1. 研究背景与目的

• 背景：随着5G商用部署、IP流量激增及云计算需求增长，弹性光网络（EONs）成为支撑未来高带宽需求的核心架构。

• 目的：解决EONs中业务传输的生存性需求及频谱资源动态分配与释放引发的频谱碎片化问题。

2. 提出算法

• 算法名称：时频碎片感知的可生存多路径资源分配算法（TFFA-SMRA）。

• 核心特点：

• 多路径传输技术：确保业务生存性。

• 链路权重计算：综合链路长度和频谱资源状态，缓解资源瓶颈引起的服务阻塞。

• 碎片感知频谱分配机制：基于时-频域匹配度量，优化网络资源使用。

3. 算法详细内容

3.1 基于MPP的生存性方案

• 光路请求表示：六元组R（s，d，B，ts，te，q），包含源节点、目的节点、带宽、开始时间、结束时间和保护比。

• 保护策略：根据保护比q实施分级保障（0.5≤q≤1），确保至少Bq的流量在路径故障时通过其他路径传输。

• 路径选择与带宽分配：采用Dijkstra算法计算最短路径，生成候选路径组，并按总距离升序排列。双路径和三路径传输时的带宽分配公式不同。

3.2 链路权重计算

• 考虑因素：链路长度、频谱资源利用率及资源分布。

• 计算公式：综合考虑链路长度L、已占用频隙与空闲频隙个数、空闲频谱块数等因素，动态调整链路权重。

3.3 基于时-频域匹配度度量计算

• 目的：评估频谱块分配后对光路资源状态的影响。

• 匹配度计算：包括频域匹配度和时域匹配度，考虑频谱块分配后链路上空闲资源的集中程度及业务持续时间的差异。

3.4 算法流程

• 步骤：包括链路权重计算、最短路径计算、候选路径组生成、带宽与频隙数计算、频谱块匹配度评估及分配等。

4. 仿真性能与分析

• 仿真环境：在NSFNET和USNET拓扑中进行实验，设置业务量为10,000。

• 对比算法：KDSP-FF、WSA-SC、LW-WSA-SC、LB-TF。

• 性能指标：业务阻塞率、频谱利用率、碎片率。

• 结果：

• 业务阻塞率：TFFA-SMRA算法在NSFNET和USNET中均实现最低阻塞率，相比其他算法有显著降低。

• 频谱利用率：TFFA-SMRA算法在两种拓扑中均展现最高频谱利用率。

• 碎片率：TFFA-SMRA算法有效降低了碎片化程度。

5. 结论

• 主要成果：TFFA-SMRA算法通过多路径传输技术、链路权重综合评估及时-频域匹配度度量，显著提升了EONs的生存性、降低了业务阻塞率并提高了频谱利用率。

• 未来展望：为提高光网络性能提供了新的解决方案，具有潜在的应用价值。