基于蚁群系统的光网络动态路由波长分配方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于蚁群系统的光网络路由波长分配方法。本发明专利技术将蚁群系统引入光网络的动态路由波长分配中，并充分考虑波长分配和网络均衡问题，在蚁群算法的转移概率中引入链路的空闲率作为约束条件，避免过多业务选择同一链路，从而可有效降低整个光网络的平均阻塞率；进一步通过引入非智能蚂蚁，满足了RWA要求的实时性，并可防止搜索过早收敛于局部最优路径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光网络动态路由波长分配方法，尤其涉及一种，属于光通信、优化算法领域。
技术介绍
光网络是由网络结点和连接结点的多波长光纤链路构成，承载业务的多个不同波长在同一根光纤中传输。当客户层业务到达时，光网络需要为每个业务计算路由和分配波长，并建立光通道传送业务，因此，路由与波长分配(RWA)问题是光网络中最关键的技术之一。RffA问题的核心是业务请求到达光网络时，如何根据网络的拓扑结构和当前的业务负荷计算并选择一条从业务源结点到目的结点的路由，并为路由所经过的链路分配可用波长。由于实际的光网络拓扑结构复杂，业务负荷变化很大，同时每条链路上可用波长总数有限，因此RWA问题的解决较为困难。通常，解决RWA问题可以分解为路由子问题和波长分配子问题。路由子问题求解的计算量随着网络规模的增大以指数方式增加，而波长分配子问题则受到波长一致性约束的限制，因此，RWA问题的求解当网络规模较大时是非常困难的，实际中一般采取以下步骤实现(1)按照某种优化目标，寻找从源结点到目的结点的路由；(2)在满足一定优化性能的情况下为这些路由分配波长；(3)上述两个过程有时需要反复进行(多次迭代)，直至获得最优的网络配置。RWA可以分为静态RWA和动态RWA两种类型。其中，动态RWA比静态RWA波长利用率高，且具有更大的灵活性。由于网络资源的有限性(可用波长总数受限)，光网络不可能对所有的业务请求都能及时、准确地提供所需的路由和波长，因此必然会存在业务需求无法满足的情况，即业务阻塞的问题。在动态的RWA问题中，平均阻塞率最小化就是算法的优化目标。路由选路策略是指在业务到达时为它选择一条优化的物理路由的方法，主要有三种机制固定路由、固定的备用路由和自适应的备用路由。其中，自适应的备用路由选路策略是在业务没有到来之前，通过Dijkstra算法找到多条路由供业务选择。由于自适应的备用路由选路策略是根据网络的实时状态动态地选择路由，所以相对前两种方法而言阻塞率较低。波长分配方法主要包括随机分配、最少使用分配、最多使用分配、首次命中、最小乘积、全局最大总和、最小影响、相对最小影响和波长预留算法等。两种目前应用较多的算法分别是第一种是用Dijkstra算法先找路由，再用首次命中(First-Fit :FF)波长分配方法为这条路由分配波长的RWA算法(Dijkstra+FF)；另一种是考虑到波长分层的RWA算法(分层图+Dijkstra)。分层图算法是针对RWA问题提出的新的数学模型，资源优化效果较好，仿真结果表明该方法比把选路和波长分配分开解决的方法阻塞率要低[Chien Chen andSubrataBanerjee. A New Model for Optimal Routing and Wavelength Assignment in WavelengthDivision Multiplexed Optical Networks[C]· INF0C0M96，1996 :164-171]。但该方法的缺点是在解决大型网络问题时耗费时间较长[Shizhong Xu,Lemin Li,and Sheng Wang. Dynamic Routing and Assignment of Wavelength Algorithms in Multifiber WavelengthDivision Multiplexing Network[J]IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS INCOMMUNICATIONS,2000，18(10) :2130-2137]。(ACO) [M. Dorigo, Optimization, Learning and Natural Algorithms. Ph. D. Thesis, Politecnico di MiIano, Italy, [in Italian]，1992]是一种源自生物世界的仿生算法。定义S为蚁群系统中蚂蚁个体所要寻找的结点集合，S = {s| 1，2，...，η} ；A 为蚂蚁群体，m为蚁群算法中全体蚂蚁的数量，A= {a|l，2，...，m} ；(Iij为结点i，j之间的距离，其中i，j e S ；、(t)表示在t时刻位于结点i的蚂蚁个数，则m = Σ b, (t) ； τ (t)表示在t时刻路径i，j连线上残留的信息量。初始时刻各条路径上的信息量相等，即Tij(O) = c(c为常数)。蚂蚁群体中蚂蚁k(k= l，2，...，m)在运动过程中，根据各条路径上的信息量决定转移的方向，用Puk(t)表示在t时刻蚂蚁k由结点i转移到结点j的概率本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于蚁群系统的光网络动态路由波长分配方法，其特征在于，利用蚁群系统进行路由和波长的选择，其中转移概率中加入了链路的空闲率作为约束，转移概率的公式表述如下：（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｐ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉｊ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｋ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｆｅｎｃｅｄｏｐｅｎ＝＇｛＇ｃｌｏｓｅ＝＇＇）?（ｍｔａｂｌｅ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）｛（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）＆ｔａｕ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉｊｗ（／ｍｉ）?（ｍｉ）＆ａｌｐｈａ；（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）＆ｅｔａ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉｊ（／ｍｉ）?（ｍｉ）＆ｂｅｔａ；（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｅ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉｊｗ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）｝（／ｍｏ）?（ｍｏ）＆ＣｅｎｔｅｒＤｏｔ；（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉｊｗ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｕｎｄｅｒ）?（ｍｉ）＆Ｓｉｇｍａ；（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｓ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆Ｅｌｅｍｅｎｔ；（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ａ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｋ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｕｎｄｅｒ）?（ｍｏ）｛（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）＆ｔａｕ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉｓｗ（／ｍｉ）?（ｍｉ）＆ａｌｐｈａ；（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｉ）＆ｅｔａ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉｓ（／ｍｉ）?（ｍｉ）＆ｂｅｔａ；（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）ｅ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉｓｗ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）｝（／ｍｏ）?（ｍｏ）＆ＣｅｎｔｅｒＤｏｔ；（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｉ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉｓｗ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｆｒａｃ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｔｅｘｔ）ｊ＆Ｅｌｅｍｅｎｔ；（／ｍｔｅｘｔ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ａ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｋ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（／ｍｔｄ）?（ｍｔｄ）?（ｍｉ）ｏｔｈｅｒｗｉｓｅ（／ｍｉ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（／ｍｔａｂｌｅ）?（／ｍｆｅｎｃｅｄ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）９（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）式中，Ｉｉｊｗ（ｔ）为ｔ时刻结点ｉ和结点ｊ之间的ｗ波长的空闲率，其表达式为ｎｉｊｗ（ｔ）表示ｔ时刻结点ｉ和结点ｊ之间波长为ｗ的波长中已经使用的波长数，Ｎｉｊｗ（ｔ）表示ｔ时刻结点ｉ和结点ｊ之间总的ｗ波长数；表示在ｔ时刻蚂蚁ｋ由结点ｉ转移到结点ｊ的概率；τｉｊｗ（ｔ）表示ｔ时刻链路Ｌｉｊ上ｗ波长的信息素量；Ａｋ＝｛０，１，Ｌ，ｎ－１｝－ｔａｂｕｋ，表示蚂蚁ｋ下一步允许选择的结点集合，ｔａｂｕｋ（ｋ＝１，２，．．．，ｍ）表示蚂蚁ｋ目前已经走过的结点集合，ｎ为网络中的结点数量，ｍ为蚁群中的蚂蚁数量；α，β分别表示蚂蚁在运动过程中所积累的...

【技术特征摘要】
1. 一种基于蚁群系统的光网络动态路由波长分配方法，其特征在于，利用蚁群系统进行路由和波长的选择，其中转移概率《(0中加入了链路的空闲率作为约束，转移概...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈建华，程希，梁兵，杨帆，于飞，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：84