面向智能電網(wǎng)的光傳輸網(wǎng)資源調(diào)度優(yōu)化方法

仇雷蕾

摘要：如何快速高效地提升網(wǎng)絡(luò)傳輸業(yè)務(wù)能力，幫助能源企業(yè)控制建設(shè)網(wǎng)絡(luò)的成本，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源配置，成為光網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)。針對上述問題，本文基于現(xiàn)有面向光網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度與網(wǎng)絡(luò)方法的缺陷，構(gòu)建業(yè)務(wù)的新型網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，將時間因子引入調(diào)度分配過程，并在該架構(gòu)的基礎(chǔ)上研究時間相關(guān)的業(yè)務(wù)調(diào)度策略，在業(yè)務(wù)中合理完成時間維度的調(diào)度資源。

關(guān)鍵字：優(yōu)化網(wǎng)絡(luò);資源調(diào)度調(diào);調(diào)度策略

引言

隨著電力通信網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電力通信設(shè)備地理位置上的分布式部署，電力廣域互聯(lián)是未來電力通信網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。依托軟件網(wǎng)絡(luò)這一全新的網(wǎng)絡(luò)框構(gòu)，可將電力廣域網(wǎng)的控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面分離，通過開放應(yīng)用程序編程接口及軟件定義實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的集中管理能力，大大地改善了網(wǎng)絡(luò)的靈活性，是未來網(wǎng)絡(luò)框架的標(biāo)準(zhǔn)模式之一[1]。同時在面對高突發(fā)性業(yè)務(wù)時帶寬利用率一般不高，頻譜的使用效率較低。數(shù)據(jù)中心內(nèi)部光網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)調(diào)度時，傳統(tǒng)的方法在業(yè)務(wù)到達(dá)時根據(jù)當(dāng)前的資源狀態(tài)為該業(yè)務(wù)從數(shù)據(jù)中心服務(wù)器和相應(yīng)光路中分配優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)資源，將會引發(fā)一系列問題。本研究首先考慮將軟件定義網(wǎng)絡(luò)的概念和技術(shù)應(yīng)用于光網(wǎng)絡(luò)，并構(gòu)建一種新的面向服務(wù)的光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[2]。

1 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度方法

網(wǎng)絡(luò)包括同步數(shù)字體系、同步光纖網(wǎng)絡(luò)與一些企業(yè)網(wǎng)。本質(zhì)是以電層處理為主，在電層實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換、路由選擇，光提供大容量傳輸?shù)氖侄巍９鈧魉途W(wǎng)由多個光纖鏈路連接的網(wǎng)元組成，可以在光傳送域內(nèi)傳送，路由，監(jiān)測和保存業(yè)務(wù)信號。它的一個重要特點(diǎn)是能在一個有限區(qū)域內(nèi)的子網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全光透明。光傳送網(wǎng)可以消除電網(wǎng)傳輸造成的帶寬瓶頸，減少故障的發(fā)生，減少業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的大小，降低網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行成本[3]。全光網(wǎng)絡(luò)是一種以光的形式貫穿整個網(wǎng)絡(luò)的信號，不用光電轉(zhuǎn)換或進(jìn)行電子層面的相關(guān)處理，也就是全光透明。其有非常突出的優(yōu)點(diǎn)，但目前大型高速光交換技術(shù)還不成熟，即全光網(wǎng)絡(luò)有一定的局限性。

2 面向網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度的優(yōu)化方法

2.1 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的模型與算法

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化就是在目標(biāo)、時間、空間、步驟和費(fèi)用等問題上，對網(wǎng)絡(luò)的使用做合理的估計和安排。在一定約束條件，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的問題，在網(wǎng)絡(luò)最初規(guī)劃時處于最優(yōu)狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)可能會偏離最優(yōu)狀態(tài)，造成網(wǎng)絡(luò)資源利用率下降，需要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，保證網(wǎng)絡(luò)資源的有效管理。為了優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，可以對聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計，或者對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，同時為業(yè)務(wù)選擇適合的路徑，以及進(jìn)行容量分配等。光波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)具有高速率與大容量等特點(diǎn)，需要分配合理的空閑容量，當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備故障時，防止業(yè)務(wù)受到影響。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時，首先確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)能力以及網(wǎng)絡(luò)的生存能力，對這些參數(shù)做出決定后，可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，保證節(jié)點(diǎn)間的業(yè)務(wù)流量能夠被正確地路由，在發(fā)生故障時保證網(wǎng)絡(luò)可以正確地恢復(fù)。在優(yōu)化階段，雖然網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計目標(biāo)一般是復(fù)雜的，但一般的優(yōu)化目標(biāo)是組網(wǎng)的成本最小。為了抽象與建立電力骨干通信網(wǎng)的光波分復(fù)用優(yōu)化算法，其中，典型的基于密集光波分復(fù)用的光傳輸網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)含有兩種架構(gòu)：第一種，通過在密集光波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)上增加獨(dú)立光傳輸網(wǎng)轉(zhuǎn)換，通過光路實(shí)現(xiàn)光傳輸網(wǎng)轉(zhuǎn)換和密集光波分復(fù)用的互聯(lián);第二種，是消除光纖互聯(lián)的光傳輸網(wǎng)密集光波分復(fù)用系統(tǒng)。

2.2 時間相關(guān)的跨層資源預(yù)留算法

為了在時間維度上優(yōu)化應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)資源，提出基于時間相關(guān)的跨層資源預(yù)留算法（Cross layer Resource Reservation，CSRR），為應(yīng)用請求分配應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)資源。業(yè)務(wù)按照泊松分布連續(xù)動態(tài)地產(chǎn)生，對業(yè)務(wù)進(jìn)行預(yù)處理，定義時間窗的概念，就是后面所說的時間感知，將一個時間窗內(nèi)到達(dá)的業(yè)務(wù)進(jìn)行隊(duì)列排序，按照業(yè)務(wù)優(yōu)先級和時延敏感程度進(jìn)行排序，業(yè)務(wù)按照隊(duì)列進(jìn)行處理。當(dāng)一個應(yīng)用請求R到達(dá)時，計算每個候選的數(shù)據(jù)中心從t_r時刻到d_lt時刻的有效資源。如果找不到候選dc，請求將因缺少應(yīng)用資源被阻塞。否則，從源節(jié)點(diǎn)到每一個候選目標(biāo)節(jié)點(diǎn)K-最短路算法，為每個目標(biāo)節(jié)點(diǎn)獲取n條最短的路徑。彈性光網(wǎng)絡(luò)需滿足頻隙一致性約束，即在光鏈路上，應(yīng)采用相同的頻隙資源，在該路徑上如果找不到連續(xù)一致的頻隙資源，會造成業(yè)務(wù)阻塞，基于光纖鏈路的一致性約束原則，估算在路徑p上每個時隙的有效頻隙。

2.3 時間相關(guān)的業(yè)務(wù)調(diào)整策略

時間相關(guān)的業(yè)務(wù)調(diào)度策略（Time related business SchedulingStrategy，TrSS）決定了如何從眾多的候選dc-path對中選擇一個最終的擁有相應(yīng)路徑的目標(biāo)數(shù)據(jù)中心。一方面，取決于應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)資源的狀態(tài);另一方面，取決于數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商想要成功的目標(biāo)。數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商會為不同的資源狀態(tài)使用不同的策略。

基于CSRR算法，TrSS策略通過調(diào)整應(yīng)用資源和網(wǎng)絡(luò)資源的權(quán)重來執(zhí)行業(yè)務(wù)調(diào)度，分為三個不同的負(fù)載平衡策略。三種策略都是根據(jù)這兩種資源消耗率的權(quán)重來設(shè)計的，分別是網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)先、應(yīng)用資源優(yōu)先和網(wǎng)絡(luò)資源與應(yīng)用資源間負(fù)載平衡，其中網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)先是主要關(guān)注應(yīng)用資源的負(fù)載，選擇應(yīng)用資源消耗率，最小的數(shù)據(jù)中心一路徑對作為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和傳輸路徑;應(yīng)用資源優(yōu)先主要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)資源的負(fù)載，選擇網(wǎng)絡(luò)資源消耗率，最小的數(shù)據(jù)中心一路徑對作為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和傳輸。路徑網(wǎng)絡(luò)資源與應(yīng)用資源間負(fù)載平衡這個策略選擇整體上跨層資源消耗率最小的數(shù)據(jù)中心一路徑對作為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與傳輸路徑。基于CSRR算法的時間相關(guān)的業(yè)務(wù)調(diào)度策略TrSS在綜合考慮應(yīng)用資源和網(wǎng)絡(luò)資源的基礎(chǔ)上，從時間和資源兩個維度上分配和調(diào)度資源，使業(yè)務(wù)提供過程更加靈活，網(wǎng)絡(luò)更加健碩，減少了網(wǎng)絡(luò)因?yàn)橘Y源瓶頸帶來的阻塞，提高業(yè)務(wù)的成功率;除此之外，以更細(xì)的粒度實(shí)行資源分配和調(diào)度，極大提高了資源的利用率。對比于常用的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度策略，TrSS帶來了很大的優(yōu)化空間。

結(jié)語

本文重點(diǎn)研究光網(wǎng)絡(luò)跨層控制架構(gòu)中考慮時間因素的業(yè)務(wù)調(diào)度策略創(chuàng)新性，提出了時間感知的軟件定義光網(wǎng)絡(luò)跨層控制架構(gòu)，將時間因子引入到該跨層資源架構(gòu)中，提出時間相關(guān)的業(yè)務(wù)調(diào)度策略，以更細(xì)的粒度和更完善的維度為應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)度。

參考文獻(xiàn)

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[2]符楊，蔣一鎏，李振坤.基于混合量子遺傳算法的微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013（24）：50-57.