎng)絡(luò)性能影響。類似地，She等[11]通過(guò)使用無(wú)向ROADM評(píng)估網(wǎng)絡(luò)碎片整理和共享保護(hù)CAPEX優(yōu)勢(shì)，并驗(yàn)證了ROADM無(wú)阻塞特性的價(jià)值。Woodward等[12]則評(píng)估了無(wú)柵格ROADM節(jié)點(diǎn)的性能優(yōu)勢(shì)，并與其他方案進(jìn)行了比較。針對(duì)傳統(tǒng)ROADM和支持無(wú)柵格型ROADM并存的網(wǎng)絡(luò)，Yu等[13]提出了從固定柵格向靈活柵格節(jié)點(diǎn)升級(jí)的不同策略。

2.2 混合柵格光網(wǎng)絡(luò)

光網(wǎng)絡(luò)將最終從DWDM光網(wǎng)絡(luò)演化為靈活柵格光網(wǎng)絡(luò)，然而在演化升級(jí)過(guò)程中，將出現(xiàn)多種類型的ROADM節(jié)點(diǎn)（包括傳統(tǒng)的DWDM節(jié)點(diǎn)和新型的EON節(jié)點(diǎn)）并存的局面，這將形成一種混合柵格的局面。在此類網(wǎng)絡(luò)中，未升級(jí)節(jié)點(diǎn)只支持傳統(tǒng)的波分復(fù)用技術(shù)，而升級(jí)后的新型EON節(jié)點(diǎn)將支持靈活柵格技術(shù)。所以，如何使支持不同柵格粒度的傳輸技術(shù)共存，并達(dá)到頻譜最佳的使用效率已成為此類網(wǎng)絡(luò)最為關(guān)注的問(wèn)題。Tahon等[14]從網(wǎng)絡(luò)靈活性和成本兩方面分別對(duì)DWDM migrate、Flexgrid和Flexgrid migrate 3種情形的升級(jí)方案進(jìn)行了研究比較。類似地，Zami等[15]通過(guò)對(duì)齊傳輸鏈路上各光通道使用的柵格，減少頻譜碎片，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)頻譜資源利用率。此外，Rofoee等[16]提出了一種適用于固定柵格和靈活柵格共存的新型城域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并通過(guò)固定柵格和靈活柵格共享頻譜資源的方式，降低網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)的阻塞率。Yu等[17]則解決了混合柵格網(wǎng)絡(luò)中的路由和頻譜資源分配問(wèn)題，最小化光纖鏈路中所需的總頻譜數(shù)。

需要指出的是，上述研究往往都要求光通道的源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)的ROADM類型必須保持一致，均未很好地解決不同代ROADM節(jié)點(diǎn)之間互通互聯(lián)問(wèn)題。這極大地制約了此類網(wǎng)絡(luò)建立光通道業(yè)務(wù)的靈活性，也降低了其頻譜資源的使用效率。

3 頻域子波段虛級(jí)聯(lián)技術(shù)

本文采用sub-band VCAT技術(shù)實(shí)現(xiàn)了不同代ROADM節(jié)點(diǎn)間的互通互聯(lián)。圖1給出了一個(gè)在不同代ROADM節(jié)點(diǎn)間互通互聯(lián)的例子。

在圖1（a）中，由于源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)均為WDM節(jié)點(diǎn)，因此只能支持WDM光通道；在圖1（c）中，源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)均為EON節(jié)點(diǎn)，且中間節(jié)點(diǎn)也為EON節(jié)點(diǎn)，因此，可以采用頻譜最高效的方式建立光通道，即將6個(gè)子載波聚合在一起，使用最少的頻譜資源完成傳輸；在圖1（b）中，由于光通道即包含DWDM節(jié)點(diǎn)又包含EON節(jié)點(diǎn)，為支持不同類型ROADM節(jié)點(diǎn)間的互通互聯(lián)，采用sub-band VCAT傳輸技術(shù)，將組成超級(jí)光通道的6個(gè)子載波拆分成2個(gè)獨(dú)立的子波段進(jìn)行傳輸，并在目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行匯聚。多流帶寬可變收發(fā)器（MF-BVT）可支持sub-band VCAT傳輸技術(shù)，并且該技術(shù)也允許2個(gè)子波段經(jīng)過(guò)不同的路徑，最后在目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行匯聚，這極大地提高了組網(wǎng)的靈活性[18]。

4 升級(jí)節(jié)點(diǎn)的選擇

在本節(jié)中，我們首先通過(guò)一個(gè)例子展示選擇不同升級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)頻譜資源使用效率的影響，如圖2所示。該例子中需要在6節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中選擇2個(gè)節(jié)點(diǎn)，將其升級(jí)為“四無(wú)”ROADM節(jié)點(diǎn)。如圖2（a）所示，網(wǎng)絡(luò)中鏈路（節(jié)點(diǎn)2-節(jié)點(diǎn)3）使用最多的頻譜資源，如果選擇升級(jí)節(jié)點(diǎn)0和節(jié)點(diǎn)1，升級(jí)后鏈路（節(jié)點(diǎn)0?1）節(jié)約了一個(gè)頻隙（FS），但鏈路（節(jié)點(diǎn)2?3）上依舊需要6個(gè)DWDM波長(zhǎng)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈路上所需的最大頻譜資源并未減少。在圖2（b）中，如果升級(jí)節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)3，則鏈路（節(jié)點(diǎn)2?3）可節(jié)約8個(gè)頻隙，對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，最大的使用頻隙也減少8個(gè)，有效地提高了網(wǎng)絡(luò)的頻譜使用效率。由此可見(jiàn)，如何有效地選擇光網(wǎng)絡(luò)升級(jí)節(jié)點(diǎn)，對(duì)于提高網(wǎng)絡(luò)的頻譜使用效率十分重要。接下來(lái)，將具體解決光網(wǎng)絡(luò)升級(jí)節(jié)點(diǎn)選擇問(wèn)題。首先對(duì)光網(wǎng)絡(luò)升級(jí)節(jié)點(diǎn)選擇的問(wèn)題進(jìn)行定義，然后基于整數(shù)線性規(guī)劃方法和啟發(fā)式算法分別提出解決方法。

圖1 不同代ROADM節(jié)點(diǎn)間的互通互聯(lián)

圖2 升級(jí)節(jié)點(diǎn)的選擇

4.1 光網(wǎng)絡(luò)升級(jí)節(jié)點(diǎn)選擇問(wèn)題定義輸入信息

5) 可用的調(diào)制格式包括：BPSK、QPSK和8-QAM，它們單個(gè)FS的傳輸容量和光通道無(wú)中繼最遠(yuǎn)傳輸距離如表1所示[19]。

表1 3種調(diào)制格式的FS容量和無(wú)中繼傳輸距離

假設(shè)條件

1) 對(duì)于DWDM網(wǎng)絡(luò)，每條鏈路上的可用波長(zhǎng)數(shù)為80，每個(gè)波長(zhǎng)的頻譜帶寬為50 GHz。對(duì)于EON網(wǎng)絡(luò)，每條鏈路上可用的數(shù)為320，每個(gè)的頻譜帶寬為12.5 GHz。

2) 在為DWDM光通道分配波長(zhǎng)時(shí)，需遵守波長(zhǎng)連續(xù)性的要求；在為EON光通道分配頻譜資源時(shí)，需遵守頻譜連續(xù)性、鄰接性的要求。

3) 在為光通道選擇調(diào)制格式時(shí)，總是選擇最遠(yuǎn)無(wú)中繼傳輸距離大于光通道距離且頻譜效率最高的調(diào)制格式。

目標(biāo)

最小化網(wǎng)絡(luò)中使用的的最大索引值。這里需要指出，新型光節(jié)點(diǎn)的使用能有效地提高光網(wǎng)絡(luò)的頻譜使用效率。因此，對(duì)新型光節(jié)點(diǎn)的升級(jí)問(wèn)題，以“網(wǎng)絡(luò)中使用的的最大索引值”作為優(yōu)化目標(biāo)能有效評(píng)估不同節(jié)點(diǎn)升級(jí)策略對(duì)于提高網(wǎng)絡(luò)頻譜使用效率的益處。當(dāng)然，我們也可從網(wǎng)絡(luò)成本、能耗等其他方面對(duì)節(jié)點(diǎn)升級(jí)問(wèn)題展開(kāi)優(yōu)化研究。

針對(duì)升級(jí)光節(jié)點(diǎn)的選擇問(wèn)題，本文建立了ILP優(yōu)化模型，并提出了相應(yīng)的啟發(fā)式算法。其中，啟發(fā)式算法包含了升級(jí)節(jié)點(diǎn)、路由及調(diào)制格式的選擇和頻譜分配（RMSA）2個(gè)過(guò)程。

4.2 ILP優(yōu)化模型

ILP優(yōu)化模型的集合、參數(shù)和變量如下。

1) 集合

2) 參數(shù)

3) 變量

4) 目標(biāo)函數(shù)

5) 約束條件

實(shí)際上，升級(jí)節(jié)點(diǎn)的總數(shù)不超過(guò)允許升級(jí)的節(jié)點(diǎn)總數(shù)。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)間，在多條路徑上傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)流量之和等于節(jié)點(diǎn)對(duì)間業(yè)務(wù)流量的總需求。

(6)

確保在包含DWDM節(jié)點(diǎn)的路由上建立的光通道的容量足夠承載分配到該路由上的業(yè)務(wù)流量需求。

計(jì)算在經(jīng)過(guò)DWDM節(jié)點(diǎn)路由上建立的光通道的起始索引值。

(10)

確保在皆為EON節(jié)點(diǎn)的路由上建立的光通道的容量足夠承載分配到該路由上的業(yè)務(wù)流量需求。

計(jì)算在皆為EON節(jié)點(diǎn)的路由上建立的光通道的起始索引值。

確保任意2條光通道分配的頻譜資源在它們的共享鏈路上不重疊。

計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中使用的的最大索引值。

4.3 啟發(fā)式算法

ILP優(yōu)化模型可為小型網(wǎng)絡(luò)找到最優(yōu)的升級(jí)節(jié)點(diǎn)，保證最小化使用的FS的最大索引值。但是，對(duì)于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，ILP優(yōu)化模型的計(jì)算復(fù)雜度高，無(wú)法在較短的時(shí)間內(nèi)獲得最優(yōu)解。因此，本文也提出了一個(gè)高效的啟發(fā)式算法，它包含了升級(jí)節(jié)點(diǎn)的選擇策略和基于頻譜窗平面的RMSA算法[20]。由于基于頻譜窗平面的RMSA算法相對(duì)較為成熟，本文不作詳細(xì)介紹，讀者可參考文獻(xiàn)[20]。接下來(lái)，我們具體介紹以下3種升級(jí)節(jié)點(diǎn)選擇策略。

1) 隨機(jī)選擇策略（random），即隨機(jī)地從拓?fù)渲羞x擇升級(jí)節(jié)點(diǎn)。

2) 基于節(jié)點(diǎn)物理維度策略（ND, node degree），即將節(jié)點(diǎn)按照物理維度由高到低排序，然后從最高維度的節(jié)點(diǎn)開(kāi)始依序升級(jí)。

3) 基于節(jié)點(diǎn)升級(jí)收益策略（NUG, node upgradation gain），即嘗試升級(jí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后采用RMSA算法確定升級(jí)后網(wǎng)絡(luò)使用的FS的最大索引值，最后選擇索引值最小的節(jié)點(diǎn)首先升級(jí)。對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)升級(jí)均采用上述過(guò)程，直到足夠數(shù)量的節(jié)點(diǎn)完成升級(jí)。具體操作如下。

NUG策略具體操作

5 仿真和結(jié)果分析

5.1 測(cè)試條件

為比較不同節(jié)點(diǎn)升級(jí)選擇策略的性能，本文基于ILP優(yōu)化模型和啟發(fā)式算法，評(píng)估了混合柵格網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源使用效率。圖3~圖5分別給出了本文的測(cè)試網(wǎng)絡(luò)：6節(jié)點(diǎn)，9鏈路的n6s9網(wǎng)絡(luò)；10節(jié)點(diǎn)，22鏈路的smallnet網(wǎng)絡(luò)；14節(jié)點(diǎn)，21鏈路的NSFNET網(wǎng)絡(luò)。其中，每條鏈路上的數(shù)字表示相鄰節(jié)點(diǎn)間其物理距離，單位為km。

圖3 n6s9網(wǎng)絡(luò)

圖4 smallnet網(wǎng)絡(luò)

圖5 NSFNET網(wǎng)絡(luò)

此外，我們假設(shè)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中每條光纖鏈路可提供320個(gè)，每個(gè)的頻譜帶寬為12.5 GHz。光通道可選擇的3種調(diào)制方式如表1所示。每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的業(yè)務(wù)帶寬需求在[200,] Gbit/s的范圍內(nèi)均勻分布，其中，表示節(jié)點(diǎn)對(duì)間的最高帶寬需求。

針對(duì)ILP優(yōu)化模型采用鏈路不相交KSP路由算法，為每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)找到條無(wú)共享鏈路的最短路由，形成可選路由集合。在2.4 GHz CPU和8G內(nèi)存的64位服務(wù)器上，利用AMPL/Gurobi軟件求解ILP優(yōu)化模型，其MIPGAP設(shè)置為5%。同時(shí)，采用JAVA語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了啟發(fā)式算法。

5.2 使用的FS的最大索引值

n6s9網(wǎng)絡(luò)在=400和=800的情況下網(wǎng)絡(luò)中使用的的最大索引值如圖6所示。其中，“random”“ND”和“NUG”分別對(duì)應(yīng)于3種升級(jí)節(jié)點(diǎn)選擇策略的結(jié)果，“ILP”表示ILP模型的結(jié)果，數(shù)字2表示節(jié)點(diǎn)對(duì)之間存在2條鏈路不相交的可選路由。

圖6 n6s9網(wǎng)絡(luò)在X=400和X=800使用的FS最大索引值

從圖6（a）中可以發(fā)現(xiàn)，隨著升級(jí)節(jié)點(diǎn)總數(shù)的增加，網(wǎng)絡(luò)中使用的的最大索引值逐漸變小。這是因?yàn)殡S著網(wǎng)絡(luò)中升級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，網(wǎng)絡(luò)中頻譜分配的靈活度不斷提升，從而改善了網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源使用效率。當(dāng)全部節(jié)點(diǎn)均升級(jí)為新型“四無(wú)”ROADM光節(jié)點(diǎn)時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)便升級(jí)為完全的彈性光網(wǎng)絡(luò)，所以其使用的FS的索引值最小。

此外，比較3種升級(jí)節(jié)點(diǎn)選擇策略，可以發(fā)現(xiàn)2種非隨機(jī)策略（NUG和ND）的性能優(yōu)于隨機(jī)策略，這是由于隨機(jī)策略無(wú)法保證選取較優(yōu)的升級(jí)節(jié)點(diǎn)組合，故無(wú)法保證其較優(yōu)的結(jié)果。比較2種非隨機(jī)策略，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)為網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)大于3個(gè)后，NUG策略性能優(yōu)于ND策略，并與ILP優(yōu)化模型的優(yōu)化結(jié)果十分接近，這表明了NUG策略的高效性。

針對(duì)n6s9測(cè)試網(wǎng)絡(luò)，圖6（b）比較了節(jié)點(diǎn)升級(jí)總數(shù)為3且=400時(shí)，不同策略升級(jí)節(jié)點(diǎn)選擇情況。NUG策略和ILP模型都選擇了節(jié)點(diǎn)2、節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)4，而ND策略則選擇了節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)3。能夠提供和ILP優(yōu)化模型相同的結(jié)果，這再一次表明了所提出的NUG策略的有效性。

類似地，對(duì)于smallnet和NSFNET網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)=400的情形進(jìn)行了仿真。圖7和圖8分別給出了=400時(shí)，smallnet和NSFNET網(wǎng)拓的仿真結(jié)果。可以發(fā)現(xiàn)，在采用NUG策略的網(wǎng)絡(luò)中，其使用的的最大索引值始終小于或等于ND策略，這再一次證明了NUG策略的高效性。分析具體的節(jié)點(diǎn)選擇情形，在smallnet網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)升級(jí)節(jié)點(diǎn)數(shù)為6時(shí)，NUG策略使用的數(shù)明顯少于ND策略，而它們的節(jié)點(diǎn)選擇差異在于節(jié)點(diǎn)0和節(jié)點(diǎn)4。類似地，在NSFNET網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)升級(jí)的節(jié)點(diǎn)數(shù)為10時(shí)，NUG策略需要明顯更少的數(shù)，這主要由于2種策略在節(jié)點(diǎn)11和節(jié)點(diǎn)7上的不同選擇。

圖7 smallnet網(wǎng)絡(luò)在X=400時(shí)使用的FS最大索引值

圖8 NSFNET網(wǎng)絡(luò)在X=400時(shí)使用的FS最大索引值

6 結(jié)束語(yǔ)

DWDM光網(wǎng)絡(luò)向EON演進(jìn)是目前光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，其中涉及到光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的升級(jí)問(wèn)題。然而對(duì)于一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，其節(jié)點(diǎn)不可能一次性全部升級(jí)，存在一個(gè)循序漸進(jìn)、逐步升級(jí)的過(guò)程，這將涉及到如何高效地選擇這些階段性升級(jí)節(jié)點(diǎn)的問(wèn)題。為此，本文提出了升級(jí)光節(jié)點(diǎn)的選擇策略，并采用VCAT技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同代ROADM節(jié)點(diǎn)間的互通互聯(lián)，同時(shí)也建立了ILP優(yōu)化模型和提出了高效的啟發(fā)式算法。仿真結(jié)果表明，本文所提出的基于NUG的升級(jí)節(jié)點(diǎn)選擇策略十分有效，其性能明顯優(yōu)于其他2種節(jié)點(diǎn)選擇策略，并實(shí)現(xiàn)與ILP優(yōu)化模型十分相近的結(jié)果，有效提高了網(wǎng)絡(luò)頻譜資源使用效率。

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Novel node upgradation strategy for migration to elastic optical networks

FU Xiaodong1,2, LI Yongcheng1, SHEN Gangxiang1

1. School of Electronic and Information Engineering, Soochow University, Suzhou 215006, China 2. Zhongtian Broadband Technology, Nantong 226000, China

For migration from dense wavelength division multiplexing (DWDM) networks to elastic optical networks (EON), it is required to upgrade the traditional reconfigurable optical add-drop multiplexer (ROADM) to the new-generation ROADM that supports flexible grids. However, for a large-scale optical network, it is generally impossible to upgrade the ROADM nodes all in once; rather, they would be upgraded gradually. For this, it is critical to study different strategies for selecting the ROADM nodes to be upgraded. Also, for the interconnection between different generations of ROADM, the sub-band virtual concatenation (VCAT) technique was employed to enable an optical channel to be established via traversing different types of nodes. An integer liner programming (ILP) model and an efficient heuristic algorithm were developed to jointly select the ROADM nodes to upgraded and assign spectrum resources. Simulation studies show that the proposed strategy for the upgraded node selection is efficient to perform close to the ILP model in terms of the maximum number of FS used in the whole network.

optical network migration, sub-band virtual concatenation, reconfigurable optical add-drop multiplexer, node upgradation

TN915.02

A

10.11959/j.issn.1000?436x.2018158

符小東（1978-），男，江蘇南通人，中天寬帶技術(shù)有限公司總經(jīng)理、蘇州大學(xué)產(chǎn)業(yè)教授，主要研究方向?yàn)楣馔ㄐ排c網(wǎng)絡(luò)。

李泳成（1989-），男，江蘇南通人，博士，蘇州大學(xué)助理研究員，主要研究方向?yàn)楣馔ㄐ排c網(wǎng)絡(luò)。

沈綱祥（1975-），男，浙江紹興人，博士，蘇州大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)楣馔ㄐ排c網(wǎng)絡(luò)。

2018?05?24；

2018?08?30

李泳成，ycli@suda.edu.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（No.61671313, No.61801320）；江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化基金資助項(xiàng)目（No.BA2016123）

The National Natural Science Foundation of China (No.61671313, No.61801320), The Science and Technology Achievement Transformation Project of Jiangsu Province (No.BA2016123)